有限时间镇定控制的实验设计与验证

有限时间镇定是最近二十年控制领域的一个热门研究方向。采用有限时间镇定技术,可以设计控制系统或观测器使得系统误差或估计误差在有限的时间内收敛到零,这对有严格时间要求的系统至关重要。该文以工业伺服系统常用的永磁同步交流电动机作为被控对象,基于转子磁场定向模式,针对电动机的位置-速度环设计了有限时间观测器和有限时间控制律相结合的位置伺服控制器,并与常规的渐近控制器相比较,通过数字信号处理器TMS320F28335搭建了实验测试平台,实验结果验证了设计方案的有效性。将该综合实验用于本科生计算机控制系统实训和研究生的控制工程实践环节,可帮助学生领会先进控制技术的潜力,激发其创新精神。

基于负载补偿的功率分流混合动力系统模式切换性能测试方法

由于功率分流混合动力系统性能测试台架与实际车辆的动力学特性存在差异,导致测试台架难以精确模拟实车的行驶负载特性,使得功率分流混合动力系统模式切换性能测试的准确度不高。为此,本文提出一种基于负载动态补偿的功率分流混合动力系统模式切换性能台架测试方法。首先,建立了考虑实际车辆道路负载、模拟发动机、功率分流混合动力专用变速器(dedicated hybrid transmission,DHT)和测试台架传动系统的台架系统动力学模型;其次,针对纯电动至功率分流混合动力模式切换过程,对比分析了动力源的动态响应和台架系统模型的加载特性;然后,设计了基于转速闭环跟踪的转速前馈校正补偿器以提高负载模拟转速控制的抗干扰能力,并结合转矩前馈校正补偿器降低加载转矩的动态误差。最后,离线仿真和硬件在环台架试验结果表明:基于台架系统模型开发的负载动态补偿算法可提高测试台架加载精度32.67%以上,保证了功率分流混合动力系统模式切换性能测试的准确性。

分布式电推进飞机能量优化动态管理技术研究

针对分布式混合涡轮电推进飞机电力系统动态能量管理技术开展研究,将分层模型预测控制(Model predictive control,MPC)算法用于其能量优化控制,针对分布式电推进飞机飞行功率需求的变化特点,采用了两层能量管理控制器的方法。即顶层MPC控制混合电推进飞机系统的飞行过程能量优化分配和多发电机组间、非关键载荷的投切状态等,实现燃油消耗代偿最小的目标,将优化问题等效为混合整形二次规划问题(Mixed integer quadratic programing,MIQP);底层MPC则控制双向DC-DC变换器,负责管理电池组的充放电状态和维持直流母线的电压动态平衡,利用储能装置的“削峰填谷”,改善并优化系统在飞行任务过程中的平衡工作点,同时实现飞机电网能量的动静态特性的协同控制,达到对混合电推进飞机电力系统的动态能量优化管理的目的,并与采用基于规则控制的能量管理策略进行了对比研究。最后通过建立基于RT-LAB的分布式电推进飞机电力系统硬件在环半实物仿真平台,对混合涡轮电推进飞机的分层MPC能量管理算法进行了技术验证,数字仿真和半物理试验结果表明其对于混合电推进飞机的动态能量管理具有很强的鲁棒性和操作性,验证了理论分析和设计的正确性。

基于固态功率控制器的智能配电系统设计

为了进一步应对飞机Iron Birds试验台各种功率设备的供配电问题,缩减配电系统的占用空间,保证配电系统的安全可靠运行。本文在简要介绍基于SSPC的智能配电系统基础上,对其硬件系统及软件系统进行了设计,并在某飞机Iron Birds试验台进行相关测试,效果良好,对后期采用SSPC的智能配电系统设计具有一定借鉴意义。

混合动力系统的台架试验研究

针对所开发的混合动力系统的特点,建立了包括测功机、发动机及ECU、电动机及电机控制器ECU、液晶仪表、电池及管理系统ECU、软件监控界面等在内的动力系统测试平台。通过台架试验,实现了发动机和电动机双驱动动力源的参数匹配,节约了开发成本,缩短了开发周期,完成了用车辆难以进行的试验,验证了整车的控制逻辑及其相关的控制策略,为转鼓试验和整车的进一步开发研究奠定了基础。

混合动力客车多能源动力总成控制器研制与试验

介绍了某混合动力客车多能源动力总成控制器样品的主要设计原理和所采取的控制策略 。

田间玉米茎秆往复切割试验台!

