干式DCT同步器作动电机位置传感器故障诊断

考虑到干式双离合器自动变速器(DCT)同步器作动电机霍尔位置传感器易受环境影响和维修不便,本文中在选挡过程对其进行故障诊断和容错控制,以保证DCT车辆平稳换挡和安全行车。首先搭建并验证了干式DCT同步器作动电机仿真模型,设计模糊滑模观测器对其线反电动势进行实时估计,并利用无刷直流电机线反电动势与转角信号间的关系,实现了对同步器作动电机位置的间接估计。接着,基于估计值与传感器实际输出的偏差对霍尔传感器进行了故障诊断,通过解析冗余实现了对同步器作动电机霍尔传感器故障的主动容错控制。最后,对所提出的霍尔位置传感器故障诊断方法分别进行了仿真和试验验证,结果表明,所重构的霍尔位置信号延迟小于5.5%,该方法可用于同步器作动电机霍尔传感器的故障诊断和相应的容错控制。

分立式商用车主动进气格栅执行器开发

本文针对商用车主动进气格栅高扭矩需求,提出了一种分立式控制方案,通过多执行器控制多片格栅开度,以提高车辆燃油经济性。为解决多个执行器MCU在同时收到车端ECU相同的格栅转角信号后,多个格栅转动不同步问题,引入自适应同步控制算法实现各个执行器动态调节各个格栅转角,确保多片格栅同步运动。单个执行器良好的控制效果是自适应同步控制算法取得成效的基础。本文以分立式商用车主动进气格栅中的单片格栅为研究对象,开发了单个执行器内电机控制系统。采用过零检测法检测电机转子位置,使用预测法识别过零点加快定位转子位置。实验证明,格栅实际转角与期望转角之间的误差在4%以内,电机响应速度提升约10%。在一定程度上为解决分立式商用车主动进气格栅转动不同步问题提供了参考。

基于模糊PID控制的电动汽车AMT换挡电机控制研究

为了提高电动汽车2挡AMT换挡执行机构的换挡准确度、减少响应时间,提出了一种新型换挡执行机构,采用无刷直流电机作为动力源,并以滚珠丝杆配合齿轮齿条的传动方式,将换挡电机的转动转化为换挡拨指的摆动,实现挡位切换。针对换挡电机控制问题,基于无刷直流电机的数学模型,提出了电流、转速双闭环的控制策略,并采用模糊PID算法对其转速进行控制。最后,基于换挡电机启动、制动、堵转工况工况,对电机控制系统进行建模仿真,结果表明:与常规PID控制相比,无刷直流电机在采用模糊PID控制时具有更好的动态性能和稳定性能。

离心式作动器及驱动系统研究与实现

作动器系统作为直升机结构响应主动控制系统(active control of structure response, ACSR)执行元件的重要核心部件,其控制性能直接关系到振动的抑制效果。研制了一套基于永磁无刷直流电机驱动的离心式作动器原理样机,详细阐述了系统组成及工作原理,论述了作动器输出力频率、幅值和相位的调节方式,建立了偏心块的输出力方程,选取了MAXON公司生产的EC60 flat 411 678无刷电机作为驱动源。设计了作动器伺服控制系统,针对功率驱动中的隔离直流电源、自举二极管、自举电容、电流驱动能力及母线支撑电容等关键参数进行了详细设计。通过实验验证,电机转速误差最终被控制为1%以内,位置响应时间小于50 ms,振动抑制在0.001 5g(g为重力加速度)以下,取得了较好的控制性能,为离心式作动器系统在直升机平台的应用奠定了基础。

基于NPC型三电平变换器的高速磁悬浮飞轮同步载波驱动技术

相比电池储能,飞轮储能具有功率密度高,瞬时功率大,响应速度快等优点,可有效缓解地铁频繁启停对母线电压的冲击。由于我国地铁直流供电网络多为1 500 V电制,两电平变换器无法用常规1 700 V电压等级器件实现安全驱动,因此,本文提出了基于NPC型三电平变换器的高速磁悬浮飞轮同步载波控制技术。首先,建立了三电平驱动系统稳态及换相动态过程的等效模型,分析了驱动电压和定子电流的数学关系;然后,提出了一种同步载波驱动技术,实现了高压、高速无刷电机的加减速控制;最后,设计了磁悬浮飞轮储能系统工程样机,测试了充放电工况下系统的工作状态。实验结果表明,本文所提方法具备快速大功率充放电功能,在充电或放电工况下三电平变换器中点电压均能够保持平衡,系统可稳定运行在额定1 500 V、40 000 r/min参数附近。

