二自由度行波型超声波电机的研制

二自由度行波型超声波电机是一种新型多自由度超声波电机,其电机结构较复杂和实现相对困难,但其又具有独特的优点。从二自由度行波型超声波电机的驱动机理和基本结构出发,阐述此类电机所需要解决的一些基本问题,并就电机的结构实现、驱动球转子的最佳定子结构以及调谐问题进行了分析和介绍,具体提出了对心对中调节机构、外缘大倾角内缘线接触的行波定子、以及微调定子外缘倾角的调谐方法。研制样机的球转子直径为45mm,定子直径为30mm,实现的堵转力矩为119mNm,空转转速12r/min,且各方向运转平稳,输出性能比较一致,为多自由度行波型超声波电机的优化设计、性能提高和控制等奠定了一定基础。
     

高速屏蔽电机涡流与水摩损耗试验

为研究高速屏蔽电机在运行过程中的涡流损耗和水摩损耗,设计了一台额定功率7.5 kW,额定转速15 000 r/min的高速屏蔽电机,通过搭建屏蔽电机湿式空载试验系统进行不同转速下的干式与湿式空载试验,并对比分析了测试结果和电机损耗预估公式计算结果的差异。试验表明:定子屏蔽套涡流损耗和转子与冷却介质间的水摩损耗对高速屏蔽电机的效率影响较大,即使电磁设计较优的高速电机在加入屏蔽套后效率仍然下降约20%～30%;电机损耗预估公式的准确性取决于经验系数的选取,在高速情况下需要修正;通过对定子屏蔽套厚度、屏蔽套材料、电机转子直径等进行优化设计能进一步提高高速屏蔽电机的运行效率。     

无刷直流电机的模型预测与反演控制

为提高永磁无刷直流电机的控制精度、负载工作能力和响应速度，分析了电机的电气特性与机械特性，建立了连续时间系统下状态空间形式的电机模型，得到了电机转角、转速受控变化的规律;在离散时间控制系统中，采用了状态转移模型预测和估计系统误差，根据电机转动规律反演控制指令，提出了一种基于模型预测与反演，对电机转速、转角进行独立/联合控制的方法;在考虑工程实际应用中电机存在参数、测量等误差的情况下，与PID控制、滑模控制方法进行了负载情况下典型工况的对比仿真。仿真表明:所设计的控制器具有较好的控制精度、响应速度和鲁棒性。     

微波成像仪伺服控制系统研究

系统采用稀土永磁同步电机作为伺服驱动电机 ,永磁无刷直流电机作为动量平衡电机构成微波成像仪驱动系统。伺服电机驱动采用电流、速度和位置三环控制 ,实现了伺服电机的稳定和高精度的运行。平衡电机驱动采用电流、速度和加速度三环控制 ,保证了平衡电机能够快速、精确地跟踪。系统基于多边形磁链轨迹法的设计思想 ,用作图法求得三相电压型逆变器的开关波形系列 ,硬件以TI公司的电机专用控制芯片TMS32 0F2 4 0DSP为控制核心 ,实现的伺服控制系统不仅具有优良的低速性能 ,而且精度高 ,转矩脉动小     

高速永磁电机转子动力学特性研究

针对电机转子中硅钢片叠压及拉杆-叶轮的特殊结构形式,借助有限元方法对硅钢片装配过程进行仿真,获得硅钢片叠压结构横向弯曲刚度随硅钢片离散数目的变化规律,通过曲线拟合外推得到实际硅钢片叠压结构横向弯曲刚度;根据叶轮与转轴对接面的大小,对叶轮进行分割。以质量和刚度等效为原则,实现了硅钢片叠压结构和拉杆-叶轮结构的简化建模,并通过转子部件及整体的自由模态试验对简化分析模型进行了验证。最后通过转子的运转试验对前两阶临界转速的仿真结果进行了验证,前两阶临界转速的仿真结果与试验误差小于3. 1%。     

一种对接机构转子杯式电磁阻尼器设计研究

为适应不同方向对接耗能量大幅增加的状况,对一种空间对接机构耗能用转子杯式电磁阻尼器的设计进行了研究。在一定的简化条件下,建立了转子杯式电磁阻尼器阻尼力矩特性的理论计算模型。阻尼器材料选用钕铁硼、不锈钢和硬铝。对阻力器阳极的力矩特性进行了理论计算并与仿真比较,两者相近,表明理论计算模型较准确地反映了阻尼器各设计参数对阻尼力矩特性的影响,但理论计算值仍与样机实测结果存在一定偏差。用多轮迭代修正方式,对转子杯的参数进行调整,并考虑了由此产生的气隙厚度对漏磁的影响,获得了修正的阻尼器阻尼力矩计算公式。结果表明:在转速0~500r/min范围内,阻尼力矩与转速实测值呈良好的线性关系,阻尼器产品实际测试结果与修正后的理论模型计算值基本一致。     

