无速度传感器永磁同步电机直接转矩控制系统

详细阐述了零矢量在永磁直接转矩控制系统中的作用，指出如果合理应用零矢量，不仅能使永磁电机(PMSM)的DTC系统正常运行，而且能减少转矩脉动的频率和改善系统的性能。还研究了PMSM的DTC系统的无速度传感器技术，构建了包含零矢量在内的无速度传感器PMSM的DTC系统，仿真和实验都证明了理论的正确性。在无速度传感器的条件下，PMSM的DTC系统实现了宽范围调速，调速比达到了1：100。     

异步电动机的无速度传感器直接转矩控制系统研究

推导了直接转矩控制 ( DTC)速度观测器的数学模型,研制了无速度传感器的 DTC系统,对该系统稳态和瞬态试验,在 1 0 0 r/min以上速度精度达 0.5%,电磁转矩从 0上升到额定转矩只需 0.86ms,它的高性能和高可靠性使它能在飞机上得到广泛应用。     

基于有效磁链观测器的内置式永磁同步电机的无差拍直接转矩控制

为提高永磁同步电机驱动系统的性能,提出一种无速度传感器内置式永磁同步电机(IPMSM)无差拍直接转矩控制方法。在建立电机离散化模型的基础上,导出了转矩与磁链的无差拍电压控制律。采用图形化辅助解析的方法,直观地表达了无差拍直接转矩控制电压矢量解的物理含义。将无差拍直接转矩控制与基于有效磁链观测器的速度估算方法相结合,实现了IPMSM的无速度传感器控制。仿真结果验证了该方法的有效性。     

转矩测量仪

简要介绍动态小量程转矩、转速测量的工作原理及结构；对转矩测量仪设计中遇到的关键问题进行了探讨。     

永磁同步电机转矩脉动抑制方法

分数槽集中绕组永磁同步电机被广泛用于伺服控制系统。由于电机极槽配合以及制造过程中机械加工与装配误差等因素,所以永磁同步伺服电机输出转矩中会存在固有的周期性转矩脉动,影响伺服系统实现高精度的速度与位置跟随。因此,采用转矩观测器来估计由上述原因造成的转矩脉动,再将转矩脉动与位置信号通过一定处理,计算出相应的前馈转矩电流,补偿到电流指令端,对转矩脉动进行抑制,从而减小转速脉动。通过仿真和试验验证了抑制方法的有效性。     

基于模糊控制的永磁同步电机直接转矩控制

设计了基于模糊控制的永磁同步电机(PMSM)直接转矩控制(DTC)系统,采用模糊控制器取代了传统DTC系统中的磁链和转矩滞环比较器及开关表。仿真结果表明:模糊控制PMSM DTC系统运行良好,可实现四象限运行,与传统开关表相比,可有效减小转矩脉动和平均开关频率。研究了转矩误差论域和零电压矢量对模糊控制性能的影响,并基于转矩角对电压矢量作用的影响规律,提出了考虑转矩角的PMSM模糊直接转矩控制。仿真结果表明:在转矩角较大时,考虑转矩角的PMSM模糊DTC系统可有效减小转矩和磁链脉动,改善控制性能。     

无刷直流电机直接转矩控制系统的相电流检测及处理

无刷直流电机(BLDCM)直接转矩控制系统中,相电流的正确检测是实现转矩控制的前提。研究了BLDCM电磁转矩与相电流的关系,设计了相电流检测的硬件电路与软件算法。由霍尔电流传感器检测出相电流大小,经调理电路送入DSP的AD转换模块。针对AD转换带来的偏移和增益误差,采用最小二乘法及线性拟合函数进行数据校正；针对个别数据导致的偶然误差,提出了电流复合滤波方法；针对周期性干扰,在AD校正后加入了一阶滞后滤波。试验结果证明,所采用的相电流检测与处理方式降低了电流检测误差,实现了转矩的实时观测与直接控制,有效抑制了转矩脉动。     

改进新型齿结构对磁通切换永磁电机转矩指标的影响

基于12槽/10极磁通切换永磁电机(FSPMM)提出了定子切边齿、转子U型槽齿、转子凸缘齿3种新型齿形,以有效减小FSPMM电机的齿槽转矩和转矩波动。通过2D有限元法从平均转矩、齿槽转矩、转矩波动等方面对不同新型齿形的FSPMM的性能进行了全面的分析和评估。结果验证了所提出的3种新型齿形状,特别是转子U型槽齿和凸缘齿可以减小齿槽转矩和转矩波动,平均转矩只有轻微的减小。     

