VCM-DDV建模与控制仿真

基于AMESim和Simulink的协同仿真环境,对新型音圈电机直接驱动伺服阀(VCM-DDV,Voice Coil Motor-Direct Drive Valve)进行了仿真研究.采用AMESim建立了VCM-DDV的非线性模型及虚拟液压测试系统,采用Simulink建立了数字控制器模型,通过接口组成了协同仿真环境.将VCM-DDV视为线性部分与非线性部分叠加,并将非线性部分视为线性系统状态空间的一个状态,建立了系统的状态空间模型.用全状态观测器得到非线性干扰项,设计了LQR(Linear Quadratic Regulator)全状态反馈和非线性补偿的复合控制方法.仿真结果表明:非线性补偿提高了系统的稳态控制精度,LQR状态反馈可以使系统达到需要的动态性能.     

液压放大式PZT-DDV建模与控制仿真

研制基于液压位移放大原理的压电陶瓷直接驱动伺服阀(PZT-DDV,Piezoelectric-Direct Drive Valve),实现大流量高频响的要求.分析其结构特点,建立系统数学模型,基于AMESim 和Simulink的协同仿真环境,对其进行仿真控制研究.采用AMESim建立了PZT-DDV的模型和虚拟液压测试系统,利用Simulink建立了数字控制器模型,通过接口组成协同仿真环境.针对PZT-DDV的迟滞、摩擦和液压位移放大结构的负载敏感特性,采用前馈控制改善迟滞,提高动态响应.基于LuGre摩擦力模型以及密闭腔压力监测,采用自适应backstepping方法实现摩擦及负载变化对放大机构输出位移的扰动补偿.仿真结果表明:前馈控制提高了系统的动态性能,自适应backstepping控制方法提高了系统的稳态控制精度.     

一种适用于星载太阳翼的驱动控制器设计

为了实现星载太阳翼稳定、可靠、高精度的调速控制,本文设计一种基于FPGA的驱动控制器,通过RS-422异步通信串口接收指令,自主进行速度规划,并结合采集的零位信号进行位置闭环控制,以细分驱动的方式对两路太阳翼进行同步或独立控制.该驱动控制器使用VHDL语言设计,在Modelsim软件中进行仿真,并使用航天级FPGA通过LMD18200H桥驱动芯片连接至步进电机,对星载太阳翼进行调速、归零和停止控制.仿真和实验结果表明,该设计可以准确、稳定的控制步进电机,在64细分、100∶1减速比的条件下,低速段的速度相对误差在0. 006(°)/s之内,高速段的速度误差在±0. 13%之间.     

一种高性能两相步进电动机细分驱动器的设计

以高性能单片机C8051F005和全桥脉宽调制(PWM,Pulse Width Modulation)驱动电路3955为核心实现了一种结构简单的高性能、多细分、微型化两相混合式步进电动机驱动器.该系统采用正弦波电流细分驱动和双极性、固定关断时间的恒流斩波控制方式,可调的电流衰减模式可以进一步改善步进电动机绕组的电流波形.驱动器最高细分数为256,提供细分选择、正反向控制、半流控制、使能控制,以及过压、欠压、过流、过热等电动机驱动器的保护功能.此外,系统还具有在系统调试和升级能力.从驱动器的总体设计、不同细分下电流参考信号生成和绕组电流控制等方面对该方案进行了详细的论述,实验结果证明该步进电动机高细分驱动器方案结构简单、可靠性高、运行平稳,具有良好的运行矩频特性.      

基于FPGA的柔性机械臂多路无刷直流电机控制系统设计

针对柔性机械臂一般为超冗余机械臂，需要多个无刷直流电机驱动各个关节的运动，传统的数字信号处理（DSP）芯片、单片机用户接口有限，无法同时驱动十几个无刷直流电机运动，并且采用传统的PID算法控制精度较低，不适应于高精度柔性负载的控制。本文提出采用现场可编程逻辑门阵列（FPGA）芯片实现柔性机械臂多路无刷直流电机的控制，设计出改进型神经元自适应PID控制器，有效提高各关节电机的位置跟踪精度和抗柔性负载扰动能力，同时完成了规划位置的直线插补、多路电机母线电流采集、多路电机旋变位置信号采集处理。并在柔性机械臂原理样机中进行了验证，设计的驱动控制器能使得每个关节电机定位精度优于0.2°，各关节的无刷直流电机同步性、协调性良好。     

