基于FPGA的直接驱动阀用音圈电机功率驱动器

音圈电机的功率驱动器对控制器运算速度要求较高,传统方法普遍采用模拟控制,但其存在调试不便、特性漂移、不易实现复杂控制算法、无法与数字控制器直接实现接口等固有缺点.介绍了基于现场可编程门阵列(FPGA,Field Programmable Gate Array)的采用全数字式控制的直接驱动阀用音圈电机功率驱动器.利用FPGA通过模块化设计,实现了产生脉宽调制(PWM,Pulse Width Modulation)信号、电流信号采样及其数字滤波、电流闭环控制以及与其它数字控制器的通讯等功能.仿真及实验结果表明:所设计的基于FPGA的音圈电机功率驱动器具有良好的电流跟踪性能,可以满足直接驱动阀系统的控制要求.FPGA的运用,大大简化了系统硬件结构,提高了系统的控制性能,且便于扩展功能以及与其它数字控制器实现接口.     

卫星反作用飞轮总线化驱动及可重构性

通过研究卫星反作用飞轮的总线化伺服驱动及其系统重构问题,构建了可靠的无刷直流电动机功率驱动主回路,研制了可以采样三相绕组电流的磁感应式传感器及泵生电压自动抑制电路。对普通的M/T测速算法进行了改进,并仅以两组相互备份的六个位置传感器完成了数字转速测量和换相控制。规划了现场总线协议,设计了总线式的全数字化飞轮力矩/速度双模式伺服驱动器的知识产权内核及系统级专用芯片,构造了冗余型可重构控制器,提出了多种重构方案以及相应的实现算法。在现场可编程门阵列工艺中最终实现了飞轮的片上伺服系统;测试结果表明,该系统在整个四象限区域内均具有良好的动态和静态运行性能。     

微重力环境中的气体质量流量控制器研究

提出了一种高可靠气体质量流量控制器设计. 介绍了该流量控制器的原理和结构. 通过比较不同的气体流量传感器和阀门, 选择了可满足空间科学实验设备可靠性要求的MEMS传感器和针阀. MEMS质量流量计的输出电压(代表实际气体流量), 经过减法电路放大和A/D采样之后, 与设定电压(代表设定的气流流量)进行比较, 差值信号输入给PID控制器, 由其输出步进电机的控制脉冲数和方向, 步进电机驱动器驱动电机调节流过针阀的气体流量, 使之与设定流量相等. 给出了利用该气体质量流量控制器控制氧气流量的实验结果. 该系统可实现流量的灵活调节, 并具备空间科学实验设备所要求的性能, 为未来在空间利用气体流量连续可调的质量流量控制计进行燃烧科学实验奠定了基础.      

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.      

基于FPGA的嵌入式步进电机恒流控制系统设计与实现

长期在轨运行的航天器需具备补加推进剂功能,补加过程通过步进电机驱动浮动连接机构实现。在保证航天器稳定运行在轨补加前提下,从简化软件设计角度出发,本文提出步进电机相电流自适应闭环控制方案,即通过比较器完成电流硬件比较,由FPGA根据比较结果对步进电机相电流进行恒流斩波,以控制步进电机相电流误差不大于10%,从而保证浮动连接机构平稳运行。为验证步进电机相电流控制效果,通过仿真和实验的方法进行测试,测试结果表明,基于FPGA恒流斩波的闭环控制方式可以有效地将步进电机相电流误差限定在10%范围内。     

一种适用于星载太阳翼的驱动控制器设计

为了实现星载太阳翼稳定、可靠、高精度的调速控制,本文设计一种基于FPGA的驱动控制器,通过RS-422异步通信串口接收指令,自主进行速度规划,并结合采集的零位信号进行位置闭环控制,以细分驱动的方式对两路太阳翼进行同步或独立控制.该驱动控制器使用VHDL语言设计,在Modelsim软件中进行仿真,并使用航天级FPGA通过LMD18200H桥驱动芯片连接至步进电机,对星载太阳翼进行调速、归零和停止控制.仿真和实验结果表明,该设计可以准确、稳定的控制步进电机,在64细分、100∶1减速比的条件下,低速段的速度相对误差在0. 006(°)/s之内,高速段的速度误差在±0. 13%之间.     

复合式余度机电作动系统容错控制与性能分析

研究了一种应用于未来多电飞机的复合式余度机电作动系统,它由2台双绕组无刷直流电动机组成,形成4个电气控制通道和2个电动机控制通道的余度结构,具有"单故障工作、双故障安全"的容错能力.分析了容错工作状态下电动机和逆变器的损耗、减速器的力矩纷争等性能,提出了在"单故障工作"时应采用电动机功率损耗均衡控制方法以获得最佳的综合性能,同时分析了"双故障安全"时系统的输出能力,并通过仿真分析和比较了各种状态下系统的跟踪性能,最后给出一组容错运行状态下电动机的温升试验数据.      

