基于速度观测的电磁轴承飞轮转子系统振动控制策略

高速飞轮储能系统广泛采用电磁轴承作为转子支撑部件。PD控制是常用的电磁轴承飞轮转子系统的振动控制策略,传统的PD控制策略通过对转子位移信号的微分运算来获取阻尼控制信号,但微分运算易引入噪声干扰。噪声干扰使得飞轮转子系统的阻尼不足,影响其振动控制性能,甚至引起系统失稳。针对此问题,提出了一种基于速度观测的新型PD控制策略,通过速度观测器得到阻尼控制信号,增强了控制系统的抗噪声干扰能力。介绍了新型PD控制策略的基本原理,并借助仿真和实验验证了新控制系统的性能,结果表明,基于速度观测的PD控制策略比传统的PD控制具有更强的抗噪声干扰能力及更宽的稳定域。     

一种新颖的永磁偏置三自由度电磁轴承

为了使磁轴承系统减小尺寸、改善动态性能和降低成本，提出一种将轴向磁轴承和径向磁轴承的功能相结合的永磁偏置三自由度电磁轴承，对其磁悬浮机理进行了研究，用等效磁路法建立了这种电磁轴承轴向力和径向力数学模型，利用三维网格图直观地分析了轴向力和径向力的耦合状况，理论分析表明，在平衡位置附近这种磁轴承3个自由度之间是解耦的。作者研制了一套实验样机，利用简单的分散控制实现了3自由度的稳定悬浮，并给出了部分实验结果。实验很好地验证了理论分析的结果。这种新颖的电磁在适合应用于飞轮储能、空调压缩机、涡轮分子泵等高速应用场合。     

一种新型的五自由度磁悬浮电机

介绍了一种新型的五自由度磁悬浮电机系统，它由两自由度无轴承电机和三自由度磁轴承两个独立悬浮单元构成。其中无轴承电机将悬浮绕组与转矩绕组叠绕在一起，同时实现转矩驱动和转子两自由度径向悬浮；三自由度磁轴承利用单极永磁偏置磁场实现转子轴向悬浮以及两自由度径向悬浮。该电机结构紧凑，有利于向大功率、高转速方向发展。文中介绍了悬浮力产生的基本原理，简要推导了系统数学模型，给出了控制系统框图。最后对实验样机转子在五个自由度上的悬浮情况以及绕组电流变化进行了测量和分析。实验结果验证了所述原理和控制方案的正确性。     

被动式电磁阻尼器对磁悬浮转子系统不平衡响应的影响

采用被动式电磁阻尼器控制磁悬浮轴承转子系统振动.首先,设计了一个被动式电磁阻尼器,可以通过电流变化控制阻尼力.然后,基于通用有限元软件NASTRAN,对磁悬浮轴承转子系统分析了不同阻尼下的不平衡响应仿真.最后通过系统高速旋转实验,研究了不同阻尼器控制参数下该系统的不平衡响应.仿真与试验结果表明,增加被动式电磁阻尼器能够改善系统的动态性能并降低转子的不平衡振动,使转子成功越过一阶弯曲临界转速15 600 r/min,稳定运行在21 000 r/min.     

变极距直线感应电机控制系统建模仿真分析

由于物体弹射过程极短，传统型直线电机通过变频控制推力输出，需高性能逆变器配合，变极距长初级短次级双边直线感应电机不同弹射位置的电机极距不相等，可以保持供电电源电流频率恒定情况下，产生恒定电磁推力输出，简化直线电机控制方式，更高效地完成弹射指标任务。设计极距变化型长初级直线感应电机，完成待加速物体弹射任务，计算机建模分析恒频电流供电时的控制方式。推导在q-d-0坐标系下的电机电压、电流和磁链方程，搭建电机数学仿真模型。利用Simulink构建仿真分析模型，在不考虑外界因素的影响下，完成由变极距直线感应电机提供电磁推力的控制分析。变极距直线感应电机采用恒定电压、恒定频率电源供电，控制方式较传统电机更为简易，更有利于控制短时间弹射任务。     

单自由度混合磁悬浮轴承控制系统模型的研究

介绍了单自由度永磁偏置的混合磁悬浮轴承的工作原理,提出了永磁磁通与电磁磁通叠加计算混合磁悬浮轴在的方法,给出了由这种方法导出的计算磁感应强度的理论计算公式,建立了混合磁悬浮轴承的数学模型及其控制模型,以ＰＩＤ为控制策略,导出混合磁悬浮轴承系统稳定性和动态性能的传递函数,通过理论分析和实验验证,得出了增大永磁内部磁动势可以提高轴承的承载力,稳定性,减小功放损耗的结论。     

