基于x-LMS算法的直升机主动消振电力作动器系统研究

直升机前飞时,气动环境会导致不同方位角的桨叶出现气动载荷的瞬间不对称,通过基础结构传递会在机身形成大幅度的低频振动。为了消除多方向幅值变化的振动力,利用结构响应主动控制原理,设计了基于x-LMS算法的主动消振电力作动器系统,并进行了减振实验。首先,通过比较确定了单台作动器中两台电机同向旋转的方案。通过两台作动器的组合使用,推导出输出力的数学模型。其次,采用负载相位差交叉耦合的控制策略设计系统控制框图。针对存在耦合的相位外环,通过回差阵特征值法确定满足系统稳定裕度要求的参数范围,再根据灵敏度函数和输入跟踪性能在所得的参数稳定域内寻找最优解。然后,提出了基于x-LMS算法的直升机主动振动控制系统,并通过仿真验证了该系统的减振效果。最后,研制的实验样机进行了动稳态实验以及减振实验,验证了系统的实际减振效果。

基于单相无刷直流电机的高效全速域无位置控制策略

以单相无刷直流电机(SPBLDC)控制系统为研究对象,针对小型风机位置传感器安装受限等问题,提出基于单相无刷直流电机的高效全速域无位置控制策略,该策略通过单相I/f电流幅值与功率因数补偿相结合的控制方法实现。通过构建SPBLDC的小信号模型,根据小信号根轨迹分析法,分别对单相I/f电流幅值控制以及单相I/f电流幅值与功率因数补偿相结合控制方法下系统全速域稳态及动态调速过程进行稳定性分析,选取了合适的升速斜率,理论分析了该控制策略能够提高电机运行效率,同时保证系统全速域均具备良好的稳定性能。在Matlab/Simulink环境中仿真验证该控制策略下系统全速域均高效运行于最大转矩/电流比状态,电机转速、电流收敛性能及稳定性均有提升。最后,实验验证了该控制策略的有效性及工程应用的可行性。

旋转永磁式机械低频天线的系统设计与验证

为实现低频电磁发信系统的小型化和低功耗,面向旋转永磁式机械天线的理论研究和技术实践,提出了基于多物理场耦合仿真的系统设计和性能校验方法。设计了包含永磁磁源、高效驱动电机及其控制器在内的旋转永磁式机械天线系统方案。研制了实验样机,并对其系统性能和近区磁场进行了实验测试,验证了相关设计方法和系统方案的可行性与有效性。结果表明,该样机的磁场场强和尺寸等主要指标达到了美国“机械天线”项目在射频穿透技术领域的要求,为旋转永磁式机械天线方案研究和样机设计提供了一种可行思路。

飞机电动环控用高速电机全速域无位置控制稳定性分析

以飞机电动环控用高速永磁同步电机(High-speed permanent magnet synchronous motor,HSPMSM)控制系统为研究对象,考虑到HSPMSM无传感器控制的研究主要集中在算法实现和转子估计误差消除方面,本文提出了一种基于小信号分析的无传感器全速控制全局稳定性分析和参数设计方法。该方法在扩展反电动势法的基础上设计了位置估计环的参数,并建立了位置估计环和速度环的参数对系统稳定性的影响。其次,本文使用根轨迹来设计I/f控制能够运行的最高转速和扩展反电动势法能够运行的最低转速,以确定算法切换的稳定转速。同时分析了电机参数在高温下的灵敏度。最后,在45 kW、4000 r/min表贴式HSPMSM上进行了全速域电动环控实验。结果表明,本文设计的回路参数和切换转速具有更好的动态和稳态性能,参数的灵敏度与理论分析一致,为HSPMSM的全局参数设计和灵敏度分析提供了可行的思路。

