基于模糊解耦控制的质子交换膜燃料电池阴极控制方法研究

为实现质子交换膜燃料电池(PEMFC)空气子系统流量和压力的协调控制,应用模糊控制原理,采用Mamdani模糊推理方法推理了模糊解耦控制规则,配合MAP前馈控制,组合设计了模糊解耦复合控制器,最后,将其与模糊PID控制器进行对比测试并补充环境适应测试,结果表明,变载工况下模糊解耦控制器的流量控制误差小于±3g/s,压力控制误差小于±10kPa,具有良好的解耦控制效果,同时具有很好的环境适应性。

电子机械制动器构型及控制技术发展现状

电子机械制动(EMB)作为真正意义上的线控制动,具有系统结构精简、制动响应迅速等诸多优势。为了对EMB构型的研发现状进行全面梳理,本文在大量专利调研的基础上对各种构型的发展和产业化进程进行了总结,并对滚珠丝杠、楔式自增力、滚珠坡道和凸轮4种基本构型方案进行了分析和对比。针对执行器非线性特性和慢时变参数摄动下的控制难题,本文首先对各种执行器建模方法进行了整理,然后以有无压力传感器为分类依据,从基于夹紧力反馈值的控制和基于夹紧力估计值的控制两大层面分别对国内外的研究进展进行综述。最后,提出了对于执行器构型设计、夹紧力控制以及整车协调冗余控制的发展展望。

一种基于电机驱动重构的电池包加热集成拓扑

提出一种新的电机驱动与电池包加热一体化拓扑结构,该结构复用电动汽车驱动系统的电气元件进行电电能量变换,以电机磁能作为中间能量,将三相绕组电感作为等效Boost/Buck电路的储能电感,引入储能电容与电机中性线相连形成零序通路,作为外部储能设备与电池进行能量交换,通过交变充放电电流利用电池阻抗在电池内部产生电化学热。考虑到理想的交流加热电流为正弦量,采用基于内模原理的PR控制,理论上可以实现对正弦输入的无静差跟随。仿真结果表明,该控制系统能有效跟踪输入电流,在驻车状态下对电池进行大功率充放电以实现高效自加热。

行波超声波电机非参数辨识模型

超声波电机的输出特性与驱动频率呈非线性关系。同时在驱动频率切换期间,振动的初始状态对转速变化过程也会产生影响。行波超声波电机(traveling-wave ultrasonic motor,TUSM)动态过程与切换频率前后值的选取及频率变化方向有关。将TUSM频率阶跃响应过程近似线性化,利用系统辨识中的非参数建模方法,建立在特定切换频率条件下的二阶线性模型。在TUSM工作范围内,辨识若干组不同切换频率条件下的近似二阶线性模型,将这些模型的参数进行二维或三维拟合,得到了一个关于TUSM传递函数的多输入多输出模型。利用60mm行波超声波电机作为研究实例,实验与仿真结果表明,模型计算值与实测值接近,表明建模方法可行。

行波超声波电机多调节量协调控制方法

在行波超声波电机伺服控制中,电机需要低速运行和正反向转动。调压可以实现低转速控制,但通过单一调节驱动频率和电压不能改变定子行波的运动方向,因而电机转动方向无法改变。调节两相驱动信号相位差,在±π/间直接切换会造成在切换点转速的剧烈跳动。因此要想获得理想的伺服控制效果,采用驱动频率、电压(占空比)、相位差三种调节量分段调节,通过模糊控制算法,可以解决低转速控制和转速跳动问题。以直径60mm行波超声波电机为实例,通过转速、位置伺服跟踪控制对这种控制方法进行了实验验证。

基于单神经元PID-PI的行波超声波电机速度复合控制研究

由于行波超声波电机存在时变性、非线性等特征,为了得到更加稳定的转速输出,利用神经元的自学习能力在线寻找最优控制参数,是提高电机控制效果的有效途径。因此通过分析单神经元PID控制器优缺点,可以利用单神经元PID和PI构成复合控制器,提高行波超声波电机的速度控制效果,而且结构简单,有利于商品化。