基于CRPWM的无轴承异步电动机矢量控制系统

无轴承交流电动机能同时实现旋转和悬浮工作,其潜在的应用价值和复杂的运行控制已成为目前高速交流传动领域一个新的研究方向。本文介绍了无轴承异步电动机工作原理，针对该电机存在非线性、强耦合的特性，能同时实现旋转力矩和径向力控制的基本要求，分析了无轴承异步电动机的数学模型，在此基础上，采用了基于电流调节型（CRPWM）逆变器的电机气隙磁场定向控制系统来实现这两个量的解耦控制，并将这一控制系统进行了仿真。     

直升机技术的若干新发展

综述了近年来直升机技术发展的某些新趋势和新成果，主要包括带弹性铰的铰接式桨毂和无轴承桨毂等新型桨毂；桨叶专用翼型及桨尖形状的发展、桨叶平面形状优化；涵道尾桨和无尾桨等新型反扭矩系统；高阶谐波控制、主动控制襟翼、结构响应主动控制等直升机振动控制新技术；复合材料在旋翼、机身上的应用及其对直升机技术发展的重要影响。文中着重介绍这些新技术的特点及其发展应用情况。     

磁悬浮轴承用位移传感器测量误差

针对磁悬浮轴承用位移传感器,通过Matlab编程仿真,分析了位移传感器的类型、安装方式以及安装位置对传感嚣测量误差的影响.研究结果表明:无论选择什么类型的位移传感嚣,只要传感器形成的检测平面与电磁铁形成的控制平面轴向存在偏差,都将引入测量误差,但传感嚣外置产生的测量误差要小于传感器内置产生的测量误差;电涡流、光电和激光传感器采用差动安装时,可消除传感嚣的测量误差,能真实反映转子的位移量,但电感式传感器由于结构方面的原因,即使采用差动安装还会引入测量误差;位移传感嚣的安装精度也将影响到传感器的测量误差.研究结果为更合理地选用和安装磁悬浮轴承用位移传感器,提高主动磁悬浮轴承的性能提供了理论依据.     

控制器参数对电磁轴承系统超谐共振区特性的影响

本文对PID控制的单自由度电磁轴承-转子系统由于力-电流／位移的非线性特性所引起的非线性振动进行了分析研究，并对控制器参数改变时，系统在三次超谐共振区的特性进行了分析。     

飞轮贮能系统在未来航天器中的应用

传统蓄电池贮能系统由于其比能量小、可靠性低的固有缺陷已难以满足未来航天器的总体性能发展要求。近年来,随着高性能磁轴承、高强度轻重量的复合材料、电力电子技术等一系列关键技术的发展,使得飞轮贮能系统取代目前航天器中镍氢电池贮能系统成为可能。文中系统地阐述这一未来的航天器贮能系统,其中具体介绍了飞轮贮能系统的高比能量、长寿命、高效率等优越特性以及在航天器应用中独具的位姿控制附加功能,并对飞轮贮能系统的结构组成、多功能集成等方面作了较为详细的论述,最后介绍了目前飞轮贮能系统在航天器中应用研究的状况     

电流型两象限斩波器控制无刷直流电动机的制动原理分析

采用电流型两象限斩波器控制是稀土永磁无刷直流电动机减小电枢电流脉动的一个重要措施。虽然该系统在许多方面可采用一般无刷直流电动机的控制方法,但在制动控制上若仍沿用常规控制方法,将造成电机电流失控现象,损坏逆变器。本文对这种电流失控现象的机理进行了详细的分析,并在此基础上提出了有效的解决方法。最后对采用降压型斩波器和电流型两象限斩波器控制的无刷直流电动机的制动性能作了仿真比较,并对电流型两象限斩波器控制的稀土永磁无刷直流电动机进行了系统实验。数字仿真与系统实验表明,该电流型两象限斩波器控制的稀土永磁无刷直流电动机能可靠、有效地实现快速制动     

主动磁悬浮轴承系统实时不平衡力补偿控制

针对主动磁悬浮轴承(AMB)系统中与转速同频的周期性不平衡激励对系统稳定性以及其他性能的影响,提出一种基于变步长最小均方算法作为前馈补偿控制器的新的实时前馈自动平衡策略.此控制器能够提供适当的正弦信号用来补偿转子反馈位移信号中的与转速同频的不平衡响应,从而降低控制电流的波动以及减弱AMB系统的主动控制作用.通过分析标准LMS算法原理以及其在AMB系统实时滤波补偿应用中的不足,得到新的与转速成比例的LMS算法步长因子.实验结果表明,该算法能够在一个宽频带内实现实时不平衡力补偿控制,有效降低不平衡激励对系统基础的影响,为转子速度的进一步提高提供便利.     

