同步发电机整流系统带恒功率负载的稳定性分析

 在现代飞行器电源系统负载中,功率变换器和电动机驱动装置大量增加,所表现出的负阻抗特性对系统稳定性产生十分重要的影响。采用状态空间平均法对同步发电机整流系统带恒功率负载(CPL)的稳定性进行了分析研究。建立了同步发电机整流系统同时带阻性负载和恒功率负载时的小信号数学模型,通过讨论负载参数对系统稳定性的影响,得到系统带恒功率负载时的极限值和稳定工作区域,所设计的串联校正环节在一定程度上改善系统响应快速性的同时,使系统的相角裕度增加了53°,有效地提高了系统的稳定性。     

一种新型交流恒功率负载仿真模型

根据闭环控制的高功率因数(HPF)脉冲宽度调制(PWM)整流器的恒功率工作特性,对交流(AC)恒功率负载(CPL)仿真模型进行了研究。采用输入电流波形跟随电压波形的方法,利用MATLAB建立了交流恒功率负载的仿真模型。在模型两端加载的电压不含谐波和含有谐波的两种情况下,模型均可以自动计算出输入电流有效值(RMS),使得模型输入平均功率保持恒定,并能生成电流波形,反映出电压谐波对电流波形的影响。模型仿真结果与实际高功率因数PWM整流器的输入波形进行了比较,验证了该模型的正确性。     

飞机用开关磁阻起动/发电系统负载影响研究

组合起动/发电(IS/G)系统是多/全电飞机(M/A EA)的关键子系统,而开关磁阻电机(SRM)被认为是实现飞机IS/G系统的首选机型。研究了负载对开关磁阻起动/发电(SR S/G)系统电能质量及稳定性的影响。针对多电飞机电气系统的特点,所涉及的负载被划分为三类:传统负载、特殊负载和恒功率负载,给出了突加、突卸负载时SRM的输出电压和相电流曲线。同时,对恒功率负载下系统的稳定性进行了理论分析和仿真验证。     

定子双绕组异步发电机的电磁优化设计

新型的基于静止励磁调节器控制的定子双绕组异步发电机系统适用于航空、坦克、舰船、汽车等独立电源系统。文章提出了变速变负载运行下的静止励磁调节器控制的双绕组异步发电机的优化设计策略,系统地讨论了带整流型负载的电机计算容量的确定方法,并以此针对一种应用于坦克电源的双绕组异步发电机进行了电磁优化设计。计算结果表明,该方法可以有效地降低控制绕组功率变换器的无功容量。     

基于预测扭矩前馈的涡轴发动机内模控制方法

基于内模原理设计了涡轴发动机功率涡轮转速控制器.针对主旋翼扭矩变化对功率涡轮转速的干扰,提出了一种基于极端学习机的扭矩预测方法.极端学习机训练基于动态仿真数据,其输入通过相关分析获得.基于内模原理的功率涡轮转速控制器采用极点配置的设计方法,将输入信号的内模直接加入控制器,实现鲁棒跟踪.扭矩前馈采用比例微分(PD)控制策略,实现对发动机负载变化干扰的有效补偿.数字仿真结果表明:极端学习机扭矩预测精度高,扭矩相对误差小于1.5‰,与不加前馈控制相比,所提出的控制方法减小了机动飞行过程中功率涡轮转速的超调或下垂30%以上.      

负载电流反馈补偿法在双凸极无刷直流发电机数字调压器中的应用

分析了双凸极无刷直流发电系统突加、卸负载时的工作机理及滤波电容的影响,在此基础上提出了负载电流反馈补偿控制方法,以提高系统的动态性能。实验结果表明,在系统突加和突卸负载两种情况下,加入负载电流反馈补偿控制后,不仅电压恢复时间明显缩短,而且电压波动幅值也大大减小,系统的动态特性得到了明显的提高。该方法可推广应用到不同类型的直流发电机的数字调压控制中。     

某型直升机发电机带不对称负载时的模型分析

直升机电磁式无刷同步发电机系统带不对称负载时,系统的性能分析对飞机电网来说非常重要。而常用仿真平台MATLAB软件中,电磁式无刷交流同步发电机模型不能用于不对称负载的仿真分析,针对这一问题,本文提出了一种基于abc/dq0变换的新型同步电机仿真模型,有效解决了系统带不对称负载时的建模问题。基于所建模型进行了一系列仿真分析,仿真结果验证了该模型的正确性和可行性,为直升机发电机系统分析与设计提供了有效方法。     