基于矩阵变换器供电的异步电机直接转矩控制系统的仿真研究

本文提出了一种基于矩阵变换器供电采用空间矢量调制的直接转矩控制方法。通过将直接转矩控制策略和空间矢量调制的矩阵变换器结合起来对感应电机进行控制,发挥出二者的优点。在MATLAB软件环境下进行了仿真验证。矩阵变换器和电机的转矩和速度变化响应结果显示了该控制策略的有效性。     

涡轮泵准刚性转子的临界转速识别

以Jeffcott转子为对象,从理论上介绍了重力副临界现象。在转轴有限元模型及轴承支承刚度修正的基础上,对某大推力补燃循环液体火箭发动机涡轮泵转子的前两阶临界转速和振型进行了仿真分析。通过高速运行试验,借助重力副临界识别出了转子的前两阶临界转速,并与全转速运行的识别结果及仿真结果进行了对比,1、2阶临界转速识别结果误差分别小于4.74%和6.74%。结果表明,高速运行时角接触轴承滚动体接触状态的轻微变化会引起支承刚度及转子系统动态响应发生变化,导致转子的运行状态波动,因此难以通过全转速范围内的响应数据来精确识别转子的临界转速;低速下滚动轴承—转子系统的运行稳定性较好,采用重力副临界方法通过低速下的运行数据进行转子临界转速的识别(尤其是1阶临界转速识别)具有足够的精度。     

具有异构多操纵机构的飞行器复合控制技术

提出了具有异构多控制机构的飞行器复合控制决策与管理系统结构,建立了具有气动力/推力矢量/直接侧向力的异构多操纵机构的飞行器动力学模型,提出了模糊自适应控制分配与复合控制器优化集成设计方案。设计了基于参考模型的模糊自适应控制分配策略,使气动力/推力矢量/直接力任意形式组合及动态分配过程中复合执行机构等效动态特性与参考模型一致。采用进化策略对导弹复合控制系统参数进行了多目标优化设计。分别针对不同的组合形式进行了仿真研究,证明了具有异构多操纵机构的飞行器复合控制系统具有很好的快速大机动跟踪能力,实现了飞行器气动力/推力矢量/直接侧向力之间不同形式组合控制系统的自适应控制分配。     

光棚测速的印刷电机转速控制系统

本文介绍的转速控制系统是检前磁记录器主轮伺服系统。该系统与我所以往研制的磁记录器主轮伺服系统有三点主要区别。①采用了低惯直流印刷电机。②采用光栅测速盘。③使用4π型数字式鉴频一鉴相器。本文结合锁相环路伺服系统工作原理,从三面三个特点出发,着重介绍了电机和光栅测速盘的选译,以及4π型数字式鉴频一鉴相器的工作原理。     

基于矩阵变换器供电的异步电机直接转矩控制系统的仿真研究

本文提出了一种基于矩阵变换器供电采用空间矢量调制的直接转矩控制方法.通过将直接转矩控制策略和空间矢量调制的矩阵变换器结合起来对感应电机进行控制,发挥出二者的优点.在MATLAB软件环境下进行了仿真验证.矩阵变换器和电机的转矩和速度变化响应结果显示了该控制策略的有效性.     

宇航矢量伺服控制器在SiP中的设计与实现

磁场导向控制FOC（field-oriented control）矢量控制算法在伺服驱动控制系统中一般由CPU或DSP实现，难以满足航天应用中实时性较高场景下的需求。为提高宇航电机系统控制的实时性与可靠性，从FOC矢量控制算法的硬件加速角度出发，详细介绍了伺服控制器的设计，给出了一种全数字、高性能的伺服控制器硬件加速设计方案，并在具有可编程逻辑功能的宇航级SiP6117S芯片上进行了验证。仿真实验表明，相比于前人的设计，通过调整观测数据的量化精度来降低硬件加速过程中的处理延时，能有效改善多级流水延迟并在一定程度上提升算法的实时性。     

真空环境下行波型超声波电机的特性

真空环境下由于缺少空气介质,靠摩擦驱动的超声波电机的特性会与常态 下发生较大的变化。采用行波型超声波电机常用的三种摩擦材料（环氧树脂、聚四氟乙 烯烧结和生聚四氟乙烯填充为基的摩擦材料）对比分析了常态和真空环境下的超声波电机的 机械特性。发现除环氧胶外,其他摩擦材料制成的电机真空下的堵转力矩都有所增大,而空 载转速全部降低。为了分析变化产生的原因,实验比较了真空环境下三种摩擦材料在常规、 驻波和行波状态下的动摩擦系数,实验表明除环氧胶外其它摩擦材料的摩擦系数比常态下都 略有增大,且相应电机的堵转力矩也都增大。其次实验研究了行波型超声波电机的瞬态特性 ,当真空度增加到10 -2 Pa后,电机的起动时间和起动电压都有明显的增加,即电 机起动和运行的阻力逐步增大,导致电机空载转速的降低。最后测试了声悬浮力大小,其数 值不超过预紧力的1％,不是真空环境下特性变化的主因。导致电机真空环境下堵转力 矩和空载转速发生变化的主要原因在于摩擦材料动态摩擦系数和起动与运行阻力的变化。     