基于逆变器开关状态的无轴承异步电机悬浮系统独立控制

无轴承异步电机悬浮系统的独立控制是实现其高速运转的有效工作方式。无轴承异步电机实现悬浮工作客观要求准确控制转矩绕组气隙磁场信息，因此对转矩绕组气隙磁链的幅值和相位的辨识是实现独立控制的关键。本文提出了基于逆变器开关状态的转矩绕组气隙磁链幅值和相位的辨识方法，并应用这种方法实现了悬浮子系统的独立控制。文中对无轴承电机径向悬浮力控制、基于逆变器开关状态的转矩绕组气隙磁辨识进行了分析，实验结果表明此系统较好地满足了径向悬浮的稳、动态性能要求，验证了分析的正确性，系统在实现悬浮工作的前提下保持了电机旋转控制策略的灵活性。     

瞬时值电流控制逆变技术比较

电流瞬时值控制逆变器有多种实现方案．本文从系统稳定性、外特性以及负载适应能力等方面对电感电流反馈滞环电流控制，固定开关频率电感电流反馈控制和电容电流反馈控制进行了对比分析，以综合评估各种控制方案的性能，为方案选择提供依据。理论分析和实验结果表明，在系统稳定条件略为苛刻的情况下，采用固定开关频率的电容电流反馈控制的逆变器具有很好的输出电压波形、很硬的外特性以及良好的非线性负载适应性．是一种较好的电流瞬时值控制技术。     

用电磁体积力的翼型绕流控制实验研究

研究了电磁体积力控制弱电解质溶液流动边界层的基本原理以及分析了翼型电磁激活板的绕流实验结果.电磁体积力控制弱电解质溶液流动边界层是磁场和电流相互作用产生电磁体积力作用在流体上的结果.实验结果表明:电磁力作用改变了翼型表面的流体边界层的结构,其作用与改变翼型的迎角类似.加正向电磁力,相当于减小翼型的迎角,可以抑制流动分离,消除涡街;而反向电磁力则相当于增大迎角,在翼型的背风面产生大尺度的流动分离,流场中出现复杂的旋涡结构.     

基于自适应滤波的主动磁悬浮轴承位移传感器故障识别

针对采用差动式位移传感器的主动磁悬浮轴承系统,从理论上分析了控制器输出信号与转子干扰力及传 感器故障信号之间的关系和自适应滤波器的工作原理,并在此基础提出了基于自适应滤波的传感器故障识别方 法.该方法以两路位移信号的差值为参考信号对控制器的输出信号进行滤波,从而得到控制器输出信号和两路 位移信号的差值之间的相关系数,根据该相关系数的极性即可准确地判断出故障传感器.还采用Matlab对该方 法进行了仿真研究,并在一个主动磁悬浮轴承试验台上进行了试验研究,研究结果表明:该方法可以同时识别传 感器的直流故障争交流故障;转子在静态悬浮和高速旋转时,该方法均可以准确地检测到传感器故障并识别出 故障传感器.     

两类多自由度开关磁阻电机原理与控制的类比

多自由度(Multi-degree-of-freedom,MDOF)开关磁阻电机(Switched reluctance motor,SRM)中的电磁力具有多维分布特征,对其建模和主动控制可实现该类电机的多自由度运行。无轴承开关磁阻电机(Bearingless switched reluctance motor,BSRM)和直线旋转开关磁阻电机(Linear-rotary switched reluctance motor,LRSRM)均具有多自由度运动控制的特点,其电磁力的分布规律、建模方法和控制策略具有一定的相似性。通过对比这两类多自由度开关磁阻电机工作原理的相似性,将前期BSRM数学模型和控制方法的研究成果进一步应用于LRSRM中,实现了LRSRM的准确建模和高性能控制,为推动和加速LRSRM的研究提供参考,以期进一步完善多自由度开关磁阻电机的研究理论体系。     

稀土永磁方波无刷直流电动机调速系统的实验研究

稀土永磁方波无刷直流电动机是静止功率变换器和电机设计相结合的产物，本文分析了稀土永磁方波无刷直流电动机的控制性能，指出它具有电机磁定向控制简化为磁极位置控制的特点，从而控制简单又提高控制性能，为此在稀土永磁方波无刷直流电动机调速系统中，采用了两态稳频电流调节器，ＰＷＭ电子换向器，电流分时反馈等具有特色的线路设计，实验结果表明，该调速系统体现了静止功率变换器与电机配合运行的特点，验证了稀土永磁方波无     

基于定子电流的无刷直流电机轴承故障诊断

为了在无刷直流电机发生轴承故障早期检测出轴承故障特征,本文就无刷直流电机轴承故障信息的提取提出了一种新的方法。该方法选择电机的母线电流和三相电流最大值作为轴承故障信息的提取对象,避免了相电流由于谐波含量过大及不连续带来的诊断效果不佳的后果。同时,本文选择小波包算法作为轴承故障信号提取的方法,能够更好地对轴承故障信息进行辨识。实验结果证明,通过对母线电流和三相电流最大值进行小波包分解能够很好地进行无刷直流电机轴承故障信息的提取。