直接瞬时转矩控制策略在开关磁阻电机上的应用

从直接瞬时转矩控制原理出发,分析了开关磁阻电机响应速度和转矩脉动的抑制原理,提出了一种基于DITC的改进的滞环策略。从仿真结果可知,该控制策略提高了系统响应速度,更增强了转矩脉动的抑制能力。     

基于占空比调节的无刷直流电机直接转矩控制

传统直接转矩控制(DTC)在每一个控制周期对电机施加一个不变的电压矢量,从而导致较大的转矩脉动,而且开关管的开关频率不固定。为减小转矩脉动同时使开关管的开关频率恒定从而提升系统的稳定性,将占空比调制技术引入到无刷直流电机(BLDCM)DTC系统当中,并研究了4种占空比生成方法对转矩脉动的抑制效果。由于引入了占空比调制技术,零电压矢量和非零电压矢量作用的时间随占空比的改变而改变,因此能够对转矩进行更精细的控制从而抑制转矩脉动。仿真和试验结果验证了所提方法的有效性。     

Advanced measurement of rotor vibration in electric drives

The combination of microelectronic acceleration transducers and an RF telemetry link can provide a reliable means of measuring shaft vibrations of electric drives. Clear advantages include the possibility of installing the instrumentation into currently existing motor systems without any need to use flexible couplings or mounts. The proposed system covers frequencies up to several kilohertz and can handle torque transients of 20 Nm with a typical uncertainty of 1%. The preliminary system is extendable to cover adaptive control of dynamic drive performance and can be customized to specific speed and torque ranges     

适配功率电机齿槽转矩削弱方法研究

为削弱适配功率电机齿槽转矩,提高该电机动力输出性能,提出了匹配相邻磁极极弧系数的方法。首先,运用麦克斯韦应力张量法和傅里叶分解求解适配功率电机齿槽转矩解析模型,并对不等极弧系数进行匹配组合,解析结果表明齿槽转矩削弱了35%左右。然后,采用全局优化算法对不等极弧系数进行全局寻优匹配,齿槽转矩进一步得到优化。最后,依据理论研究结果加工制作样机并进行试验,试验结果显示,齿槽转矩实测数据和优化结果相比,总体误差为5%左右,且整体趋势与优化曲线相符。因此,所提用于削弱适配功率电机齿槽转矩的方法是有效且可行的。     

基于二次调节原理的力矩负载模拟器中压力波动的补偿

 基于静液二次调节原理的力矩负载模拟器具有能够连续高速旋转和无多余力矩的特点。在恒压网络中,二次元件的力矩输出与其斜盘倾角成正比,即：如果系统压力出现波动,也将导致输出力矩的波动。导致系统压力变化的原因可能是油源压力脉动,但更主要是负载的变化。为了研究压力波动的影响及补偿,建立了基于静液二次调节原理的力矩负载模拟器,给出了仿真参数,并在此基础之上进行了仿真研究。为了提高力矩跟踪精度,提出利用斜盘倾角传感器和系统压力传感器来进行压力补偿,可有效地将系统压力波动对于力矩输出的影响抑制到20%左右。仿真和试验验证了此补偿方法的有效性。     

Analysis of reaction torque-based control of a redundant free-floating space robot

Owing to the dynamics coupling between a free-floating base and a manipulator,the non-stationary base of a space robot will face the issue of base disturbance due to a manipulator's motion.The reaction torque acted on the satellite base's centroid is an important index to measure the satellite base's disturbance.In this paper,a comprehensive analysis of the reaction torque is made,and a novel way to derive the analytical form of the reaction torque is proposed.In addition,the reaction torque null-space is derived,in which the manipulator's joint motion is dynamically decoupled from the motion of the satellite base,and its novel expression demonstrates the equivalence between the reaction torque null-space and the reaction null-space.Furthermore,the reaction torque acted as an optimization index can be utilized to achieve satellite base disturbance minimization in the generalized Jacobian-based end-effector Cartesian path tracking task.Besides,supposing that the redundant degrees of freedom are abundant to achieve reaction torque-based active control,the reaction torque can be used to realize satellite base attitude control,that is,base attitude adjustment or maintenance.Moreover,because reaction torque-based control is a second-order control scheme,joint torque minimization can be regarded as the optimization task in reaction torque-based active or in-active control.A real-time simulation system of a 7-DOF space robot under Linux/RTAI is developed to verify and test the feasibility and reliability of the proposed ideas.Our extensive empirical results demonstrate that the corresponding analysis about the reaction torque is correct and the proposed methods are feasible.     

