电压电流双闭环瞬时值控制级联逆变器研究

研究了基于倍频载波移相SPWM和电压电流双闭环瞬时值反馈技术的级联逆变器。采用倍频调制技术提高了逆变器的等效开关频率，减少了滤波元件。采用瞬时值控制技术可以加快系统的动态响应和提高非线性负载适应能力。在电流控制环中，用电容电流反馈取代传统的电感电流反馈可以显著提高系统的外特性硬度。仿真和试验验证了电压电流双闭环瞬时值控制级联逆变器具有优良的稳态和动态性能。     

基于十字压电超声换能结构的平面超声电机研究

为了丰富平面超声电机的驱动原理及结构型式,提出十字形压电超声换能式定子驱动的平面超声电机。选定该定子横向杆的面内弯振、纵向杆的面内弯振以及定子的面外弯振作为电机的工作模态。通过面外弯振模态分别与横向杆的面内弯振、纵向杆的面内弯振进行振动耦合,在驱动足上生成沿yoz面和xoz面行进的椭圆轨迹,推动动子交替沿x、y向平移。阐明了该电机的工作原理,基于定子频率一致性工作模态要求,并厘定出最适合驱动频率为24 650 Hz,优化了定子尺寸为25.5 mm×5 mm×5.9 mm。建立定子的FEM模型,对电机进行瞬态分析,当驱动电压250 V时,得到驱动足的x、y、z向振幅可达到3.1、6.2、4.3μm。该电机可望产生较大动力与速度。     

PWM变频器供电的感应电机传热特性

为了探究电动机在脉宽调(Pulse width modulation,PWM)变频器供电下的传热特性,近一步揭示变频参数（调制比）对电动机温升分 布的影响特征,以一台采用PWM变频器供电下55 kW驱动用感应电机为例,基于流体力学及传热学基本原理,结合电机通风结构特征,建立外部包裹有空气域的三维流热耦合求解域模型,并采用有限体积元法对电机内的温度场进行了数值研究。此外,针对PWM不同调制比控制条件下电动机全域内的传热特性进行了对比分析,结果表明：两个不同调制比控制条件下电机求解域 内各主要部件温升分布趋势大致相同;径向上,转子部分温升较高,在气隙位置温升出现阶跃式变化,定子部分温升较低;轴向上,电机各部分近风端温升较低,远风端温升较高;周向上,定子轭部温升呈波浪式变化。     

直升机"地面共振"的输出反馈最优控制

在导出采用 Ｓ Ａ Ｓ的桨距控制的直升机“地面共振”空间模型的状态方程和输出方程的基础上,研究抑制直升机“地面共振”的控制律综合设计方法。鉴于工程实用性,宜采用可测得的输出作反馈控制;由于直升机旋翼工作转速范围宽,反馈控制应保证旋翼从起动到最大工作转速范围内闭环系统全速稳定。因此,提出并研究满足上述要求的基于输出反馈的次最优控制法与基于观测器的输出反馈最优控制法。仿真计算表明了这些方法对抑制直升机“地面共振”的有效性。     

小阻尼动态系统的时域自适应反馈主动阻尼设计

针对在前馈／反馈混合控制中提高控制通道阻尼的问题,基于自适应滤波理论,提出适用于单输入单输出(SISO)和多输入多输出(MIMO)控制通道的时域自适应反馈主动阻尼设计方法。研究了自适应过程的理想期望信号的构造、SISO情况下闭环控制通道与反馈控制器同时进行自适应设计以及MIMO控制通道阻尼问题的简化与设计方法的拓展等问题;同时,基于某主动隔振试验平台的实测结果,对所有研究内容进行SIMULINK模型仿真。时域自适应反馈主动阻尼设计是高效的主动阻尼设计方法,并且为小阻尼动态系统的增阻设计提供了统一的方法框架。     

基于弯振模态的螺纹杆式直线超声电机(英文)

介绍了基于弯振模态的螺纹杆式直线超声电机的运行机理.在梁弯曲振动模型的基础上,对螺纹杆式直线超声电机进行动力学分析,推导出电机定子驱动点的空间运动轨迹方程,并阐明了电机运行机理.本文应用有限元法分析了电机的振动模态和结构,设计并研制了样机.样机定子的尺寸为13 mm×13 mm×30 mm,最后对电机输出特性进行了测试,最大输出力为5.2 N.     

小型杆式超声电机及其驱动电源的研究

开发了一种驱动仪表指针用的新型小型杆式超声电机,分析了电机定子等效电路参数的测量方法.为了缩小驱动电源的尺寸,根据谐振升压原理,研制了与该杆式超声电机相匹配的小型无变压器驱动电路.理论分析证明,当选择基波频率驱动、开关信号占空比为0.65时,驱动电路的工作效率最高.实验结果表明,电机的最高空载转速为520 r/min,最大输出扭矩为4.5×10-3N·m,故验证了样机及驱动电源设计方案的正确性.     

