基于最小铜耗和最大转矩的双三相永磁电机单相缺相折衷容错控制

多相电机缺相后仍具有额外的自由度与灵活性，可以在实现无扰运行的同时提高系统性能。传统容错控制策略或是最小化电机定子铜耗或是最大化转矩输出能力，无法同时兼顾电机驱动系统的运行效率与带载能力。为此，本文通过分析容错运行时不同控制方式下的容错性能，提出基于最小铜耗和最大转矩的折衷容错控制策略。为减少缺相前后控制框架的改变，基于正常解耦矢量控制实现对缺相电机的容错控制。通过在谐波平面注入特定的基波平面电流分量，实现了电机缺相后的无扰运行。为实现所提容错控制策略，额外引入权重系数权衡电机驱动系统产生的定子铜耗与转矩输出能力。通过分析权重系数对容错性能的影响，得出结论：相比最小铜耗控制方式，所提容错控制策略带载能力更强；相比最大转矩制方式，所提容错控制策略运行效率更高，即所提容错控制策略在提高带载能力的同时实现效率最优。最后，双三相永磁同步电机的实验验证了所提容错控制策略的准确性及有效性。     

交流直线电机矢量变换控制软换向方法及实现

分析了磁场定向矢量控制原理,研究了将其应用于交流永磁直线电机的方法与实现途径,建立了基于PC和专用AD/DA板的交流永磁直线电机控制实验系统,采用C语言开发了磁场定向矢量控制程序,由初始化程序得到矢量控制所需的初始化参数,实时中断程序对控制电流进行矢量变换,进而实现对交流永磁直线电机驱动的工作台进行运动控制.通过对初始化阶段电机动子位置、恒定控制电流下A相电流以及电机位置、速度控制的实验数据分析,验证了所研究的基于磁场定向的交流直线电机矢量变换控制方法的有效性.      

步进电机驱动柔性负载的一种振动抑制控制策略

  针对步进电机的输出力矩特征以及柔性负载的低频振动特性,提出一种抑制柔性负载振动的控制策略。推导了步进电机驱动柔性负载的动力学模型,分析了输入成形法抑制振动的原理并对其进行了扩展,由此产生的步进电机控制逻辑可以有效抑制柔性负载的低频振动。以数据中继卫星的单址天线回扫模式进行了数学仿真,结果表明,提出的控制策略有效且对系统的参数摄动具有一定的鲁棒性。     

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。     

基于扩张状态观测器的泵控电液伺服系统滑模控制

以泵控电液伺服系统为研究对象，提出了一种基于扩张状态观测器的滑模位置跟踪控制策略。首先，利用奇异扰动理论对泵控电液伺服系统的数学模型进行降阶处理，得到降阶泵控电液位置伺服系统数学模型。其次，针对泵控电液伺服系统工况的复杂性及外负载干扰问题，设计了扩张状态观测器对系统干扰在线观测，同时该观测器还可以对活塞杆的位置和速度信号进行估计。然后，利用观测到的干扰信号及速度信号，基于滑模控制理论设计了滑模变结构控制算法，对所提出的控制策略的稳定性进行了理论分析。最后，利用MATLAB/Simulink和AMESim仿真平台，搭建了泵控电液伺服系统的联合仿真模型，对算法的可行性及有效性进行了仿真验证。仿真结果表明，所设计的扩张状态观测器能对干扰进行精确估计，基于扩张状态观测器的滑模控制策略的位置跟踪性能显著优于PID控制器和传统滑模控制器，且对外部干扰力具有较强的鲁棒性，提高了泵控电液伺服系统的控制性能。      

数传跟踪天线驱动控制建模与仿真

星载高增益数传跟踪天线一般采用步进电动机和谐波减速器作为驱动源,要求其跟踪执行精度小于0灡1°(3σ)。文章以数传跟踪天线机构为研究对象,综合考虑了步进电动机矢量转矩模型、谐波齿轮的非线性动力学模型以及驱动电路动态模型。建立了非线性数字仿真模型,通过仿真计算,得到跟踪机构的单步响应、跟踪精度、输出转矩等运动特性,比较仿真结果和试验结果,对所建模型进行验证。比较结果表明,建立的天线机构驱动模型准确可靠,执行精度小于0.017°(3σ),满足天线指向精度要求。     

气路闭环横向互联空气悬架车身高度调节

为进一步改善空气悬架动力性与能耗经济性,结合互联空气悬架系统与高低压罐气路闭环车身高度调节系统的优点,提出气路闭环横向互联空气悬架系统.针对传统空气悬架车身高度控制策略应用于互联悬架存在的移植性缺陷,构建专门适用于横向互联空气悬架的车身高度比例积分微分-脉冲宽度调制(PID-PWM)控制策略,基于MATLAB/Simulink建立整车数学模型并进行仿真分析.仿真结果表明该控制策略响应迅速,且避免了超调现象,解决了传统空气悬架车身高度控制策略应用于横向互联悬架的移植性缺陷等问题.搭建试验台架,进行车身高度调节试验并对储气罐不同初始气压下充放气时间及控制误差进行研究.试验结果表明,提出的控制策略能准确地实现气路闭环横向互联空气悬架系统车身高度的切换,验证了所建模型的正确性以及控制策略的有效性,储气罐不同初始气压对车身高度调节性能的影响研究为车身高度调节的参数选择提供了依据.      

