800～975 MHz太阳射电数字观测终端的设计与实现

位于云南天文台风凰山本部的10m太阳射电望远镜是中国太阳射电物理界重要的观测设备之一,其设计之初,800～975 MHz频段受到移动电话的严重干扰,不能正常工作,因此缺失这一频段的观测资料.近年来,随着微波和数字器件性能的提升以及移动电话工作频段的改变,使得这一重要频段的观测变得可行.针对800～975 MHz频段的太阳射电天文信号,提出了一种基于现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array,FPGA）和千兆以太网的实时采集与处理方法.在数据采集和处理过程中,系统采用流水线方式,得到了太阳射电信号的实时频谱图;采用硬件描述语言Verilog实现了千兆以太网的数据传输,提高了传输效率;另外本系统采用分时传输机制,完成千兆以太网的UDP数据包的传输.最后还对所得数据进行了误差分析和结果分析,证明了本文提出的实时信号采集、分析和传输方法的正确性和可靠性.

基于非奇异终端滑模观测器的永磁同步电机无传感器控制

基于滑模观测器(sliding mode observer, SMO)的永磁同步电机无传感器控制中,SMO的收敛速度和固有抖振均会影响系统的控制性能.针对该问题,设计一种非奇异终端滑模观测器(nonsingular terminal sliding mode observer, NTSMO)以实现永磁同步电机的无传感器控制.首先,构造积分型非奇异快速终端滑模面,使得电流观测误差在有限时间内快速收敛至零,避免奇异问题;其次,利用锁相环方法从观测的反电动势中获取转子的位置和速度,不仅可简化系统,而且能得到更为平滑的估计转子位置和转速;最后,通过Lyapunov函数证明该观测器的稳定性,并利用Simulink软件进行仿真验证.结果表明:采用NTSMO可实现对永磁同步电机转速的准确估计,且转子位置误差小,静态响应好;与传统的SMO相比,NTSMO的收敛速度更快,反电动势抖振更小,其系统控制性能更佳.

基于改进型双幂次趋近律与全局快速终端滑模观测器的IPMSM调速系统滑模控制

针对内置式永磁同步电机(IPMSM)速度环中存在的内部参数摄动与外部负载扰动等问题,为了提高速度控制系统的动态性和鲁棒性,该文提出一种基于改进型双幂次趋近律(IDPRL)与全局快速终端滑模观测器(GFTSMO)的滑模控制方法。所提趋近律在幂次项中引入系统状态变量,减少了稳态误差,解决了快速趋近滑模面和抖振抑制之间的矛盾。设计一种基于IDPRL的IPMSM滑模速度控制器。为了进一步减少系统状态的稳态误差,设计了一种GFTSMO,该观测器不仅能够减少趋近律的开关增益,还能实现系统扰动的准确补偿。仿真和实验结果验证了所提的滑模控制方法的可行性和有效性。

基于非奇异终端滑模观测器的无刷直流电机无传感器控制

在无刷直流电机(BLDCM)无传感器控制系统中,针对传统滑模观测器存在抖振等问题,提出了一种新的非奇异终端滑模观测器(NTSMO)方法估计电机线反电动势,所采用的非奇异终端滑模面能够实现有限时间快速收敛,并通过引入一种新的滑模趋近律削弱了抖振,提高了电机反电动势的估计精度,实现了电机转速的快速观测和控制,最后基于Lyapunov函数证明了观测器的稳定性。仿真结果表明:与传统方法相比,所设计的NTSMO能较好地抑制系统抖振,具有较好的转速估计精度。

基于终端滑模观测器的水下机器人推进器故障重构

研究了基于终端滑模观测器的水下机器人推进器故障重构方法.针对传统滑模观测器中状态估计误差渐进收敛而影响推进器故障重构时效性的问题,利用终端滑模所具有的有限时间收敛特性,构建终端滑模观测器以保证所有的状态估计误差在有限时间内收敛,并利用等效输出误差注入方法重构推进器故障值.通过仿真对所提方法进行有效性验证.

