高速开关阀PWM控制电路的开发

高速开关阀是电液伺服机构的惯性环节,伺服机构的品质依赖于阀的动态特性,因此阀的响应快速性很重要。提高高速开关阀的快速性,驱动电路是一个重要方面。采用2051单片机,设计了一种新型的PWM信号发生器,并开发了上下限保护电路,使其快速性得到了进一步的提高。     

燃油电磁阀电磁铁的环境温度影响特性仿真

为研究环境温度对燃油电磁阀电磁铁驱动性能的影响,基于电磁阀工作原理和执行机构作动特性等关系,建立了热环境下电磁阀的数学模型,通过温度与磁场特性分析确定了对温度最敏感的关键功能部件为电磁线圈。利用有限元软件Ansoft Maxwell对由线圈和衔铁构成的电-机械转换器进行了数值模拟,得到了不同环境温度下电磁铁磁感应强度分布及系统关键响应指标,研究了阀启闭过程的静态和动态特性。分析了在额定工作状态下环境温度对电磁铁磁场分布和响应特性的影响,获得了不同环境温度下的线圈电流、电磁力、衔铁速度及位移的变化和响应规律。结果表明：环境温度升高引起线圈材料电阻变大,进而导致线圈电流和电磁力减小,最终缩短了电磁阀启闭时间,也易导致在同样驱动电压下电磁阀无法开启。     

混合型逆变器的空间矢量调制策略优化

高速永磁同步电机驱动系统具有电磁时间常数小、高速区载波比低的特征,加剧了电流纹波,影响系统效率、振动噪声和电磁干扰。为降低高速永磁同步电机的电流纹波,基于SiC-MOSFET/Si-IGBT混合型逆变器设计了一种改进型低损耗空间矢量调制算法。首先,通过调整零电压矢量的生成方式和各功率器件的开关动作时序,将大部分开关动作转移至低损耗的SiC-MOSFET中,并为高损耗的Si-IGBT提供零电压开关条件,降低了逆变器损耗,提高了驱动系统的效率和可用开关频率,逆变器开关频率的提高有效降低了电机电流纹波。其次,对该算法作用时的电流纹波特性进行深入分析,在此基础上提出一种变开关频率模式的最优交轴电流纹波峰值调制算法以优化交轴电流纹波性能。然后,根据预测的交轴电流纹波峰值实时调整载波频率,通过削峰填谷的方式对交轴电流纹波进行平均,在不增加开关损耗的条件下,分散开关能量、降低转矩脉动、改善振动噪声和电磁兼容性能。所提方案的优势在于：较于传统型逆变器,逆变器开关损耗降低、效率提高,可进一步提升开关频率以改善电流纹波;较于传统空间矢量调制算法,改进了电压矢量的生成方式,并利用载波频率这一新增自由度分散能量,降低了交轴电流纹波。最后,通过仿真与实验对所提出算法的有效性进行了验证。     

轴流压气机中喘振和旋转失速的数值模拟

基于轴流压气机逐级过失速特性，建立了多级轴流压气机过失速瞬态，包括喘振或旋转失速的分析模型。发展了分析轴流压气机过失速响应的动态滞后方法，并确定了压气机过失速响应的统一时间滞后常数。对一实验轴流压气机的过失速瞬态进行了数值模拟，与实验结果的一致性较好。     

面向航空仿真激励的气压调控系统研究

针对航空电子设备研制过程中所需要的动态压力模拟装置,提出了一种基于双高速开关阀的新型混合气压控制策略及系统。在这种新型混合控制策略中,从优化高速开关阀调制的角度,提出了一种错时调制(Time Interlaced Modulation,TIM)气压调控新方法,以代替传统的脉宽调制(Pulse Width Modulation, PWM)方法。在此基础上,还设计了七模式切换方法来保证合理的开关阀切换时序。同时,采用滑模控制器代替传统的PID控制器,解决气动伺服系统强非线性问题。通过实物试验,证明在采用该混合控制策略后,能够实现最低1.2%超调量的阶跃响应控制,并能够快速跟踪0.25Hz频率的正弦信号。     

盘型磁流变流体阻尼器悬臂转子系统响应时间测试

在不同的磁流变流体、激励方式、转子转速以及磁场强度情况下系统地测量了盘型磁流变流体阻尼器悬臂转子系统的响应时间。结果发现转子系统的响应时间由初始响应时间、快速响应时间和慢变响应时间3部分组成。转子系统的初始响应时间一般小于100ms,快速响应时间一般在50～400ms的范围内,两者均不可能为几个毫秒。初始响应时间及快速响应时间不仅与磁场强度、磁流变流体的组分和转子转速有关,而且还与激励方式有关。突加电流过程中的响应时间比去掉电流过程中的响应时间短。无论是在突加电流还是在去掉电流的过程中,都存在着一个由磁化或去磁过程引起的初始滞后时间。      

