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。     

基于脊背特征的发动机低转速特性扩展方法

旋转部件在高空低转速时,其工作状态受来流的吹动作用可能会发生变化,此时压气机处在特殊的“搅拌机”或“涡轮”工作状态,使得发动机的动态计算中效率插值出现不连续的问题。为解决此问题,采用美国国家航空航天局（NASA）和通用电气公司（GE）联合开发的针对旋转部件特性转化的脊背特征方法,通过分析低转速下旋转部件脊背特征及非脊背特征的变化趋势,提出基于脊背特征的旋转部件低转速范围特性的扩展方法,并有效规避了效率特性在低转速下插值的失效。以某型军用涡扇发动机为例,计算其处于不同飞行条件下的发动机风车工作状况,结果表明：所提方法能够反映出低转速下压气机压比小于1的特殊工作状态,且不同飞行条件下的风车特性计算合理。     

变转速负载敏感进出口独立控制系统特性研究

针对泵控位置系统效率高但控制精度不足、阀控位置系统响应快但能耗损失较大的问题,提出了基于模式切换下变转速负载敏感进出口独立的控制系统,设计了针对工程机械中能耗损失大的阻滞型负载工况的控制策略。根据所提控制系统原理,建立变转速负载敏感进出口独立控制系统的数学模型;分别搭建基于加载油缸的变转速负载敏感泵控系统和空载油缸的进出口独立阀控系统的试验平台与AMESim-MATLAB仿真模型并进行分析研究;将所建系统模型中添加正弦和随机信号来模拟变化的负载,分析系统在应对变化的外负载时,位置与压力的控制效果。将所建系统与恒流阀控系统、传统负载敏感阀控系统、传统泵控系统三者进行比较分析,结果表明：所设计变转速负载敏感压力控制器对系统压力的控制效果良好;以伺服电机驱动双作用叶片泵作为动力源的负载敏感进出口独立控制系统的位置控制性能和节能效果高于传统泵控和阀控系统,比传统泵控系统节能10.12%。     

用激光干涉技术测量转速的研究

叙述了一种新型转速激光干涉测量方法,详细分析了这种方法的工作原理,确定了本测量方法的转速测量范围,给出了实验结果。     

介质粘性对椭圆齿轮流量计性能影响的研究

本文根据粘性流体力学原理和转子动力学理论,分析了椭圆齿轮流量计的缝隙漏流和转子受力状况,建立了能预测介质粘性对流量计误差特性和压力损失影响的理论模型。数值计算表明,理论值与实验数据基本吻合。     

实用微机转速测量方法的研究

介绍了目前自动测量与自动控制中转速测量的几种实用方法，分析了各种方法的基本原理、实现手段和测量误差，具有较高的实用价值。     

对旋风扇不同转速匹配对失速关键级影响实验

对低速对旋风扇/压气机级的理论分析表明,对旋转子的失速关键级取决于失速时前后级的流量系数以及前后级固有的临界流量系数.前后级的转速匹配会改变前后级的流量系数,进而改变对旋风扇的失速关键级.在一台低速轴流对旋风扇上进行了不同转速匹配的实验,实验结果验证了这一结论.该实验通过改变前后级转速来研究不同转速比情况下的对旋压气机失速特性.实验中分别测量了前后级在100%,90%,80%,70%,60%,50%转速下,共计36组数据.实验结果表明,在设计转速下第2级转子为失速关键级,并且可以通过调整前后级的转速比来改变失速关键级.另外,在失速时如果前级转子流量系数接近临界值,可以得到明显的失速迟滞回线,否则无法得到迟滞回线.      

基于ESO的超局部无模型PMSM转速预测控制

针对永磁同步电机(PMSM)由于参数变化和外界干扰导致控制性能下降的问题, 提出了一种基于扩展状态观测器(ESO)的超局部无模型转速预测控制(MFSPC)方法, 并解决了数字系统中的一拍延迟问题。该方法仅利用速度环的输入和输出, 不考虑电机参数, 避免了因电机参数变化导致的模型失配。针对传统MFSPC方法参数调整多、工作量大、输出脉动大、抖振明显、抗干扰性和鲁棒性差的问题, 建立了ESO, 实时监测系统的总扰动, 并进行前馈补偿。利用ESO产生的转速预测, 解决了数字控制系统中的一拍延时问题, 并基于频域分析, 整定控制参数, 提高控制性能。实验结果分析表明:所提方法有较强的抗干扰性和鲁棒性, 能够稳定跟踪额定转速, 有较快的动态响应。      

对旋风机转速改变对其气动特性的影响

对旋风机前后级转速比对风机气动特性影响较大,合适的转速比有利于提高对旋风机气动性能。采用数值计算和实验模拟方法研究对旋风机前后两级叶轮转速改变对风机气动特性的影响。首先,通过速度三角形定量分析转速改变对风机功率和内部流动参数的影响。之后,数值计算的结果与实验进行对比,分析基准转速下风机整体性能的变化。最后,通过数值计算结果对风机内部气体的流动进行具体分析,发现在保持进口条件不变的条件下,前后两级叶轮转速改变相同百分比时,第1级转速改变可以更加有效的改变风机的流动参数和性能,综合比较整体性能变化与实际应用确定了最优转速比为1.1∶1,此转速比下传动效率为88.4%时对旋风机效率为75%。     

