基于多新息辨识算法的锂离子电池等效电路模型参数辨识

实时、准确地获得电池模型的参数可提高电池状态估计的精度。常用的系统辨识算法和智能优化算法不仅实时性差,而且辨识精度低。为了解决等效电路模型的参数辨识及提高等效电路模型参数的辨识精度,本文通过直接离散的方法建立了能够同时辨识二阶RC(resistance-capacitance)等效电路模型和PNGV(partnership for a new generation of vehicles)模型参数的差分方程。基于多新息算法辨识理论,提出了带遗忘因子的多新息辅助模型扩展递推最小二乘(FMIAELS)算法。FMIAELS算法只需利用电池的电流及端电压即可实现等效电路模型参数的实时、精确辨识。实验验证结果表明,在不同温度、工况和老化程度下,FMIAELS算法可精确地辨识电池的模型参数,误差约为常用的系统辨识算法和智能优化算法的1/3。FMIAELS算法也能实现开路电压(OCV)的精确辨识,在不同脉冲下辨识的OCV的精度也明显优于常用的系统辨识算法和智能优化算法,其平均误差仅有0.22%。

基于新型趋近率的含齿隙随动系统鲁棒控制

针对一种含齿隙随动系统高精度、快响应、鲁棒能力强的控制需求,提出了一种基于新型滑模趋近率的鲁棒控制策略。首先在位置环设计过程中引入了积分非奇异终端滑模控制器,能有效克服系统结构参数的变化,并提高了响应能力;其次利用线性扩张状态观测器将传动结构中的齿隙因素视作外在扰动之一进行补偿,增加了系统的稳定性与鲁棒能力;最后基于设计的新型滑模趋近率克服了控制量的抖动问题,通过联合仿真实验证明了所提出方法的有效性。

微孔阵列式绕回转体气泡减阻实验研究

为了研究回转体模型气泡减阻变化规律,深入了解通气两相流场的流动特性,采用高速摄像观察系统及测力系统相结合,进行了微孔阵列式绕回转体气泡减阻实验研究。结果表明:根据气泡沿下游发展过程中出现的不同流动形态,可将通气两相流场划分为3个区域:稳定区、脉动区、回流区;随着通气率的增加,稳定区及脉动区空泡份额增加,模型摩擦阻力持续减小,直至饱和通气率;回流区分离点向下游移动,尾部压力增加,至突变临界通气率处,回流区流动形态发生突变,流动介质由水气混合转变为气体为主,致使尾部压力出现突增,继而导致气泡减阻率出现突增。

绕流线型回转体通气两相流动的非定常特性

为深入了解通气两相流的流场结构及水动力特性,在循环水洞中利用高速全流场显示技术及六分力天平测量技术,对绕流线型回转体通气两相流动的非定常特性进行实验研究.结果表明:弹身区域流场呈均匀分布的水气两相混合状态,流动稳定,非定常特性不明显;尾部区域流场较为紊乱,非定常特性明显,尾部空泡涡的周期性脱落引起模型阻力系数出现周期性脉动现象.绕流线型回转体通气两相流动的非定常特性与雷诺数及通气率有关.通气率的增加可降低由于尾部空泡涡的脱落而引起的阻力系数的波动幅度,而对尾部涡的脱落频率无明显影响;随着雷诺数的增加,由于尾部空泡涡的脱落而引起的阻力系数的波动幅度减小,尾部涡的脱落频率增加.

基于反正切非线性函数的自抗扰控制

传统扩张状态观测器(ESO)在对系统进行观测时,对系统输出的测量噪声较为敏感,文中构造了一种基于反正切函数的非线性函数以替代ESO中的幂次函数,并给出了由其构成的ESO的一般形式,使用李雅普诺夫函数对观测误差进行了分析;然后,提出了2种基于反正切非线性函数的改进ESO方案,以及基于这2种ESO方案的改进自抗扰控制算法.仿真数据表明,改进的ESO对由输出测量噪声带来的观测噪声有明显抑制,尤其可以对干扰量估计的噪声抑制在很小的范围内,2种改进自抗扰控制算法针对输出带有测量噪声的控制对象均取得较好的控制效果.

流线型回转体变攻角状态下的通气空泡水动力特性研究

为了探究变攻角通气空泡水动力变化规律,采用高速摄像观察系统及测力系统相结合,结合通气两相流场的流动特性,进行了流线型回转体变攻角通气空泡水动力特性试验研究。结果表明,在试验所涉攻角范围内,适当通气量下,通气空泡的形成将减小流线型回转体模型的阻力、升力及俯仰力矩。随着通气率的增加,空泡覆盖面积增大,模型沾湿面积减小,质心前端非对称沾湿面积减小,模型阻力及俯仰力矩基本呈减小趋势。升力方面,随着通气率的增加,背流区较快形成覆盖整个区域的空泡,此时升力系数出现突增;继续增加通气率,迎流面空泡长度增加,模型升力系数随之减小。直至通入气体量的增加不再对空泡形态有明显变化,模型阻力、升力及俯仰力矩均趋于稳定。试验结果可为水下航行器的弹道设计提供参考。

