采用定子电流与扰动观测的永磁同步电机改进预测电流控制

提出了一种采用定子电流和扰动观测补偿的改进预测电流控制(PCC)算法。理论上永磁同步电机PCC具有优异的控制性能,但现实系统中离散采样延时与电磁参数时变等问题使得原理上基于模型的预测电流控制器的控制品质严重恶化。设计了龙伯格(Luenberger)状态观测器实现对定子电流与参数扰动的观测,并应用于补偿和改进经典的无差拍预测电流控制器。将观测到的当前时刻的定子电流替代当前时刻的采样电流用于反馈控制,以补偿采样延时;运行过程中电磁参数的变化使得模型参数失配,其影响以电压扰动的形式被观测出来,并补偿到预测控制输出的电压指令中。仿真和试验结果验证了所提方法的有效性。     

基于无刷直流电机的电动车控制器研究与设计

传统的电动车用无刷直流电机(BLDCM)控制器功率逆变电路,为实时检测相电流,通过电阻进行相电流采样并反馈给微控制单元(MCU)进行电流环闭环控制,然而,在功率较大的控制器电路应用中,大电流会导致功率损耗增加。为解决这一问题,以STM32系列微型单片机为核心,设计了一套电动车控制器控制电路。重点阐述BLDCM硬件控制。为改进电源短路保护电路,提出了一种新型的MOS管内阻采样方法,并制作铝基板PCB。测试结果表明:该控制电路测控性能稳定,能够应用于工业生产中。     

电动舵机中的电流环分析及校正

以电动舵机中电流控制问题为研究对象,通过对直流电机电流数学建模及频域分析,阐述了常规电流环控制器校正后的电流频率响应特性。针对电流负反馈容易引入测量噪声、采样延时带来不稳定等问题,提出呆用陷波滤波器串联校正电流的频率特性,并给出了滤波器参数设计方法。分别对串联校正和电流负反馈控制进行了实验验证,结果表明采用陷波滤波器串联校正能够抑制峰值电流,与电流环比例控制效果接近,其实现简单、稳定性好。     

基于输入电流连续型开关升压变换器的永磁同步电机预测电流控制方法的研究

针对传统永磁同步电机(PMSM)驱动系统存在的问题,应用一种连续型开关升压逆变器,通过应用预测控制方法提高PMSM控制性能。拓扑电路在逆变电路和输入直流电源之间加入一个开关升压电路,以达到提高系统电压增益和消除死区的目的,同时可使系统具有更高的可靠性。此外,采用预测电流控制(PCC)方法对PMSM进行控制,与传统的矢量控制技术相比,PCC具有更快的动态响应,并减少了电流脉动。最终,通过试验验证了基于开关升压变换器的PMSM PCC的可行性。     

基于LabVIEW的脉冲大电流测试系统

基于图形化编程语言Lab VIEW,采用高速采样算法,搭建了脉冲大电流测试系统。系统主要通过程序控制数字多用表等仪器对同轴分流器上脉冲电压的参数进行数据采样,计算得到脉冲大电流具体参数。该系统同时考虑了采样时延、采样速率等因素,降低了测量不确定度。经实验验证,本测试系统可靠性强,测量准确度高。     

一种新的基于可解释性置信规则库的飞轮健康状态评估模型

飞轮系统的稳定运行对于航天器在轨安全影响重大，因而对飞轮系统进行健康状态评估至关重要。在进行飞轮系统健康状态评估建模时，不仅要求模型能够处理各种不确定性以保障评估结果的准确性，同时要求其具有透明合理的评估过程与可解释、可追溯的评估结果。因此，在深入研究置信规则库（BRB）建模方法的基础上，构建了一种新的基于可解释性建模的置信规则库（BRB-e）飞轮系统健康状态评估模型。首先，结合飞轮系统特征对模型的可解释性建模准则进行定义；在此基础上，设计了BRB-e评估模型的推理过程；然后，基于鲸鱼优化算法（WOA），提出了一种具有可解释性约束的BRBBRB-ee模型参数优化方法；最后，通过对某飞轮系统中轴承组件的评估案例研究，验证了模型在飞轮系统健康状态评估中的有效性。对比研究表明，BRBBRB-ee模型在评估结果准确性和评估过程可解释性方面具有一定的优势。     

基于近似模型的变循环发动机稳态性能分析及优化

针对变循环发动机可调节变量多的特点,基于变循环发动机稳态性能计算结果,提出了通过构建和利用近似模型对稳态性能进行分析、优化的研究方法,同时还建立了优化求解程序。以超声速巡航工况稳态性能的分析及优化为例,解析了主要变几何部件调节对推力和耗油率的影响,获得了满足优化条件的性能方案。与传统大范围变几何部件参数研究方法对比验证表明,该方法在提高设计效率方面作用显著。为变循环发动机性能分析及控制规律设计提供了一种研究方法。     