基于全局快速终端滑模观测器的无刷直流电机无位置传感器控制

无刷直流电机(BLDCM)位置传感器的存在影响控制系统的可靠性、体积和成本,所以控制系统常采取无位置传感器的控制方法。提出了基于全局快速终端滑模观测器(GFTSMO)的无位置传感器控制策略,所提出的滑模观测器结合了非奇异终端滑模观测器(NTSMO)和线性滑模观测器的优点。该观测器引入了混合滑模面,具有全局快速收敛性和较好的跟踪精度,减少了常规滑模观测器的相位滞后问题,提高了转子位置与速度的估算精度。设计了高阶滑模控制律,保证观测器的稳定性并抑制抖振现象,可以得到平滑的反电动势信号。实验结果表明,所提出的控制策略能够准确估计得到无刷直流电机的线反电动势,加快收敛速度,系统具有较好的静、动态特性。实验结果验证了所提出控制方法的有效性。

民航空管气象观测自动站塔台终端设计

民航空管气象自动观测系统提供机场本场实时地面气象观测资料,服务于空管管制、气象和航空公司、机场等单位,AMS-Ⅱ自动气象观测系作为某些民航空管单位气象自动观测系统的主要备份手段,在实际工作中起着重要作用。为了更好地利用AMS-Ⅱ自动气象探测设备做好航空气象服务工作,在开发服务于塔台管制的气象观测相关软件的基础上,本文作者通过进一步研究塔台管制对气象观测资料的需求,结合本单位AMS-Ⅱ自动气象观测系的配备情况,探讨开发基于AMS-Ⅱ自动观测系统的塔台数据显示终端,为塔台管制工作人员实时提供方便使用的实时信息资料,以提高资料获取效率,保障飞行运行安全。

民航空管气象观测信息终端设计与实现

民航本场气象观测数据在保障安全飞行工作中起到越来越重要的作用,各个相关部门对本场气象观测数据有越来越多的需求。本文介绍分析了民航空管本场气象观测数据终端软件的设计和实现,可实现对本场气象自动观测数据的显示,并对部分关键数据进行对比监测,并有相关告警功能,以保障数据的有效性、准确性和可靠性,对异常数据具有报警和记录功能,以科技手段提升安全生产运行保障能力,方便各运行单位及时准确的获得本场气象观测数据。

永磁同步电机非奇异终端滑模观测器设计

为了提高传统滑模观测器的动态响应速度以及鲁棒性,减小抖振现象,提出了一种永磁同步电机二阶非奇异终端滑模观测器。在传统的非线性滑模面的基础上,引入了一种新的非奇异终端滑模面,从而构造了一种新的二阶非奇异终端滑模观测器,并利用李雅普诺夫定理证明了所设计观测器的稳定性,并据此得到了二阶非奇异滑模观测器中控制变量的自适应取值方法。最后的仿真和实验说明,所设计的新型观测器能够有效克服滑模抖振现象,并提高了电机转速的动态响应性。

基于非奇异终端滑模观测器的PMSM无差拍电流预测控制

针对传统永磁同步电机(PMSM)矢量控制系统在电流内环使用PI控制器时电流动态响应慢、电流谐波大的缺点,提出了电流预测控制器替代PI控制器的方案,使得电流响应速度和谐波都得到了改善。针对PMSM内部参数会随着电机的运行在不断改变的问题,采用非奇异终端滑膜观测器观测扰动误差,然后补偿到直轴和交轴的电压上,从而提高了电机的抗干扰能力。