飞机全电防滑刹车系统稳定动态面控制

针对机电作动的飞机防滑刹车模型具有的高阶非线性及参数时变特点,提出一种基于障碍Lyapunov函数的动态面控制方法,实现对滑移率的上界约束,保障防滑刹车系统的稳定性。建立飞机刹车动力学模型,与机电作动器的数学模型联立得到整体刹车系统的状态空间模型,并合理简化为严格反馈形式。将刹车系统的控制稳定性问题等效描述为含输出约束的非线性系统镇定问题,设计动态面控制律并通过Lyapunov方法证明滑移率跟踪误差半全局一致最终有界,刹车工作点始终保持在稳定区域内。仿真结果表明,本文所提控制策略具有稳定性优势,且改善了传统控制存在的中低速时滑移率振荡问题,控制效果有显著提升。

低渗透油田机采井节能降耗配套技术应用

低渗透油田机械采油系统能耗高、系统效率低,采取的节能措施缺乏针对性,应用效果不明显。从能耗节点和系统效率分级测试入手,依据相关资料文献,对能耗节点进行分析诊断,找出影响机采系统能耗高的主要因素:地面、井下、设计和管理因素。遵循对地下地上整体考虑、优化运行的思路,通过在管理上实施间抽、参数调整、盘根盒调整等措施,技术上应用无刷直流电机、伺服电机、低转速电机和在线调平衡等措施,摸索降低机采能耗对策,找到了适合外围低渗透油田的机采节能措施。通过对现场措施能耗数据的分析对比及经济效益评价,确定了各项措施在低渗透油田的适用范围,但是,为保证后期设备的正常运行,需要加强机采系统分析与综合管理,从而找出改善抽油机性能、节能降耗的方法,最终实现降低机采能耗及提高抽油系统整体效率的目的。

电气/机械混合四余度无刷直流力矩电动机控制系统

设计了应用于直接驱动作动器(direct drive actuator,DDA)的电气/机械混合四余度无刷直流力矩电动机控制系统。为了解决DDA系统存在的小角度响应和系统稳定性这2个关键问题,在位置环加电流环的双闭环结构中引入了基于转速调节的电流限幅,位置环采用了适应小偏差输入的变结构PID控制算法。通过基于转速调节的电流限幅有效的提高了系统的稳定性,位置环采用的变结构PID控制算法保证了小角度响应的精度。同时,采用该控制方法后,系统具有较高的频响特性,在运行过程中能够实现余度平稳切换。DDA平台的实验结果充分验证了所设计的电气/机械混合四余度无刷直流力矩电动机控制系统的有效性。

飞机全电刹车系统滑移率约束反演滑模控制

针对滑移率控制中要求保持刹车工作点的稳定性问题,提出基于障碍Lyapunov函数的反演滑模控制方法并应用于飞机全电刹车系统.考虑机电作动器的非线性特性,建立系统的状态空间模型并简化为严格反馈形式,将刹车系统的控制稳定性问题等效描述为含输出约束的系统镇定问题.根据反演控制思想,采用障碍Lyapunov函数方法获得刹车压力控制律,实现对滑移率的边界约束,并设计无抖振非奇异快速终端滑模控制器应用于机电作动机构,实现对参考刹车压力的快速跟踪.通过Lyapunov方法证明闭环系统稳定性,HIL实验结果表明控制策略的有效性.

双通道无刷直流电动机控制系统的均衡问题

研究了应用于下一代飞机机电作动器(EM A)的双通道无刷直流电动机控制系统的均衡问题。分析了该电机工作在各种不平衡状态下的转矩与功率损耗的特性,提出了一种电流均衡控制方法,并且给出了试验结果。

高速无刷直流电机在磁悬浮惯性执行机构中的应用研究进展

为了满足新一代卫星平台高精度、高稳定度的需求,研制了一种磁悬浮惯性执行机构用功耗低、精度高、体积小、重量轻的高速无刷直流电机,提出了多约束条件下电机定子结构和转子磁体结构的设计优化原则及方法,并就高精度的锁相速度控制以及铁耗和转矩脉动的抑制方法进行了研究。对比分析了国内外高速永磁无刷直流电机在磁悬浮惯性执行机构中的应用研究现状,指明了所提出的设计原则和控制方法对提高磁悬浮惯性执行机构整体性能的有效性。

双余度舵系统中的电流均衡策略研究

以双余度舵系统为研究背景,以双余度无刷直流舵机为被控对象,讨论余度绕组电流不均衡的原因与危害。设计位置环、速度环和均流环的三环控制策略。着重讨论双余度无刷直流电动机余度绕组的电流均衡控制策略。建立双余度无刷直流电动机和舵系统的仿真模型。利用MATLAB/Simulink,对均流控制效果和舵系统性能进行仿真验证。仿真结果和实验结果表明,绕组均流控制策略设计合理,实现了双余度绕组间的电流均衡。提高了舵系统的整体性能和可靠性。舵系统跟踪曲线超调小、稳态精度高,系统整体性能优良。