单相PWM整流电路控制方法及仿真分析

分析单相PWM整流电路的结构、工作原理和控制方法,通过选择适当的工作模式和工作时序,可使PWM整流电路输出直流电压稳定。将正弦脉宽调制技术应用于PWM整流电路,使其交流侧输入电流非常接近正弦波,且与输入电压同相位。同时调节交流侧电流的大小和相位,使能量在交流侧和直流侧双向流动。在建立基于Simu-link7.6的仿真模型基础上,通过分析PWM整流电路各处电压、电流波形,验证其控制方法及仿真设计的正确性。     

基于阻力矩测量方法的高速磁悬浮飞轮损耗分析与优化

磁悬浮惯性执行机构是空间飞行器姿控系统的关键执行机构,为了准确获得高速磁悬浮飞轮的能耗影响因素,对飞轮结构进行优化设计.首先分析了旋转磁通条件下磁性材料的铜损耗、磁滞损耗和涡流损耗,提出采用电机阻力矩测量方法间接测量磁悬浮飞轮内部的能量损耗,通过实际测量飞轮降速曲线和理论计算得到飞轮阻力矩,测量不同结构形式和基座材质下飞轮的阻力矩,并比较了飞轮能耗.实验结果表明,在满足飞轮其他性能情况下,增加电机定转子轴向间距、添加电机隔磁环、改变电机定子及磁轴承基座材料可以降低飞轮阻力矩.优化后的飞轮阻力矩由原来的28.7mN·m降低至21.5mN·m,能耗降低25％以上.     

基于6/8开关磁链永磁电机不同约束条件下的优化设计比较

比较研究了开关磁链永磁电机(SFPMM)在不同约束条件下的优化设计。以6/8 SFPMM为例,通过对电机参数的敏感度进行分析,将电机的参数进行逐一优化。比较了其在固定定子铜耗、固定电流、固定电流密度等不同约束条件下以及不同负载约束条件下的优化结果。通过对优化结果的转矩性能、永磁体体积、损耗和运行效率等进行评价和对比,得出该类电机优化设计中约束条件的选择方法。     

高分辨率模数转换电路的设计及误差分析

随着惯性技术的发展,传统的电流频率(I/F）转换电路已经不能满足惯性系统的需要。在传统的I/F转换电路的基础上结合A/D采样芯片,用来对积分器残余电荷进行采样,以得到一种高分辨率模数(I/F+A/D）转换电路。介绍了转换电路的工作原理,分析了电路的原理性误差。经仿真分析及实验验证,与传统的I/F转换电路相比,该电路具有更高的满度输出频率、更大的标度因数以及更好的线性度。输入小信号对电路进行测试,测试结果表明该电路对小信号更加灵敏,具有更高的分辨率。     

独立励磁直流发电系统优化控制方法比较

传统的电压环比例积分（PI）控制无法兼顾直流（DC）发电系统的稳态和动态性能，一种电容能量平衡控制（CEC）方法被提出用以提升独立励磁直流发电系统的动态性能，CEC外环仍然采用PI控制。提出一种基于负载反馈的广义预测控制（GPC）方法，与PI控制框架下的电容能量控制方法进行比较研究。从原理上分析了CEC与GPC方法的特点，指出CEC方法的高比例增益能够加速系统动态响应，但外环的积分环节与负载电流反馈相冲突，会影响系统的电压稳态精度。分别构建CEC与GPC方法下的系统传递函数，从抗负载电流扰动的角度进行控制参数优化设计，并进行仿真验证，讨论了电容参数失配对2种控制方法的影响。最后，通过对比实验验证了本文对2种优化控制方法分析的正确性。实验结果表明：优化控制参数后的GPC与CEC方法在动态性能上优于传统的电压环PI控制，且相较于CEC,GPC拥有更强的鲁棒性。     

基于无差拍预测控制和扰动观测器的永磁同步电机电流控制

永磁同步电机(PMSM)转速或转矩驱动系统都要求具有良好的电流控制性能,因此对电流环的控制至关重要。为了提高电流的动态性能和鲁棒性,基于无差拍预测控制和扰动观测器提出了一种新的PMSM电流控制方法。利用预测控制动态性能好,易于数字实现等优点,基于无差拍原理设计了预测电流控制器,但该方法对电机模型及参数依赖较大。针对实际应用中由于建模误差及参数变化等产生的扰动,设计了一种简单的扰动观测器,并用于电流环的前馈补偿控制,有效地提高了系统的鲁棒性。基于dSPACE平台完成了试验验证。试验结果表明:所提出的电流控制方法能实现电流的快速跟踪控制,而且具有较强的鲁棒性。     

