Application of Ultrasonic Motor to Control of Moment Gyroscope Gimbal Servo System

Attitude control system is one of the most important subsystems in a spacecraft.As a key actuator,the control moment gyroscope(CMG)mainly determines the performance of attitude control system.Whereas,the control accuracy and output torque smoothness of the CMG depends more on its gimbal servo system.Considering the constraints of size,mass and power consumption for a small satellite,here,a mini-CMG is designed,in which the gimbal servo system is driven by an ultrasonic motor.The good performances of the CMG are obtained by both the ultrasonic motor and the rotary inductosyn.The direct drive of gimbal improves its dynamic performance,with the output bandwidth above 20 Hz.The angular and speed closed-loop control obtains the 0.02°/s gimbal rate,and the output torque resolution better than 2×10^(-3) N·m.The ultrasonic motor provides 1.0N·m self-lock torque during power-off,with 12arc-second position accuracy.

永磁同步电机转动惯量辨识方法研究

永磁同步电机结构简单、性能优越,在众多领域应用广泛。在伺服控制等高性能电机驱动领域,需对转动惯量进行精确的辨识。基于带遗忘因子的递推最小二乘法,给出了电机转动惯量辨识的实现流程,分析了注入的扰动波形及采样的随机噪声对转动惯量辨识的影响,对正弦波、三角波及方波三种典型扰动注入方式进行了比较与分析,通过对不同扰动波形下辨识效果的量化对比,认为方波注入方式具有更好的辨识效果和收敛速度,并在仿真平台对一台750 W/3000 r/min永磁同步电机进行了验证。

基于改进MRAS算法的转动惯量辨识策略

为改善传统的模型参考自适应(model reference adaptive system,MRAS)辨识系统无法同时满足收敛速度与稳定性的问题,提出改进的自适应变增益MRAS算法。对于基于MRAS的转动惯量辨识系统而言,辨识增益系数是影响辨识效果的重要参数,但在传统的MRAS辨识系统中,辨识增益系数是一个根据经验选择的固定值,无法同时满足收敛速度与稳定性两方面的需求。对MRAS算法的永磁同步电机转动惯量的辨识原理进行分析,研究了辨识增益系数对电机转动惯量辨识结果的影响,设计出一种辨识增益系数基于辨识结果偏差而实时改变的自适应变增益MRAS法。仿真验证了该方法具有可行性,同时具有速度收敛快和稳定性好的特点。

轮毂电机驱动电动汽车4WS和DYC协调控制

为了提高轮毂电机驱动电动汽车的路径跟踪能力和操纵稳定性,本文针对主动四轮转向系统(4WS)和直接横摆力矩控制系统(DYC)提出一种新型的协调控制策略。首先,综合考虑车辆的路径跟踪性能和操纵稳定性,建立一种共享转向控制模型,并在此基础上提出基于非合作Nash博弈的4WS控制策略。其次,为了提高危险行驶工况下的车辆侧向稳定性,基于质心侧偏角相平面将车辆状态划分为稳定区域、过渡区域和失稳区域,并分区域建立DYC控制器。再次,为了实现后轮转向与直接横摆力矩的协同控制,建立基于模糊神经网络的ARS/DYC协调控制器。最后,利用CarSim/Simulink联合仿真平台和硬件在环平台,分别进行双移线工况下的试验验证。研究结果表明,所提出的控制策略能够有效地提高车辆在极端行驶工况下的路径跟踪精度和操纵稳定性能。

考虑负荷特性的区域电网在线转动惯量快速估计算法

随着新能源容量占比的不断提升,系统转动惯量资源日益短缺,需要对其进行准确估计为运行分析提供良好基础。电力系统转动惯量由发电侧和负荷侧构成,发电侧可利用统计法准确获得,而负荷侧由于数量多且分散而难以获取。从负荷侧惯量机理分析入手,以扰动法的方式通过扰动前后负荷功率及电压变化率的分析,对恒阻抗、同步电动机和异步电动机负荷的等效惯量特性进行理论推导,以明确各类负荷的惯量特性,进而提出了考虑源荷两侧惯量特性的系统整体转动惯量在线快速估计方法。仿真分析验证了所做负荷侧惯量特性分析结论的正确性;利用2019、2020年某区域电网2次频率波动事件实测数据进行分析,所提方法的系统惯量估计值与扰动法估计值之间的误差在±5%以内。