功率级无刷直流电动机四象限运行模拟器设计

针对无刷直流电动机（BLDCM）驱动控制器在研发过程中全工况测试困难、测试成本高和研发周期长的问题，提出了一种采用分区间采样和解算方法的、具有四象限运行能力的功率级（PHIL）无刷直流电动机模拟器，替代实物电动机和机械负载装置完成对两两导通控制方式下无刷直流电动机驱动控制器的各项性能测试与可靠性试验。该模拟器由实时仿真器、电动机模拟变换器和多级式双向变换器3部分组成，实时仿真器负责采集被测电动机驱动控制器输出的PWM电压，实时解算电动机模型得到三相电流指令，控制电动机模拟变换器生成三相电流，多级式双向变换器负责维持模拟器输入、输出间的能量平衡关系，从而实现对四象限运行时无刷直流电动机的功率级模拟。实验结果表明:所提出的功率级无刷直流电动机模拟器模拟精度高、实时性好、测试灵活，能够有效替代实物电动机和机械负载装置，满足电动机驱动控制器的测试需求。      

深层月壤钻取冗余绕组电机控制方法

针对深层月壤载荷复杂多变难以稳定可靠钻进取样的问题,为实现对螺旋钻具低速大扭矩启动和高速切削排土的回转驱动控制,采用冗余双备份绕组直流无刷电机作为螺旋钻具的驱动源,建立了双绕组直流无刷电机转矩与转速数学模型,设计了一种可适应双绕组同步工作的驱动电路拓扑结构方案,进行了仿真分析并结合样机开展了控制性能实验研究.结果表明,...     

空间大载荷石蜡驱动器研制

石蜡驱动器是当前空间非火工驱动器技术领域的研究热点,现有的空间石蜡驱动器主要采用弹性鞘挤压原理,具有摩擦力大、驱动力小等问题。本文针对这些问题,发展了活塞式空间大载荷石蜡驱动器,该驱动器通过活塞结构有效增大了石蜡液压对驱动杆的作用面积,大幅提高了驱动力;通过双层密封设计和复位弹簧设计,确保了驱动器的密封及复位性能。为了验证该方案,完成了原理样机的制造,开展了摩擦力测试、功能测试、寿命测试等试验。结果表明,采用载荷范围为85~165 N的复位弹簧能推动活塞克服系统摩擦力进行复位,保证了驱动器的自动复位功能;在额定功率40 W(额定电压12 V)下,驱动器的输出位移为6.9 mm,响应时间为20 min,驱动力超过300 N。寿命试验表明,该驱动器寿命超过100次,多次输出位移稳定性好(7 mm左右波动);驱动器密封性能优秀,经历100次作动后,未发现石蜡泄漏。     

150kV逆变电源性能优化及其束源特性

为了进一步提高电子束流发生系统工作的可靠性和稳定性,提高电子束加工质量,采用AC-DC-AC-DC-AC-DC的拓扑电路、新型功率变压器、高压脉冲检测技术、优化的束流反馈控制与灯丝加热电流闭环反馈控制技术等,分别优化了高压加速电源、偏压电源与灯丝加热电源。将所研制逆变电源与150 k V/30 k W电子枪、真空系统等组成了一套电子束流发生系统,测试了该电子束流发生系统输出的高压、最大束流以及灯丝加热电流、偏压变化对束流输出的影响。试验结果表明:经过优化的逆变电源高压输出达到-150 k V,高压输出线性度较好,最大束流达到200 m A;高压、灯丝加热电流给定时,随着偏压降低,束流输出逐渐增大;高压、偏压给定时,随着灯丝加热电流增大,束流输出存在死区、线性增大区和恒流区。     

一种基于APFC的大功率LED驱动电路的研究

研究了一种基于Boost原理的大功率LED驱动电路,采用有源功率因数校正（APFC）技术,选择平均电流控制法控制电路,一个电流环和一个电压环组成双闭环控制系统,使输入电流跟踪输入电压,以实现功率因数校正及降低输入端总谐波畸变的目的。基于PSIM软件进行仿真研究,得到了理想的效果,验证了该LED驱动电路的可行性。     

新型电子束焊机高压电源的设计与实现

传统的电子束焊机高压电源电路结构复杂、体积庞大,为此研发了一种新型60 kV/100 mA逆变式电子束焊机高压电源,电路结构简单、电压输出稳定。电源调压电路采用脉宽调制(PWM)技术控制的全桥变换器,使三相整流后的约540 V电压转化为0~500 V幅值可调的稳压直流电,然后经全桥逆变电路逆变为频率为20 kHz方波交流电;升压电路采用变压器串联与倍压整流的方式,将前级20 kHz方波交流电转变为60 kV的直流高压;控制电路采用基于比例积分微分(PID)调节的电压双闭环控制策略,能够使电源实现稳定的高压输出。搭建了高压测试平台对所研制的高压电源进行了测试,结果表明电源高压输出稳定、控制精度高,高压输出纹波与稳定度均能稳定在1%范围内,能够满足电子束焊机的要求。     