利用飞轮的航天器姿态跟踪与能量存储

研究航天器集成能量与姿态控制系统中飞轮的控制律。系统中飞轮是姿态控制的执行机构,同时也是储能装置。首先利用Lyapunov方法设计了航天器姿态跟踪的反馈控制律,然后研究一种力矩形式的飞轮控制律。利用奇异值分解方法把飞轮组的控制力矩向量分解为3部分相互正交的力矩向量,一部分用来提供姿态控制力矩,一部分用来以给定的功率储能,另一部分完成轮速平衡以避免由于各飞轮轮速差异过大引起的飞轮饱和。提出了一种基于动能反馈的储能功率规划方案来保证系统的能量平衡,可以避免由于过剩能量引起的飞轮饱和。数值仿真结果验证了控制方案的有效性。     

电流积分器对I/F转换性能的影响分析

本文介绍了带分流结构的电流/频率转换电路和电流积分器的工作原理,推导了电流积分器的误差,并分析了运放的几个关键参数对l/F电路性能的影响.通过理论推导和实验对比,得出了I/F电路设计时电流积分器电路选择运算放大器的参考依据,并对带分流结构的I/F电路作出了改进.     

等离子喷涂参数对热障涂层热冲击性能的影响

介绍了ZrO2热障涂层的等离子喷涂工艺及热冲击性能试验,通过不同工艺参数下的等离子喷涂工艺试验、金相分析、热冲击试验及扫描电子显微镜形貌分析,论述了喷涂电流及等离子气体流量对涂层热冲击性能的影响和试验结果对等离子喷涂ZrO2热障涂层的参数优化的重要意义。     

功率MOSFET并联主动均流设计与仿真

功率MOSFET并联在低压大电流领域是一种常见而且有效的解决方案。但是,由于MOSFET器件参数、回路寄生参数以及栅极驱动参数的差异性等因素,功率MOSFET器件并联时常常出现电流不均衡现象。通过Multisim 仿真,分析了MOSFET器件参数因素以及外围电路特性对并联支路静态和动态电流的影响;根据法拉第电磁感应定律以及磁通约束原理,采用耦合电感的均流方法,在并联的各支路中串入共磁芯耦合线圈,实现了各并联支路的电流平衡;然后,通过建立耦合电感的电路以及数学模型,揭示了串入耦合电感实现均流的数学原理。最后,通过仿真验证了串入耦合电感实现并联功率MOSFET均流方法的有效性与可行性。     

飞轮储能用磁悬浮开关磁阻电机多目标优化设计

研究了一种基于遗传粒子群综合算法(GPSOA)的飞轮储能(FES)用的单绕组磁悬浮开关磁阻电机(SWBSRM)多目标优化设计方案。结合有限元分析(FEA),通过敏感性分析得到SWBSRM悬浮力与效率随主要尺寸参数变化的一般规律。在此基础上,利用GPSOA以悬浮力和效率为目标函数对SWBSRM进行了全局寻优,获得使悬浮力最大和效率最高的参数优化组合。利用FEA对比优化前后电机悬浮力、铁损及磁密的大小,验证了GPSOA多目标优化的有效性。     

基于模型参考自适应参数辨识的永磁同步电机电流预测控制

在永磁同步电机运行过程中,电机参数时变使得电流预测控制器的模型参数和实际电机参数不匹配,导致其控制性能下降。提出了基于模型参考自适应系统(MRAS)的改进电流预测控制方法,利用旋转坐标系下d、q轴电流方程作为参考模型,基于Popov超稳定理论构建永磁同步电机的电感和磁链在线辨识系统,将得到的辨识参数应用于电流预测控制模型中,实现控制模型参数的在线更新。分析与仿真结果表明该方法能够有效地提升在电机参数变化下的电流预测控制性能。     

月球钻取采样机构的钻杆结构与运动参数分析

针对月球钻取式自动采样机构空心外螺旋钻杆取样过程,分别建立了月壤内聚力和月壤内摩擦系数随月壤深度变化的数学模型,建立了钻进过程中钻杆运动参数(钻进速度和钻杆转速)与钻杆结构参数(钻杆螺旋升角、外径、槽宽比和螺旋槽深等)之间的关系。建模过程考虑了月壤物理和机械特性随钻进深度变化特性、钻杆钻进牵连速度及月壤微元相互间的抗剪性,使得钻杆参数符合月球钻取采样的实际工况。对模型进行了验证,利用该模型开展了钻杆结构参数对运动参数的影响分析,给出了钻杆结构参数对钻杆运动参数的影响规律,获得了钻杆结构参数的最佳取值范围。以钻杆转速与钻进速度比最小为优化目标,以结构参数为设计变量,基于遗传算法对钻杆结构参数进行了优化,优化后的钻杆转速与转进速度比降低了13.8%。该优化结果降低了系统能耗,提高了钻取采样输月壤效率,可为钻取式自动采样机构的设计提供理论依据。