微燃机稳态控制规律与特性研究

微型燃气轮发电机（微燃机）是一种新型动力系统,为研究其节流、最大状态及慢车状态特性,建立了微燃机的数学模型,并编制了稳态特性计算程序。利用对节流状态经济性的要求,确立了微燃机的经济节流工作线,并用相似原理分析了不同大气条件下节流工作线的确定。研究了微燃机在最大状态和慢车状态工作时的几种限制条件,在满足这些限制条件下,确立了相应的控制规律;计算了微燃机的气候特性和高度特性,计算结果与理论分析一致。通过和试验数据对比,结果表明,数学模型合理有效,计算结果具有很高的可信度,可为微燃机稳态控制规律设计提供参照,具有很好的工程应用价值。     

基于摩擦补偿的空间机械臂关节高精度控制研究

空间机械臂关节具有大惯量、高精度的特点,针对空间机械臂关节低速、高精度控制要求,提出一种基于摩擦补偿的双位置闭环控制策略。建立了考虑摩擦和惯量变化等因素的一体化关节动力学模型,分析了全位置闭环系统的稳定性,在此基础上提出了一种基于双位置传感器信息的闭环伺服控制策略,并引入自适应率辨识未知摩擦和惯量变化,利用Lyapunov函数证明闭环系统的稳定性和跟踪误差的渐进收敛性。在测试平台上的试验结果表明,提出的空间机械臂一体化关节伺服控制策略能够有效地提高关节伺服控制精度和系统鲁棒性。     

微型发动机温度限制保护闭环控制设计方法

针对微型涡喷发动机转子转速闭环设计的控制结构中涡轮出口温度对燃油供给率变化敏感的问题,尤其在快速推油门杆时可能会超温,提出了1种带涡轮出口温度限制保护的闭环限制控制器的设计方法。该方法采用了双回路的闭环结构方式,并采用控制参数相似变换的增益调度增量式PI控制方法,实现了稳态/过渡态的发动机转速、温度闭环控制,所述算法在Simulink环境下进行了地面和高空的仿真验证。结果表明:控制系统在保证转子转速伺服跟踪性能的要求下还具有温度保护功能。     

基于卡尔曼滤波器的容错控制和硬件在环验证

为了有效地开展微型燃气轮机传感器的故障诊断和容错控制,在采用基于模型的设计方法建立微型燃气轮机部件级模 型的基础上,使用了一种基于扩展卡尔曼滤波器的故障诊断和容错控制方法,能够有效地诊断出传感器故障,并重构正确信号继 续进行闭环控制。使用MATLAB/Simulink的自动代码生成技术,将微型燃气轮机模型及故障诊断和容错控制方法在全数字仿真 平台和硬件在环仿真平台进行集成和验证,结果表明：基于模型的设计方法的数字仿真结果与硬件在环仿真结果具有很高的一致性。     

基于dSPACE的电动汽车电机调速控制策略研究

为了解决电动汽车无刷直流轮毂电机控制中普遍存在的调速不精确、转速响应慢和自适应性较差等问题,通过分析轮毂电机调速系统特性,研究其对电动汽车整车性能的影响。依据无刷直流电机(BLDCM)简化数学模型,从速度调节角度分析讨论了控制策略,并以电机转速响应迅速且稳定为控制目标,搭建了基于dSPACE的BLDCM快速控制原型试验平台,深入讨论了转速模糊PI控制策略对整车性能的影响。试验结果表明,模糊PI闭环控制策略能有效改善电机的调速性能,提高无刷直流轮毂电机电动汽车行驶的稳定性。     

多重化双向Buck/Boost变换器控制策略仿真研究

多重化双向Buck/Boost变换器常作为能量交换接口用于储能系统中。采用基本建模法对三重化双向Buck/Boost变换器建立交流小信号模型,基于变换器的开环特性,设计了电压、电流补偿网络,在此基础上提出一种新的基于前馈校正的复合双闭环控制策略。为验证所提控制策略的正确性进行了MATLAB仿真研究。仿真结果表明:该控制策略可为三重化双向Buck/Boost变换器提供良好的动、稳态性能,同时对大范围的负载变化等扰动均具有很好的鲁棒性。     

机场场面运行控制仿真软件开发及关键技术

针对飞行区场面运行控制仿真的需求,在Anylogic仿真平台上设计和开发了基于Petri网的飞行区场面运行控制仿真软件,并用于实现A-SMGCS冲突监控算法。通过分析基于Petri网的场面运行建模与控制仿真需求,确定了软件的功能目标和体系结构。研究了软件实现和开发中的几个关键技术问题,如Petri网模型基本类的设计、面向闭环控制的Petri网模型扩展定义、开环和闭环场面运行Petri网模型的仿真算法设计。某机场飞行区的场面运行控制仿真表明,软件可以完成场面运行的闭环控制仿真,支持实现冲突监控算法。     