为了研究影响玉米茎秆切割力和切割功耗的诸因素,设计了田间玉米茎秆往复切割试验台。该试验台可以更换不同形状刀片,切割速度0~2.5 m/s可调,削切角0°~35°可调。通过试验得出的切割力随时间变化曲线求出切割功耗,并分析切割刀片形状、刀片开口角度、切割速度及削切角对切割力和切割功耗的影响。试验结果表明:该试验台数据采集误差不超过1.12%,最大切割力和切割功耗随着切割速度和切割角的增大而减小,锯齿刀的切割力比光滑刀的切割力小,削切角在20°左右时较其他角度的切割力小。

机电复合传动系统综合控制策略

机电复合传动(Electro-mechanical transmission,EMT)是解决重型车辆电驱动的可行途径,综合控制策略是实现驱动性能指标的关键技术之一。分析功率分流型的机电复合传动方案和行星功率耦合装置的功率分流和汇流特性。在EMT方案分析与参数匹配基础上,针对方案特性提出以提高燃油经济性为主要目标的综合控制策略,包括EMT工作模式划分、能量管理策略、动态过程控制算法等。设计、开发EMT台架试验系统,对综合控制性能进行台架测试。换挡性能、最高车速、驾驶工况等台架试验结果表明,设计的EMT系统方案与匹配参数满足整车驱动需求,开发的EMT综合控制策略实现换挡、最高车速行驶、驾驶工况正常驱动等功能,性能达到设计要求。设计的台架试验系统运行正常、工作可靠,满足系统测试与试验要求。

轿车混合动力总成控制系统的开发与试验研究

为实现混合动力电动轿车的能量管理和状态切换问题,开发了国内具有全部自主知识产权的混合动力汽车动力总成的综合控制系统。详细介绍了混合动力汽车动力总成控制系统的组成与功能。混合动力汽车动力总成控制系统在动态试验台上进行了大量全面的试验。最后,给出了混合动力汽车动力总成控制系统在动态试验台上的试验结果。从试验结果可以看出,混合动力汽车动力总成控制系统的控制措施是有效的。

单电机重度混合动力系统行进间发动机起动控制策略研究

针对单电机重度混合动力系统行进间发动机起动过程的平顺性问题,对其起动过程进行了动力学分析,对系统关键部件湿式多片离合器进行了理论分析与试验研究,提出了行进间发动机起动过程电机协调转矩控制策略。利用Matlab/Simulink软件仿真平台,进行了起动过程的仿真分析,搭建试验台对发动机起动过程进行台架试验。仿真与试验结果表明,所提出的控制策略能有效保证行进间发动机起动过程的平顺性。

并联混合动力电动汽车动态协调控制试验研究

针对并联混合动力汽车在发动机和电动机工作过程中,需要根据路况进行能量分配和工作模式切换的问题,以并联混合动力汽车在状态切换过程中总转矩不发生大的波动为控制目标,提出了"转矩预分配+发动机调速+发动机转矩估计+电动机转矩补偿控制"的动态协调控制策略。借助dSPACE快速控制原型工具,搭建了试验台架,进行了稳态切换控制和动态协调切换控制试验。结果表明,在各种状态切换过程中,动态控制算法能有效控制混合动力系统的转矩波动,保证动力传递的平稳性。

柴油机智能化控制冷却系统试验研究

基于某型大功率密度柴油机建立了智能化控制冷却系统试验台架,并进行了热平衡台架试验和智能化冷却控制试验。试验表明:智能化控制冷却系统能保证观测点温度在目标温度±1℃范围内变化,所消耗的功率比原冷却系统平均减小约10%。试验证明了所建立的智能化控制冷却系统具有良好的调节性和稳定性,能够以较小的耗功保证柴油机在合适的热状况下工作。

基于全浮式ISG电机的混合动力轿车启动过程

开发了基于全浮式ISG电机的单轴并联式混合动力轿车,分析了整车系统结构和发动机启动控制策略.为了验证所开发的混合动力车相对传统车的优点,在电机试验台架上对ISG电机进行了速度特性和效率特性试验,在混合动力试验台架上进行了混合动力车和传统车的启动喷油脉宽以及HC排放对比试验.试验结果表明:ISG电机在发电和电动模式下,均有较高的输出转矩及效率,和传统车相比,混合动力车启动时间短,没有启动过浓喷油现象,HC排放量约降低21%.