基于快速终端滑模状态观测器的车轮滑移率跟踪控制

针对自动驾驶电动汽车对车轮滑移率跟踪控制的需求,提出一种基于快速终端滑模状态观测器的全状态反馈车轮滑移率跟踪控制器.首先,以车轮制动力矩导数为控制输入,建立车轮滑移率跟踪控制模型,避免车轮滑移率跟踪控制器设计过程中引入不连续项对系统稳定性和控制性能的影响.随后,利用有限时间稳定和快速终端滑模控制理论设计具有有限时间收敛特性的快速终端滑模状态观测器,实时观测未知的系统状态信息.以此为基础,采用模块化思想独立设计快速终端滑模跟踪控制律,实现车轮滑移率的连续、快速的跟踪控制.最后,结合车辆动力学仿真软件建立模型在环测试系统,仿真验证本文提出的车轮滑移率跟踪控制器的可行性和有效性.

基于ROACH2的脉冲星终端研制进展

脉冲星观测研究一直是新疆天文台的主要研究方向,未来建设的新疆110 m口径全可动射电望远镜(简称QTT)也将其作为主要研究方向之一。南山25 m射电望远镜当前使用的脉冲星单脉冲观测终端AFB已使用近20年,系统老化严重,为升级现有单脉冲观测系统,也为QTT的终端设计做预研,基于ROACH2研制了一套脉冲星观测系统。该系统采用氢钟与GPS时间同步以提供秒起始信号,对采样时钟计数并打入数据帧以获取精准时间间隔,两者合成即可获得精确时间信息;采用共享内存缓冲区,使数据在多进程间共享实现并行实时处理。该系统可用于脉冲星单脉冲或到达时间观测,也可用于脉冲星、RRAT或FRB等搜寻。已在南山进行单脉冲、长时间折叠、FRB实时搜寻等观测试验,试验数据表明该终端准确、稳定、可靠,已达到投入观测使用的要求。

基于小波变换的改进LMS自适应算法在射电天文数字终端的应用

以新疆天文台南山25m天线改造计划为背景,针对南山25m射电望远镜L波段观测终端,分析对比多种自适应滤波及小波滤波的优缺点,提出一种基于小波分解的改进LMS自适应算法,对脉冲星观测信号进行干扰噪声消除.该算法在单通道干扰消除、权值更新机制、变步长算法等方面提出了独特的想法.仿真结果表明,基于小波变换的改进LMS自适应算法性能良好,能对L波段内的干扰信号起到有效的消除或减弱,达到提高信号信噪比、提升观测能力的目的,具有一定的应用价值.

IPMSM非奇异快速终端滑模无速度传感器转矩控制

为了提高轨道交通用内置式永磁同步电动机转矩控制性能,构建了非奇异快速终端滑模观测器观测等效反电动势,采用分数阶锁相环实现速度和位置的辨识,基于有效磁链实现了转矩控制。首先,采用等效反电动势的概念建立了内置式永磁同步电动机的模型,此模型和表贴式永磁同步电机等效;其次,在α-β静止坐标系构建了非奇异快速终端滑模观测器(NFTSMO),应用滑模等值原理观测内置式永磁同步电动机的等效反电动势,利用分数阶锁相环(FO-SPLL)实现了转子速度和位置的辨识,并观测有效磁链和负载转矩,构成转矩闭环控制。最后,通过仿真和RT-Lab硬件在环实验验证了所提出方法的正确性和有效性。

基于滑模观测器的永磁同步电机无传感器控制

为抑制基于传统滑模观测器的内嵌式永磁同步电机无传感器控制的抖振现象,提出一种基于d-q轴同步旋转坐标系下电流方程的非奇异快速终端滑模观测器,兼顾线性滑模观测器与非奇异终端滑模观测器的优点,提高了系统的动态响应速度。通过非线性跟踪微分器获得平滑的d-q轴反电势,减小了传统滑模观测器中低通滤波器引起的相位滞后,并利用锁相环原理从d-q轴反电势中调制出电机转子速度以及位置信息。通过Matlab/Simulink对系统进行仿真实验,验证了所提方法的有效性。