电动轮车辆永磁无刷直流电机驱动器设计

永磁无刷直流电机驱动器受电机参数变化、外部负载扰动等因素影响,为获得高性能、宽调速范围,以高性能嵌入式微驱动器和高可靠性大功率元件为基础,设计先进的驱动器。基于此对永磁无刷直流电机驱动器结构和控制方法进行分析,设计基于32位DSP处理器和CAN总线250W小功率驱动器硬件和软件。在实际调试中得到初步调试阶跃响应曲线,并对数字PID控制算法进行改进,得到改进后增量式数字PID控制算法和改进后阶跃响应曲线。经过对比得到:改进后增量式数字PID控制算法,其阶跃响应调节时间较短的同时,未产生超调,控制精度也比较高,控制效果满足设计需要,为大功率永磁无刷直流电机驱动器设计及实车调控提供参考。

电动伺服舵机系统中的迭代学习控制

电动伺服舵机控制系统采用全数字三环控制策略,分别为位置环、速度环和电流环;作为内环的电流环,应具有良好的稳态和动态特性,其输出电流要求快速准确地跟踪给定电流,以保证舵机控制系统高性能位置伺服的要求;在传统的增量式积分分离PI控制算法的基础上,引入一D型迭代学习控制前馈环节,提高了电流跟踪的快速性和跟踪精度,建立了系统的数学模型并在MATLAB上进行了系统仿真;仿真结果表明,引入D型迭代学习控制后,电流环的稳态和动态特性良好,保证了输出电流跟踪的快速性、精确性。

一种电静液作动器可靠性的GO分析设计方法

针对提高复杂机电液一体化产品-飞机电静液EHA可靠性的问题,研究了基于GO法的EHA可靠性计算方法,提出了一种电静液作动器EHA可靠性的GO分析设计方法,完成了具有多组件余度参数的EHA作动器GO图和GO运算,推导了其可靠度计算公式,得出了高可靠性EHA设计的相关理论,给出了GO法应用于EHA余度设计的新思路。设计算例表明,这种基于GO法的EHA可靠性分析设计方法计算精确,能很快得出较优余度设计参数,是一种可行的系统性分析设计方法。

两轮自平衡载运工具驱动电机分数阶PID控制器设计

研究了一种两轮自平衡载运工具的驱动电机及其分数阶FOPID控制算法。FOPID控制器针对两轮自平衡载运工具的不确定性和不同载荷所引起的不同速度需求,提供连续的良好驱动性能。建立了驱动电机的状态方程,并采用分数阶方法建立驱动电机速度环的控制模型,两轮自平衡载运工具驱动电机的性能进行实验研究与分析,最后开发了STM32嵌入式系统的电机驱动模块。驱动电机速度环的仿真实验表明:FOPID具有比传统PID更好的性能,其超调量可减小为28.6%,调整时间可减小到1.25 s,提出的FOPID控制器能够较好地实现两轮自平衡载运工具的稳定驱动控制。

基于模型参考自适应的电动执行器控制方法

针对采用无刷直流电机的电动执行器的控制问题,基于模型参考自适应理论提出了一种电动执行器控制方法并利用TMS32F2812设计了相应的控制系统。介绍了电动执行器的结构,包括控制器、驱动器、无刷直流电机、执行机构等。建立了无刷直流电机的数学模型,详细论述了采用梯度法实现模型参考自适应控制的过程。在该基础上,设计了一种电动执行器全闭环控制方法,即不仅包括位置反馈控制而且引入了速度反馈控制,同时介绍了速度增益的调整方法。最后,给出了控制系统的硬件电路并进行了实验研究。实验结果表明:基于模型参考自适应的电动执行器控制系统可以提高电动执行器的响应速度、运动精度以及抗干扰能力。

基于MSP430的无刷直流电动机控制系统研究

针对小功率电动舵机,介绍了一种利用MSP430实现的稀土永磁无刷直流电动机控制系统,简述了以MSP430F149为核心的控制系统的组成原理、硬件设计方案和控制策略等,并给出了以无刷直流电动机为驱动部件的电动舵机三闭环控制系统调节方式。仿真及实验结果表明该系统具有很好的控制性能和动态特性。

电动舵机系统建模及控制算法

舵机是导弹控制系统重要执行机构,其性能直接影响导弹命中精度;为了提高舵机系统跟踪精度与带宽,对直流无刷电动舵机系统分析、建模,设计经典PID控制器与指数趋近律滑模控制器;系统仿真表明:滑模变结构控制器在电动舵机控制方面具有优良的动态品质,满足舵系统指标要求。

电动伺服舵机的控制与仿真

阐述了无刷直流电机的工作原理,分析了电动伺服舵机的系统结构并建立了电动伺服舵机系统的数学模型。推导了舵机系统的传递函数并进行稳定性的分析,提出了基于PID控制方法的电动伺服舵机的控制策略。对所提出的舵机控制系统进行了稳定性分析,利用MATLAB/Simulink对舵机系统的负载、电压、转角、输出力矩等进行仿真。