电感交叉耦合对高频注入法的影响及补偿方法

高频注入法是一种永磁同步电机低速无位置传感器控制方法,在带载工况中,由于电机电感交叉耦合效应的影响,其估计位置与实际位置存在一定偏差。根据电机数学模型推导偏差与电机电感的关系,提出一种新的补偿信号的方法来减小误差,并通过仿真验证了该补偿方法的正确性。

高速燃料电池空压机无位置传感器控制

两级加压式燃料电池空压机两端安装泵头,没有位置传感器安装空间,需采用无位置传感器控制技术进行电机调速。针对一款高速空压机设计控制算法,采用I/F起动结合改进型滑模观测器,实现空压机的无位置传感器控制。针对空压机的速度调节,利用空压机转速与交轴电流的对应关系,在PI调节器基础上增加前馈补偿环节,实现了空压机更加快速的转速响应。

超声波电机速度与定位控制系统

由于超声波电机复杂的非线性关系,常规的控制方法根本不能满足其控制需求。该文提出了一种新型的超声波电机控制系统,即运用模糊自适应 PID 的控制策略来进行速度控制,并且在设定位置附近切换成 PID 的控制策略进行定位控制。由于综合了模糊控制及 PID 控制两种控制方法的优点,而不需要精确的数学模型就能够对超声波电机进行快速精确的控制。实验证明,利用该控制系统对行波型超声波电机进行速度与定位控制,其速度的快速性与定位的精确性可以得到保证。

超声波电机振动模态有限元分析

振动模态分析是超声波电机优化设计的重要步骤。该文描述了超声波电机振动模态分析数学模型。以直径为100 mm的环形行波型超声波电机为例,给出了电机振动模态ANSYS有限元分析结果,特别阐述了最优振动模态的选择。并对制作的电机进行了实验验证,结果表明:分析结果与实测结果一致。

超声波电机谐振升压式驱动技术研究

该文通过超声波电机的等效电路,提出了无变压器驱动的谐振升压式驱动电路。对该电路进行理论分析和PSPICE仿真后,得出输出电压同驱动占空比的关系近似为线性,同串联电感的平方根成反比,并通过实验对仿真结果进行了验证。应用此电路驱动定子直径为30mm的环形行波超声波电机,证明此电路在超声波电机的小功率驱动控制中具有实用性和可靠性。与目前通常采用变压器的超声波电机控制器相比,使用该电路装置的体积比原来至少可以减少1/3,重量减轻1/2,制作成本降低1/5,便于集成化生产。

双转子柱体超声波电机运行机理与实验研究

环形行波型超声波电机小直径条件下,输出性能逐渐失去低速大扭矩的特点。而柱体弯曲振动超声波电机是靠圆柱定子端部的摇头振动并通过摩擦来驱动转子的,定子的直径越小,摇头振动的幅值越大,因而,小直径时更能显示出这种电机的优越性。该文阐述了双转子柱体弯曲振动超声波电机的运行机理,证明了定子表面质点运动轨迹为一椭球;利用ANSYS有限元软件分析了电机的弯曲振动模态;用阻抗特性分析仪分析了电机的阻抗特性和相位特性;制作了直径为20mm、有两个转子的柱体弯曲振动超声波电机, 并对其输出特性进行了测试,最大转矩达0.16Nm、最高转速为220r/min。

行波超声波电机瞬态特性的测试及分析

瞬态响应特性是超声波电机的一项重要性能指标。通过主要由光电编码器和数字示波器组成的测试系统,对直径60mm行波超声波电机的瞬态响应特性进行测试,测得超声波电机启动和断电自锁时定子振动和转速变化的过程。利用测试数据和建立定、转子接触面上力的传递、转子内力的传递、定、转子振动耦合特性等力学模型,对行波超声波电机的瞬态特性进行理论分析。这些分析为超声波电机的深入研究提供了理论依据。