高速开关阀控电液位置伺服系统自适应鲁棒控制

为研究高精度的液压缸位置跟踪控制问题,设计了高速开关阀和换向阀组合控制液压缸的结构方案,并通过实验分析了高速开关阀的静态流量特性。建立了液压缸的连续可微摩擦模型,利用粒子群优化算法对其参数进行辨识。建立了系统的非线性数学模型,基于非连续参数映射和反步法设计了直接自适应鲁棒控制器,通过参数在线自适应调节来更新估计值和鲁棒反馈项支配参数不确定性,实验结果表明:在跟踪幅值为5mm,频率为0.4Hz的正弦信号时,最后一个周期的最大跟踪误差、平均跟踪误差及其标准差分别为0.638、0.25mm和0.405mm,与传统PID控制器相比,控制精度显著提升,旨在为实现高精度的数字阀控位置伺服技术提供有价值的参考。      

运载火箭火工品点火电路瞬态干扰测量及研究

运载火箭在飞行过程中会用到几十乃至数百火工品,火工品点火时的瞬态电流会对临近设备/线缆造成影响。结合运载火箭地面点火试验流程,提出了点火电路上瞬态电流的测量方法。通过对两类火工品点火电路及邻近电缆上电流的多次测量,得到火工品点火时刻的瞬态干扰波形,将实测瞬态干扰波形注入仿真软件作为激励,发现两类火工品的瞬态干扰均在低频时产生辐射,在一定频率范围内辐射场强随着频率增大而减小,导爆索的最大辐射场强大于爆炸螺栓;分析了瞬态干扰在邻近线缆的串扰响应,发现随着负载电阻的增大串扰电流越来越小。     

基于能量回收原理的高速电磁阀仿真与试验研究

为了解决螺线管电磁阀开启响应和关闭响应难以同步提高的问题,提出一种基于能量回收原理的高速电磁阀,通过特殊的高刚度回复片弹簧及其与衔铁顶杆的微小间隙设计,实现了密封力与回复力的解耦,在不影响开启过程的情况下将衔铁动能转化为加速关闭的弹性势能。在分析了高速电磁阀工作原理基础上,利用Ansoft Maxwell软件对其瞬态特性进行了仿真分析,并对不同结构参数电磁阀的开关响应特性进行了对比试验研究。试验结果表明,高刚度回复弹簧及其间隙δ的存在将高速电磁阀的关闭时间缩短了6ms左右,而开启时间仅延长了0.3ms,开关时间均可控制在5ms以内并且具有100万次以上的开关寿命。     

无轴承开关磁阻电机平均悬浮力控制策略

 无轴承开关磁阻电机是一个复杂的非线性系统,因此其控制策略的研究非常重要。高速时由于反电势的增加,使悬浮绕组开通时刻电流难以跟踪,导致瞬时悬浮力难以控制,因此有必要研究基于平均悬浮力和平均转矩的无轴承开关磁阻电机控制策略。根据无轴承开关磁阻电机的悬浮原理和数学模型,设计平均悬浮力和平均转矩的控制策略。主绕组电流和悬浮绕组电流均采用方波控制。推导了平均悬浮力与绕组电流之间的关系,以及主绕组电流和悬浮绕组电流的计算公式。给出了超前角和绕组电流的计算流程。针对12/8结构的无轴承开关磁阻电机,设计了以数字信号处理器TMS320C2812为核心的控制系统。通过实验给出了绕组电流波形和转子位移波形。实验结果显示了电机的稳定悬浮,验证了此控制策略的可行性。     

MD-82客梯门驱动电机的故障诊断及分析

MD-82客机客舱门驱动器电机是发生故障率较高的一个部件,剖析了电机的电磁结构及绕组的联接形式,给出了电机的电路原理图,分析了当电机运行时容易发生故障的部位,并指出最容易被烧毁的部位是制动器绕组。从理论上对于制动器为什么容易烧毁做了较全面的论述,并给出了测定磁钢失磁的基本方法。     

电动气阀动态特性及反力因素的影响

建立了电动气阀吸动过程的数学模型并进行了动态特性的数值计算，详细分析了反力因素对电动气阀动态特性的影响。计算结果表明：该阀的衔铁在被触动后能很快地吸到最小气隙处；适当地减小压缩气的入口压力和弹簧预紧力有利于提高电动气阀的响应能力，有利于延长电动气阀的使用寿命。     

多循环脉冲爆震发动机工作过程中的延迟时间研究

为了提高两相脉冲爆震发动机(PDE)工作的协调性, 运用离子传感器、动态压力传感器, 对爆震燃烧的几个延迟时间以及供油电磁阀工作性能进行研究.研究表明:以汽油为燃料、空气为氧化剂的气动阀式PDE, 点火延迟时间为3.0-4.5 ms, 气动阀关闭滞后点火信号发出4.9-6.4 ms, 供油电磁阀开、关延迟分别为2.4ms和3.4 ms左右.缓燃向爆震转捩时间为3.0-3.8 ms.PDE工作频率大于20 Hz时, 电磁阀不能按设定时间工作.研究成果对PDE工作过程的协调及有效控制具有参考价值.      

