DC-DC变换器控制技术研究与实现

DC-DC变换器工作在额定负载时,输入电压会出现扰动。工作在额定输入电压时,负载电阻也会发生突变。为了实现宽电压输入,保证变换器具有较高的输入电压调整率和负载调整率,设计了自动切换与控制策略。根据Buck-Boost型DC-DC变换器的工作特点,计算出开关的导通与关断时间点,从而精确地控制开关动作。基于并行运算和组合逻辑,在Matlab中搭建了模型,并进行了仿真和试验验证。结果表明,提出的控制方法能够有效地克服负载电流突变和输入电压扰动对变换器性能的影响。     

正激式DC-DC同步控制双路输出变换器的研究

为了改善双路输出正激式DC-DC变换器交叉调整问题,提高电源在输出负载变化应用环境中的输出电压精度和动态性能,设计一种双路同步控制策略,计算并比较两路负载输出功率判定主路与辅路,主路采用闭环PID控制策略,辅路采用改进的滞环电流控制策略,同时调整开关管的占空比。应用提出的控制策略,在MATLAB/Simulink中模拟变换器的工作过程并制作样机,仿真和实验结果均表明,输出负载变化时主辅路均具有较高的输出电压精度,改善了交叉调整率,验证了控制策略的可行性。     

一种新型双环控制并联均流稳压电路

航天器多路输出DC DC变换器非主控输出电路常采用线性稳压器进行二次稳压调整，以确保非主控输出电压的稳定度和调整率满足负载使用要求.当变换器非主控输出电路电流大于线性稳压器额定工作电流时，常规下垂法并联均流扩容方式往往导致输出电压稳定度和调整率较差.为了解决该问题，本文在传统下垂法的基础上提出一种新型双环控制并联均流稳压电路，采用电压和电流双环控制方法，在保证了均流度的前提下，提升了变换器非主控输出电压的稳定度以及调整率.     

Buck-Boost变换器工作模式及控制策略的研究

DC-DC变换器是实现电气系统电能变换和传输的重要设备，具有加速平稳、响应速度快的特点，但在具体使用环境下，变换器负载变化将对其性能造成极大影响。以Buck-Boost DC-DC变换器为例，分析了变换器的工作过程和工作模式，针对完全电感供能模式（CISM）和不完全电感供能模式（IISM）分别提出了对应的控制策略，系统自动判别负载变化情况，实现对输出电压的快速调节，使其始终稳定在期望值。对不同模式下的控制策略进行仿真，结果验证了提出的控制策略能很好地改善Buck-Boost型DC-DC变换器的超调量、调节时间等动态性能。     

DC-DC电力变换器设计与实现

DC-DC是将不可调的直流电压转变为可调或固定的直流电压,是一个用开关调节方式控制电能的变换电路,这种技术被广泛应用于各种开关电源、直流调速、燃料电池、太阳能供电和分布式电源系统中。上个世纪,随着功率开关器件的发展,变换器拓扑和变换技术已经取得了很大的成就,并且已经发展到一个相当高的水平。在DC-DC变换器的演化过程中,离不开各种直流变换技术,各种新技术的产生和发展很大程度上影响了变换器拓扑的演化。本课题的目的是设计一种DC-DC电力变换器,其可将一种直流电变换为另一种形式直流电,并利用MC9S08DZ60单片机对其进行控制,主要对电压、电流实现变换,它在可再生能源、电力系统、交通、航天航空、计算机和通讯、家用电器、国防军工、工业控制等领域有广泛的应用。     

一种新型大功率升降压变换器及控制方法

现有的升降压拓扑中双管级联变换器最符合高效大功率场合的使用要求,但如果工作模式标准选择不当,串联结构和Boost电路的非线性直流增益很容易在升降压转换过程中产生严重的振荡。本文提出了一种新颖的大功率IPOSBHB变换器,阐述了其电路结构及基本关系,建立了降压模式和升压模式下的开环小信号模型,设计了载波平移的组合控制方法,分析了升降压模式切换时传递函数的不一致性、占空比的不连续性和输入电压的扰动对变换器输出特性的影响,并给出了补偿措施。本文提出的载波平移组合控制策略和补偿方法很容易实现稳态时的高效控制和升降压模式切换时的平滑过渡,同时降低了输入电压扰动的不利影响。通过一台15 k W样机对本文提出的理论加以验证。     