用一般脉宽调制器构造的变频式脉宽调制器

提出为直流变换器增加一个控制变量的概念,以弥补现行直流变换器只有一个调节变量引起的一些缺陷.本文选定的控制变量是直流变换器的运行频率f,将它与一次电源电压V联系起来,使f随V上升按预设的规律下降,以解决直流变换器以固定频率运行时这种情况下出现的许多问题,如开关管发热加剧等.实现这一设想的主要问题是将一般脉宽调制器构造成变频式脉宽调制器.现以脉宽调制器1842/3/4/5(简记为184X)和1842A/3A/4A/5A(简记为184XA)为例,给出了将它构造成变频式脉宽调制器的方法,示出了可实现的变频特性.设计了两个将一次电源电压转换为变频式脉宽调制器输入电压的线性转换电路,推导了计算这些电路中各元件参数的表达式.实验结果与设计一致.     

基于PWM_ON_PWM调制方式的控制力矩陀螺框架电机驱动控制

控制力矩陀螺框架电机驱动电路采用的脉宽调制方式不同,所产生的电机转矩脉动也会不同.针对无刷直流电机驱动的控制力矩陀螺框架系统,从换相期间转矩脉动、非换相期间转矩脉动及脉宽调制方式的应用改进3个方面对不同脉宽调制方式进行分析,得出采用PWM_ON_PWM方式的转矩脉动最小,适用于控制力矩陀螺框架系统的高精度控制要求.通过仿真验证了分析的正确性.     

一种脉宽调制式舵系统舵机模拟器设计方法

针对脉宽调制式舵系统放大器电性能高效测试的问题,提出一种基于移相脉冲计数的舵机模拟器设计方法。该模拟器硬件由电平转换单元、PWM占空比采集单元、数字PID控制单元和DAC单元四部分组成,软件主要采用移相脉冲计数法和数字PID控制算法,实现了真实舵机电性能的替代。同时由单通道扩展的多通道模拟器的应用,能够大幅节约舵机放置空间,缩短研制周期,在短时间内实现脉宽调制式放大器电性能大批量测试的目的。试验结果表明,该舵机模拟器能够模拟真实电动舵机的电性能特性,系统具有实时性好、测试效率高、操作性好的优点,及较高的应用价值。     

CMOS电路瞬态电流测试及其解析模型研究

CMOS电路瞬态电流（IDDT）测试技术,在超高速高可靠芯片故障诊断领域有着良好的应用前景。由于芯片的集成度和工作速度越来越高,IDDT迅速增长,降低了其性能和可靠性,研究IDDT快速准确计算方法具有较强的应用需求。介绍了CMOS电路IDDT测试技术的发展及其基本原理和方法,深人分析了CMOS电路电流成份和特性,利用PSPICE及MOSFET仿真模型,建立了具有较高精度的瞬态电流解析模型。提出撬杠电流（“crow—bar”）相对于电容充电电流,在高速下不仅不小,甚至可能更大,在电流分析时不可忽略。     

高速开关阀的复合PWM控制策略分析与优化

针对单一PWM控制的高速开关阀（HSV）存在响应慢和功耗大的问题,从信号产生机理出发,提出了一种复合PWM控制策略,该复合PWM由基准PWM、激励PWM、高频PWM及反向PWM组成。首先,给出复合PWM的作用机制与工作原理;其次,通过仿真分析了激励PWM、高频PWM及反向PWM的占空比在不同工况下对高速开关阀性能的影响规律;最后,分别为激励PWM、高频PWM及反向PWM的占空比设计了相应的基于状态量反馈的闭环控制器。结果表明:与单一PWM控制相比,所提出的复合PWM控制器可以有效减少线圈的功耗和阀芯的关闭时间,线圈电流在阀芯最大开口维持阶段降低约80%,阀芯关闭时间减少约62.5%。      

便携式太阳电池特性参数获取系统

为了快速以及准确地获取太阳电池的特性参数（包括光生电流、反向饱和电流、二极管理想因子、串联电阻、并联电阻、短路电流、开路电压、最大输出功率、最佳工作电压、最佳工作电流和填充因子等11个参数）,研制了一套由太阳模拟器模块、控制及处理模块、电子负载模块、信号采集模块、按键模块和显示模块6个部分构成的测试系统.该系统的主要特点在于,依次采用程控恒流型和恒压型电子负载以及变频采样技术,实现太阳电池电流与电压信号高精度测量;集成太阳电池参数解析提取算法进入数字信号处理芯片,实现便携式提取电池光生电流等参数.对不同光强下单晶硅太阳电池的测量以及数据拟合,获取了11个特性参数;并得到拟合曲线中电流最大均方误差小于0.006 A,证实参数获取是正确的.      

单片机控制无刷直流电动机速度伺服系统

介绍了一种稀土永磁无刷直流方波电动机速度伺服系统，该系统以８０９８单片机为核心，外加ＧＡＬ芯片构成控制器，主回路开关器件采用ＩＧＢＴ，用ＥＸＢ８４０驱动，组成功率变换电路，实现了ＰＷＭ波单极半调制方式的电机伺服控制。