混合式步进电动机的复合控制

研究混合式步进电动机相电流的复合控制。阐述了复合控制原理；阐明了前馈补偿装置的设计原则及其函数；给出试验验证，表明采用复合控制后可以减少转矩中所含的谐波分量，削弱振动和噪音，提高系统的精度。     

基于电感特征的开关磁阻电机电流斩波控制策略

开关磁阻电机（SRM）运行在基速以下时常采用电流斩波控制（CCC），针对传统电流斩波控制中电流动态跟踪能力弱、换相区内转矩脉动大及功率器件开关频率不固定的问题，根据电感曲线的变化特征进行区间分段，提出一种基于参考电流补偿的电流斩波控制策略。在低电感区段内根据电机转速、负载的大小对参考电流进行补偿，提高相绕组在换相过程中的转矩输出能力和动态响应能力；在电感曲线的线性上升阶段，采用固定频率的脉冲宽度调制(PWM)波进行控制，使输出转矩更平滑。搭建三相12/8极开关磁阻电机仿真模型及硬件在环实验平台，考虑电机在不同转速、负载下的运行工况，选取转矩脉动指标进行对比。仿真与实验结果表明：所提控制策略能有效减小开关磁阻电机的转矩脉动，提高电机的运行性能。     

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。     

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。     

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。     

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。      

小波网络在直接转矩控制系统低速运行中的应用

针对传统的异步电动机直接转矩控制系统低速运行时存在较大转矩脉动的问题,详细分析了定子电阻变化对系统控制性能的影响,提出了基于小波网络的定子电阻辨识方法.将定子电流的误差和定子电流误差的变化量作为小波网络的输入,网络输出为定子电阻误差的动态估计值;综合应用递推正交最小二乘法与改进的Givens变换训练小波网络参数,利用小波网络良好的时频局部特性可以准确的观测出定子磁链和转矩,优化了逆变器的控制策略.仿真结果对比表明该方法可以有效得改善电动机的低速运行性能,优于采用BP(Backward Propagation)神经网络的方法.      

飞行控制用无刷直流电动机容错运行方式

双重绕组无刷直流电动机构成的双通道机电作动系统(EMA,Electro-Mechanical Actuator),当一个通道故障时可以采用容错运行方式.分析了电动机在双绕组工作与单绕组工作时的机械特性、铜损耗与允许转矩.对样机的机械特性试验曲线分析可知,在相同的电压条件下,两种工作方式的机械特性有相同的理想空载转速,但容错工作时因负载产生的转速降将增大1倍.在功率损耗不变的条件下,容错工作时电动机的允许电流为额定值的1.4倍,允许转矩为额定值的0.7倍,通过样机的温升试验数据充分验证了这一点.探讨了双绕组运行时的电流均衡控制方法以及容错工作采取的措施,并用仿真曲线分析了容错工作方式下的动态性能.      

利用TIE-GCM模式计算电离层电流及夜间电离层磁场

电离层电流产生的磁场是地磁场卫星测绘时需要剔除的干扰源.利用电离层热层模式TIE-GCM计算电离层中的中性风、重力驱动和压强梯度等形成的电离层电流的全球分布,分析电流在特定位置产生的磁场及磁场三分量随纬度的变化规律.结果表明,E层尤其是磁赤道和极区的电流密度较大,可达103nA·m-2量级,F层电流密度量级约为10nA·m-2.在磁静日（Kp≤ 1）夜间22:00LT-04:00LT,电离层电流在中低纬度（南北纬50°之间）产生的磁场量级为几个nT,且磁场的南北向分量和径向分量基本大于东西向分量.通过与CHAMP卫星磁测数据分析比较,发现TIE-GCM模式计算电离层干扰磁场在中低纬度可以取得较好的结果,但在高纬度地区的效果不理想,还需进一步改进模式以提高计算精度.      

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.     

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。     

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.      

电动加载系统分数阶迭代学习复合控制

针对电动加载系统存在多余力矩扰动的问题,提出一种以位置闭环和力矩闭环为反馈控制、迭代学习控制为补偿控制的复合控制策略。为提高加载系统动态性能及降低建立模型的复杂性,驱动永磁同步电机采用直接转矩控制方式,建立加载系统频域模型。在位置闭环和力矩闭环采用分数阶PIλDμ控制器代替常规PID控制器,迭代学习补偿控制采用分数阶迭代学习控制器,利用分数阶微积分的信息记忆特性提高控制系统的动态性能和鲁棒性,通过理论分析给出分数阶PD型迭代学习控制器的收敛条件。对正弦和梯形波载荷进行力矩加载实验及多余力矩抑制实验,验证了该控制方法的有效性。      

大型控制力矩陀螺动力学精细建模与仿真

控制力矩陀螺（CMG,control moment gyro）系统存在多种误差与扰动,影响航天器的姿态控制精度.分析了大型单框架控制力矩陀螺（SGCMG,single gimbal control moment gyro）各主要组成部分的特性、误差及扰动,包括转子动静不平衡、转子轴的安装误差、轴承摩擦、转子电机特性、框架电机特性和谐波减速器特性.通过建立大型SGCMG的动力学精细模型并进行数学仿真,得到了大型SGCMG主要误差与扰动对其输出力矩的影响：在框架伺服系统加装谐波齿轮减速机构可以明显提高SGCMG输出力矩精度,同时也给框架带来高频谐振;转子动不平衡造成的扰动力矩是导致SGCMG在其力矩输出轴和框架轴方向产生输出力矩偏差的主要原因.     

制动式正弦法动态扭矩传感器校准装置设计

针对目前静态扭矩校准无法完全满足使用需求的问题,设计了一种制动式正弦法动态扭矩传感器校准装置,利用伺服电机、磁粉制动器等装置组成制动扭矩激励系统,用标准惯量盘作为负载,用圆光栅测量惯量盘扭摆的角加速度,将动态扭矩溯源至惯量和角加速度参数。通过建模和数值分析,阐述了校准装置的工作原理,利用研制的校准装置样机进行激励试验,试验结果证明了设计思路的可行性。     

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.