基于混合灵敏度的航空发动机切换控制系统设计

针对航空发动机工作安全边界,提出了一种基于切换控制的航空发动机控制系统设计方法.给出了切换控制策略的设计思路及切换稳定性的条件.给出基于混合灵敏度的航空发动机多回路切换鲁棒控制器设计方法,并构造了线性矩阵不等式.通过基于计算得到的控制器参数仿真表明,采用该切换方式相比于Min/Max切换方式消除了积分饱和在切换中延迟影响,提高发动机的动态响应能力及鲁棒性,同时可以保证切换的稳定性.      

电动车开关磁阻电机驱动和保护控制策略研究

传统开关磁阻电机(SRM)起动时采用电流斩波控制(CCC),中高速阶段采用角度位置控制(APC)对转速进行调节。但在电动车领域的SRM驱动控制中,通常采用基于脉宽调制(PWM)控制的方式来实现电机的开环调速。在传统SRM控制方式的基础上,提出了一种动态斩波的起动方式以及一种PWM控制与APC控制相结合的中高速运行的综合控制策略,可确保电机在不同负载下平稳起动、瞬间提速和稳定运行。与此同时,对控制器保护环节中最为关键的过流保护和堵转保护进行了设计,提升了整个驱动系统的可靠性。为了验证所提驱动控制策略和保护方法的可行性,在以STM32F103处理器为控制核心的控制器和1台12/8结构电动车SRM上进行了系统的试验。试验结果表明在该控制算法下,电机能够快速起动和稳定运行,且能检测到故障并及时保护,证明了该算法的正确性。     

基于二阶滑模算法的永磁电机直接转矩控制

针对传统直接转矩控制(DTC)方法低速控制精度差、转矩脉动大、开关频率不稳定等问题,提出了一种基于二阶滑模控制的永磁电机DTC方法。该控制方法基于二阶滑模控制原理,将传统磁链控制器与转矩控制器以滑模控制器替代,对空间电压进行矢量调制,提高了开关频率的稳定性,获得了良好的动态稳定性,改善了电机输出性能。仿真与试验结果表明,该控制方法能够有效减小电流脉动与转矩脉动,同时提高了控制系统的抗干扰能力,实现了电机的快速动态响应,具有较强的鲁棒性能。     

基于模糊滑模观测器的永磁同步电机进给系统速度估计

为解决目前伺服系统中采用机械位置传感器所存在的诸多缺点,提出一种用于永磁同步电机(PMSM)进给系统的模糊滑模速度观测器,实现无速度传感器控制。针对传统滑模观测器的抖振问题,采用Sigmoid函数代替传统理想开关函数,并引用模糊控制器自适应调整滑模增益以减小抖振,实现软切换连续控制。估计反电动势可以直接由控制函数的输出获得,省略了传统观测器中的低通滤波器和相角补偿。利用李亚普诺夫函数证明了设计的滑模观测器的渐进稳定性。仿真结果表明:设计的模糊滑模观测器能够对PMSM转子速度进行精确辨识,并有良好的动、稳态性能。     

一种新的小型无人机飞行控制策略研究

针对传统控制策略对小型无人机系统计算能力要求高、结构要求复杂的特点,提出了一种新的控制策略,即只采用角速率陀螺和GPS传感器配置,控制器结构采用两层回路实现(即角速率回路和轨迹控制回路)。利用输出反馈二次调节器设计方法得到了相应的控制器结构参数。最后,通过仿真比较了新控制策略和传统控制策略在轨迹控制过程中的控制效果。仿真结果表明,所提出的控制策略具有与传统控制策略相似的控制效果,但新策略下的控制器结构和系统复杂程度都更简单。     

高速开关阀PWM控制电路的开发

高速开关阀是电液伺服机构的惯性环节,伺服机构的品质依赖于阀的动态特性,因此阀的响应快速性很重要。提高高速开关阀的快速性,驱动电路是一个重要方面。采用2051单片机,设计了一种新型的PWM信号发生器,并开发了上下限保护电路,使其快速性得到了进一步的提高。     

基于专家控制器的电动汽车感应电机弱磁区优化控制研究

由于感应电机驱动系统采用数字控制器和脉宽调制输出会伴随着数字延迟的问题,加之参数可能存在的扰动,使得传统的间接磁场定向控制方法在感应电机高速弱磁区的控制性能降低。针对此问题,提出了一种基于专家控制器和模糊推理机制的感应电机弱磁区优化控制策略。考虑到传统间接磁场定向控制中电流调节器在弱磁区若没有获得适合的电流参考指令,则可能会产生高频振荡乃至失稳。因此,在传统方法的基础上将转速闭环输出的电流参考先送入到专家控制器,专家控制器基于数据库和模糊推理,对电流参考进行修正,其中模糊推理机制基于简单的高斯函数逻辑实现。最后,构建了感应电机驱动试验平台,开展了电机在弱磁区的高速驱动试验,试验结果验证了新型控制策略的有效性。     

