航天机电作动器中双三相永磁同步电机优化设计

谐波可以应用于多相电机的相电流和反电势中,以提高其输出转矩的能力,但这种增加只适用于谐波阶数低于七阶的情况。与五次谐波和七次谐波注入相比,三次谐波注入可以有效提高双三相永磁电机的输出转矩,且不会产生转矩脉动。本文对双三相电机相电流和反电势注入三次谐波提升输出转矩进行了理论分析。同时对驱动系统进行改进,将每套绕组的两个孤立中性点分别连接到电容器的不同中点上,为三次谐波电流提供流通路径,使两套绕组之间的电流达到平衡。并且提出了一种新的永磁体塑形方法,综合考虑定子齿槽效应、铁芯饱和以及齿尖、极间漏磁,并得到了最优的类正弦反电势。类正弦电流与类正弦反电势相互作用,电机的输出转矩提升了18.2%,且转矩脉动没有增加。最后通过有限元分析和样机实验验证了理论分析的正确性。     

飞机主动侧杆系统用双三相永磁同步电机的设计与转矩性能分析

针对主动侧杆系统的运行需求，本文设计了一款双三相永磁同步电机，介绍了该种电机的基本结构和优点，分析了极槽配合和裂比两大关键参数的设计方法，研究了在空间限制下电机尺寸设计策略，分析了关键参数对电机性能的影响，对比了参数变化时电机转矩、转矩脉动的变化趋势，研究了电机的优化方向和参数，确定了电机的结构尺寸、绕组分布等参数。通过仿真验证了理论设计的正确性。所设计的电机输出转矩符合设计需求，转距脉动较小，不会为操纵杆手柄带来震荡的问题。电机单余度工作情况下，仍然可以达到额定转距的输出需求，保证了系统的安全性。     

磁悬浮反作用飞轮无刷直流电机转矩脉动抑制策略

无磁链反馈直接转矩控制（DTC）因转矩响应速度快,为小电感磁悬浮反作用飞轮（MSRF）无刷直流电机（BLDCM）的转矩脉动抑制提供了可能,但其bang-bang控制器使电机转矩脉动较大。为解决此问题,对影响转矩脉动的换相和非导通相续流过程进行了数学建模,并得出电机转矩与绕组电流的关系,提出一种基于转矩预测的转矩控制方法,能够有效减小转矩脉动,并证明了所提策略的稳定性和鲁棒性。在采用滑模观测器（SMO）进行反电动势估计时,提出一种新的带有参数的光滑连续函数替换符号函数,有效地抑制了滑模观测器的抖振现象。仿真和实验结果表明,所提出的基于改进滑模观测器和转矩预测的改进转矩控制方法相对于传统直接转矩控制能够更好地抑制转矩脉动,而且转矩响应速度基本不变。      

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。      

端柱面组合密封气膜稳态特性数值仿真分析

针对航空发动机等高速流体机械中流体动密封部位的工况特点,提出一种新型的端柱面组合气膜密封形式.根据气膜密封的结构特点,建立了端柱面螺旋槽组合式密封气膜的数学分析模型.采用CFD分析软件Fluent对气膜三维流场模型以湍流流动形式进行数值模拟计算.研究了密封气膜几何结构参数变化对密封稳态特性（端面承载力F_d 、柱面承载力F_c 、泄漏量Q、摩擦转矩M）的影响.几何结构参数包括端面平均膜厚、端面槽深比、柱面平均膜厚、柱面偏心率、柱面槽深比、柱面槽宽比.      

小转矩电动式负载模拟器的设计

设计了适用于小转矩范围的电动式负载模拟器,并分析了其结构和动态性能. 介绍了电动式负载模拟器的结构和工作原理,建立了电动式负载模拟器的数学模型,并对系统稳定性进行了理论分析和仿真研究.在系统中引入多重反馈和前馈,再辅以控制方法进行电机控制,收到了良好的效果.仿真数据表明,所设计的电动式负载模拟器在小转矩范围内能够达到电液负载模拟器的控制性能指标.      

卫星姿控用无铁心永磁无刷飞轮电机综述

取消了定子铁心的外转子永磁无刷直流飞轮电机,以其高效性、轻量化、转矩密度大、寿命长和无污染等优点被广泛应用于微小卫星姿态控制系统。依据磁场的形成原理对定子无铁心永磁无刷直流飞轮电机进行了分类,主要包括径向磁场型和轴向磁场型。阐述了不同结构拓扑下定子无铁心永磁无刷直流电机的特征和关键技术,包括定子绕组、转子和永磁体、磁悬浮轴承技术、损耗与振动等。报告了定子无铁心永磁无刷直流飞轮电机的研究进展,总结了定子无铁心永磁无刷直流飞轮电机的效率、转矩等特性,讨论了该类无铁心永磁无刷直流飞轮电机的研究方向和发展趋势。     

基于单极性PWM的开关磁阻电机转矩控制策略

开关磁阻电机(SRM)转矩脉动过大的特性，一直是该型电机发展进程中重点研究的问题。为抑制SRM转矩脉动，提高系统转矩控制能力，本文对SRM的直接瞬时转矩控制策略(DITC)进行了研究与改进，以滞环DITC为基础，通过结合PWM的调制特性，提出了单极性PWM-DITC控制策略。系统仿真结果表明，单极性PWM-DITC控制策略相较于滞环DITC控制策略，可有效地抑制换相区转矩脉动，使SRM调速控制系统的转矩控制性能得到了提升。     

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.     

