交直流共用主电路及其控制方法在双输出航空静变电源中的应用

详细介绍一种通过交直流变换共用主电路实现同一电源双路分时输出的方法,给出了交直流共用主电路的拓扑结构及其工作原理,分析了交流变换五电平载波移相及直流变换级联移相控制策略。为了在三相交流变换电路的基础上实现大功率直流输出,并兼顾各相功率均衡,提出了一种相位角同步的均流控制策略。最后通过试验实现了同一电源分时输出交流115 V/400 Hz/100 kVA和直流270 V/80 kW,验证了所述拓扑结构和控制策略的合理性与可行性。     

离子推力器小功率正高压屏栅电源研究

为了设计一种适用于小功率离子推力器的小功率正高压屏栅电源,本文提出了一种前级降压斩波电路后级全桥LLC谐振及全波倍压整流的两级式拓扑结构。在该主电路的基础上,设计了控制电路,并开展了试验研究。试验结果表明：设计的正高压屏栅电源在输入电压42 V、输出负载12.52 kΩ时,输出电压和输出功率分别为1050 V、88 W,且输出电压误差范围控制在2%以内,屏栅电源效率为90.44%。对于输出正负极高压短路、瞬时加减载具有自恢复功能。研究证明了该两级式拓扑结构的可行性,从而提供了一种小功率正高压屏栅电源的设计方法,对小功率离子推力器的发展具有推动作用。     

基于数值理论与拓扑优化下电阻式应变传感器灵敏度的研究

对于电阻式应变传感器,灵敏度是衡量传感器测量精度的重要指标之一。对现有电阻式应变传感器结构进行优化使其灵敏度提高,从而可提高电阻式应变传感器测量精度。首先利用WorkBench有限元软件和数值理论,计算电阻式应变传感器的灵敏度理论值,接下来基于拓扑软件以质量降低50%和最大应力不超过材料许用应力为约束条件进行拓扑优化。最后对拓扑优化后电阻式应变传感器结构进行灵敏度理论计算。研究结果表明,拓扑优化后电阻式应变传感器的灵敏度为2.57 mV/V,原有的结构灵敏度为2.25 mV/V,拓扑优化后的灵敏度比原有有利提高了14.2%。     

天舟一号货运飞船分散配电控制系统

针对天舟一号货运飞船配电系统配电电压高、设备数量多、布局分散、控制复杂的设计特点,综合负载设备配电需求、火工装置引爆需求、组合体间并网供电需求,提出了货运飞船分散配电控制设计:综合考虑设备布局、电压变换、电缆压降等设计因素,将传统两级电压变换优化成单级变换,给出配电控制器的通用化设计方案。设计的分散配电控制系统应用于飞行任务中,实现了天舟一号配电控制系统的高效、安全、可靠设计和在轨运行安全,可为我国后续载人航天器配电控制系统设计提供参考。     

航天器密封舱加筋壁板碎片撞击监测技术研究

航天器密封结构在轨长期运行期间会受到空间碎片撞击,使密封结构出现不同程度的损伤。如果这些损伤不能被及时检测出来并采取相应措施,可能会带来灾难性的后果。对碎片撞击进行监测可以为航天员采用正确修复方案提供依据。本文利用基于超声导波的结构健康监测技术感知空间碎片对航天器密封结构的撞击。首先,在 Abaqus 有限元仿真软件中,用不同速度的钢球冲击模拟真实的冲击形式。具体分析了超声导波在该壁板结构中的传播特性。用小波变换的方法进行信号处理,据此提取了合适的冲击监测所需的信号频率。其次,设计了一种基于信号互相关分析的冲击成像算法确定撞击位置。比较了不同压电传感器网络定位准确度以及监测效率,选择了一种可靠的组网形式进行监测。最后针对航天器壁板,在实验室环境中验证了该算法的有效性。实验结果表明,该监测系统具有良好的准确性与可靠性。     

航空静止变流器电路的系统设计方案研究

研究了静止变流器电路的系统设计问题,对航空静止变流器的SPWM直接升压设计方案和间接升压设计方案进行了比较研究,研究的重点是电路的变换效率。根据电路特性,进行了理论分析,指出了两者的基本区别在于阻抗匹配和波形变换。通过实验研究和理论分析发现,SPWM直接升压电路系统虽然系统设计简单,但是变换效率较低;间接升压系统电路的设计比较复杂,变换效率较高,而且中间高压直流环节不能省略。     

低温低气压环境用双向大功率DC变换器研究

针对空间再生燃料电池能源系统的用电和环境要求,对其关键部件大功率双向DC变换器进行了研究。为保证苛刻环境下DC变换器可靠工作,对变换器结构、功率器件进行了热分析、热模拟,并在模拟空间环境中进行了验证。根据系统工作特点,进行水电一体化功率结构设计,优化电路拓扑,以满足空间对质量、体积和效率的高要求。最后对60 k W双向DC变换器样机进行了测试,测试表明该变换器满足设计要求。     