永磁同步电机电流环PI控制器参数整定及优化

针对永磁同步电机电流环PI控制器参数自整定依赖电机参数和系统模型精确度的问题,提出一种基于模型与规则相结合的PI控制参数自整定及优化方法。首先,采用直流激励法对电机的电阻和电感进行离线辨识;其次,利用零极点对消法设计出一组合适的PI控制器参数;最后,以这一组PI控制参数为初值,将响应的上升时间、超调量和调整时间纳入综合评价指标中,通过二自由度变量轮换法在PI控制参数初值邻域内优化后得到一组性能最优的PI控制参数。实验结果表明,该方法可以快速整定得到一组合适的PI参数,同时优化后的PI参数控制性能相较于优化前明显提升,响应调整时间减少50%,具有良好的动态性能。

高速低载波比下控制延迟分析与补偿策略研究

高速永磁电机在高基频运行和低载波比情况下,控制延迟会严重影响驱动系统稳定性和引起电流环控制失稳。介绍了控制延迟产生机理,对考虑控制延迟后的电流环模型进行重构,并系统分析低载波比下延迟引入的交叉耦合和时滞效应对电流环稳定性的影响,提出了通过计算得到电机在额定转速处稳定运行需补偿的延迟时间,对控制延迟角进行离线补偿的策略。基于一台1.5 kW、18000 r/min实验样机,对永磁同步电机矢量控制系统各部分进行离散化建模,对控制延迟补偿前后的仿真与实验波形进行充分的对比分析,证明了该策略的有效性与可行性,实现了电机在额定转速处稳定运行的目标。

航空Vienna整流器故障诊断与容错控制

Vienna整流器因其高效率、高功率密度等优点得到广泛的关注,为满足航空应用中高可靠性的要求,研究Vienna整流器故障诊断和容错控制非常有必要。该文通过分析Vienna整流器在单个开关管开路故障情况下输入电流的特点,首先提出一种基于固定相位电流变化率的故障诊断方案;然后对等效空间矢量脉宽调制(SVPWM)方式下故障情况的矢量特性进行分析,提出一种通过矢量替代与合成,实现在大部分区域维持三电平运行,小部分区域转化为不控整流运行的容错控制策略;最后通过仿真和实验验证了所提策略的可行性。

一种具备友好网荷交互功能的三相PWM整流器控制方法

在智能电网的构建过程中,越发强调用户与电网互动的重要性。当电网发生频率和电压波动时,传统的变换器控制方法无法较好地进行网荷交互以实现对电网的支撑。本文在三相PWM整流器中运用虚拟同步机技术,结合下垂控制方法,当电网发生频率和电压波动时,能够主动调节三相PWM整流器的有功功率和无功功率,从而在负荷侧实现与电网的友好交互功能。建立了虚拟同步机控制在三相PWM整流器中的应用模型,提出了采用虚拟同步机控制的有功功率和无功功率下垂机制及其控制框图,仿真和实验结果证明了该方法的有效性。

基于电网谐波电压前馈的虚拟同步整流器电流谐波抑制方法

虚拟同步机技术可使电力电子变换器表现出类似同步电机的阻尼和惯量特性,从而促进电源或负荷与电网的友好交互。然而,因实际电网运行工况较为复杂,电网电压畸变将导致虚拟同步变换器的并网电流发生严重畸变。为此,该文提出一种适用于畸变电网下的虚拟同步整流器电流谐波抑制方法。首先,运用阻抗分析法,研究电网谐波电压对虚拟同步整流器并网电流的影响机制;其次,基于阻抗分析,提出一种电网谐波电压前馈的方法,通过增大谐波频率处的网侧阻抗,削弱电网谐波电压对并网电流的影响,实现对电流谐波的抑制;最后,采用小信号分析法,研究前馈因子的取值方法,并评估系统的稳态与动态性能。仿真和实验结果证明了该研究方法的正确性和有效性。

消振作动器伺服控制系统策略研究

针对主动消振用电力作动器及其控制系统的特征,建立了电力作动器的数学模型,并研究了基于电力消振作动器用双电机伺服控制系统策略。分析了伺服三环控制策略,并对各环路参数进行整定。同时针对偏心轮式负载的周期性脉动转矩对系统输出力的影响,建立了偏心轮周期性脉动负载模型,通过负载前馈策略来抑制负载周期性的脉动。最后,对上述系统进行了仿真和实验,实验结果显示输出力的力幅误差降低至5%,力幅变化300N所需的时间小于0.5s,满足系统减振的指标要求,实现了优化伺服控制策略的目的。