基于自适应模拟退火算法的航空电磁阀优化研究

电磁阀是组成航空发动机数字电子控制系统的重要部件,其响应的快速性是制约航空发动机数字电子控制系统性能的重要因素。根据某型航空电磁阀的设计原理构建了一种电磁阀数学模型,并使用设计参数及实际的试验、试车数据对所建成的航空电磁阀数学模型进行了验证。验证结果显示,所设计的电磁阀数学模型具有较高的动静态的精度,在此基础上,设计了一种基于自适应模拟退火算法的航空电磁阀优化方法,并对电磁阀的线圈匝数、阀芯质量、工作气隙的宽度和模型管直径等4个重要参数进行了优化。研究结果证实,相比于原设计方案,参数优化后的电磁阀开启响应时间缩短了50%,关闭响应时间缩短了45.4%。     

基于直动电磁阀的气压控制系统仿真研究

基于直动电磁阀的气压控制是结构最为简单的控制系统,为确保其具有稳定、快速的控制输出,应考虑气容延时环节和电磁阀增益等影响因素。文章首先介绍了基于电磁阀的自动气压控制系统结构,分析了系统工作过程;然后在对各功能部件进行理论简化的基础上,给出系统数学模型;其次建立了基于连续系统的仿真结构,就延时环节、电磁阀增益、气源压力等影响因素进行了仿真分析。仿真结果表明,这种简单控制系统仅适用于小容积、低速、低精度气压控制系统,并需要在系统响应快速性和稳定性间进行取舍。     

High-efficiency aircraft antiskid brake control algorithm via runway condition identification based on an on-off valve array

The aircraft antiskid braking system is an important hydraulic system for preventing tire bursts and ensuring safe take-off and landing. The brake system adjusts the force applied on the brake discs by controlling the brake pressure. Traditional aircraft antiskid braking systems achieve antiskid performance by controlling the braking pressure with an electrohydraulic servo valve. Because the pilot stage of an electrohydraulic servo valve is easily blocked by carbonized hydraulic oil, the servo valve would become a dangerous weak point for aircraft safety. This paper proposes a new approach that uses an on-off valve array to replace the servo valve for pressure control. Based on this new pressure control component, an efficient antiskid control algorithm that can utilize this discontinuous feature is proposed. Furthermore, the algorithm has the ability to identify the runway circumstances. To overcome the discontinuity in the process of using an on-off valve array, the Filippov framework is introduced. The conditions of convergence of the system are also discussed. The results of the digital simulations and the hardware-in-the-loop (HIL) braking experiments are used to verify the efficiency and stability of the proposed control algorithm. The method also proves that the on-off valve array can replace the servo valve perfectly as a new type of antiskid braking pressure control component.     

高速电磁阀响应特性的研究

为实现电磁阀的高速响应的要求,提出了自行设计基于电容放电的驱动电路,通过仿真研究,确定驱动电路参数的取值范围。对电磁阀线圈结构参数对响应特性的影响进行了仿真与试验研究,仿真和试验结果的比较表明设计电磁阀具有较好的动态响应特性。     

AMESim仿真技术在高速电磁阀中的应用

以某型航空发动机电子控制系统中的高速电磁阀为研究对象,针对建模仿真问题进行了研究.分析了高速电磁阀工作原理,运用AMESim建模仿真平台,建立了高速电磁阀较为精确的数学模型,并对所建模型的占空比-流量特性进行仿真分析,与该型电磁阀试验数据进行比较,分析所建数学模型的精度及准确性.仿真结果表明:所建高速电磁阀数学模型的占空比-流量特性误差保持在8%以内,能够满足产品所规定的精度要求.      

九开关变换器驱动六相电机的载波调制PWM控制

针对九开关变换器驱动六相永磁同步电机系统的断相运行状态,研究了一种基于有效作用时间的载波调制PWM控制方法。给出了九开关变换器及基于有效作用时间的载波调制PWM控制的基本原理,建立了正常情况下六相PMSM的数学模型,根据单相和两相断路后电机相应的约束条件,采用空间解耦变换矩阵,分别建立了单相断路和两相断路后的电机数学模型,在Matlab/Simulink中进行了仿真实验,验证了所提控制方法的可行性。     

A seventh-order model for dynamic response of an electro-hydraulic servo valve

In this paper, taking two degrees of freedom on the armature–flapper assembly into account, a seventh-order model is deduced and proposed for the dynamic response of a two-stage electro-hydraulic servo valve from nonlinear equations. These deductions are based on fundamental laws of electromagnetism, fluid, and general mechanics. The coefficients of the proposed seventhorder model are derived in terms of servo valve physical parameters and fluid properties explicitly.For validating the results of the proposed model, an AMESim simulation model based on physical laws and the existing low-order models validated by other researchers through experiments are used to compare with the seventh-order model. The results show that the seventh-order model can reflect the physical behavior of the servo valve more explicitly than the existing low-order models and it could provide guidance more easily for a linear control design approach and sensitivity analysis than the AMESim simulation model.