逆变电源输出交流电压分段式前馈控制方法研究

为解决水泵三相AC 660 V电机在DC 750~1 250 V下的供电及起动问题,通过开展电机驱动系统设计研究,形成了以两电平主电路结构、电压空间矢量脉冲宽度调制技术和电压/频率恒定控制策略为基础的水泵电机逆变变频控制方案。在方案中针对较宽输入直流电压范围下的输出交流电压控制技术进行了攻关并取得了突破,形成了相应关键技术解决方案。通过水泵负载试验,全面验证了该方案的有效性和可行性。     

大容量直驱风电机组级联直流组网系统设计

传统交流组网风电场系统存在多次电能转换、成本高的问题。针对这个问题,设计了一种大容量直驱风电机组级联直流组网海上风电场系统,其直接将每台机组的直流输出级联形成高压直流进行传输,而无需额外的海上升压站平台。风电机组采用了永磁直驱风力发电机及其变流器,其中变流器包括了AC/DC单元和DC/DC单元,并设计了控制策略,即通过DC/DC单元的占空比调节来实现电流的持续输出和最大功率跟踪。陆基逆变电站采用晶闸管型逆变器,设计了工作模式和控制策略,其主要功能是实现高压直流链路的电压电流调节。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台,搭建了容量为150 MW的风电场系统进行了仿真计算,计算结果验证了该系统具有较高的鲁棒性和对风速变化的适应性,同时每个机组都能独立的实现最大风能捕获。     

高可靠电机系统主动变结构与容错控制技术

为了更好地、更高性能地适应航天器多极端工况对伺服系统输出特性的需求变化以及高可靠应用需求,提出了一种新型高可靠电机系统,其主要包括变结构控制器、可变结构驱动拓扑和变结构容错电机。根据系统所需,通过在线变换驱动器与电机绕组的连接方式,重构电机系统结构和参数,进而改变电机系统的输出性能,最终实现每个工况下均能达到航天任务所需性能最优的目的;在驱动器或者电机绕组发生故障时,亦可通过电机系统结构变换,将故障进行隔离并进行容错控制,让剩余的正常部分还能输出所需的扭矩,实现电机系统的带故障运行,保证系统具有故障-工作的高可靠性能力。     

航天器自动化测试语言的设计与实现(英文)

航天器自动测试系统是基于各种测试标准的航天器综合测试信息化系统,测试语言是关于各种测试标准描述的形式体系,是提高测试效率的重要手段。在我国多航天器测试的新需求下,航天器测试语言的研究已成为航天器测试领域面临的新挑战。结合当前的测试需求,本文提出了一种高阶航天器测试语言CATOL(China Aerospace Test and Operation Language),介绍了语言的组成结构。为了刻画和定义航天器测试过程,给出了该语言子集 CATOL-PR的语法和操作语义,实现了该语言的原型系统。该语言可促进国内航天器测试的标准化工作,提高测试人员工作效率,使航天器自动化测试工作得到进一步发展。     

50kW大功率霍尔电推进PPU阳极电源设计

针对50 kW大功率电推进电源设计要求,提出了前级LLC、后级多输入Buck的两级拓扑结构,并根据该两级结构提出了一种新的控制方式,即通过对前级LLC的数量进行配置,降低母线电压,从而提升后级三输入Buck变换器的占空比,提升后级效率;适当减小前级LLC电源工作个数,能够减小前级总损耗,进一步提升整机效率;最后制作了50 kW大功率电推进电源试验样机。结果表明:在前级输入100 V时,后级输出能在300～2000 V的范围内改变。同时在输出功率为20 kW时,前级只有3个LLC模块工作,后级Buck电路的占空比为0.4,验证了控制方法的可行性。     

一种适用于FADEC系统的宽输入范围AC/DC变换器

针对航空发动机全权限数字电子控制(FADEC)系统专用发电机的输出特性,提出一种电流回馈型恒流变频AC/DC(交流/直流)变换技术,以适应专用发电机的宽输出范围,满足FADEC系统的供电需求.给出了该技术的控制策略、拓扑结构、工作原理、过压故障检测及保护设计方法.试验结果表明:该变换器工作稳定,在-55~125℃全温范围内,满足国家军用标准飞机供电特性(GJB181A)对电源的相关规定.研究成果已成功应用于某型航空发动机数字控制系统中,并通过了台架试车和飞行平台试验.      

