定子齿偏移永磁容错电机设计与分析

为提高传统永磁电机的容错能力,定子绕组常采用隔齿绕的方式,但这种方式增加了电机的转矩脉动。通过极槽数的选取和容错齿的设计,实现了自感增加以及相与相之间互感抵消,大幅提高了永磁电机的容错能力。在此基础上,提出偏移电枢齿和齿靴的方法,充分利用了电枢槽面积,提高了电机的输出转矩,降低了转矩脉动,解决了传统永磁容错电机容错能力、功率密度和转矩脉动难以兼顾的问题。该文首先介绍基于定子齿偏移永磁容错电机的结构特点和容错原理,对传统永磁电机和定子齿偏移永磁容错电机进行优化设计,并对比分析其电磁性能,包括气隙磁密、反电势、输出转矩、自感和互感等。最后,通过样机的转矩和电感测量实验,并与仿真结果进行对比,验证了理论分析的正确性。

基于复合PI控制器的永磁伺服电机电流控制

在永磁电机伺服系统中,电流环PI控制器通常基于零极点对消的方式设计得到,这会限制系统动态性能的提升。针对这一问题,首先通过传递函数分析说明传统电流环PI控制器存在的问题,然后基于状态方程设计电流环复合PI控制器。通过传递函数进行对比,从理论上说明电流复合PI控制器比传统电流PI控制器具有更好的抗扰性能,并给出相应的约束条件。最后,通过实验对比电流阶跃响应和跟踪正弦给定响应。实验结果表明,采用复合PI控制器的电流控制系统对正弦给定的跟踪误差更小,电流阶跃响应也更快,即电流复合PI控制系统具有更好的跟踪性能和抗扰性能,证明了所提方法的有效性。

运载火箭电液推力矢量控制系统总体设计策略研究

对典型运载火箭电液推力矢量控制(Thrust Vector Control,TVC)系统结构进行分析,对不同TVC系统中的共性问题进行归纳总结,并对先进技术在TVC系统中的应用前景进行分析和预测。给出了电液TVC系统总体设计时需要考虑的三条准则,提出使用结构设计选择树设计方法完成电液TVC系统的总体设计,使得整个设计过程变得更加简便、直观。最后以一型大推力液氧煤油发动机高可靠性电液TVC系统的总体设计为例,给出了基于结构选择树设计方法的电液TVC系统总体设计流程。

电动伺服旋转变压器的激磁放大电路研究

旋转变压器有足够大的激磁信号才能得到较高的位置精度,而解码芯片提供的激磁信号较小,因此需要设计放大电路对激磁信号进行放大。以解码芯片AD2S1200为基础,对旋转变压器TS2620N21E11的激磁放大电路进行研究,设计了四个激磁放大电路,并详细地介绍了它们的工作原理。采用高输出电流运放构成的放大电路结构简单,但成本较高,而采用普通运放加无输出电容的功率放大电路时,尽管电路结构略显复杂,但成本较低。仿真和实验结果均证实了所设计的激磁放大电路的正确性和实用性。

PMSM空间矢量控制系统与MATLAB仿真

阐述了永磁同步电机(PMSM)空间矢量PWM控制系统的原理,分析了永磁同步电机空间矢量控制方式的优劣势。综述了电机相电流坐标变换矩阵的仿真模块实现方法,展示了电机磁场PARK变换和PARK逆变换等从数学方程到仿真语言的转换过程,用MATLAB对该系统的电流环和速度环进行了仿真。仿真结果显示,当速度环的仿真输入为210rad/s时,速度输出的过渡过程时间达到了0.017s,超调量为4%,动态性能良好,仿真效果较为理想。

运载火箭电动伺服机构前馈自抗扰控制方法的设计

运载火箭伺服机构是火箭的执行机构,在工作过程中不仅要求伺服机构具有较好的阶跃响应和力矩抗扰性能,还要求伺服机构能够较好地跟踪箭载计算机发送的位置随动指令。常规的自抗扰控制(ADRC)建模时,将输入的微分量近似为0,使得输入时变信号时会产生建模误差,该误差无法通过扩张状态观测器(ESO)进行观测并补偿,导致系统的跟踪误差较大。针对常规自抗扰控制对时变信号跟踪误差较大的问题,提出了一种将位置输入微分前馈(PIDF)引入自抗扰控制的前馈自抗扰控制方法。通过理论推导和建模仿真得知,该方法可降低系统对正弦输入信号的跟踪误差并提高系统的动态特性,同时仍具有较强的抗干扰性能。最后通过试验验证了该方法的有效性。

电动伺服机构永磁同步电机的自抗扰控制

针对运载火箭电动伺服机构谐振频率过低,而传统陷波滤波器算法会降低系统的快速性问题,提出了一种基于自抗扰控制(ADRC)的微分前馈控制算法。在开环等效增益相近的情况下,比较了系统在传统PID控制和一阶ADRC控制方式下的阶跃响应和抗扰性能;对输入正弦指令的情况,比较了系统在比例+扩张状态观测器(ESO)和有限时间比例(FTP)+ESO这两种控制方式下有无输入微分前馈(IDF)的跟踪性能。仿真和实验结果均表明,在常规ADRC中引入IDF,可有效提高电动伺服机构对时变输入的跟踪精度。