微重力环境中的气体质量流量控制器研究

提出了一种高可靠气体质量流量控制器设计. 介绍了该流量控制器的原理和结构. 通过比较不同的气体流量传感器和阀门, 选择了可满足空间科学实验设备可靠性要求的MEMS传感器和针阀. MEMS质量流量计的输出电压(代表实际气体流量), 经过减法电路放大和A/D采样之后, 与设定电压(代表设定的气流流量)进行比较, 差值信号输入给PID控制器, 由其输出步进电机的控制脉冲数和方向, 步进电机驱动器驱动电机调节流过针阀的气体流量, 使之与设定流量相等. 给出了利用该气体质量流量控制器控制氧气流量的实验结果. 该系统可实现流量的灵活调节, 并具备空间科学实验设备所要求的性能, 为未来在空间利用气体流量连续可调的质量流量控制计进行燃烧科学实验奠定了基础.      

永磁无刷直流陀螺电机锁相稳速控制研究

为满足航天液浮陀螺用无位置传感器永磁无刷直流电机作为驱动电机的新需求,提出一种新的基于可编程逻辑器件和专用驱动芯片ML4411的永磁无刷直流陀螺电机稳速控制系统.采用芯片ML4411实现陀螺电机控制系统的反电势检测、换相和功率驱动,并使用复杂可编程逻辑器件作为控制处理器,实现电机的启动、转速给定.为保证系统稳定可靠,设计了两级锁相环路控制方案.该控制系统在陀螺电机调速控制试验中满足了陀螺的性能要求,为液浮陀螺性能的提高提供了一种有效手段.     

基于FPGA的嵌入式步进电机恒流控制系统设计与实现

长期在轨运行的航天器需具备补加推进剂功能,补加过程通过步进电机驱动浮动连接机构实现。在保证航天器稳定运行在轨补加前提下,从简化软件设计角度出发,本文提出步进电机相电流自适应闭环控制方案,即通过比较器完成电流硬件比较,由FPGA根据比较结果对步进电机相电流进行恒流斩波,以控制步进电机相电流误差不大于10%,从而保证浮动连接机构平稳运行。为验证步进电机相电流控制效果,通过仿真和实验的方法进行测试,测试结果表明,基于FPGA恒流斩波的闭环控制方式可以有效地将步进电机相电流误差限定在10%范围内。     

基于DSP的舰船仿真转台模糊-PI复合控制

设计并实现了一种应用于某舰船仿真转台的集散型计算机控制系统,详细叙述了转台控制器的硬件和软件设计。该转台控制器基于DSP TMS320F2407A而设计,集成了信号采集、PWM功率驱动、CAN总线通信等功能。在控制策略上,设计了基于模糊规则切换的模糊-PI复合控制器。实验结果表明,该系统有效地实现了对转台的多自由度实时控制、提高了控制精度和系统的鲁棒稳定性。     

一种高性能跳频信号源的设计与实现

设计了一种高性能跳频信号源。该信号源以FPGA为控制电路核心,在FPGA内部实现了信号源数字部分相关电路功能,利用高性能的AD9777实现数模转换,通过串行通信SPI接口控制AD9777的工作模式;该跳频信号源采用改进的L-G模型电路作为跳频序列发生器,采用正弦波直接频率发生器作为跳频信号源的基础。实验测试证明:该跳频信号源性能良好,能满足实际工程的需要。     

基于PSO算法的直接驱动阀用音圈电机优化设计

音圈电机(VCM,Voice Coil Motor)直接驱动伺服阀(DDV, Direct Drive Valve)采用VCM直接驱动滑阀阀芯,VCM的性能对DDV整体性能起决定性作用.由于VCM的几何设计参数对性能提升存在相互矛盾,需要在允许的参数空间内寻找一组最优的参数,往往需要设计者试凑多次.在介绍VCM原理和结构的基础上,分析了各设计参数对性能的影响.定义了针对DDV应用需求的VCM优化目标函数,应用变惯性权值和带收敛因子的改进粒子群优化(PSO, Particle Swarm Optimization)算法在设计约束的多维参数空间内进行VCM优化,得到满足设计约束的最优设计参数,表明PSO算法在类似应用中具有较强工程应用价值.      