永磁同步牵引电机有效磁链观测及转矩控制

建立基于有效磁链的永磁同步牵引电机模型,提出基于有效磁链概念的非奇异终端滑模观测器和精确转矩闭环控制方法。首先,在α-β坐标系中构建龙贝格-滑模自适应滑模观测器,准确估计出定子电阻和q轴电感并作为有效磁链滑模观测器的输入;其次,在α-β坐标系中构建有效磁链非奇异终端滑模观测器,并基于滑模等值控制方法实现了有效磁链观测,进而实现转矩的实时估算,以此和转矩给定值构成精确转矩闭环控制,从而提高轨道交通驱动系统的转矩控制精度,改善了轨道交通控制系统的性能。该方法不仅适用于表贴式永磁同步电机,而且适用于内置式永磁同步电机。仿真结果验证了方法的可行性和有效性。

无速度传感器DFIG最大风能捕获Backstepping终端滑模控制

以双馈风力发电机(DFIG)为研究对象,将两相同步旋转坐标系下的转子磁链定向数学模型看作两个子系统,分别设计Backstepping终端滑模控制器,实现最大风能捕获。设计一种基于非奇异终端滑模的DFIG转速和磁链观测器,采用高阶终端滑模面有效抑制抖振。仿真结果表明所设计的观测器和控制器均具有强鲁棒性,能实现无静差跟踪,系统响应快,稳态精度高。

矿用压风机组优化控制方法研究

针对矿用压风机组存在能耗巨大、风量控制不准确、转速控制不稳定等问题,提出一种基于扩展积分快速终端滑模扰动观测器(EIFTSMDO)和新型无模型积分分段双幂次滑模控制(IMFNSMC)的压风机组电动机转速控制方法。该方法基于表贴式永磁同步电机(SPMSM)转速环的新型超局部模型,结合无模型控制和新型滑模控制的优点,设计了改进的无模型新型趋近率滑模控制器;同时结合积分滑模滑模和快速终端滑模的优点,设计了积分项快速终端滑模扰动观测器,实时精准估计新型超局部模型的未知部分;通过对控制器进行前馈补偿,提高了电动机控制系统的鲁棒性和抗干扰能。仿真和半实物实验结果表明,与滑模控制和新型滑模控制方法相比,基于IMFNSMC+EIFTSMDO的控制方法的超调减少了15%,响应速度加快了0.1 s,抗干扰能力加强了10%,验证了该方法的有效性和优越性。

基于改进型跟踪微分器的HOT-FSMO无感控制

针对传统一阶磁链滑模观测器存在较大滑模抖振和相位延迟问题,文中提出了一种基于改进型跟踪微分器的高阶终端磁链滑模观测器(High-Order Terminal Flux Sliding Mode Observer,HOT-FSMO)。通过设计一种高阶滑模控制律实现磁链估计的抖振抑制,并结合了一种含终端吸引子的低抖振新型跟踪微分器取代传统低通滤波器以便精确跟踪磁链和转子位置,从而实现滤波功能。实验结果表明,在不同转速和负载条件下,相比于传统线性磁链滑模观测器,基于新型跟踪微分器的高阶终端磁链滑模观测器能够有效降低滑模抖振,减小位置估计误差,并加快系统的响应速度,提高系统的动态性能。

自适应高阶滑模永磁同步电机永磁磁链观测

针对永磁同步电机(PMSM)用传统方法难以准确观测永磁体的失磁问题,讨论基于自适应非奇异终端滑模变结构的永磁磁链观测策略。依据永磁体失磁工况建立永磁同步电机数学模型,根据永磁同步电机失磁故障检测,构建自适应和非奇异终端滑模观测器,给出定子电阻自适应估计值,借助Lyapunov稳定性理论对观测器的稳定性加以证明,依据滑模变结构等值控制原理构造出永磁磁链算式。仿真实验验证了在改变定子电阻参数后,自适应高阶滑模永磁磁链观测器能准确地检测磁链参数。