推力矢量控制电动伺服机构的双模控制研究

针对推力矢量控制电动伺服机构控制器的可靠性与冗余设计问题,提出了一种基于有无位置传感器的双模控制器方案,分析了双模控制器的原理与无位置传感器运行模式下的转子位置检测技术,利用电机的反电动势过零点获取电机转子位置信息的方法,设计了分压电路、带通滤波器、比较器构成的反电动势过零检测电路,通过电动伺服机构平台的试验验证,表明采用双模控制器的电动伺服机构能独立工作或自动平滑切换工作,克服了单一工作模式的不足之处,节约了冗余设计的空间与成本。     

一种低干扰力矩的三自由度球面磁轴承

提出一种低干扰力矩的三自由度球面磁轴承结构,球面磁轴承定、转子均采用球面结构。当磁通作用在转子的球形包络面时,产生的电磁力会指向转子球心,不会对转子产生干扰力矩,但少量的漏磁磁通会作用在转子的非球形平面上,导致低干扰力矩的出现。利用等效磁路法对球形转子偏转时轴向部分漏磁导致的干扰力矩进行分析,得出干扰力矩的数学表达式。运用有限元法分析球面磁轴承和柱面磁轴承产生偏转时的干扰力矩,结果表明干扰力矩随着转子偏转角度的增加而增大,当转子偏转角达到最大允许值0.3°时,球面磁轴承与柱面磁轴承相比干扰力矩减小两个数量级。球面磁轴承的低干扰力矩特性决定其特别适用于磁悬浮控制力矩陀螺,可提高陀螺的控制精度,在磁悬浮高能密度电机、其他飞轮系统等场合具有广阔的应用前景。     

固体动能拦截器研究初探

简介了固体动能拦截器的研究意义，用途及构成，分析了国外研究及应用现状，对固体动能拦截器动力控制设备，即三轴稳定的和直接作用力两种推力矢量控制系统方案进行了讨论。     

起动/发电机的电压跌落补偿技术

随着飞行器和航天器上电能需求的增大,在航空航天电源系统中,一体化起动/发电机(ISG)得到了广泛应用。出于可靠性要求,通常采用不控整流来支撑直流母线。而由于电机电枢阻抗的存在,在负载变动时其供电电压会发生跌落。针对该跌落现象,提出了两种电压补偿方案,分别利用电压源型逆变器和移相全桥DC/DC变换器,分别从交流侧和直流侧对供电电压进行补偿。分析了补偿机理并设计了控制系统,分别对其搭建了实验平台。实验结果验证了两种补偿方法的有效性和供电的可靠性,并对两种方法的特点进行了比较。     

空间用二自由度球形行波型超声波电机

介绍了一种超声振动驱动的二自由度行波型超声波球电机的结构和机理,给出了其研制过程中若干关键问题的解决方案,阐述了实现其运动位姿控制采用的结构及控制方式,最后探讨了此类电机在空间机构的若干应用及所需解决的一些问题。研制样机的球转子直径为45mm,定子直径为30mm,实现的堵转力矩为120 mNm,空转转速12 r／min,且各方向运转平稳,输出性能比较一致。该电机可用于各类空间机构。
     

步进电机转速稳定度的测定与分析

在分析低速扫描中步进电机转速质量影响的基础上，介绍了用光电编码器测量转速稳定度的方法以及判定标准，并讨论了不同条件下步距角、惯性负载和微步距驱动对步进电机转速稳定度的影响。     

超高转速氢涡轮泵柔性转子动特性仿真分析

以25 tf级膨胀循环氢氧发动机氢涡轮泵为研究对象,针对超高转速氢涡轮泵柔性转子临界转速设计、稳定性控制的难题,采用有限元方法建立转子轴承系统动力学模型,考虑支承结构参与振动、密封流体的刚度及阻尼、支承刚度及阻尼随转速变化等因素的影响,计算分析了设计参数对转子临界转速、稳定性的影响,提出了优化改进方向。仿真分析表明：该氢涡轮泵的转子系统设计方案能够满足临界转速裕度、弯曲应变能控制的设计准则和目标要求;工作转速范围内转子一阶对数衰减率最小值约为0.15,满足稳定性设计准则的最低要求;若要进一步提高转子的稳定性裕度,可适当降低泵端弹性支承刚度,把转子悬臂段的流体密封由齿型结构改为阻尼更大的孔型结构,将对数衰减率提高到0.22以上。