轮毂驱动轻型商用车差速转向稳定性分析

针对分布式驱动差速转向因车轮滑转或滑移导致的失稳问题,以某后轮轮毂驱动轻型商用车底盘为研究对象,设计差速转向控制策略。构建二自由度转向运动学模型,根据理想横摆角速度和实际横摆角速度的差值进行自适应实时跟踪控制,对轮毂驱动电机附加横摆力矩进行合理分配,实现转向助力协调优化控制,开展实车测试并参照QC/T 480-1999对车辆转向稳定性进行评估。结果表明:稳态回转试验、转向回正试验、转向轻便性试验的综合评分分别为84.10,89.46,85.82,均满足国标要求且性能良好。

一种新型PMSM负载转矩和转动惯量辨识策略

精确的负载转矩和转动惯量辨识是实现永磁同步电机高性能伺服控制的关键之一,而目前负载转矩和转动惯量的辨识多局限于其本身,未能联系到负载转矩和转动惯量之间的相互影响与制约。针对该问题,文中首先设计了一种互相连接的扩展滑模观测器,充分考虑负载转矩和转动惯量间的相互影响,并且将已辨识转动惯量值作用于电机速度环的比例系数和积分系数,使得两个扩展滑模观测器拥有更加精确和稳定的速度输入。然后,文中将新型策略与其他算法进行了对比分析,结果表明新型辨识策略使负载转矩和转动惯量的辨识拥有更快的响应能力和更好的辨识精度。此外,为了验证辨识系统的抗干扰能力和辨识的稳定性,基于变速和负载突变环境进行辨识,仿真结果表明即使在复杂环境下,文中所提的新型策略依旧具有较为稳定的辨识效果。

一种抑制控制力矩陀螺框架电机共模电压的方法

控制力矩陀螺作为执行机构,是保障航天器在轨寿命和工作性能的核心部件之一。为了抑制控制力矩陀螺外框电机的共模电压,提高控制力矩陀螺的在轨寿命,提出了一种三相四桥臂的拓扑结构与优化的SVPWM调制算法结合的共模电压抑制方法,调制过程中避免零矢量的使用,使驱动器可以保持在平衡状态,经过仿真试验的结果对比分析,验证了这种方法可以有效地抑制系统的共模电压。

直流力矩电机在机载光电伺服系统中的应用研究

将永磁直流力矩电机引入机载光电伺服控制系统执行机构中可综合实现精度高、体积功耗小等伺服系统性能要求。在对采样电流信号滤波器截止频率的选取规则进行分析论证并给出选择建议的基础上,采用模拟PI电路实现电流闭环,使电流环理论开环特性变为一阶惯性环节,实际闭环截止频率达到1.2 kHz。同时在提出一种简单易行的微分实现方法的基础上,将模糊控制引入速度环调节器;由模糊控制+经典零极点配置控制组成的复合控制器使机载光电伺服系统隔离度达到了0.536%,同时阶跃响应的超调为4%。

新型高性能直接驱动电液伺服阀

研制了一种全新结构的直接驱动电液伺服阀。该阀在结构上采用转动阀芯取代滑动阀芯,变滑阀结构为转阀,有效的减少了阀的液动力,极大地提高了阀的抗污染性能;在驱动控制上采用直流力矩电机直接驱动阀芯,将对阀的控制转变为对电机的控制,易于实现阀的数字控制。实验结果表明该阀的主要动、静特性指标均已超过国内外相同规格不同驱动控制类型的各种电液伺服阀,尤其是具有现有阀无法比拟的抗污染能力。

碟式太阳能跟踪装置的结构设计和动力分析

在碟式太阳能跟踪系统中,跟踪装置的设计和动力分析至关重要。设计了一种太阳能方位角—俯仰角双轴自动跟踪装置,并对跟踪装置进行动力学分析和步进电机的选型,设计传动系统,实现对太阳的主动跟踪。动力学分析包括方位转动平台和俯仰方向链传动的摩擦阻力矩,风阻力矩,坡阻力矩,转动惯性阻力矩等进行详细的分析计算,对太阳能跟踪系统的机构设计和动力分析具有很好的指导作用。实验证明,该跟踪装置可以达到较高的跟踪精度。

基于力矩电机的飞行模拟机操纵负荷系统研究

针对目前飞行模拟机液压操纵负荷系统结构复杂、性能受油温影响、使用维护工作量大等缺点,采用直流力矩电机作为执行机构设计了电动操纵负荷系统;该系统沿用上位机、下位机结构,创新性地提出了以飞行仿真回路作为外回路,以力跟踪回路作为内回路的双回路设计模式,充分利用了当前软件、硬件结合的计算机测控技术与半实物仿真技术,对机械传动系统以及力矩电机等系统进行了精确的建模与仿真;试验结果表明,理论具有可行性。