一种新型伺服作动器的构想

提出一种新型的伺服作动器，这种作动器主要有两个特点：一是用高速开关阀替代伺服阀组成数字式电液位置控制系统，这种系统其实已经在很多领域得到了应用；二是用单柱塞泵替代传统的多柱塞泵，并且将单柱塞泵集成在作动器上，这种做法目前尚未见到。本文提出的这种新型作动器实质是一个使用数字阀并且自带液压源的独立执行单元。     

直驱式电动台钻用开关磁阻电机高效控制

直驱式电动台钻用效率较高的开关磁阻电机(SRM)替换单相感应电机,将钻头直接固定到电机转子的输出端,省去传统台钻的皮带、塔轮等机械传动装置,实现直接驱动。为了实现直驱式电动台钻全转速范围内的无极调速功能,提出起动阶段采用电流斩波控制(CCC)提供大扭矩；低速阶段采用基于正余弦电流分配的方法抑制低速转矩脉动；中高速阶段采用电压斩波控制(CVC)+角度控制(APC)的变角度电压斩波组合控制方式对转速进行调节。从而实现了不同控制模式间的平滑切换的控制策略。试验结果表明:所提出的全转速范围的控制策略效率高、调速性能好,可有效提高电动台钻的性能。     

基于名义模型的飞行模拟转台反演滑模控制

针对飞行模拟转台这一实际的不确定伺服系统,提出一种新型控制策略,该控制策略是建立在名义模型基础上的一种新型全鲁棒滑模控制器.控制系统由两种控制器构成,一种是针对实际对象的全鲁棒滑模控制器,另一种是针对名义模型的积分反演滑模控制器.采用名义模型与实际对象之间的建模误差设计全鲁棒滑模控制器,采用积分反演滑模控制器来保证控制精度,全鲁棒性能由全局滑模控制器来保证.采用Lyapunov方法实现了两种控制器的稳定性分析.以飞行模拟转台伺服系统为被控对象,针对正弦和阶跃响应的仿真结果表明,采用所提出的控制方法,可实现全局鲁棒性并保证较高的位置跟踪精度.     

基于滑模控制的航空发动机多变量约束管理

针对航空发动机传统单变量线性控制器min-max切换方法处理约束的不足,提出了单变量滑模控制器替换所有线性控制器的改进策略,并将该方法拓展为新切换逻辑下的多变量滑模控制结构。基于改进的单变量滑模控制器min-max结构,多变量控制策略中加入了多变量滑模主控制器和新的切换逻辑,充分利用发动机的所有控制量,克服了传统方法的保守性,进一步提高发动机约束下的动态性能。对稳态时工作的控制器进行了理论分析,建立了多变量控制器实现精确跟踪的充要条件。仿真结果表明,多变量控制方法在更苛刻的约束条件下能够实现跟踪任务,而且提高了推力跟踪的快速性,调节时间从1.91 s缩短到1.54 s,同时降低了稳态时的油耗。     

开关磁阻电机固定频率预测电流控制策略

针对开关磁阻电机(SRM)传统电流斩波控制(CCC)开关频率不固定、电流跟踪效果差的问题,提出了一种固定频率的无差拍预测电流控制(DPCC)算法。基于对SRM静态电磁特性的精确解析拟合,建立SRM离散预测模型。为了减小转矩脉动,利用无差拍理论实时计算下一时刻所需电压,实现对电机参考电流的精确跟踪。为进一步提高效率,采用新型转矩分配函数代替传统线性转矩分配函数。基于试验样机测试数据,在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型,对所提出的算法进行仿真分析。仿真结果表明,所提出的固定频率DPCC方法相比传统CCC方法,具有更小的电流跟踪误差,并且能够有效减小SRM的转矩脉动,提高系统效率。     

一种非线性自适应切换控制混合方法及其在倾转旋翼机上的应用

为避免子控制器切换时控制量的跳变,提出了一种非线性自适应切换控制混合方法。针对输入输出反馈线性化子控制器在使用中存在的逆误差及模型不确定性,采用多层神经网络进行在线补偿,为实现此类非线性自适应子控制器的平滑切换,实际控制律采用各子控制律的凸组合,各组合系数值由切换参数确定。通过合适的设计参数选取与神经网络权值更新律设置,寻找到了闭环切换系统的公共Lyapunov函数,保证了此类系统在切换控制混合下的稳定性。在倾转旋翼机轨迹跟踪控制的应用中,设计了直升机模式、过渡模式与飞机模式的非线性子控制器,应用神经网络在线补偿与随短舱角的控制混合,仿真结果表明该方法具有对系统不确定性的鲁棒性及平滑切换的特性。     

