一种低成本小型化弹载伺服控制器设计及验证

面对弹载产品对低成本、小型化的客观需求,提出一种利用开关型霍尔传感器进行机电系统位置半闭环控制的伺服控制器设计方案。创新性地利用直流无刷电机本体上的霍尔传感器结合软件控制策略,替代了伺服机构上外置的绝对位置传感器,不仅降低了产品体积和成本,还简化了硬件电路设计,提高了系统可靠性。

基于改进阻尼控制的VSG控制策略

传统的虚拟同步发电机(VSG)控制策略对于各种不同工况下引起的功率与频率振荡的抑制以及动态性能的调节方面存在许多问题,通过系统传递函数进行分析,描述了传统VSG存在的一些控制问题,如功率振荡抑制与响应时间难以协调、由于下垂控制环节导致的频率稳态偏差以及频率特性要求缓慢调节对于阻尼大小需求与输出功率阻尼需求的矛盾,因此,提出一种改进阻尼控制的VSG控制策略,在功-频控制器中附加阻尼环节,利用传递函数通过理论分析,详细描述如何解决传统VSG控制策略存在的控制矛盾。最后,在仿真系统中模拟功率参考值变化、电网频率下降等工况,采用改进的VSG控制策略的系统均可以很好的实现控制目标。

磁悬浮球自适应模糊滑模控制

磁悬浮球系统是典型的具有非线性特征的开环不稳定系统,为提高磁悬浮球(Magnetic Levitation Ball,MLB)系统的悬浮性能,设计直接自适应模糊滑模控制器。构造新型的积分型滑模面保证状态变量能够在有限时间内收敛到零点;为了消除趋近率函数的不连续产生的抖振问题,设计特定的自适应律,采用自适应模糊控制对切换项进行估计。仿真结果表明,自适应模糊控制能够有效的估计切换项,从而大大削弱了滑模的抖振,证明了控制策略的有效性。

多自由度超声电机的研究进展

超声电机是一种以逆压电效应为驱动原理的新型特种电机,具有结构简单、响应快速、定位精度好、可直接驱动等诸多优点。多自由度超声电机是一种重要的类型和研究热点,可实现空间中的多维运动和驱动输出,在微摄像机镜头、机器人关节、生物医学等领域具有显著的应用优势。本文从两类结构形式的定子进行分类,对国内外多自由度超声电机的研究进展进行总结和归纳,重点概述两类不同多自由度超声电机的结构优化、输出特性和应用方面等相关研究成果,为其进一步研究提供参考。

基于环境温度变化对有刷电动机工作特性影响的研究

电机是一种不均质体,由多种不同温度特性和膨胀系数的金属和非金属材料组成,因此环境温度骤变会引发电机故障甚至失效。为了探究环境温度变化对永磁式有刷直流力矩电动机工作性能的影响,本文以一台有刷直流力矩电动机为例,基于不同温变速率的温度循环筛选试验验证,建立试验现象分析与试验数据对比,明确了环境温度变化对有刷直流力矩电动机性能指标或系统可靠运行的影响,为军用武器装备系统研制阶段的方案设计提供了一定的工程实践价值和理论依据。

双余度差速作动系统用永磁式制动器的设计

为满足双余度差速作动系统工作切换和故障隔离的要求,提出了一种永磁式制动器,并给出了制动器的组成和工作原理。通过等效磁路法建立了锁定和解锁状态制动器的解析模型,并与有限元分析结果进行了对比。进行了制动器摩擦副的设计,分析了摩擦副的磁性能和摩擦性能。最后将制动器实验结果与分析结果进行了比较,验证了分析结果的准确性。

心脏脉动流模拟驱动电机设计与控制方法研究

心脏脉动流实验系统是为了模拟人体血液循环系统而搭建的实验台。模拟心脏脉动流要求驱动机构能产生脉动的运动规律,其可以通过使用直线驱动元件带动活塞运动,从而使密闭水箱中的硅胶心脏模型压缩与舒张,由此来模拟心脏腔室内的血流脉动规律。根据实验台循环系统对驱动电机的结构要求及控制要求,提出利用有限元分析法建立R-Z轴模型设计驱动直线电机,解决现有驱动直线电机不能同时满足垂直方向行程大、灵敏度高、推力大的问题。提出基于粒子群算法智能参数整定的反馈+二阶前馈复合控制算法,解决了其他同类型实验台控制精度低、PID调参难、与生理曲线差别大的问题,达到了较好模拟真实心脏腔内血流流量和压力曲线的目的。