单自由度液浮速度陀螺阻尼补偿的研究

本文从工程的角度对液浮速度陀螺恒阻尼问题进行了研究，并介绍了一种实用的电子阻尼补偿方法，从而可以满足阻尼要求严格的应用系统。     

一种新型直流固态功率控制器行为模型

 提出一种适用于大型飞机电气系统数字仿真的直流(DC)固态功率控制器(SSPC)的行为模型.利用受控电压源控制SSPC两端电压按照线性规律变化以模拟SSPC的慢开通和慢关断特性.分析了该行为模型在稳态导通和稳态关断时的工作状态,考虑了实际直流SSPC的漏电流,对该模型进行了改进.分析该模型带各种负载的开通关断过程.在Saber软件中实现该行为模型,并通过仿真和实验验证其与各种性质负载的兼容性.快速性测试结果表明,相比基于真实结构和器件模型,该行为模型能够显著提高仿真速度和收敛性能.     

应用于航空变频电源系统的新型串沥混合有源滤波器

 目前变频交流(AC)电源系统开始逐渐应用到新型多电飞机(MEA)中,传统有源滤波器无法满足宽输入频率变化要求,为此需要设计一种适合于宽变频航空电源系统的有源滤波器。本文研究了一种应用于航空变频电源系统的新型串联混合有源滤波器(SHAPF),该有源滤波器直接根据基波电流进行补偿,针对各种频率输入均能起到较好的抑制谐波作用。讨论了这种新型SHAPF的变频谐波抑制原理,给出了该滤波器的控制系统详细设计过程,包括基于双数字信号处理器（DSP）的控制平台设计和逐点动态检测基波电流的算法设计,最后进行了样机实验,对比了加入滤波器前后系统输入电流实验波形和谐波分析,加入滤波器后系统输入电流总谐波失真度（THD）由174.00%变化至4.80%,滤波效果良好;在360 Hz,400 Hz和720 Hz不同输入频率进行了滤波实验,验证系统在宽变频输入条件下均具有良好控制性能,满足航空变频输入时输入功率因数校正要求。     

扩展近似时间最优伺服控制及其试验验证

针对带有惯性阻尼环节的典型伺服系统,提出一种能实现大范围快速定点运动的控制方案。控制方案首先利用时间最优控制律进行快速目标追踪,当系统速度下降到一定范围内时平滑切换成线性控制律。采用线性控制区内的闭环极点阻尼系统和自然频率作为设计参数,给出了全参数化的控制律。基于Lyapunov理论分析了控制系统的闭环稳定性。将该控制方案用于一个直流伺服电机的位置-速度环的定点位置控制,并进行了MATLAB数字仿真和基于TMS320F28335 DSC的试验研究。结果表明:所设计的控制系统可以对大范围的给定目标进行快速和准确的跟踪,且对扰动和系统参数差异具有较好的鲁棒性。     

基于直升机地面共振要求的起落架刚度及阻尼优化设计

为给出满足直升机地面共振稳定性要求的起落架刚度及阻尼的优化设计方法,首先构造机体无阻尼时其非稳区的模态阻尼比函数,据此给出机体模态非稳区临界转速的计算方法,结合与旋翼摆振后退型模态共振转速下机体模态阻尼比的计算方法,给出了满足地面共振稳定性的机体固有频率及阻尼要求。然后,根据支持在起落架上的机体自由运动模型,建立机体模态频率及阻尼与起落架刚度及阻尼的关系,从而给出满足直升机地面共振稳定性的起落架刚度及阻尼要求。最后,基于上述稳定性要求,在满足着陆缓冲性能要求的起落架刚度及阻尼范围内,以减小起落架需用阻尼且增大机体最小模态阻尼比为优化目标提出了对其刚度及阻尼进行优化设计的方法,并通过对某型直升机4种不同重量重心状态下的起落架刚度及阻尼进行优化验证了该方法的可行性。     

基于神经网络补偿动态逆的飞翼布局无人机姿态控制方法

将动态逆控制技术应用于飞翼式布局无人机的姿态控制回路,以适应飞翼布局无人机控制系统要求。介绍了动态逆控制器解耦控制原理,以及神经网络补偿结构的作用和设计方法,并基于无人机非线性姿态运动学和动力学模型设计了基于神经网络补偿的动态逆控制器。在强耦合、强非线性的飞翼布局无人机模型上,通过数学仿真验证了系统具有良好的动态性能和稳态特性,控制器具有很强的鲁棒性。     

三相高频斩波式AC/AC变换器控制电路的分析与设计

分析与设计基于一种实用的三相高频斩波式AC／AC变换器的研制,以高频脉宽调制(PWM)技术取代了传统的基频电压补偿技术,不仅减小了体积和重量,且提高了效率和响应速度。主要对控制电路进行了分析与设计,其中包括输出采样电路、闭环反馈电路以及驱动电路;并对控制电路的稳定性进行了分析,给出了系统框图、传递函数以及波特图。在分析与设计中,通过稳定RMS值实现输出电压的稳定;采用有源滤波技术,减小了控制电路中的高次谐波干扰;利用齐纳二极管正温度特性,减小了系统的温度漂移,较好地补偿了采样电路中整流二极管的负温度特性;采用可编程调节死区的驱动电路,完全满足三相斩波式AC／AC变换器四路驱动信号的电器隔离和时序要求。     

