航天器永磁同步电机容错式直接转矩控制

电机被广泛应用到航天器的各种关键机构，要求在故障发生时具有带故障运行能力.永磁电机相比于感应电机、磁阻电机具有高功率密度、高可靠性、高效率、低转矩脉动等优点，五相永磁电机相对于传统三相电机，由于相数的增加，电机具有更高的自由度，提升了电机的容错运行性能，具有更高的可靠性，适用于航天器等场合，但存在着绕组开路故障时转矩脉动大和谐波电流含量大的问题.针对此问题本文选用功率密度高且具有更好容错性能的五相永磁同步电机(PMSM)，提出一种改进的容错式直接转矩控制算法，通过对零序电流的抑制来减小开路故障时的转矩脉动和谐波电流.通过MATLAB/Simulink搭建了电机控制系统的仿真模型，验证了所提控制策略的正确性.     

基于电感特征的开关磁阻电机电流斩波控制策略

开关磁阻电机（SRM）运行在基速以下时常采用电流斩波控制（CCC），针对传统电流斩波控制中电流动态跟踪能力弱、换相区内转矩脉动大及功率器件开关频率不固定的问题，根据电感曲线的变化特征进行区间分段，提出一种基于参考电流补偿的电流斩波控制策略。在低电感区段内根据电机转速、负载的大小对参考电流进行补偿，提高相绕组在换相过程中的转矩输出能力和动态响应能力；在电感曲线的线性上升阶段，采用固定频率的脉冲宽度调制(PWM)波进行控制，使输出转矩更平滑。搭建三相12/8极开关磁阻电机仿真模型及硬件在环实验平台，考虑电机在不同转速、负载下的运行工况，选取转矩脉动指标进行对比。仿真与实验结果表明：所提控制策略能有效减小开关磁阻电机的转矩脉动，提高电机的运行性能。     

基于最优角度自适应TSF的SRM直接瞬时转矩控制

针对开关磁阻电机（SRM）在换相区转矩脉动大、运行效率低的问题,提出了一种基于最优角度自适应转矩分配函数（TSF）的SRM直接瞬时转矩控制（DITC）方法。首先,在电机全速范围内选取部分代表性转速,获得相应转速下最大平均转矩对应的最优开关角;然后,用离散的最优开关角数据训练改进的BP神经网络,获得全速范围内的最优开关角,从而使TSF根据不同转速动态地调整其形状,获得自适应能力,达到抑制换相区转矩脉动的目的。为验证所提方法的有效性,以一台3相6/4极SRM搭建仿真模型和实验平台,结果表明,所提方法有效抑制了换相区的转矩脉动,并提升了系统的运行效率。      

一种帆板驱动机构用永磁同步电机微步控制方法

根据磁场定向矢量控制原理,提出一种永磁同步电机微步驱动控制策略.通过保持定子电流矢量幅值不变并均匀改变定子电流矢量的位置,获得大小不变位置均匀变化的定子磁势,从而实现太阳帆板的对日定向.试验结果表明采用所提出的微步驱动控制方法实现了太阳帆板模拟负载的驱动性能,并得出设计过程中应综合考虑整机效率和帆板驱动速度稳定度因素来选取转矩电流给定的结论,也进一步证明了控制方法的有效性,可用于工程实际.     

小波网络在直接转矩控制系统低速运行中的应用

针对传统的异步电动机直接转矩控制系统低速运行时存在较大转矩脉动的问题,详细分析了定子电阻变化对系统控制性能的影响,提出了基于小波网络的定子电阻辨识方法.将定子电流的误差和定子电流误差的变化量作为小波网络的输入,网络输出为定子电阻误差的动态估计值;综合应用递推正交最小二乘法与改进的Givens变换训练小波网络参数,利用小波网络良好的时频局部特性可以准确的观测出定子磁链和转矩,优化了逆变器的控制策略.仿真结果对比表明该方法可以有效得改善电动机的低速运行性能,优于采用BP(Backward Propagation)神经网络的方法.      