改进的双PWM型直驱永磁风电机组并网控制策略

在分析直驱永磁同步风力机速度环特性的基础上,推导出机侧脉宽调制(PWM)变流器速度控制环的闭环传递函数。由于该传递函数中存在非原点闭环零点,提出了一种改进的PI控制策略,消除了非原点闭环零点,改善了系统在受扰时的动态特性,提高了并网电流的波形质量,并将其策略应用于网侧PWM变流器的控制。仿真结果表明,改进的PI控制策略能够有效减少机侧和网侧控制系统动态响应时的超调量,加快系统响应速度,提高整个双PWM型直驱永磁同步风电系统并网运行的稳定性。     

基于扩展卡尔曼滤波器的微型燃气轮机传感器 故障诊断与硬件在环验证

为了解决微型燃气轮机在变工况条件下的传感器信号故障诊断问题,提出了基于1簇卡尔曼滤波器的故障诊断方法。该方法基于V字研发流程,使用基于模型的设计方法开发了Simulink微型燃气轮机部件级仿真模型,设计了变负载条件下的传感器故障诊断与隔离系统。基于全数字仿真平台和硬件在环仿真平台对模型以及故障诊断与隔离系统进行集成验证。结果表明:基于MBD方法的全数字仿真及硬件在环仿真具有很高的一致性,能够快速实现模型转换及验证,为微型燃气轮机控制算法开发与硬件在环验证提供了有力的支持。     

微燃机双面复合叶轮压缩特性

为追求高性能参数、高新技术装备的核心机,基于结构融合、过程融合思想,对传统微燃机核心机进行融合创新。基于3D打印设计制造技术基础,创新设计了一种双面常规叶轮与空心涡轮叶片径向连接为一体的双面复合叶轮结构,有望成为未来极具潜力的高效叶轮。具体对基于双面复合叶轮的微燃机工作原理,结构方案及预期性能进行初步分析,重点对双面复合叶轮的压缩特性与后进气管换热特性进行了数值模拟研究。结果表明:该叶轮相比常规叶轮,压缩特性符合预期,较为理想,在压比、流量、效率方面均有显著提高;后进气管回收4.4 K尾气温度可提高热效率,为高气动性能、高循环参数的燃气轮机发展奠定了基础。     

负载电流反馈补偿法在双凸极无刷直流发电机数字调压器中的应用

分析了双凸极无刷直流发电系统突加、卸负载时的工作机理及滤波电容的影响,在此基础上提出了负载电流反馈补偿控制方法,以提高系统的动态性能。实验结果表明,在系统突加和突卸负载两种情况下,加入负载电流反馈补偿控制后,不仅电压恢复时间明显缩短,而且电压波动幅值也大大减小,系统的动态特性得到了明显的提高。该方法可推广应用到不同类型的直流发电机的数字调压控制中。     

无人机微型舵机伺服控制器及其测试系统的设计

针对高性能的无人机微型舵机伺服控制系统,介绍了一种基于PIC单片机的高精度舵机伺服控制器及其测试系统.通过操纵测试软件,计算机发出模拟飞控计算机发送的位置信号,输入以单片机为主控制芯片的舵机控制器,控制功率驱动电路,驱动直流电机,实现伺服控制.控制器软件采用位置、速度和电流三闭环控制算法,利用模糊比例积分微分(PID)控制算法对位置环进行实时调整,同时在速度环与电流环引入积分分离PI控制算法.实验结果表明,控制器具有抗干扰性好、响应速度快、精度高和输出力矩大等特点.     

先进武装直升机火控系统研究与仿真

提出了~套适合于武装直升机火控系统的设计方案,特点是采用两自度可动炮,大大地增大了火控系统攻击范围;采用飞行器状态估值器、目标状态估值器,提高了直升机的测量精度。采用闭环火控算法,大大地提高了射击精度。最后,利用蒙特卡洛法对整个火控系统进行了大量仿真,结果表明该火控系统与现有的武装直升机火控系统相比攻击范围大,射击精度高、反应快且具有较强的抗干扰能力,并能在机载计算机上实时工作。     

轴对称矢量喷管执行机构协同控制方案设计

针对在航空发动机轴对称矢量喷管控制中出现的3个执行机构非等时同步运动问题,根据同步控制原理对轴对称矢量喷管执行机构控制回路设计了2种协同控制方案,并通过全数字仿真及半物理试验对基于偏差比例的变电流协同控制方案进行了分析和验证.结果表明:在给定任意偏转角和方位角时,实现了轴对称矢量喷管3个执行机构等时同步运动,矢量偏转控制稳定、安全,且精度高、速度快.     