Boost电路开关瞬间电压尖峰产生机理及抑制方法

Boost变换器常用作两级式逆变器的前级升压电路，由于电路中寄生参数的存在，开关瞬间输出电压叠加有瞬态尖峰，降低了波形质量，甚至影响逆变器的正常工作。为了抑制直流环节电压尖峰，研究了Boost电路开关瞬态过程，针对瞬态电路开关特性和开关器件工作状态，建立了基于金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）和肖特基二极管（SBD）的换流单元的解析模型，进一步分析了不同寄生参数对开关瞬态电流特性的影响，以及导致电压尖峰的机理等。仿真分析了寄生参数与输出电压尖峰大小的关系，提出了“减缓开关速度”和“降低输出端寄生电感”2种从源头抑制输出电压尖峰的方法。仿真和实验表明，这2种抑制方法能够有效减小电压尖峰，提高Boost电路的输出电压性能。      

基于Z网络的升降压DC/DC变换器

基本的非隔离型升降压电路存在由二极管反向恢复带来的短路环问题.设计了一种基于Z网络的升降压DC/DC变换器,从电路结构上避免了短路环的存在,分析了Z网络和变换器的初始态阶跃响应,并设计了预充电电路,消除了变换器启动时的电压和电流尖峰,讨论了工作在电感电流连续模式(CCM, Current Continuous Mode)下的3种开关模态并分析了其工作原理,依照效率最优原则对升压和降压模式的开关模态进行简化,从而优化了变换器的控制方法,提出了一种通过合理选择电感电流纹波系数确保变换器工作在CCM模式下的方法,给出了各元器件的设计规则,并通过仿真和实验加以验证,结果与理论分析相吻合.      

功率级无刷直流电动机四象限运行模拟器设计

针对无刷直流电动机（BLDCM）驱动控制器在研发过程中全工况测试困难、测试成本高和研发周期长的问题，提出了一种采用分区间采样和解算方法的、具有四象限运行能力的功率级（PHIL）无刷直流电动机模拟器，替代实物电动机和机械负载装置完成对两两导通控制方式下无刷直流电动机驱动控制器的各项性能测试与可靠性试验。该模拟器由实时仿真器、电动机模拟变换器和多级式双向变换器3部分组成，实时仿真器负责采集被测电动机驱动控制器输出的PWM电压，实时解算电动机模型得到三相电流指令，控制电动机模拟变换器生成三相电流，多级式双向变换器负责维持模拟器输入、输出间的能量平衡关系，从而实现对四象限运行时无刷直流电动机的功率级模拟。实验结果表明:所提出的功率级无刷直流电动机模拟器模拟精度高、实时性好、测试灵活，能够有效替代实物电动机和机械负载装置，满足电动机驱动控制器的测试需求。      

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。      

微纳卫星释放分离参数的测试方法

采用自由落体的试验方法,在地面模拟卫星在轨释放过程,测试某微纳卫星在轨释放速度、姿态以及对卫星星上设备的冲击,卫星的释放速度通过高速摄影的测量方法,卫星的释放姿态和星上设备的冲击响应通过集成在试验卫星上的测试系统测量。该试验方法可以一次测量出卫星的释放姿态、释放速度以及释放分离对卫星星上设备的冲击响应。     

小卫星在轨安全分离速度设计

论文针对母星在轨释放小卫星安全速度设计开展研究。在考虑母星机动变轨约束条件下,基于Hill方程推导了分离速度的解析表达式,并与考虑了多种摄动因素的数值解进行了比对,误差的量级为10-3m/s。可为在轨释放安全分离速度的确定提供一种迅速准确的解析算法。     

重复锁定与释放功能机构研究状况及关键技术分析

综述了国内外锁定与释放功能机构的研究现状和发展状况, 并分析了各类型的锁定与释放功能机构及其锁定形式(包括节点类型与锁定方式). 着重分析了重复锁定与释放功能机构的关键技术, 包括设计影响要素、驱动、传动方式及执行机构特征, 为后续的方案设计和分析提供了依据.      