GPS在多航天器相对导航和姿态确定中的应用

研究了ＧＰＳ在一类没有结构和力约束,但存在运动约束的多航天器系统中的应用。首先分析了ＧＰＳ在该系统中应用的模式和方案。重点研究了相对ＧＰＳ（ＲＧＰＳ）导航和ＧＰＳ姿态确定的方法和算法。然后提出了ＧＰＳ在该系统中应用的总体结构和功能结构。最后对ＧＰＳ在该系统中应用的选星、滤波器设计、误差消除等问题进行了讨论。研究结果有助于ＧＰＳ在多航天器系统中应用的标准化。     

离子推力器高效高可靠性屏栅电源设计

为了进一步提高离子推力器的可靠性和使用寿命,采用6个电源模块串联输出的方法设计了高效高可靠性的屏栅电源试验样机,每个模块采用全桥LLC谐振变换器,并对屏栅电源模块的性能、打火时开关管的瞬态电流应力分别进行了测试研究。结果表明：屏栅电源模块采用全桥LLC谐振变换器,可以实现零电压开通零电流关断（ZVSZCS）,整个电源的转换效率提高到96.9%;单个电源模块输出电压为210V,电源模块内部没有大于250V 的交流电压峰值,简化了高压绝缘设计的难度;变换器初级较大谐振电感的限流作用使得推力器出现打火时,开关器件瞬态电流仅为40A。该设计可以有效提高屏栅电源的效率和可靠性,可以应用于小行星探测等深空探测航天器的电推进系统。     

空气耦合超声金属/非金属粘结缺陷检测

为提高SRM粘结结构脱粘缺陷检测效率,实现大面积快速自动检测,基于漏兰姆波检测原理,提出使用空气耦合超声兰姆波检测技术,对钢/树脂/橡胶粘结结构进行检测研究。使用二维傅里叶变换识别粘结结构中兰姆波模态,从兰姆波波结构出发分析了不同模态兰姆波对于脱粘缺陷的敏感性;使用空气耦合检测系统对不同尺寸缺陷进行定量检测,最后使用概率损伤成像算法对缺陷进行成像。结果表明：兰姆波幅值随脱粘缺陷的尺寸增大而增大,不同兰姆波模态检测灵敏度不同,检测灵敏度高的模态其离面位移更大,使用800 kHz频率的S₀模态检测灵敏度高于A₀模态,兰姆波成像算法能够快速准确的对脱粘区域进行定位成像。空气耦合超声兰姆波技术能够快速有效地对SRM脱粘缺陷进行检测,提高了检测效率,为非接触超声的实际应用提供了有益探索。     

基于BICMOS电流控制型多路输出电源的研制

介绍一种适用于低压、宽范围供电的多路输出DC/DC变换器,在功率电路中使用无损耗箝位电路实现了变压器磁芯的复位,控制电路使用第三代BICOMS电流控制型PWM,简化了电路设计、降低了噪声敏感度,给出了多路输出电源中变压器和耦合电感的工程设计的详细过程,同时分析了多路输出耦合电感对负载交叉调节性能的影响.研制的变换器输入电压范围8V-40VDC,输出5V/3A、±15V/0.5A、 10V/0.5A.     

充液航天器姿态控制研究进展

首先介绍了充液航天器刚-液耦合动力学建模的研究现状,以及目前被广泛使用的等效晃动力学模型的建模方法;其次针对不同执行器的选取,总结分析了基于李亚普诺夫稳定性原理、滑模控制、自适应反馈控制等充液航天器抑制液体燃料晃动、控制姿态的方案;最后,对目前国内充液航天器姿态控制问题进行了总结,并展望了充液航天器未来的研究方向.     

基于多子人口群协作进化的拦截轨道优化

针对基本遗传算法对航天器拦截轨道数值优化计算效率较低的问题,提出了一种新的基于多子人口群协作进化的算法。使用子人口划分技术提高了人口多样性防止早熟,用免疫算子减小搜索空间,两者都加速了进化计算过程。应用此算法求解了具有推力约束和拦截时间约束使燃料消耗量最小的航天器拦截轨道,并分析了其与基本遗传算法的不同。通过航天器拦截轨道仿真表明,该算法优于基本遗传算法,可用较少的计算时间得到全局最佳解,提高了航天器拦截轨道优化的计算效率。     

基于转子轴向通风孔尺寸及拓扑结构的电机性能研究

针对传统路法在定量分析转子轴向通风孔尺寸对电机性能影响时表现出的狭隘性,以1台400 kW、6 000 V高压异步电动机为例,建立了场-路耦合的二维瞬态电磁场时步有限元模型,分别对不同的转子轴向通风孔尺寸拓扑结构下电机内的电磁场进行了计算,分析了转子轴向通风孔尺寸及拓扑结构对电机内气隙磁密、损耗、径向电磁力等电磁特征量影响的演变规律。以此为基础,探讨了转子轴向通风孔尺寸及拓扑结构对电机起动、运行性能的影响。最后,通过对比电机有限元计算结果与试验结果,验证了计算方法的准确性,为转子轴向通风孔尺寸及拓扑结构的设计和优化提供了理论依据。