基于事件触发的航天器姿态自适应容错控制

针对航天器通信和计算资源约束以及执行器故障场景下的姿态控制问题，提出了一种基于事件触发的航天器姿态自适应容错控制策略。首先，采用自适应方法估计故障信息、外界扰动等系统中未知参数，并引入事件触发机制，在执行器故障下实现容错控制的同时，节约星载计算机的计算资源。然后，基于李雅普诺夫方法证明了所提出的控制策略保证了闭环系统状态全局一致且最终有界稳定，并能有效避免Zeno现象，保证了执行器故障场景下对姿态的精确控制。最后，应用于航天器的姿态稳定试验，仿真结果验证了该方法的有效性。     

基于电压空间矢量控制的卫星天线伺服系统

系统采用电压空间矢量控制的永磁同步电机作为伺服驱动电机,永磁无刷直流电机作为动量平衡电机构成卫星天线伺服驱动系统。伺服电机采用电流、速度和位置三环控制,实现了伺服电机的超稳速和超高精度的运行。平衡电机采用电流、速度和加速度三环控制,保证了平衡电机能够快速、精确地跟踪。由于采用电压空间矢量作图法与瞬时零矢量插入法相结合的控制策略,避免了空间矢量控制中的计算过程,实现了速度调节和转矩调节(电流调节)的解耦控制。     

PMSM电流预测控制参数误差量化分析方法

交流永磁同步电机（PMSM）电流环控制性能是制约交流伺服系统性能的关键。电流预测控制拥有更快的动态响应、更低的电流谐波和优良的转矩响应,但该算法依赖精确的电机模型,参数失配会引发稳态电流误差,无法输出额定转矩,进而导致电机转矩输出效率降低。根据永磁同步电机电流预测模型,详细分析了d、q轴电流静差产生的原因,以及电流预测控制对电机参数误差的敏感性,提出了一种参数误差量化分析方法。该方法引入了电机参数偏差因子,量化描述了电机电感、磁链参数误差与电流静差之间的制约关系。通过仿真分析,验证了所提方法的合理性,为高性能永磁伺服电流预测数字控制技术打下了良好基础。     

基于矩独立重要度的电路系统容错设计方法

电路系统在运行过程中不可避免会发生失效，而容错设计可以有效降低失效风险。传统的电路系统容错方法主要是根据设计人员经验认知对电路系统进行分析改进，但是通常难以准确确定对系统性能影响显著的重要元器件。因此，提出了一种基于重要度分析的电路系统容错设计方法。首先，提出了电路系统矩独立重要度定义与计算方法，以对电路系统中各元器件的矩独立重要度进行计算和排序；然后，给出了冗余系数与冗余次数的定量关系，并提出重要度-冗余系数的映射准则，以此为基础即可实现电路系统的最佳容错设计；最后，以某空间电源稳压器电路为案例，验证了所提方法的有效性。所提基于矩独立重要度的电路系统容错设计方法对改进电路系统容错能力、提高电路系统可靠性有重要意义。      

飞行控制用无刷直流电动机容错运行方式

双重绕组无刷直流电动机构成的双通道机电作动系统(EMA,Electro-Mechanical Actuator),当一个通道故障时可以采用容错运行方式.分析了电动机在双绕组工作与单绕组工作时的机械特性、铜损耗与允许转矩.对样机的机械特性试验曲线分析可知,在相同的电压条件下,两种工作方式的机械特性有相同的理想空载转速,但容错工作时因负载产生的转速降将增大1倍.在功率损耗不变的条件下,容错工作时电动机的允许电流为额定值的1.4倍,允许转矩为额定值的0.7倍,通过样机的温升试验数据充分验证了这一点.探讨了双绕组运行时的电流均衡控制方法以及容错工作采取的措施,并用仿真曲线分析了容错工作方式下的动态性能.      