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。     

电动舵机减速器传动特性误差分析与补偿研究

在电动舵机减速器的传动特性测试实验中,由于机械安装,轴承摩擦和电机驱动器非线性等原因造成的测量误差会折算到传动比测量误差中并降低精度。本文以减速器为研究对象,通过动力学方程建立了该系统的数学模型,通过理论分析将机械安装与轴承摩擦作为已知的系统误差,提出一种根据仿真结果获得补偿量,对实测数据进行预处理从而提高传动比测量精度的新方法。计算结果说明此方法能在一定程度上补偿电机驱动器非线性带来的测量误差。     

火星表面风沙物理过程及沙尘暴的起动风速

通过建立风吹动地表沙粒运动的模型并根据大气湍流边界层风速廓线规律,计算了火星上沙尘暴的起动风速和沙尘暴发生时空中悬浮沙尘粒径的大小,并对沙粒从地面跳起进入气流的方式进行了验证.发现当大气为中性层结时,火星沙尘暴的起动需要离地面2m高处的风速达到28.7m·s^-1.在起动临界风速下,地表沙粒需要滚动一个粒径的距离才能跳起,沙尘暴发生后,火星大气中悬浮沙尘的粒径小于30μm.     

太阳风速度及日球电流片对CME渡越时间的影响

基于1996-2005年88个引起重大地磁暴的CME(日冕物质抛射)事件、1996-2000年的47个CME事件以及1997-2002年的29个全晕状CME事件,结合ACE卫星在1AU处的太阳风和行星际磁场观测资料以及Wilcox Solar Observatory(WSO)天文台的太阳光球层磁图,分析了背景太阳风速度和日球电流片对CME到达1AU处渡越时间预报误差的影响.结果表明,背景太阳风速度与CME渡越时间误差并没有明显的相关性,在考虑了磁云通量管轴相对黄道面夹角的影响后相关性依然不明显.然而日球电流片对CME渡越时间却有明显的影响,对于初速度较小的异侧CME事件,其渡越时间大于同侧事件;而对于具有较大初速度的CME事件,异侧事件的渡越时间明显小于同侧事件.研究结果表明,CME与太阳风以及日球电流片的相互作用并不是简单的对流相互作用,造成高速CME异侧事件快于同侧事件到达地球的因素非常复杂,有待深入研究.     

天气尺度到气候尺度太阳风变速对中高纬大气环流的影响

通过对冬季太阳风短时(天气尺度)降速与北大西洋涛动和北极涛动等北半球中高纬度环流指数的时序重叠分析,结合对1963年以来48个冬季太阳风平均速度与北极涛动等指数的相关分析发现,从短时太阳风降速到向亚极光带沉降的辐射带高能电子通量显著下降,北极涛动也有迅速的响应,这预示着从太阳风到大气环流存在天气尺度的短时关系链,在这一时间尺度现有理论中仅有“空间粒子-大气电-云微物理”联系机制能较好地解释;太阳风速度与北极涛动的正相关信号在气候尺度上也有显著体现,太阳风可能通过高能电子沉降与北半球冬季中高纬度环流相联系,这表明太阳风通过大气电-云微物理过程驱动的过程是太阳活动影响气候变化的不可忽视的途径;开展太阳风起源、空间环境与大气(环流、电场)和地磁系统的联合观测及数值模拟是揭示日地天气与气候联系的重要研究内容之一.     

Study of correlations between waves and particle fluxes measured on board the DEMETER satellite

The topic of relativistic electron dynamics in the outer radiation belt has received considerable attention for many years. Nevertheless, the problem of understanding the physical phenomenon involved is far from being resolved. In this paper, we use DEMETER observations to examine the variations of the energetic electron fluxes and ELF/VLF wave intensities in the inner magnetosphere during the intense 8 November 2004 magnetic storm. Electron flux spectra and associated wave intensity spectra are analysed throughout the magnetic storm and common characteristics or differences to other storm events are retained. The overall objective of this study is to identify and derive parameters that are relevant for particle flux modelling; the time constant characterizing the persistent decay after particle enhancement was found to be one of these important model parameters.The analysis of the 8 November 2004 event reveals that for L-shell parameter higher than 4, an electron flux dropout is observed during the storm’s main phase for electrons in the energy range 0.1–1 MeV, as has been reported from other measurements. Characteristic wave spectra accompanying this phase are analysed. They show a typical enhancement in the frequency range 0.3–10 kHz at onset for all L-shell values under consideration (2 < L < 5). During the first stage of the recovery phase, the electron fluxes are increased to a level higher than the pre-storm level, whereas the level of wave intensity in the frequency range observed below 300 Hz is at its highest. In the second stage, the particle flux decrease goes hand in hand with a global wave activity decline, the relaxation time of the latter being smaller than the former’s one. In some other cases, long-lasting electron enhancement associated with constant wave activity has been observed during this latter stage. For the above mentioned storm, while at low L values the decay time constants are higher for low energy electrons than for high energy electrons, this order is reversed at high L values. At about L = 3.6 the time constant is independent of electron energy.