坦克用高压两级式矢量控制策略研究

在坦克供电系统中一般为电压等级为900 V直流母线电压,传统SVPWM策略需采用两电平高压变频器,以增加功率管数量来承受系统的高压,带来了器件的均压、均流等问题,同时输出电压中谐波含量较高,功率管开通关断也会引入较大的电压尖峰。因此,本文先针对SVPWM输出的PWM波谐波进行了分析,得到了针对THD的最优调制比。提出前级BUCK变换器,后级为三相全桥逆变器两级式拓扑,对比分析两级式拓扑的控制策略与传统单级式控制策略在高压条件下的性能优劣。最后,进行了仿真和实验,结果显示两级式拓扑的永磁同步电机控制策略相比于传统基于三相全桥逆变器的永磁同步电机控制策略,THD得到改善。

Two Different Role Division Control Strategies for Torque and Axial Force of Conical Bearingless Switched Reluctance Motor

Although the five-degree-of-freedom magnetic levitation system composed of two conical bearingless switched reluctance motors(CBSRMs)owns the simplest structure,the torque and levitation forces are coupled greatly.Therefore,it is difficult to make the rotor rotate and be fully levitated simultaneously.To solve this problem,two different role division control strategies are proposed in this paper,i.e.individual role division and mutual role division control strategies.The difference between them is the selection of motor which controls the torque or the axial force.In order to understand the characteristics of control variables,the principle and mathematical model of CBSRM are introduced.After that,two control strategies are explained in detail.To verify the demonstrated performance,the simulations are completed with MATLAB/Simulink.

机械天线阵列系统的伺服优化及调制方式

旋转永磁式机械天线(RMBMA)作为一种全新的超低频电磁通信模式,可以显著降发信机的尺寸和功耗,但其存在远距离辐射场强弱、通讯波特率和准确率低等问题,不利于实际应用。为此提出了基于永磁同步电机直驱式的旋转永磁式机械天线阵列系统,并针对机械天线信号调制的瞬态大电流和转速频繁切换的工况,提出了基于无差拍电流预测模型的机械天线位置差协调控制策略,提高了系统的伺服性能且满足应用需求。对所提位置差协调控制参数进行设计,理论验证系统的伺服性、稳定性及鲁棒性,实现机械天线调制信号的高传输速率与低误码率。最后,搭建了机械天线阵列系统的实验测试平台,并对其近区磁场场强分布和驱动系统的伺服性能进行了实验测试,系统的近区场强相比于单磁源实现了翻倍,有效解决了场强弱的问题。电机伺服系统转速无超调且调节时间≤0.25 s,达到了伺服控制指标。

基于LabVIEW的开关磁阻起动发电机控制演示系统

开关磁阻起动发电机是一种新型航空高压直流起动、发电一体化机,具有容量大、功率密度高、可靠性好、容错性高,结构简单、成本低等优点,能够方便地实现起动和发电双功能。作为新一代航空起动发电机,是未来同类系统的教学重点。LabVIEW前面板能够方便地实现控制开关、电流电压表和显示转矩转速等功能,对于演示性教学系统具有很好的辅助性教学功能。

Research and Design of Coordinated Control Strategy for Smart Electromechanical Actuator System