无轴承开关磁阻电机拓扑及解耦机理分析

无轴承开关 磁阻电机（Bearingless switched reluctance motor ,BSRM）是一个多变量、非线性且强 耦合的复杂系统。为提高悬浮精度和发挥电机性能,需提升悬浮电流的跟踪及斩波控制水平 ,以及实现转矩与悬浮力的解耦控制,发展结构上具有自解耦功能的新型BSRM拓扑是解决该 问题的有效手段之一。根据现有BSRM转矩与悬浮力的解耦机理和构造特点,对结构上可解耦 的BSRM拓扑进行了归纳与分类,并对每种电机的结构、运行机理及优缺点进行了解析。有别 于现有电机结构,分别提出了双凸定子齿BSRM、宽转子齿BSRM、复合结构BSRM、锥形结构BS RM等4类具有自解耦特性的新型拓扑,并衍生出了每类结构下的不同实现形式,从而进一步 拓展无轴承电机的悬浮理论与应用范围。结合每类结构自身特点,构建与之相适应的运行模 式,以实现旋转和悬浮功能的解耦,从而强化其解耦应用特色。简要分析每种电机转矩和悬 浮力在结构上自解耦的机理,并利用有限元仿真验证其可行性。     

电加工脉冲电源的闭环系统设计

针对两级结构复合脉冲(电压脉冲／电流脉冲)应用于电火花加工电源，建立了系统的大信号扰动函数和控制模型。通过对电流反馈回路中补偿网络的分析设计，较好地解决了系统的动态响应和稳定性问题。电路仿真和原理样机实验结果表明。该系统具有良好的动态特性和抗扰动性，同时也验证了电路拓扑、控制模型和闭环系统设计方法的正确性。     

H∞理论在双振动台解耦控制中的应用

研究了基于H∞控制理论的振动台解耦控制的双自由度控制器设计方法，克服了传统的基于模型逆的解耦控制系统鲁棒性能较差的缺点．根据截去振动系统高阶模态的降阶系统设计H∞控制器，引入了模型的不确定性扰动；利用H∞控制的整形技术对控制对象进行整形，提高了闭环系统的解耦性能。通过简化的4自由度渠并考虑截去第4阶模态的模型进行控制器设计，仿真结果表明在5～2000Hz频率范围内，H∞解耦控制方法不仅具有较好的解耦性能，而且能有效控制结构振动高阶模态的溢出。     

半桥三端口变换器并联控制

介绍了一种半桥三端口变换器并联系统的均流控制策略。为了实现并联系统的稳定、均流运行,要求至少对其中两个端口进行均流控制,另一个端口根据功率平衡实现自然均流。采用一种近似解耦方法,通过设置控制环路带宽和引入解耦控制变量,实现了单个变换器模块控制环路之间的近似解耦,以方便控制环路参数设计。为了实现并联系统较高的稳定度和均流度,采用平均电流均流外环、电压内环的均流控制结构,并对均流环参数进行优化设计。基于200W半桥三端口变换器模块搭建并联系统,实验结果验证了均流控制策略的正确性。     

基于连续螺旋滑模的无人机分布式编队控制

为了解决复杂环境中无人机分布式编队控制问题,考虑外界干扰影响和状态信息不完全反馈情况,对无人机设计分布式编队控制器。无人机利用自身位置反馈,基于二阶精确微分器设计状态观测器,得到无人机速度和干扰的估计值;结合自身估计信息和邻机位置、速度的估计,基于连续螺旋滑模控制方法设计编队控制器和姿态跟踪控制器;稳定性分析保证了无人机闭环系统稳定性。基于Matlab/Simulink数值仿真和软件在环实时仿真平台,验证了所设计控制算法的有效性,并演示了三维可视化仿真结果。     

混合励磁同步电机电抗计算与建模

混合励磁同步电机(Hybrid excitation synchronous machine,HESM)磁场分布往往呈现三雏特性,二雏有限元法难以适用.而三维有限元瞬态场分析的计算量巨大,进行混合励磁同步电机与控制系统外电路的闭环场路耦舍仿真目前还不现实,本文建立了切向磁钢HESM的三维有限元模型,由静磁场计算得到气隙磁通随励磁电流的变化规律.利用三雏瞬态场路耦合分析电机空载特性和外特性,由电势波形和矢量图推算不同励磁、不同负载电流下电机同步电抗值.根据电压方程建立了切向磁钢HESM的MATLAB/Simulink数学模型,仿真和实验结果验证了模型的正确性,为新型混合励磁同步电机的闭环系统仿真分析、快速计算提供了重要的分析手段.     