三角形接法异步电机空间矢量脉宽调制控制技术与实现

推导出三角形接法异步电机采用空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术时,空间参考电压矢量的扇区判定方法及各扇区内基本空间电压矢量作用时间;给出了基于恒压频比的三角形接法异步电机SVPWM转速闭环控制系统框图及软件流程图,通过赛米控控制器实现了该控制算法;实验证明在SVPWM控制策略下,三角形接法异步电机运行良好,转速闭环精度高、稳定性好,与正弦脉宽调制(SPWM)控制策略相比更加节能。

轴向磁通永磁同步电机气隙磁场解析计算

针对双定子单转子表面嵌入式轴向磁通永磁同步电机的气隙磁场进行了解析研究。建立了气隙磁场的解析模型,将轴向磁通电机等效成直线电机并建立了等效面电流模型来求解空载工况下的气隙磁场。根据电磁场理论中的唯一性定理,给出了满足泊松方程的边界条件,并将分离变量法应用于泊松方程的解析解来计算电机三相定子电枢绕组作用下的气隙磁场。通过将空载下的气隙磁场与电枢绕组作用下的磁场叠加来预测电机负载工况下的气隙磁场。最后用三维有限元仿真计算结果与解析模型的计算结果相比较,证明了解析法可以有效地计算轴向磁通电机的气隙磁场,为轴向磁通永磁同步电机的解析分析和优化设计提供了基本手段。

基于自抗扰与观测器的环形耦合多电机协调滑模控制

在多电机控制系统中,参数摄动和负载转矩变化会影响系统的跟踪精度和同步性能,且传统的补偿方法难以有效的抑制系统的同步误差。针对以上问题,采用电流补偿的环形耦合结构,设置同步比例系数实现多电机的协调运行,设计自抗扰补偿器对电机进行电流补偿来减小同步误差,同时将非奇异快速终端滑模和扰动观测器用于单台电机的控制。仿真结果表明,所设计的控制策略使系统的鲁棒性和跟踪精度都有所提高;相比于固定增益补偿和PI补偿,系统的同步误差小,抗干扰能力强,实现了高精度的多电机协调控制。

Halbach圆筒型永磁直线同步电机永磁体用量优化研究

本文提出一种减小径向充磁永磁体厚度的Halbach圆筒型永磁直线同步电机结构,在不降低平均推力的情况下减少永磁体用量,从而降低成本。首先,通过磁路法计算得到直线电机气隙磁密公式,分析了永磁体相关尺寸与气隙磁密的关系。应用有限元方法分析了电机分割比λ、径向充磁永磁体厚度Pr和径向充磁永磁体长度mr变化对电机气隙磁密、平均推力以及永磁体用量的影响。以最大平均推力为目标确定了电机尺寸,比较了传统Halbach TPMLSM与减小径向充磁永磁体厚度的Halbach TPMLSM的气隙磁密和推力。结果表明,减小径向充磁永磁体厚度的Halbach TPMLSM比传统Halbach TPMLSM永磁体用量降低了15.27%,平均推力提高1.07%。最后,通过样机测试对仿真分析进行验证。

超声波电机广义最小方差迭代学习转速控制

为减小时变扰动对迭代学习控制性能的影响,将迭代学习控制与广义最小方差自校正控制相结合,给出一种包含预测与闭环控制机制的迭代学习控制策略。通过设计2D目标函数和相应的迭代控制律,利用广义最小方差自校正方法来设计更新律,得到广义最小方差迭代学习控制律,使其同时具有沿迭代轴的学习收敛性和沿时间轴的控制稳定性。仿真和实验表明,所提控制策略有效,控制效果良好,对负载突变等非重复性扰动的适应能力增强。

“工字形”直线超声电机的结构设计与模态分析

为了提高直线超声电机的输出性能,研制了纵弯复合模态“工字形”直线超声电机,对“工字形”弹性体的几种复合振动模态及其驱动方案进行了分析,确定了振子的工作模态。完成了“工字形”振子的结构设计,利用Ansys软件对“工字形”压电振子进行了优化设计,确定了定子各结构参数。纵向伸缩振动模态固有频率和弯曲振动模态固有频率分别为33.07kHz和33.08kHz,频率差8Hz。根据优化设计结果,试制了原理样机。对样机的输出性能进行了实验研究。实验结果表明:当驱动频率为31.10 kHz,激励电压峰峰值为250V时,电机动子Vmax为240mm/s;驱动力Fmax为0.5N。