航空泵试验台驱动变结构控制

飞机液压系统泵源需进行地面试验,采用变频调速器＋异步电机＋增速箱的驱动形式是航空泵进行地面试验最先进有效的方法之一.建立了矢量控制变频调速驱动下航空泵试验台驱动系统的数学模型,针对航空泵试验时由于负载变化泵转速不能保持恒定的问题,采用积分滑模面的滑模变结构控制策略,并构造Lyapunov函数证明其稳定性.为降低输出抖振现象,提出采用模糊控制监督下的滑模变结构控制和伪微分反馈(PDF, Pseudo Derivative Feedback)控制相结合的控制策略,仿真及实验结果表明,该控制方法有很高的控制精度,在保持滑模变结构控制鲁棒性强的前提下降低了输出抖振现象.      

太阳帆板驱动机构微振动建模及摩擦补偿研究

从太阳帆板驱动机构（SADA）微振动产生机理出发,考虑电机谐波力矩和导电环摩擦力矩对电机输出力矩的影响,建立以永磁同步电机（PMSM）为驱动源的闭环SADA模型及其与挠性负载耦合的动力学方程.通过拟合电机低速运行时导电环摩擦力矩随转速的变化曲线,利用非线性最小二乘法辨识摩擦模型静态参数,并在电机闭环反馈调节机制中引入摩擦补偿环节.通过对比和分析摩擦补偿前后电机控制量以及帆板转速输出的变化,仿真结果表明摩擦补偿在一定程度上消除了摩擦对SADA低速运行性能的影响,为降低SADA对超静卫星平台和高性能载荷的影响以及展开对其微振动优化和抑制提供依据.     

新型直线振荡电机建模与动态特性实验

针对提出的直接驱动液压伺服泵新原理，设计了一种短行程永磁直流直线振荡电机，阐述了基于最小磁阻理论的电机工作原理，采用一种哈尔巴赫磁极阵列空心动子设计结构，用于提高电机动态响应能力，并利于谐振弹簧的安装.利用Matlab/Simulink建立了电机的集中参数数学模型并给出传递函数，通过正弦电压扫频激励，获取了电机空载下的电流频率特性以及恒定负载下的效率频率特性.基于电机模型设计了电流环与位置环双闭环控制结构，用于提高电流的频响与位置跟踪能力.最后对设计的电机进行了空载谐振与闭环动态实验研究，实验与分析仿真结果基本吻合，验证了电机模型与闭环控制结构的有效性.     

基于双向电机驱动的四旋翼机动飞行控制

四旋翼飞行器（QUAV）的位置、姿态运动控制效果决定了其机动性。为了克服四旋翼系统欠驱动的缺陷，基于四元数表达对一种双向电机驱动的四旋翼进行了动力学建模，包括双向推力作用情况下的全向运动过程分析，并提出了一种姿态与位置控制器及控制分配矩阵设计方法。面向四旋翼的x-z平面模型，设定合理的参数和限制，使用最优规划方法提出了适用于新型四旋翼翻转、竖直等机动飞行轨迹的生成方法，其中推力与转矩都是实现时间最短的最优方案。搭建了包括电子调速器、电机、桨叶、机架等部件在内的详细的仿真试验环境。仿真试验的结果验证了双向电机驱动的四旋翼相比于传统四旋翼，能有效提高姿态跟踪与位置跟踪的精度，提升了飞行器的机动性。      

气球吊篮姿态的自适应控制

本文从理论上分析了吊篮姿态控制系统数学模型中参数的不确定性,并且通过数字仿真和实验验证了这种不确定性对系统控制性能的影响.为保证得到良好的控制特性,在Popov超稳定理论的基础上,引出了气球吊篮姿态的模型参考自适应控制法.本文推出一套具有时变自适应增益的离散自适应算法,并在此基础上进行了大量数字仿真.仿真结果表明,吊篮姿态的模型参考自适应方法可以解决吊篮姿态的经典控制方法难以应付的参数大幅度变化、参数未知和非线性等问题.另外,与其它自适应方法相比,该方法还有自适应速度快、工程上易于实现等优点.      