Two-stage open-loop velocity compensating method applied to multi-mass elastic transmission system

In this paper, a novel vibration-suppression open-loop control method for multi-mass system is proposed, which uses two-stage velocity compensating algorithm and fuzzy I ＋ P control- ler. This compensating method is based on model-based control theory in order to provide a damp- ing effect on the system mechanical part. The mathematical model of multi-mass system is built and reduced to estimate the velocities of masses. The velocity difference between adjacent masses is cal- culated dynamically. A 3-mass system is regarded as the composition of two 2-mass systems in order to realize the two-stage compensating algorithm. Instead of using a typical PI controller in the velocity compensating loop, a fuzzy I ＋ P controller is designed and its input variables are decided according to their impact on the system, which is different from the conventional fuzzy PID controller designing rules. Simulations and experimental results show that the proposed veloc- ity compensating method is effective in suppressing vibration on a 3-mass system and it has a better performance when the designed fuzzy I ＋ P controller is utilized in the control system.     

Z-源稀疏矩阵变换器励磁的双馈风力发电系统

针对矩阵变换器电压传输比低和其励磁的双馈风力发电系统(DFIG)易受非正常输入波动影响的不足,提出了一种适用于DFIG励磁的Z-源稀疏矩阵变换器系统。利用Z-源的升压特性来提高电压传输比,检测电容电压实现对直通因子的自动调节,从而实现对网侧波动的自动抑制。建立了系统数学模型,推导了DFIG系统定子磁场定向矢量控制策略表达式,搭建试验样机对所提方案进行试验验证,在亚同步、同步、超同步三种发电状态下的波形和并网试验结果验证了方案的可行和有效性。     

交会接近轨迹的闭环斜滑控制算法研究

为了矫正追踪航天器相对接近轨迹的偏离,实现交会轨迹的主动安全控制,在开环斜滑算法的基础上提出了闭环斜滑主动控制方法,包括轨迹控制的闭环斜滑算法和终端控制的闭环斜滑算法。利用某近距离交会接近问题,采用MonteCarlo（蒙特卡洛）打靶仿真,分析比较了开环斜滑算法和2种闭环斜滑算法。结果表明,闭环控制终端偏离明显小于开环情况,同时在较短时间内以较小的速度增量实现了终端状态控制,并且轨迹控制的闭环斜滑算法控制精度小于终端控制算法。     

基于动态优化数据的航空发动机过渡态控制方法

针对一般稳态燃油前馈PID算法在发动机过渡态过程中控制效果差的问题,提出了一种基于动态优化数据的涡轴发动机瞬态控制方法。采用带约束限制的序列二次规划（SQP）优化算法采集包线范围内各点的过渡态参数变化数据作为样本数据,利用稀疏化的最小二乘支持向量机（LSSVM）对样本数据进行训练、测试,将训练得到的LSSVM模型作为前馈与PI构成闭环控制器共同对涡轴发动机进行过渡态控制。通过对民用涡轴发动机部件级模型的包线内某两点不同功率水平进行仿真,结果表明,过渡态过程中动力涡轮转速超调量与下垂量均小于0.4%,稳态误差为0,动力涡轮转速稳定时间小于2s,各参数均未超限,因此,该控制器能有效提高涡轴发动机过渡态控制效果,实现对参数的限制管理。     

Implementation of a single-phase AC/AC converter based on neutral-point-clamped topology

A single-phase ac/ac converter based on neutral-point-clamped scheme is proposed to perform unity input power factor and to provide a stable ac voltage to the critical loads. The ac/dc rectifier part is controlled to generate a unipolar pulsewidth modulation (PWM) waveform on the ac terminal by using four power switches with voltage stress of half the dc-link voltage. The carrier-based current control scheme is employed in the inner control loop to track the line current command. To regulate the dc bus voltage, a proportional-integral (PI) control is adopted in the outer control loop. The dc/ac inverter part of the system with four power switches is employed to generate a stable and clean sinusoidal output voltage to the critical load. The instantaneous current control scheme is used to track the output voltage command. To verify the effectiveness of the proposed control algorithm, the simulation and experimental results based on a laboratory prototype were implemented and discussed.     

根轨迹法在燃油控制回路PI控制器参数设计中的应用

为进一步提高航空发动机燃油控制回路的控制性能,使其达到数控系统性能指标要求,针对发动机的特性,从其控制系统的实际运用角度出发,开发出适用于其燃油控制回路PI控制器的根轨迹参数设计方法.该方法采用根轨迹图并结合控制性能指标要求确定了闭环主导极点的期望区域,在根轨迹图上放置极点和零点,移动闭环主导极点到期望区域内以确定满足性能指标要求的PI控制器参数.通过仿真试验发现,采用根轨迹法所设计的燃油控制回路PI控制器参数不仅能达到数控系统性能指标要求,所设计PI控制器的控制品质还明显优于零极点对消法.