船舶燃机电机混合动力控制方法

在对现有混合动力控制系统进行研究的基础上,提出了新型的燃气轮机和异步电机混合动力系统。采用模块化的设计方法,建立了燃气轮机、异步电机、S.S.S.离合器、并车齿轮箱、并车控制器和螺旋桨等部件的数学模型,进而构建了整个系统的仿真模型。利用外特性法建立了燃气轮机的仿真模型;采用电流滞环跟踪 PWM方法建立了异步电机仿真模型,实现了弱磁调速;建立了 S.S.S.离合器的可靠的仿真模型,能够研究并车时的冲击;设计了 2种推进方式投切策略,实现了混合动力仿真;设计了并车控制器以实现并车过程调节。对混合动力控制策略和并车过程进行了仿真,结果表明所提出的混合动力系统能够正常工作,并车控制器工作较好,并车策略有效,能够减小并车过程中的冲击。     

动力短舱校准装置的供气流量控制策略

为了降低动力短舱校准装置的马赫数波动，提高校准数据的准确性，需要对供气流量控制策略进行研究。对系统整体特性进行了分析，对高压供气控制系统采用广义预测控制算法实现在一定时域内的最优控制，针对气源压力扰动导致的流量稳定性较差的问题，采用带遗忘因子的递推最小二乘法在线辨识扰动模型，通过扰动前馈的控制结构实现对于扰动的有效抑制。针对数字阀切换过程不同步导致的流量冲击现象，设计了一种针对数字阀的异步切换控制器来抑制该扰动。开展了某型号短舱的校准试验，结果表明：供气流量控制精度优于±0.001 kg/s，马赫数控制精度优于0.000 5，控制效率提升了40%，证明所提出的控制策略是有效的。     

无刷直流电机在转子偏心故障时的容错控制研究

在一些工业场合,无刷直流电机需要在转子偏心故障的情形下保持运行状态,而传统的控制策略无法有效地实现容错运行。针对这个问题,提出了一种无刷直流电机在转子偏心时的故障容错控制策略。分析了在传统无刷直流电机控制方法中,每相定子电流参考在波形上是一致的,仅存在一定的相位延迟,而没有考虑电机偏心后导致的反电动势和相电感变化,因此电机偏心将导致未知的转矩脉动。新型控制策略在传统控制策略的基础上采用了在线估计方法,获取了相电感和反电动势的值,从而控制器设置定子电流参考时包含了对偏心故障的考虑和相关运算,从而使电机能够降低转矩脉动,具备一定的故障容错运行能力。最后通过对比试验的方法对新型控制策略进行了试验验证。     

基于新型变速趋近律的永磁同步电机滑模控制

为了改善永磁同步电机(PMSM)调速系统的动态品质,提出了一种基于变速趋近律方法的PMSM滑模速度控制策略。为了提高传统指数趋近律的收敛速度和消除系统抖阵现象的影响,在传统指数趋近律的基础上提出了一种新型变速趋近律方法,并应用该方法设计了一种PMSM调速系统的滑模速度控制器。通过仿真和试验结果对比分析,证明该算法不仅改善了系统的鲁棒性能,同时改善了系统的动态响应速度。     

基于混合平台的深空通信遥测接收机架构设计

针对目前深空通信遥测信号接收机硬件实现存在的重配置及扩展灵活性较差的问题,提出了一种符合CCSDS(空间数据系统咨询委员会)标准基于混合平台的接收机架构设计。本设计充分利用了GPU(图形处理器)平台片上存储资源的低访问延迟特性、流多处理器的高速并行处理特性以及CUDA(统一计算架构)软件开发的配置灵活性,对接收过程中的帧同步和信道译码进行了高速实现。同时采用FPGA(现场可编程门阵列)对接收数据进行解调处理,通过CPU(中央处理器)对接收机内部数据流传输进行控制,实现了可重配置的混合平台接收机架构。实验结果表明本接收机架构在采用CCSDS标准的LDPC(低密度奇偶校验)编码时能够灵活切换多种码长码率模式,译码后数据吞吐率能够达到10 Mbit/s以上。     

基于四开关三相变频器的永磁同步电机驱动系统转矩脉动优化控制

针对低成本三相四开关变频器构成的永磁同步电机驱动系统存在转矩脉动较大的问题,提出了一种系统转矩脉动优化控制策略。系统中存在的转矩脉动分为低频和高频转矩脉动,对于由直流电容电压波动产生的低频脉动,采用了引入一种基于非正交坐标变换的补偿方案,而对于高频脉动,分析评估了不同调制策略的影响,选择了最优调制策略。此外,线性调制范围设置考虑了系统直流电容电压波动,避免了低频脉动造成的过调制。同时,还设计了电容电压偏移抑制控制以扩大线性调制区范围。试验结果验证了新型控制策略抑制系统转矩脉动的效果明显。     

一种基于非平稳信号分析的时相调制信号解调算法

基于非平稳信号分析方法,对时相调制(Time-Phase Modulation,TPM)信号的时频分布特性进行了详细分析,建立了TPM调制信号相位突变与时频分布幅度的映射关系,利用该映射提出了一种基于非平稳信号分析的TPM调制信号解调算法,并对该解调算法性能进行了理论分析,讨论了最佳判决门限选取方法,仿真结果验证了理论分析的正确性。理论分析及仿真表明,基于非平稳信号分析的TPM调制信号解调算法获得了优于传统的相关解调的调制系统差错性能。