基于特征根有界摄动分析的高超声速飞行器双通道控制

针对双通道控制高超声速飞行器横侧向欠驱动、强不确定性的特点,研究了适用于工程应用的控制策略,提出一种基于特征根有界摄动分析的反馈控制鲁棒性分析方法。基于线性化近似分析和工程约束需求,给出了双通道飞行器改善荷兰滚模态动态的2种控制策略,分别为极点配置方案和模态解耦方案。提出了特征根灵敏度矩阵和有界摄动矩阵的概念,用于评估闭环系统对参数不确定的鲁棒性。基于闭环六自由度模型在标称及参数拉偏情况下,对2种方案进行了综合分析和仿真验证。仿真结果表明,2种控制方案均可以解决双通道控制问题,所提特征根有界摄动分析方法可准确评估系统的鲁棒性。      

扭矩辅助型AMT有动力升挡控制策略

对扭矩辅助型机械自动变速箱(AMT)有动力升挡控制策略进行研究。在商用车传统的AMT上,增加了一套由辅助离合器和自动控制装置组成的扭矩辅助机构。搭建了扭矩辅助型AMT的动力学模型。结合换挡评价指标,制定了扭矩辅助型AMT有动力升挡控制策略,基于2挡升3挡工况进行仿真研究,并通过整车试验验证该控制策略的有效性。仿真和试验结果表明,扭矩辅助型AMT能够在换档时输出动力,改善了换档品质。      

自由漂浮机械臂抓取翻滚目标的自适应控制策略

提出了一种自由漂浮机械臂抓取翻滚目标的自适应控制策略.抓取翻滚目标要求自由漂浮机械臂具有很强的轨迹跟踪能力,但是自由漂浮机械臂本身以及目标所存在的运动学和动力学参数不确定性使基于模型的控制器性能急剧下降,甚至变得不稳定.通过对参数的自适应逐步改善基于模型的控制器的性能,并且提出了一种新的自由漂浮机械臂关节空间自适应控制器.最后通过数值仿真对所提出的自适应控制策略进行了验证.     

开关磁阻电机矩角特性模型非线性拟合方法

开关磁阻电机难以采用传统电机分析方法进行建模,通过分析开关磁阻电机电磁转矩生成原理,确定了不同电机饱和状态下电磁转矩与相电感导数之间的关系。用分段函数非线性拟合的方式对电感导数曲线进行建模,再进一步得到开关磁阻电机可逆矩角特性的解析模型,并基于电机的结构参数和约束条件逐一确定和优化了模型的各个参数。利用可逆矩角特性模型,可以方便地计算电机磁化曲线和瞬时磁链,给电机设计及驱动控制带来很大的方便。通过2个样机的实测数据和有限元结果对该模型解析计算结果的准确性进行了验证。      

串联型MPPT空间电源系统稳定性技术

串联型最大功率点跟踪(MPPT)空间电源系统存在母线电压振荡或跌落等不稳定现象,文章以MPPT不调节母线电源拓扑为研究对象,建立了系统等效电路模型,通过小信号等效分析、状态空间方程特征根求解等手段,分别对MPPT控制域及电压控制域下电源系统的稳定性进行了分析.结果表明,在太阳电池阵及阵列功率调节器特性曲线一定的条件下,通过对二者间电感、电容参数合理配置,可以保证系统稳定.在MATLAB/SIMULINK中搭建了串联型MPPT不调节母线电源系统仿真模型并进行实例仿真,仿真结果验证了理论分析的正确性.     

软体弯曲驱动器设计与建模

与传统的"刚性"机器人相比,基于仿生学启发的软体机器人由于其与生俱来的柔顺性和安全性受到广泛关注。然而,此类软体机器人驱动器的设计与控制目前仍缺少理论指导。针对这些问题,设计了一种由气压驱动的可实现弯曲运动的新型软体驱动器,在系统分析其结构和弯曲原理的基础上,利用几何方法和虚功原理建立了其数学模型,并且通过有限元模型和原理样机实验验证了数学模型的有效性,为软体机器人驱动器的优化设计和控制提供了依据。     

附着小天体的最优制导控制方法

以小天体伴飞附着任务为工程背景,针对探测器在小天体复杂弱引力场条件下附着这一难题,研究了最优制导控制策略。首先,考虑在小天体极区实施附着任务,建立并简化动力学模型,给出约束条件和基于时间-燃耗最优的混合性能指标要求。然后,采用相平面法设计了最优制导律,利用极限环设计最优开关控制律;同时,采用高斯伪谱法把附着小天体的最优制导问题转化成非线性规划问题,利用Matlab/GPOPS优化工具包求取最优数值解。最后,加入已有的基于矢量测量的自主光学导航模块构建GNC仿真回路,对两种最优制导控制策略进行仿真验证。结果表明:两种制导控制策略都能满足任务要求,但基于相平面法得到的最优制导控制具有一定风险,而基于高斯伪谱法得到的最优制导控制精度更高、燃耗更少,适于工程应用。     

仅地心矢量测量的卫星转对地定向姿态控制方法

摘要： 针对角速度过大且无其陀螺测量的姿态异常情况，开展仅依赖地心矢量的对地姿态快速恢复控制方法研究.基于地心矢量测量信息给出了天平角及天平角矢量定义，提出一种综合天平角抑制与能量耗散的对地姿态恢复控制方法；针对具有星体角动量偏置的闭环控制非线性系统，采用几何方法求解获取各平衡点，并由其特性分析表明通过参数合理选取可使得期望稳定对地姿态为系统唯一稳定平衡点；利用数学仿真方法验证了所提出方法的有效性.