Minimum sliding mode error feedback control for fault tolerant small satellite attitude control

This paper proposes a new control strategy (which we call “minimum sliding mode error feedback control, MSMEFC”) for small satellite attitude control. As we know, the attitude control algorithm plays a significant role in the whole performance of the satellite, especially under the existence of uncertain disturbances from the space. Without loss of generality, the MSMEFC is presented based on the sliding mode theory. It is assumed that the equivalent control error is defined to offset the uncertain disturbances to improve the control performance. Hence, in order to estimate the optimal equivalent control error, a cost function is derived on the basis of the principle of minimum sliding mode error. Then, the equivalent control error wills feedback to the conventional sliding mode control to obtain the final MSMEFC. According to the theoretical analyzes, the sliding mode after the MSMEFC will approximate to the ideal sliding mode, resulting in enhancing the control performance. Moreover, an adaptive non-singular terminal sliding mode is employed to compare with the performance of MSMEFC. Several simulations are performed to verify the effectiveness of proposed MSMEFC in the presence of serious perturbations, even in some fault-tolerant scenarios.     

太阳同步冻结轨道星座保持与捕获

太阳同步冻结轨道卫星在经过同一星下点时光照特性和轨道高度相同，便于载荷观测及定标.由多颗太阳同步冻结轨道卫星组成的星座，需要实现星座成员轨道倾角、轨道高度、偏心率矢量和相对轨道幅角的同时保持.提出了基于切向单脉冲的最低燃耗轨道面内保持策略，证明了该策略的稳定性和燃料最优性， 给出了太阳同步轨道地方时保持简单算法.仿真证明，基于本策略的星座成员能跟踪并捕获目标轨道.面内保持策略还可用于低轨卫星编队低燃耗控制.     

具有控制时滞的电动加载系统迭代学习复合控制

针对无人机前轮转向操纵系统中机电作动器的负载模拟需要，设计了一种用于复杂交变载荷模拟的电动加载系统。为了降低电动加载系统的控制时滞和多余力矩对系统精度的影响，提出了一种PID控制与迭代学习控制相结合的加载力矩复合控制策略。介绍了电动加载系统的主要组件并给出其数学模型，分析了电动加载系统多余力矩产生的原因，提出了系统控制延时时间的测量方法，设计了基于迭代学习控制与传统PID控制的复合控制器，分析了迭代学习控制器的收敛条件，分别通过多余力矩抑制和动态力矩加载实验验证了控制策略的有效性。与传统的反馈控制加前馈补偿方法相比，所提方法能够消除控制时滞和多余力矩对加载系统的影响，保证电动加载系统的力矩加载精度。      

均匀磁场中铁磁流体润滑的平板滑块的性能

计算结果表明,铁磁流体润滑的平板滑块的性能与牛顿流体或Bingham塑料润滑的平板的性能显著不同.屈服应力引起粘附核的发生,并且增加滑块的承载能力.在低速润滑中,高磁场强度对承载能力是有好处的,因为它可以提高铁磁流体的粘度和在润滑膜中引起粘附核.当出现粘附核时,铁磁流体润滑的平板滑块的最佳膜厚比的值大于2.2,并随外磁场强度增加而增大.在高速润滑中,可能没有粘附核出现,在此情况下,为了得到最大承载能力而采用膜厚比的值为2.2是可取的.在高磁场强度或高剪切速率下,铁磁流体润滑的平板滑块的摩擦系数增大.      

基于速度观测的双余度电液舵机系统容错同步控制

考虑飞机电液舵机活塞杆运动速度不易测量的情况，提出一种基于速度观测的容错同步控制策略，解决了双余度电液舵机系统（DREHAS）内泄漏共模故障（IL-CMF）下的位置跟踪控制问题。首先，通过引入2组参考轨迹并对模型进行线性变换，实现舵面位置跟踪与两舵机力输出同步控制解耦；其次，在扩展状态观测器（ESO）中加入故障参数自适应项，设计一种自适应扩展状态观测器（AESO）估计两通道舵机活塞杆速度和扰动，从而克服了故障条件下利用原系统模型设计ESO带来的估计结果不准确问题；最后，基于AESO的估计结果及故障参数在线更新结果，利用反步法设计了一种非线性容错同步控制器。Lyapunov稳定性分析结果表明，该控制方法可确保IL-CMF故障及时变干扰条件下，闭环系统所有信号有界，系统输出满足规定的性能要求。IL-CMF故障及常值干扰条件下，系统跟踪误差渐进收敛于零。仿真实验进一步验证了所提方法的有效性。