基于四开关三相变频器的永磁同步电机驱动系统转矩脉动优化控制

针对低成本三相四开关变频器构成的永磁同步电机驱动系统存在转矩脉动较大的问题,提出了一种系统转矩脉动优化控制策略。系统中存在的转矩脉动分为低频和高频转矩脉动,对于由直流电容电压波动产生的低频脉动,采用了引入一种基于非正交坐标变换的补偿方案,而对于高频脉动,分析评估了不同调制策略的影响,选择了最优调制策略。此外,线性调制范围设置考虑了系统直流电容电压波动,避免了低频脉动造成的过调制。同时,还设计了电容电压偏移抑制控制以扩大线性调制区范围。试验结果验证了新型控制策略抑制系统转矩脉动的效果明显。     

小型毛细泵环(CPL)运行特性的实验分析

小型化是毛细泵环适应微小型高功率密度电子设备散热需求的一个发展趋势.对一小型毛细泵环进行实验研究,重点考察了重力场中不同姿态对毛细泵环运行特性的影响以及毛细泵环在高热流密度工作时的控温特性.根据实验结果可得:该小型毛细泵环可实现不同姿态下的迅速起动,并在热载荷递增过程中表现出良好的控温性能,最大传热能力达50 W,最高热流密度达到12.5 W/cm2,能够满足高功率密度电子元器件冷却的需求;当热流密度较低时,该毛细泵环可实现精确控温;而当热流密度较高时,蒸发器壁面温度波动较大,无法实现精确控温.      

基于能量法的薄直齿轮自激振动预测

航空发动机中的齿轮常因振动而发生疲劳失效,分析其振动成因是必要且急需的.基于能量法,对薄直齿轮的自激振动进行了研究,提出了一种可用于预测薄直齿轮发生横向自激振动的理论方法,推导了自激力和阻尼力对齿轮振动做功的表达式,通过分析系统能量的变化,理论上确认了薄直齿轮发生自激振动的可能性,并给出了发生自激振动时的条件及载荷.通过数值模拟,分析了重合度、节径数和阻尼比对齿轮自激振动稳定性的影响.结果表明:从动齿轮后行波和主动齿轮前行波在阻尼不足时会发生自激振动而失稳,在相同条件下,低节径振型更容易发生自激振动.      

基于空间矢量控制的坦克炮塔系统伺服驱动器设计

空间矢量脉宽调制(SVPWM)在运动控制领域已广泛应用,本文研究了基于空间矢量控制原理的坦克炮塔控制系统(简称“炮控系统”).空间矢量控制方式的实质是将交流电动机等效为直流电动机,分别对速度和磁场两个分量进行独立控制.此设计是通过空间矢量脉宽调制方法控制永磁同步电机,提出了炮控系统的组成以及系统的硬件设计和软件框图,在实际的应用中提高了炮塔的响应时间及稳定性,取得了良好的应用效果.     

基于负载惯量匹配的双电机同步控制方法

在交流伺服系统运动控制领域,针对双电机同步精确控制时由于两轴负载惯量相差较大、额定运行速度快、到位精度要求高等控制难点,提出了简单且有效的同步控制方法,并在试验中进行了验证。该方法包括对同步控制方式的设计和误差补偿算法2个部分。首先,设计使用基于虚拟主轴的主从控制方式,可实现惯量匹配的同步指令输出;在此基础上,从负载特性入手,提出了基于加权耦合的误差补偿方法,能实现快速稳定的同步误差补偿。仿真与试验结果表明,该方法能够满足伺服运动系统的定位精度和同步控制精度要求,同时在一定程度上提升了系统的平稳性和补偿响应速度,工程实现效果较好。     

Dual-Spin Spacecraft Nutation Control Using Articulated Payloads

A technique is presented for achieving active control of nutation on a dual-spin spacecraft with an articulated payload through use of the payload's control system. Using the Orbiting Solar Observatory (OSO)-8 as an illustration, the closed-form solution to the nutation/control system dynamic interaction is presented. Control system design criteria are developed which establish the basic stability of the interaction. Design procedures are described to achieve the most effective nutation damping. Limitations on the amount of damping which can be achieved are characterized as functions of spacecraft and payload mass properties and servodesign parameters. The design techniques presented are verified through a series of on-orbit tests recently conducted on the OSO-8 spacecraft.