串联式混合动力电动汽车电机控制系统研究

针对奥运会馆际用车的需要,在原有纯电动汽车的基础上增加辅助动力装置构成串联式混合动力电动汽车,研究驱动电机系统的控制部分和保护电路,对绝缘栅双极晶体管(IGBT)传统驱动保护电路的缺陷进行了改造,并对整个电机控制系统进行了台架试验。结果表明,通过增加辅助动力单元,提高了车载电源对驱动系统的输出效率,在电池技术未能取得根本突破的条件下延长了车辆的续驶里程。

基于超级电容的并联混合动力轿车的开发

采用基于超级电容的方案开发了单轴并联式混合动力轿车,设计了发动机管理系统、全浮式ISG电机、电控双离合器、电控双驱动空调等多项核心技术。研究了混合动力轿车系统的控制策略,优化了发动机和电机的扭矩分配,实现了节能和降低排放。对纯发动机电控系统的标定匹配试验,排放达到了欧-Ⅲ标准;对混合动力系统的起动和怠速优化试验,实现了混合动力的起动控制参数的优化匹配,降低了起动污染物的排放,提高了燃油的经济性。

并联混合动力轿车系统开发与试验匹配研究

采用基于超级电容的设计方案开发了单轴并联式混合动力轿车,对发动机、ISG电机、超级电容等零部件进行选型。研究了并联混合动力轿车动力系统的控制策略,优化匹配了发动机和电机的转矩分配,实现了混合动力节能并降低了排放。进行了混合动力系统的启动和怠速优化试验,实现了混合动力各个工况的控制参数的优化匹配,降低了启动污染物的排放,提高了燃油经济性。

基于LabVIEW软件的电动液压助力转向台架测控系统设计

针对电动液压助力转向试验台架的功能要求,利用LabVIEW软件与通用数据采集卡设计了台架测控系统。该系统综合运用数据采集卡及串口数据通信功能,在对方向盘转角、转矩及液压缸压力数据采集的基础上,通过与电动液压泵控制器的数据通信实现了对电动液压泵转速、电流数据的接收及电机目标控制转速命令的发送,较好地模拟了电动液压变助力转向系统的工况。试验运行表明:系统能有效控制电动液压泵的运行及实现试验数据的采集,各项功能正常运行,达到了设计目标。

混合动力轿车多能源动力总成控制系统研制与开发

介绍某型混合动力轿车多能源动力总成控制系统的设计思想和关键技术,着重阐述混合动力系统功能设计、控制逻辑和策略、系统硬软件设计以及动力系统台架联合调试的情况。研究轻度并联混合动力系统的控制策略、CAN通信、测试和试验等技术和方法,通过提高系统的控制功能和性能,最终达到改善混合动力汽车的动力性、经济性及排放等目的。

基于模糊控制的EPS车辆操稳性仿真与台架试验

电动助力转向系统(EPS)直接影响到汽车的操纵稳定性。建立了汽车二自由度动力学模型和EPS模型,包括转向盘和转向柱输入轴子模型、电动机模型、输出轴子模型和齿条子模型,设计了EPS模糊控制系统结构及其控制策略。模糊控制器依据汽车行驶速度、转向盘操纵转矩与理想操纵转矩之差及其变化率得到助力转矩。进行了转向盘转角角阶越输入仿真计算和EPS台架试验验证,经过模糊控制的EPS车辆最大操纵转矩下降了42.74%,提高了车辆转弯时的操纵轻便性,结果证明了模型的正确性和控制策略的有效性。

基于改进天棚控制的混合电磁主动悬架节能机理与试验

为协调线性电磁主动悬架在提高系统动力学性能与降低系统能耗间的矛盾关系,以混合电磁主动悬架为潜在解决方案.基于改进天棚控制策略,得到了混合电磁主动悬架相较于线性电磁主动悬架能够实现节能的一般性机理.以被动悬架和线性电磁主动悬架为研究对象,进行了动力学性能与节能性能的对比台架试验,结果表明:相较于被动悬架,混合电磁主动悬架在确保车轮与地面具有良好接触的前提下,车身加速度和悬架动挠度均方根值分别降低了23.35%和14.97%;相较于线性电磁主动悬架,在获得相同动力学控制效果的前提下,混合电磁主动悬架消耗的电功率降低了70.60%,验证了混合电磁主动悬架在兼顾系统动力学性能与系统能耗方面的优越性.