双圈磁钢飞轮电机的设计及优化

反作用飞轮系统是卫星等航天器实现姿态调节的执行机构，目前国内卫星姿态调节用的飞轮电机是常规单层磁钢飞轮电机，根据该系统对飞轮电机的具体性能要求，在常规飞轮电机的基础上提出一种双圈磁钢结构的飞轮电机，以此改善常规飞轮电机气隙磁密波形及反电势波形质量不高、转矩波动和电机损耗大等问题。首先采用有限元软件对双圈磁钢飞轮电机进行结构设计，其次在双圈磁钢飞轮电机尺寸确定的情况下，对电机的磁极对数和极弧系数进行优化，由于双圈磁钢飞轮电机的磁钢产生的磁密在气隙中分布相比常规飞轮电机更加均匀，所以最后将其与常规飞轮电机进行定量对比，对比结果表明，双圈磁钢飞轮电机的气隙磁密波形质量比常规飞轮电机的气隙磁密波形质量更好，其转矩脉动更小，提高了反作用飞轮系统的控制精度和稳定性。同时双圈磁钢飞轮电机的电机损耗更小，增大了飞轮电机的运行效率。     

电动负载模拟器多余力矩产生机理及抑制

介绍了直流力矩电机驱动的电动负载模拟器的机械结构和工作原理,建立了电动负载模拟器执行机构的数学模型并用方框图表示.分析了直流力矩电机的机械特性并指出其正常工作的范围.分析了电动负载模拟器在启动过程、正常运行和换向过程中多余力矩产生的机理,提出用基于结构不变性原理的前馈补偿方案来补偿多余力矩.仿真结果从理论上证明了前馈补偿方案可以很好地解决多余力矩带来的干扰,实验结果也证明了前馈补偿方案的有效性和可行性.      

基于双磁钢转子的大力矩飞轮用电机设计

针对卫星快速敏捷和大角度机动的需求,设计了一种基于双磁钢转子的大力矩飞轮用永磁电机。介绍了大力矩飞轮用电机的工作原理和结构构成,给出了主要尺寸的设计准则,并在Maxwell 环境下对双磁钢转子的永磁直流电动机进行了有限元分析。     

基于力矩前馈和舵机角度补偿的力矩控制

针对舵机刚度测试中力矩精确加载问题,设计了基于力矩前馈和舵机角度补偿的高精度、大量程力矩加载控制系统.对系统中力矩电机、力矩电机驱动器和加载弹性杆进行了建模分析.从加载目标、频宽及系统稳定性的角度,分析了弹性杆刚度对力矩加载性能的影响.针对力矩闭环控制系统的持续振荡及相位滞后问题,基于不变性原理引入了力矩前馈及舵机角度补偿的复合控制策略.实验表明该方法能有效抑制力矩的振荡及相位滞后,满足刚度测试对加载力矩的控制精度要求.     

自控同步电动机谐波转矩的抑制

自控同步电动机（无刷直流电动机）谐波转矩的产生是非正弦的定子磁势和转子磁场相互作用的结果。本文采用富氏级数方法对产生谐波转矩的因素进行了分析；针对谐波转矩的主要分量采取了特定型式的补偿电流使其产生的转矩能够抵消该谐波转矩分量；数字仿真结果证实采用此补偿电流对驱动系统（被控对象为自控同步电动机）进行的前馈控制策略可以减少转矩脉动量，且效果明显。     

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。     

基于自适应二阶终端滑模的SRM直接转矩控制

传统的直接转矩控制（DTC）可以在一定程度上减小开关磁阻电机（SRM）的转矩脉动,但是在换相区的转矩脉动抑制效果较差,并且传统的PI控制存在超调量大、鲁棒性差、抗负载扰动能力有限的缺点。因此,设计了基于负载转矩变化率自适应估计的二阶终端滑模转速控制器,在有限时间内使得系统状态迅速收敛到平衡点,实现无需已知扰动上界快速输出给定转矩。此外,对传统的扇区规则进行改进以优化电压矢量的选取,减少由于换相产生的转矩脉动。仿真和实验结果表明:改进后的DTC系统拥有良好的调速控制性能,抗干扰能力强,鲁棒性好,能进一步减少转矩脉动。      

有/无铁芯轴向磁通风力发电机性能研究

针对有、无铁芯轴向磁通风力发电机哪种更适合在微风地区使用，对比分析了有铁芯和无铁芯发电机在不同转速时的效率、转矩特性及电能质量。通过对发电机基本参数的确定，建立有、无铁芯发电机3D有限元模型，对比有、无铁芯风力发电机的运行特性，并通过实验平台验证3D有限元计算结果。研究结果表明：发电机在额定运行状态下，磁钢用量相同时，有铁芯发电机效率比无铁芯发电机效率高4.2%,但有铁芯发电机存在齿槽转矩，发电机运行平稳性差；在磁钢用量及电枢绕组匝数相同时，无铁芯发电机效率比有铁芯发电机效率高0.3%且启动力矩更小；当磁通量相同时，无铁芯发电机效率比有铁芯发电机效率高5.7%，综上所述无铁芯发电机更适合在微风低速下运行。