一种可抑制三次谐波的五相混合式步进电机空间矢量脉宽调制优化控制策略

五相混合式步进电机因其定位精度高、转矩脉动小以及转矩密度高等优点而应用愈加广泛。为进一步减小其运行噪声、提高系统整体效率,本文提出一种可抑制三次谐波的五相混合式步进电机空间矢量脉宽调制(Space vector pulse width modulation,SVPWM)优化控制策略。首先搭建了考虑互感条件下的五相混合式步进电机解耦控制数学模型。在此基础上,采用相邻两大矢量和两中矢量合成混合电压矢量的SVPWM控制策略,并给出了相应的五相混合式步进电机双闭环控制系统。本文所提的混合SVPWM算法通过利用大、中矢量在基波、三次谐波双坐标系对应关系以达到抑制三次谐波的效果,能够有效降低相电流纹波和谐波含量。最后,研制了一套基于FPGA的实验平台,对所提策略与传统滞环算法、大矢量SVPWM算法进行对比研究,重点分析了3种算法对相电流纹波和谐波含量的影响,从而验证了所提算法的正确性和优越性。     

数字双闭环瞬时值控制逆变器外特性研究

数字双闭环控制通过电流环的无差拍控制实现对负载扰动的抑制,从而提高系统的动态响应速度,但由于没有实现电压的无差拍控制,稳态精度不够理想。本文在介绍电容电流瞬时值反馈控制逆变器数字双闭环控制模型的基础上,建立了系统的闭环传递函数,并从理论上分析了影响数字双环控制逆变器外特性的因素。滤波电感参数的实际偏差和直流电压的波动对逆变器的外特性有较大影响。通过适当的参数设计和在控制器中引入直流电压的解耦控制可以解决在实际参数与控制器参数不一致时输出电压精度不高的问题。仿真和试验结果证明了理论分析的正确性,尤其是加入直流电压解耦控制明显提高了逆变器的输出稳态精度。     

基于前馈补偿的开关磁阻电机转矩脉动抑制方法研究

针对开关磁阻电机调速控制系统提出了一种基于前馈补偿的转矩脉动抑制方法。基于开关磁阻电机的机理模型设计了前馈补偿环节,前馈补偿为转矩到电流的线性变换,转矩估算表根据当前电流和转子角查表得到当前转矩,设定转矩与估算转矩之差构成转矩偏差,PID算法控制转矩偏差,与前馈补偿叠加构成总电流,经过转矩分配环节得到功率变换器的驱动信号。MATLAB仿真显示,增加前馈补偿后,系统具有更快的追踪速度和更低的转矩脉动抖动率。     

一种无人机极点区域约束系统输出反馈滤波设计

针对参数变化引起的系统不稳定情况,研究其闭环极点处于区域约束下滤波问题,提出了基于输出反馈的滤波系统设计方法。在被控系统及反馈滤波系统同时存在不确定性的情况下,以线性矩阵不等式形式给出输出反馈滤波系统的可解性条件,使其闭环系统渐近稳定,滤波误差输出对干扰的抑制性能指标小于给定上界,并把闭环系统极点配置于复平面上指定区域。运用该方法对某型警用无人飞行器纵向运动进行仿真验证,闭环系统的极点均分布在预期界限,系统趋于稳定,达到了设计目标,表明了该方法的有效性。     

12/8极无轴承开关磁阻电机定子振动特性分析

开关磁阻电机(Switched reluctance motor, SRM)由于径向磁拉力导致的振动和噪声问题阻碍了其推广应用;电机定转子偏心时出现的单边磁拉力使振动和噪声更加恶化.本文基于定子周向振动理论和无轴承开关磁阻电机(Bearingless-SRM, BSRM)的径向力特点,分析了将无轴承技术引入SRM后对不平衡径向力起到的补偿作用;给出了同时适用于SRM和BSRM的定子极径向力数学模型,建立了SRM和BSRM的系统仿真模型,分析了两种电机定子极所受的径向力.谐波分析发现:BSRM定子单边磁拉力直流分量及低次谐波含量幅值较SRM大幅减小,因而由此引起的振动和噪声小,更适合于应用在要求低噪声的领域.     

基于交交变频的静止进相器研究

阐述了异步电动机无功补偿的原理,提出了通过交交变频实现异步电动机无功功率补偿的方法。系统采用单片机控制,能够实现自动跟踪、自动补偿以达到提高电动机功率因数、降低电机定子电流、电机温升等目的。     

纵弯模态复合的两自由度直线超声电机

所研制的两自由度直线超声电机由一个圆柱形定子和一个滑板组成.通过三组压电陶瓷元件在定子上分别激励出两个互相垂直的弯振模态和一个纵振模态.任一弯振模态和纵振模态的组合,可以驱动滑板沿x或y方向作直线运动.本文从提高电机的输出性能和驱动效率出发,提出了电机设计的要点.这些要点包括工作模态的选择、模态频率的一致性、压电陶瓷元件和支承元件的位置、预压力的大小和干扰模态的影响等.