双口RAM在航天伺服系统中的应用

航天伺服系统中数据传输具有高速实时等特性,针对采用双口RAM进行并行数据传输时易发生冲突的问题,提出了一种新的数据传输机制。不同于现有握手等待和优先级抢占等方案,从最根本的分时访问总线和数据空间的角度出发,设计了一种同步分时访问机制,实现了无冲突访问数据的高速传输。基于该同步分时访问机制,设计了基于FPGA的双口RAM数据传输方案,并通过仿真验证了该方案的可行性。搭建了数据传输测试平台,设计了多种测试用例。经过测试表明,该双口RAM性能稳定,实现了零误码率数据的高速传输。

削弱齿槽转矩的定子结构设计

齿槽转矩会引起电机的振动和噪声,对精密设备产生巨大的影响。为了最小化齿槽转矩,将定子齿设计成无齿靴状,并在齿牙处开设燕尾槽。采用拼接式结构去除槽开口,既能降低齿槽转矩,又能方便嵌线。利用有限元法验证了上述结构减小齿槽转矩的有效性,并分析了其对电机性能的影响。

PMSM电流预测控制参数误差量化分析方法

交流永磁同步电机(PMSM)电流环控制性能是制约交流伺服系统性能的关键。电流预测控制拥有更快的动态响应、更低的电流谐波和优良的转矩响应,但该算法依赖精确的电机模型,参数失配会引发稳态电流误差,无法输出额定转矩,进而导致电机转矩输出效率降低。根据永磁同步电机电流预测模型,详细分析了d、q轴电流静差产生的原因,以及电流预测控制对电机参数误差的敏感性,提出了一种参数误差量化分析方法。该方法引入电机参数偏差因子,量化描述了电机电感、磁链参数误差与电流静差之间的制约关系。通过仿真分析,验证了所提方法的合理性,为高性能永磁伺服电流预测数字控制技术打下了良好基础。

基于Popov超稳定性的TVC系统在线辨识及补偿方法

新一代固体捆绑运载火箭在发射状态下,由推力矢量控制(TVC)系统环境温度变化引起的参数摄动问题严重。而传统的PID控制器无法满足输出力矩的精度要求,且系统鲁棒性较差。针对上述问题,提出了基于波波夫(Popov)超稳定性理论的在线辨识方案,用于实现电动伺服系统的自校正控制。同时,针对内嵌式永磁同步电机(IPMSM)在最大转矩电流比(MTPA)矢量控制方案下,自适应辨识系统存在的欠秩问题,提出了利用回归分析的补偿方法。经试验验证了该方案的有效性。

伺服机构永磁同步电机的控制性能设计

在永磁电机优化控制的研究中,针对伺服机构驱动电机的控制性能设计费时较长且不直观问题,提出了一种初步设计永磁同步电动机电气参数的仿真方法,采用永磁同步电动机的数学模型,在驱动电机永磁同步电机磁路线性的假设条件下,为提高电动伺服机构的控制性能,将矢量控制策略与电机本体设计相结合,通过定子电流矢量轨迹分析永磁同步电动机性能。编写电机Matlab程序计算电机在各种控制模式下的电气参数,将定子电流矢量轨迹图与计算得到的参数相结合,便可快速地对电机性能做出判断,并通过电机模型仿真与程序计算的结果对比,验证了所提方法的正确有效,为同步电机控制性能优化提供了方法依据。

一种应用于半闭环低刚度TVC伺服系统的力矩反馈控制方法

针对新型火箭发动机喷管刚度低、伺服系统呈半闭环结构导致的伺服系统谐振和快速性之间难以调和的问题,以上面级电动伺服系统为研究对象,对机构参数与系统性能之间的关系进行了仿真研究,提出了一种新的谐振抑制控制方法,引入力矩反馈使伺服机构具有力矩控制能力。仿真结果表明,提出的力矩反馈控制方法具有比陷波算法更优的谐振抑制能力,运算量并未增加,且涉及的参数均可通过测试得到,调试难度有所降低。

基于SVM-DTC大功率电动伺服系统控制方法研究

针对永磁同步电机(PMSM)直接转矩控制(DTC)的转矩和电流脉动大,开关频率不稳定的问题,基于对表面式永磁同步电机(SPMSM)数学模型的分析,提出了一种优化的空间矢量脉宽调制直接转矩控制(SVMDTC)方法,讨论了磁链观测模型和定子磁链的影响。用Matlab/Simulink软件进行了SVM-DTC三闭环电动伺服系统仿真。结果表明:该法不影响DTC转矩与速度响应快的特点,同时具有瞬态电流畸变小,转矩脉动小,动态响应快,系统鲁棒性好的优点。