基于PSO优化的电动舵机自抗扰控制器设计

将自抗扰控制技术(ADRC)引入电动舵机控制系统,针对系统输出的测量噪声,使用反正切非线性函数对ARDC进行改进,并针对自抗扰控制器参数较多,整定难度大的特点,采用粒子群优化算法(PSO)优化参数。利用Matlab/Simulink对某电动舵机控制系统进行建模、实现基本自抗扰控制器得出基本ADRC控制性能数据,采用粒子群优化算法对ADRC参数进行优化,得出PSO优化ADRC控制性能数据。分析两组数据得出经过粒子群算法优化后的参数更能发挥自抗扰控制器的效能,优化过程对ADRC实际应用具有指导意义。

车载大惯量运动平台双电机驱动控制策略

针对某车载大惯量伺服系统刚度欠缺,系统在高动态响应与稳定运行之间存在的矛盾,提出一种基于速度曲线规划的双电机驱动策略。采用双电机同步消隙的方法来补偿方位通道与俯仰通道中传动间隙的影响,使得负载的驱动力矩变化连续,保证了系统的稳定运行。通过对伺服系统的运行速度曲线进行合理规划,避免了系统较大启动速度与加速度对结构造成的冲击而导致的抖动问题;利用速度规划指令前馈补偿的方式提高了伺服系统的动态跟踪精度,保证了系统的快速运行能力。联合仿真及实验结果表明:双电机同步消隙方法能有效补偿传动结构中间隙/齿隙的影响;速度曲线规划及前馈补偿的方式能有效抑制大惯量挠性结构的抖动问题,同时保证了系统运行的快速性。

弹体材料在超高速碰撞过程中的物相演化

在碰撞速度大于10 km/s的超高速碰撞问题中,弹体材料大部分发生液化、汽化,以现有技术手段对此类问题进行实验研究存在一定难度。为深入了解超高速碰撞过程中材料物相的演化规律,揭示不同密度、熔点的材料在超高速碰撞过程中的物相演化特征,采用物质点法,结合GRAY三相物态方程,对铜、镍、铝3种金属材料的超高速碰撞问题进行数值模拟研究,得到不同碰撞速度下弹体材料物相分布随时间变化曲线,并总结出材料特性和碰撞速度对物相演化的影响规律,为开展超高速碰撞等效实验提供参考。

使用新型物态方程的超高速碰撞物质点法模拟

为更准确地对超高速碰撞进行数值模拟、获得与实验结果相似度更高的碎片云形态,利用分子动力学方法求解材料的冷能、冷压,并结合Grover定标律方程,建立了一种表达形式简洁、可处理相变影响的新型物态方程,并代入自编柱坐标物质点法计算程序,使用新型物态方程计算所得的碎片云与使用Mie-Grüneisen、Tillotson等传统物态方程的计算结果相比,在尺寸、形态方面均能够与实验结果更好地吻合,证明了新型物态方程的有效性。

基于自抗扰控制的全数字电动舵机设计

关于电动舵机性能优化问题,针对电动舵机非线性强、使用环境复杂,引起系统响应性能差。为提高控制性能,提出采用DSP结合FPGA的全数字电动舵机设计方案,并充分利用全数字通信的优点,利用一种同步RS485总线和CAN总线的总线式电动舵机控制系统;其次引入自抗扰控制算法,并针对自抗扰算法对测量噪声较敏感的特点,提出基于反正切函数的自抗扰控制算法;最后针对自抗扰参数较多的特点,使用改进PSO对参数进行优化。经试验验证,电动舵机系统集成度高,抗干扰能力强,并且带载精度高,频带带宽高,对内部参数摄动以及外部负载变化具有较强的控制鲁棒性。

双电机同步消隙伺服系统的鲁棒滑模控制策略

针对常见的双电机同步消隙伺服系统电流环、速度环、位置环控制结构,提出一种鲁棒性更强、响应速度更快的简化控制策略。利用反步递推理论设计了伺服系统的位置控制器,由经指令滤波处理后的参考位置指令直接计算出力矩信号传递至电流环,简化了系统的控制结构;在反步控制器设计过程中引入积分非奇异终端滑模面,克服了线性滑模的抖动问题,并使得系统在有限时间内到达平衡状态;采用扩张状态观测器对总扰动进行补偿,使得系统对内部结构参数变化及外在扰动均具有较强的鲁棒性。在Matlab/Simulink与Adams中进行了联合仿真实验,仿真结果表明,所研究的新型双电机同步消隙控制方法比传统方案具有更佳的跟踪性能,比普通的扰动补偿方法有更好的抗扰能力。