In order to improve the frequency response and anti-interference characteristics of the smart electromechanical actuator(EMA)system,and aiming at the force fighting problem when multiple actuators work synchronously,a multi input multi output(MIMO)position difference cross coupling control coordinated strategy based on double‑closed-loop load feedforward control is proposed and designed.In this strategy,the singular value method of return difference matrix is used to design the parameter range that meets the requirements of system stability margin,and the sensitivity function and the H_(∞)norm theory are used to design and determine the optimal solution in the obtained parameter stability region,so that the multi actuator system has excellent synchronization,stability and anti-interference.At the same time,the mathematical model of the integrated smart EMA system is established.According to the requirements of point-to-point control,the controller of double-loop control and load feedforward compensation is determined and designed to improve the frequency response and anti-interference ability of single actuator.Finally,the 270 V high-voltage smart EMA system experimental platform is built,and the frequency response,load feedforward compensation and coordinated control experiments are carried out to verify the correctness of the position difference cross coupling control strategy and the rationality of the parameter design,so that the system can reach the servo control indexes of bandwidth 6 Hz,the maximum output force 20000 N and the synchronization error≤0.1 mm,which effectively solves the problem of force fighting.

一种适用于航空发电机系统的闭环I/f控制方法

航空发动机起动发电系统要求在热机与冷机情况不同负载转矩未知且突变明显时都能够可靠起动,且要求起动时间尽可能短。传统的永磁同步电机开环I/f控制方法存在转速调节时间长、电流利用率低、给定电流与负载转矩不匹配时易发生失步现象等问题,因此并不适用于航空发动机起动发电系统。针对此问题,提出了一种基于瞬时功率检测的改进闭环I/f控制策略,通过检测瞬时有功功率的扰动量对给定电流矢量的角速度进行补偿,增加系统阻尼转矩分量,加快转速收敛;通过检测瞬时无功功率调节电流矢量幅值,使电机工作在最大转矩/电流比状态,适应负载转矩的突变。同时建立了基于小信号的线性化模型,对传统开环I/f与改进闭环I/f控制方法的稳定性及鲁棒性进行了分析,选取了合适的阻尼补偿系数。最后通过仿真及试验验证了改进闭环I/f起动控制方法可以减小升速阶段转速波动约±60 r/min,减小转速达到稳定的收敛时间约0.3 s,提高电流利用率约20%,且能够适应航空发动机起动发电系统中未知且突变的负载转矩,及时对给定电流进行调整,不再会出现失步现象,实现可靠起动,可以有效地应用在航空发动机起动发电系统中。

消振电力作动器用位置环解耦控制策略

消振电力作动器采用四台电机各自独立驱动四个偏心质量块的形式实现减振,传统的并行控制策略会因为在系统输出端存在强耦合而导致控制效果不佳。针对以上问题,首先建立了作动器输出力的数学模型,提出了消振电力作动器用位置环解耦控制策略,并将广义频率法和主导极点法相结合应用于控制系统的参数设计上。然后,分析了系统的动态性能,并通过回差矩阵奇异值法等稳定裕度量测方法计算出了解耦控制系统的稳定裕度,结果表明本文所设计的系统具有良好的动态特性和鲁棒性。最后,研制出了原理样机,实验验证了控制策略的有效性和参数设计的合理性。

机械式低频天线机理及其关键技术研究

不同于依靠导体中振荡电流激励电磁波的传统电小天线(electronically small antenna, ESA),机械天线(mechanical antenna, MA)是利用机械运动的电荷或磁矩直接激励电磁波的一种新型低频电磁发信技术.该技术有望突破ESA的物理尺度限制,有利于解决现有系统天线体积庞大、设备复杂、辐射效率低、发射功率和能耗大等问题,以提高低频通信应用的机动性和灵活性,在水下和地下通信以及导航定位等领域具有广泛的应用前景,已成为当前国内外相关领域的研究热点.本文介绍了MA的基本概念与研究动态,重点研究了MA的实现形式、物理模型以及在自由空间产生时变电磁场的分布模型与衰减特性,对比了不同类型MA的性能特点及应用优势,提出了MA的基本架构,探讨了实现高效应用急需解决的关键技术问题与挑战,并对其应用模式和应用前景进行了展望.基于提出的MA架构,研制了基于钕铁硼永磁体和高速永磁伺服电机的旋转永磁式MA原理样机,通过近场测试初步验证了旋转永磁式MA的时变磁场分布特性,及其实现FSK调制的可行性和有效性.