一种高稳定度太阳帆板驱动机构控制方法

为了提高低轨遥感平台卫星用太阳帆板驱动机构（SADM,solar array drive mechanism）的速率稳定度,降低太阳帆板转动对星体姿态稳定度的影响,在对SADM驱动原理分析和驱动性能测试的基础上,明确了步进电机定位力矩对速率稳定度的影响,并提出了定位力矩补偿方法．在SADM转速和转矩测量平台上,对定位力矩补偿的驱动控制效果进行了测试和对比分析,测试结果表明,采用定位力矩补偿控制方法可以将SADM的速率稳定度提高约一倍．     

基于误差空间的航天器姿态反步容错控制

提出了一种基于误差空间的航天器姿态反步容错控制方法,以反作用飞轮作为航天器的执行器,在考虑反作用飞轮存在安装偏差及故障的情况下,仍可保证航天器姿态的稳定性。首先,基于Lyapunov稳定性原理,根据系统机械能变化构造了具有普遍性的Lyapunov方程。通过反步递推方法,得到了适用于航天器存在执行器偏差及故障情况的普遍性的容错控制方法;然后,通过误差空间拓扑所得的误差函数描述了势能误差。从几何层面上看,这是描述势能误差的最短路径选择,从而得到了基于误差空间的反步容错控制方法。因此,在对航天器进行姿态控制时,该方法可以迅速调整增益,使得系统姿态误差迅速收敛至零,从而有效减少系统响应时间;最终,通过对考虑执行器偏差及故障情况的航天器姿态控制系统使用不同的控制方法进行数值仿真,验证了该方法能够在执行器故障情况下依然保持系统姿态的稳定,且具备良好的响应速度。     

无槽圆筒型永磁直线作动器绕组分布特性实验

将无槽圆筒型永磁直线电机用作飞行器姿态控制直线作动器.研究了圆环形无槽绕组分布系数,建立了其轴向分布系数计算模型,该模型考虑相间绝缘厚度的影响.比较研究了单极性圆环形绕组和双极性圆环绕组的分布特性,得到了相间绝缘厚度对这两种绕组结构绕组因数的影响规律.研制了无槽圆筒型直线作动器样机,测试和计算得到的空载反电势波形吻合,验证了理论研究的有效性.对作动器推力、动态等特性进行了测试论证,结果表明,该直线作动器具有电枢反应小、响应速度快等优点.     

航天器太阳翼展开锁定分析

研究航天器太阳翼锁定过程的动力学特性。对展开锁定和姿态运动做耦合分析,给出了采用有限段模型划分的耦合动力学方程。针对某一卫星给出了锁定过程中各参量的响应曲线,包括卫星本体姿态以及BAPTA 上所承受的作用力和作用力矩由线。该模型也适用于航天器多体系统的展开锁定分析。     

基于GPS载波相位的微卫星姿态算法研究

GPS姿态系统是利用GPS载波相位测量来确定载体的航向和姿态角。本文对微卫星的GPS姿态系统进行了研究。重点解决短基线的GPS状态算法，讨论了姿态价格函数的了小化方法。测试结果表明，所提的算法对小于1m的基线是有效的。     

陀螺组件结构动态特性分析和减振设计

针对惯性姿态敏感器陀螺组件结构设计中出现的随机振动响应量级过大的问题进行分析研究.建立了陀螺组件结构的动力学模型,通过安装金属橡胶减振器并在结构中合理布置高阻尼比的阻尼材料综合解决陀螺头部振动响应过大的问题.对结构设计方案进行数值仿真和振动试验,结果表明,金属橡胶减振器和约束阻尼结构的应用能有效降低陀螺头部的高频响应,保证了陀螺仪在发射段环境条件下的可靠性.     

A robust star identification algorithm with star shortlisting

A star tracker provides the most accurate attitude solution in terms of arc seconds compared to the other existing attitude sensors. When no prior attitude information is available, it operates in “Lost-In-Space (LIS)” mode. Star pattern recognition, also known as star identification algorithm, forms the most crucial part of a star tracker in the LIS mode. Recognition reliability and speed are the two most important parameters of a star pattern recognition technique. In this paper, a novel star identification algorithm with star ID shortlisting is proposed. Firstly, the star IDs are shortlisted based on worst-case patch mismatch, and later stars are identified in the image by an initial match confirmed with a running sequential angular match technique. The proposed idea is tested on 16,200 simulated star images having magnitude uncertainty, noise stars, positional deviation, and varying size of the field of view. The proposed idea is also benchmarked with the state-of-the-art star pattern recognition techniques. Finally, the real-time performance of the proposed technique is tested on the 3104 real star images captured by a star tracker SST-20S currently mounted on a satellite. The proposed technique can achieve an identification accuracy of 98% and takes only 8.2?ms for identification on real images. Simulation and real-time results depict that the proposed technique is highly robust and achieves a high speed of identification suitable for actual space applications.