Whipple防护结构高速区弹道极限数值模拟研究

受二级轻气炮发射速度的限制,在以往研究中极少进行弹体速度大于8 km/s的Whipple防护结构撞击试验,导致建立高速区弹道极限方程所依据的实验数据并不能完全反映Whipple防护结构在高速区的防护能力。通过将GRAY三相物态方程代入自编物质点法计算程序,对厚靶侵彻、Whipple防护结构高速区撞击等工况进行数值模拟,得到Whipple防护结构在高速区的弹道极限,仿真结果表明其高速区防护能力高于弹道极限方程的预测,对航天器防护结构的设计具有参考价值。

基于N-S方程的多孔质气膜悬浮力学模型研究

为了研究多孔质气浮承载系统设计参数对气膜厚度的影响特性,以平行圆板模型为对象,建立了包含多孔质特性和缝隙流特性的气膜悬浮静态模型,分析了承载系统多孔质部分的受力特性,得出了气膜厚度控制方程,并利用改进弦截法进行求解。理论计算和实验结果对比表明,基于气膜简化模型的数值计算结果与实验值吻合较好,验证了理论模型的有效性。通过数值计算结果,探讨了通气量和承载力变化对气膜厚度的影响规律。研究表明,气膜厚度受通气量及承载力的影响,可通过对通气量及承载力进行最优控制,以使气膜厚度满足环境使用要求。

基于扰动补偿的双电机同步消隙策略研究

在减速比较大的末端齿轮传动机构中,齿隙的存在将导致系统的动态性能表现大幅降低。针对常见的对齿隙进行数学建模及仿真的分析方法,在Creo中建立实体模型,导入Adams并与MATLAB/Simulink进行联合仿真的方式来验证双电机驱动消隙策略的有效性,并设计基于双电机控制系统的扩张状态观测器(ESO)对扰动进行补偿。仿真结果表明:采用的双电机同步消隙策略能有效解决末端齿轮传动机构的齿隙问题,所设计的补偿器能可靠抑制扰动对伺服系统的影响。

基于预测电流控制的BLDCM转矩控制

为降低无刷直流电动机控制系统的转矩脉动,提出两种基于预测电流控制的电机转矩控制方法.首先根据梯形反电动势特性,通过扩展的派克变换,得到电机转矩与其中一个坐标轴上的电流分量成正比,使得转矩控制等效于电流控制;然后通过对无刷直流电动机数学模型的分析,实时预测电机在不同电压矢量作用时的下一控制周期的电流,通过选择使下一时刻电流与目标电流之间差的绝对值最小的电压矢量施加于电机上,实现了基于120°导通模式的预测电流控制及混合导通模式的预测电流控制.经过实例仿真表明,两种控制方法均能有效地实现对电流、转速控制,并且具有快速的转矩响应和较小转矩脉动.

伺服系统速度环控制器参数的自整定及优化

针对交流伺服系统速度环控制器参数自整定及优化的需求,为使工程技术人员避免繁琐的调参过程,提出了一种基于转动惯量辨识的速度环控制器参数自整定及优化方法。首先,采用频率法分析伺服系统速度环控制器参数的设计规则;随后,采用遗忘因子递推最小二乘法,对控制器参数设计所需的系统转动惯量进行辨识;最后,在此基础上利用设计的变步长迭代算法,完成控制器参数寻优过程。仿真结果表明,采用遗忘因子递推最小二乘法,能够有效辨识出电机轴端的转动惯量。提出算法进行整定及优化后,速度环控制器参数能使系统具有良好的动态响应和鲁棒性。

不确定伺服系统的模糊自适应NTSM控制

针对永磁同步电机伺服系统内因结构参数变化和末端负载变化带来的控制问题,提出了1种结合模糊控制理论的新型自适应非奇异终端滑模控制策略。首先,在传统滑模控制理论基础上设计结构参数自适应律,消除系统结构参数变化的影响;然后,利用模糊控制理论估计负载扰动的上界,减小了滑模控制的抖动问题,进而通过构造非奇异终端滑模面,提高了伺服系统的响应能力;最后,为了缩小系统的跟踪误差,设计了基于误差积分的非奇异终端滑模面。离散化仿真结果表明,所提出控制算法对系统结构参数变化和负载变化具有良好的鲁棒性。

电动液压阀研制

电动液压阀是飞行器液压控制系统中的一种特殊元件。由于其特殊的功能要求和性能要求使其在组成和结构等方面有别于传统的电液开关阀。本文着重讨论了如何根据这些特殊要求来选择合适的先导控制油路方案和主阀、先导阀结构方案，分析了设计中应注意的问题，对试验结果也作了简单介绍。

电枢参数对电枢超导型高温超导电机性能的影响

高温超导材料存在背景磁场依赖性和各向异性的问题,针对超导感应电机采用双层绕组结构,提出了双重镜像法建立开口矩形槽内漏磁场垂直方向和水平方向的解析模型,利用该模型研究了超导线圈在传输不同电流情况下磁场分布规律,揭示了开口矩形槽电磁结构参数对槽内超导线圈所受表面磁场的影响规律。研究结果表明,适当增大槽宽尺寸可以有效降低超导线圈表面所受最大磁场,传输电流和线圈匝数均能够近乎线性增大超导线圈表面所受最大磁场。