旋转变压器误差抑制与解码技术的研究

针对旋转变压器在工程应用中易受环境条件的影响,导致传统的解码方法不能有效抑制输出信号中存在的幅值、偏置、相位等误差,从而影响到解码效果等问题提出使用改进Ⅲ型双广义二阶积分器配合自适应参数校正算法,对旋转变压器输出信号进行波形预测和重构,实现精确解码。首先带有噪声的旋转变压器输出信号,经过自适应参数校正算法后,对源输出信号进行预测重构,把重构后的信号在经过低通滤波器有效滤除前级携带有的高次谐波,然后通过改进Ⅲ型广义二阶积分器通过提取和分离不平衡信号中的对称正序分量;其次利用锁相环技术进行跟踪计算;最后获取准确的转速和角度。其中,自适应拟合算法,也有效减弱了改进Ⅲ型二阶积分器的超调和稳态误差的问题。Simulink仿真结果说明该方法能够在四种误差存在的情况下准确解码,证实了该方案的可行性。

电动汽车增程器发电机解析法效率优化设计

以增程器与整车的功率匹配及其关键器件的数学模型为基础,选用内置式永磁同步发电机作为增程器发电机,以降低成本、减轻重量、提高效率为目标,利用简化的等效磁路解析算法进行增程器专用发电机设计。解析计算不仅考虑电机的电磁参数、尺寸限制、同时考虑了发电机作为发动机起动电机需要满足的起动转矩要求,缩短方案设计选择阶段的时间,为紧凑型增程器专用发电机的设计提供了参考依据。

内燃机车变流器接地保护策略研究

通过对内燃机车主电路接地发生时的电路拓扑进行分析,采用一种简化的硬件设计用于接地检测。通过软件滤波,对检测的接地电压信号进行预处理,消除因开关器件动作所造成的共模干扰,同时保留接地电压波形的故障信息。再基于FFT在线分析接地电压的交、直流分量,通过交、直流分量的幅值,实时估算出对地阻抗值,并能判断出接地发生点的位置。

高速磁悬浮直线感应电机高精度推力控制

本文在分析了直线感应电机动态的纵向边端效应的基础上,建立了考虑边端效应对励磁电感以及涡流损耗影响的数学模型,进而提出了考虑推力补偿的指令值计算以及电流控制器设计,以增强推力精度以及系统的动态响应性能。此外,运用了混合 PWM调制方式,其中,提出了基于锁相环的同步调制方式,减少了高速时的低频谐波,降低了推力脉动。最后,在 FPGA芯片中,搭建了考虑边端效应的直线感应电机的数学模型,建立了用于硬件在环仿真的半实物仿真平台。对所提出的控制算法和调制算法进行了实时仿真验证,结果表明所提出的控制系统具有良好的控制性能和鲁棒性。

一种高效低噪长时可靠的推进电机控制系统设计

为满足无人水下航行器对大功率推进电机提出的高效低噪、长时可靠的设计要求,控制系统采用了模块化高度集成的设计方案。控制电路以TI公司的DSP28335为主控芯片,驱动电路采用高压大电流单路IGBT+CONCEPT方式,控制算法采用了随机开关频率空间矢量脉宽调制和PI闭环控制相结合的方式,在结构设计上采用高效集成热设计。经试验验证,该控制系统可长时间输出功率40k W,且高频电磁噪声得到了有效的抑制,使控制系统设计满足项目的需求。

PWM调制方式对无刷直流电机控制性能的影响

PWM调制方式的不同导致电流回路及续流回路不同,从而在功率管损耗、转矩脉动、电机控制及起动性能方面都会产生不同的影响。本文通过对导通相和非导通相的电流续流回路进行分析,得出了不同的调制方式对电枢电流和电磁转矩的影响也是不同的,并计算出了两类调制方式占空比之间的关系。从而分析出了不同PWM调制方式对电机起动性能和调速控制的影响。通过仿真及实验平台验证了结论的正确性。

基于支持向量机的电机故障诊断方法综述

基于统计学理论的支持向量机因其具有良好的学习性能和泛化能力,而被国内外学者广泛地应用于电机故障诊断领域。对现有应用于电机故障诊断的各种支持向量机模型的特点进行了系统的分析,包括标准型支持向量机、最小二乘支持向量机以及和其相关的混合模型,并对未来电机故障诊断方法的研究发展方向进行了总结和探讨。