冗余直接驱动伺服作动系统建模与特性分析

为了提高数字式直接驱动伺服作动系统的可靠性,对系统进行了余度配置,电气部分采取三余度,机械部分采取二余度,设计了伺服作动系统的余度配置和管理方案.对系统的机理进行了深入研究,建立了二余度阀控液压缸、三余度直流无刷电动机等系统各部分的数学模型,分析了余度配置对系统的可靠性和动静态性能的影响.基于Matlab的仿真平台Simulink对冗余伺服作动系统进行了仿真分析.结果表明,系统在电气二次故障、机械一次故障的情况下仍保持较好的动态特性,系统的余度配置和管理方案使系统可靠性得到提高,动静态性能得到改善,为冗余直接驱动式伺服作动系统的研制提供了理论依据.      

发动机-变量泵-变量马达驱动系统分层控制

为充分发挥工程车辆用发动机及液压系统的工作性能,并同时提高其在动态条件下的功率传递效率,对发动机-变量泵-变量马达(三变量)组成的串联型液压驱动系统控制策略进行研究.对驱动系统各个部分进行参数匹配,确定各环节的额定计算工况; 提出自适应分层控制策略,以系统效率最大化为目标,主动调节发动机、变量泵以及变量马达的工作点,主动适应负载功率需求.在MATLAB/Simulink软件中对系统进行后向建模,仿真结果表明,所提出的控制策略能够有效地保证系统高效率的功率传递,通过优化发动机工作点降低油耗.      

核磁共振陀螺高精度磁场驱动技术

核磁共振陀螺（NMRG）是利用激光与核磁共振气室中的碱金属原子和惰性气体原子的相互作用使核子以拉莫尔频率进动,并通过磁场驱动技术对气室磁场实现闭环控制和对剩磁进行补偿来维持核子的共振状态,进而能够检测载体的角速度信息。磁场驱动技术作为磁场闭环控制的重要部分,直接影响核磁共振陀螺的磁场控制精度和稳定性。为了解决核磁共振陀螺磁场控制精度和稳定性不足的关键问题,采用交直流分离设计的压控电流源方案改善磁场驱动问题,基于噪声分析理论对电路进行建模和噪声分析,并通过实验验证对三轴线圈的横向磁场控制精度达±0.046 2 nT,纵向磁场控制精度为±0.003 1 nT,实验证明该技术方案具有较强的工程应用价值。      

一种新型双轴太阳帆板驱动线路盒设计

针对双轴太阳帆板驱动装置2个电机的控制要求,提出一种新型双轴帆板驱动线路盒（BSADE,biaxial solar array drive electronics）设计.该线路盒基于现有帆板驱动线路设计,通过在电机驱动线路中设计一种电流方向转换延时线路,解决了电流方向转换瞬间功率管容易对穿的问题,确保了驱动线路工作的安全性,使得原先大功率管才能实现的线路选用小功率管实现,达到了小型化目标.通过对电机驱动线路和负载绕组进行交叉重组设计,解决了主备份线路间磁耦合问题,实现了严格冷备份目标,大大提高了可靠性.     

一种帆板驱动机构用永磁同步电机微步控制方法

根据磁场定向矢量控制原理,提出一种永磁同步电机微步驱动控制策略.通过保持定子电流矢量幅值不变并均匀改变定子电流矢量的位置,获得大小不变位置均匀变化的定子磁势,从而实现太阳帆板的对日定向.试验结果表明采用所提出的微步驱动控制方法实现了太阳帆板模拟负载的驱动性能,并得出设计过程中应综合考虑整机效率和帆板驱动速度稳定度因素来选取转矩电流给定的结论,也进一步证明了控制方法的有效性,可用于工程实际.     

基于区间电流的SRM功率变换器短路故障诊断

功率变换器是开关磁阻电机（SRM）调速系统的核心部件之一，也是系统可靠性最弱的环节。针对传统功率变换器短路故障诊断需增加额外硬件、控制器负担大、诊断范围有限等问题，以非对称半桥式功率变换器为研究对象，在深入分析短路故障模式的基础上，为提取明显的故障特征，对电流传感器进行了重新排布，提出了基于特定转子位置区间内电流的功率变换器故障诊断方法。在某相单独励磁区间内，通过另外两相电流传感器输出值之差与前一相输出值的比值，即可快速定位故障器件。所提方法不受电机相数和控制方式限制，控制器负担小，且无需增加额外硬件。仿真和实验验证了方法的有效性。