机器人力/位并环混合运动学分析研究

提出用大系统理论进行复杂的机器人力控制研究,介绍了与之相应的智能力／位并环控制新策略,针对力控制中未知环境约束运动的特点,详述了力控制大系统智能新策略中核心：根据腕力传感器输出的三维力,考虑摩擦力的影响,推导了动态求解机器人终端与环境接触点的法向--力控方向和切向--位控方向的公式,从而建立了基于力反馈的运动学模型,有效解决了长期遗留的未知环境约束运动中的难题。     

Hybrid calibration method for six-component force/torque transducers of wind tunnel balance based on support vector machines

A hybrid calibration approach based on support vector machines (SVM) is proposed to characterize nonlinear cross coupling of multi-dimensional transducer. It is difficult to identify these unknown nonlinearities and crosstalk just with a single conventional calibration approach. In this paper, a hybrid model comprising calibration matrix and SVM model for calibrating linearity and nonlinearity respectively is built up. The calibration matrix is determined by linear artificial neural network (ANN), and the SVM is used to compensate for the nonlinear cross coupling among each dimension. A simulation of the calibration of a multi-dimensional sensor is conducted by the SVM hybrid calibration method, which is then utilized to calibrate a six-component force/torque transducer of wind tunnel balance. From the calibrating results, it can be indicated that the SVM hybrid calibration method has improved the calibration accuracy significantly without increasing data samples, compared with calibration matrix. Moreover, with the calibration matrix, the hybrid model can provide a basis for the design of transducers.     

非线性电感式压差传感器动态校准

非线性电感式压差传感器具有调幅信号输出、输出与压力成非线性、输出受供电波形与负载影响等特殊性。为了对非线性电感式压差传感器的幅频响应和相频响应进行校准,设计了一套专门的动态压力校准方法和系统,并特别对调幅信号解调方法进行了分析和验证比较,对线性法进行了研究。利用该系统成功完成了某两型非线性电感式压差传感器的频率响应测试。     

用新元件的磁敏固态传感器

 本文在文献〔1〕的基础上采用国产新型磁敏元件——磁敏二极管互补对和磁敏三极管,做成四种新的磁敏固态传感器:（1）单磁敏三极管传感器;（2）磁敏二极管互补对传感器;（3）磁敏二极管与磁敏三极管组合传感器;（4）双磁敏二极管对的桥式传感器。文中示出四种传感器的实用电路图。同时,对四种性能的传感器都进行了性能测试和分析比较。这四种传感器在多用途、通用性和低速性能几方面都优于文献〔4～7〕中介绍的传感器。     

插装式二维(2D)伺服阀的理论分析与实验研究

针对传统伺服阀导控级和功率级平行放置而无法实现插装的问题，研究了一种新型的插装式二维（2D）伺服阀，其特点在于：先导级和功率级集成在单个具有双自由度的阀芯上；力矩马达与阀芯同轴连接，并安装在阀芯末端。通过力矩马达直接驱动阀芯转动，然后利用伺服螺旋机构放大功率并驱动阀芯直线运动，从而控制输出流量。同时可以采用直线位移传感器（LVDT）进行检测阀芯位移，实现位置闭环控制以提高阀的控制性能。为了探究其开环特性，首先建立力矩马达和2D阀的数学模型，求得其开环传递函数；然后，通过仿真了解关键参数对系统动态响应的影响；最后，进行实验研究，验证该阀设计的可行性。实验表明，在满量程输入的情况下，该阀开环时滞环为5%，分辨率≤ 1%，响应时间为10 ms，动态频响为35 Hz；闭环下性能显著提高。插装式2D伺服阀结构简单，尺寸小，质量轻，响应快和控制精度高，在航空航天及军工领域有广阔的应用前景。     

单轮前起落架前轮静态地面操纵力矩特性研究

为了开展前起落架前轮静态地面操纵力矩研究,介绍单轮前起落架前轮静态地面操纵力矩的组成,对各个分力矩特性进行研究,重点推导各个分力矩的数学计算公式,并计算各操纵力矩与操纵角度的关系。结果表明:克服前轮地面摩擦力所需的操纵力矩最大,克服主轮滚动摩擦力所需的操纵力矩和偏转前轮上举飞机所需的操纵力矩在大角度操纵前轮时较大。