基于DSP的超声波电机控制系统

超声波电机是一种新型的电机,其控制和驱动方法有别于传统的电磁电机。本文主要介绍了课题组所研制的一种基于DSP的超声波电机的控制系统,对系统的硬件及软件的实现技术做了分析。测试结果表明控制系统的性能稳定,控制方法可行。

一种新型圆柱定子3自由度球形压电超声电机

3自由度超声电机利用圆柱定子的 3种同频共振模态 ( 2个正交的弯曲摇摆振动和 1个纵向振动 ) ,两两分别叠加、合成 ,通过摩擦驱动球转子分别绕 3个轴旋转 .根据这一原理可将该电机改装成多自由度直线电机 .通过有限元方法设计定子的结构和模态 ,利用阻抗测试方法测得的定子共振频率、模态与设计相符 ,同时测量了球转子绕 3个轴的转速特性 .为了提高 3自由度圆柱超声电机的定转子传动效率 。

基于有限元法的行波型超声波电机阻抗特性分析

利用有限元方法对行波型超声波电机的阻抗特性进行定量分析.以直径为60mm的行波型超声波电机为例,建立了电机定子的有限元分析模型,分析了在20～50kHz频率范围内,超声波电机定子的输入阻抗随频率变化的规律.此外,介绍了一种基于虚拟仪器技术的超声波电机阻抗测量方法,在20～50kHz的频率范围对该电机定子阻抗进行了测试.结果表明,利用有限元法计算得到的电机定子阻抗特性与实际测量值相符.

基于LabVIEW超声马达谐振频率的实验研究

该文对超声马达谐振频率的时效性及不同预压力、电压激励下谐振频率特性的理论分析,采用基于LabVIEW开发平台的阻抗测试系统,自动测量超声马达阻抗特性、谐振频率及其相位,得出超声马达的谐振频率一般会随着预压力的增大而变高,谐振频率和品质因数随着激励的增加而减小,随测试时间而略有变化,并在RTWUM60样机上得到了实验验证,其输出曲线和数据对于超声马达谐振频率的获取、等效电路的导出、马达参数的识别及相应的控制策略均有重要指导意义。

振动模态与超声波电机性能关系的研究

振动模态选择是超声波电机设计的重要环节 ,也是影响电机性能的重要因素。本文介绍了超声波电机振动模态形式及其选择的原则。采用有限元分析方法计算了所设计电机的振动模态和共振频率 ;用阻抗特性分析仪测量了不同模态对应的共振频率 ,其结果与有限元分析结果一致。

圆柱定子3自由度球转子超声波电机驱动控制技术的研究

驱动控制电源的设计和制作直接决定了超声波电机的输出性能,国内超声波电机产业化空白的最主要原因之一是驱动控制手段的落后。该文从原理上提出了3自由度超声波电机驱动控制电源的要求,以自行设计的圆柱定子3自由度球转子超声波电机为驱动控制对象,设计并实现 了3种可用于3自由度驱动控制的电源。一种基于高频开关电源技术设计,适用于一般的控制,第二种对两相驱动控制电源的改进设计,适用于实验室调试,性价比较高,另一种是基于DSP技术的驱动控制电源,适用于超声波电机的产业化制造。实验证明,3种驱动控制电源适用于任意一种结构的3自由度超声波电机的驱动控制,并通过对电机输出性能的测试,验证了3种驱动控制电源的可行性和正确性,为提高3自由度超声波电机的能量转换效率和进一步增大电机的输出性能奠定了必要的技术和理论基础。

超声波电机自激振荡驱动电路的变频控制特性

针对单相超声波电机的自激振荡驱动电路,重点分析了电路选频网络中不同元件参数对电路自激选频特性的影响,建立了电机动态阻抗变化特征、电路自激信号频率和电路参数之间的一个方程组,得出在超声波电机的工作频率范围内,电路自激频率随选频网络中下端电阻的增大而增大,随电感的增大而减小,实验结果与理论推导基本相符。电路中选择不同的电阻和电感值可以实现调频,即对超声波电机的变频控制。在电机稳定工作点的一定频带范围内电路可以实现自动频率跟踪功能。