方向盘回正力矩的动态模拟

在车辆动态模拟的研究中，方向盘回正力矩的动态模拟效果直接影响实验驾驶员的操纵行为，从而影响人-车闭环转向控制系统研究的准确性。文章给出了利用力矩电机作为方向盘回正力矩生成部件进行动态模拟的方法，并对控制系统进行了分析。以捷达车作为实验车进行的动态模拟实验证明系统实时性好，满足动态模拟要求。

空间目标轨迹自适应天空背景光谱辐射特性测量系统

针对空间目标高精度、实时性等测量要求,通过对天空背景光谱辐射特性的分析,提出一种空间目标轨迹自适应天空背景光谱辐射特性测量系统。该系统以力矩电机和光电编码器作为转动控制基础,加入时统系统为实时测量提供保证,引入测量电视确保系统指向精度,以积分球和光纤光谱仪作为接收器件,实现准确可靠的测量。通过对系统的光谱辐射定标及外场引导测量实验,结果表明,系统光谱位置最大误差为0.31 nm,其对于天空背景光谱辐射亮度的测量结果与利用大气辐射传输模型软件MODTRAN模拟计算的结果具有较好的一致性,所得到的天空背景相关特性与天空背景的真实情况相符合。该系统能够实现对空间目标所经过的天空背景光谱辐射特性的自动测量。

一种异步电机转动惯量辨识方法

介绍了一种辨识异步电机转子转动惯量的方法。该方法分为两个步骤,即:恒转矩起动和自由停机。通过记录两种状态下的时间、转速、电流等参数即可辨识出电机转子的转动惯量。以XC164CS为控制核心构建试验系统,对该方法进行验证。试验结果证明了该方法的可行性。

感应电机电源切换中残压和电压差的研究及最优切换策略

为了在不同备用电源下均能够尽可能地抑制感应电机电源切换中的冲击问题,有必要寻求最优电源切换方式,并在考虑开关动作时间下确定最有利切换时刻,为此,需要对断电后定子残压及其与不同备用电源间的电压差和相角差进行更加准确的定量研究。本文首先根据感应电机断电后的定子电流实测波形,发现电机断电后依次进入两个阶段——定子两相不对称瞬态和转子自由运动阶段,这种考虑必然提高定子残压的准确定量计算;然后,基于感应电机对称、不对称空间矢量模型,对断电过程两个阶段分别进行深入的解析推导,求得定子残压解析表达式;最后,重点研究定子残压及其与不同备用电源间的电压差和相角差特性,据此确定最优电源切换策略和最有利切换时刻,并通过感应电机电源切换实测结果验证了所得结论的正确性和可行性。

INTEL96单片机的力矩电机控制方案的研究

研究了应用MCS96单片机的全数字伺服系统实现宽范围、高精度调速的控制方案及算法。在宽范围调速系统中,为保证高速时必要的数据处理时间及低速时的快速性,低速时采用T法测速,高速时采用M/T法测速;讨论了系统本质上具有时间滞后性.定量计算了全数字伺服系统可能存在的时间滞后,采用Smith预估控制器,有效地克服超调/爬行现象.

舵机弯矩电动加载测试系统的设计

针对舵机测试需求,设计了一种弯矩电动加载测试系统。系统以直流电机为执行元件能够实现几百到几万牛力加载,介绍了系统的工作原理和机械结构,分析计算了弯矩加载对其他力矩加载的干扰和系统影响,从测试技术要求上论证了方案的可行性。最后进行了理论分析和研究,建立了加载系统的数学模型,基于PID控制算法,进行了计算机仿真。仿真结果表明,能够满足系统预定的性能指标要求。

四轮轮毂电机驱动电动汽车扭矩分配控制

根据四轮轮毂电机驱动电动汽车驱动/制动力矩独立可控的特点,采用层次化结构的控制分配方法,优化分配驱/制动扭矩来提高车辆的操纵稳定性.控制器由运动控制器和控制分配器组成,其中运动控制器根据车辆状态产生所需总横摆力矩,控制分配器优化分配各轮上的驱/制动扭矩,同时考虑了各种执行器的约束条件.仿真结果表明:采用层次化结构的控制分配方法充分利用了垂直载荷较大的轮胎摩擦圆,降低了总的轮胎利用率,提高车辆的操纵稳定性.与平均分配的方法相比,稳定性控制效果更佳.

光电跟踪系统低速干扰力矩动态补偿

研究了光电跟踪系统低速干扰的动态补偿方法。对影响系统低速性能的两个主要干扰源,即摩擦力矩干扰和电机波动力矩干扰进行了理论分析和实验测试。针对低速干扰力矩的特点,分别采用了基于和不基于摩擦模型的动态补偿方法,并进行了实验验证。两种方法实时性强,简单易实现。