A linear ADRC-based robust high-dynamic double-loop servo system for aircraft electro-mechanical actuators

Compared with traditional hydraulic actuators, an Electro-Mechanical Actuator(EMA)is small in size and light in weight, so it has become more widely used. Aerodynamic load on aircraft control surface varies dramatically, and a change of flight environment leads to uncertainties of motor parameters. Therefore, high-dynamic response and strong anti-disturbance capability of an EMA are of great significance for aircraft rudder control and flight attitude adjustment. In order to improve dynamic response and disturbance rejection of an EMA and simplify control parameters tuning, a robust high-dynamic servo system based on Linear Active Disturbance Rejection Control(LADRC) is proposed for an EMA employing a Permanent Magnet Synchronous Motor(PMSM).Firstly, total disturbances of the EMA are analyzed, including parameter uncertainties, load variation, and static friction. A disturbance observer based on a reduced-order Extended State Observer(ESO) is designed to improve the anti-interference ability and dynamic performance. Secondly, the servo control architecture is simplified to a double-loop system, and a composite control of position and speed with acceleration feed-forward is presented to improve the EMA frequency bandwidth.Thirdly, the ideal model of the EMA is transformed into a simple cascade integral form with a disturbance observer, which makes it convenient to analyze and design the controller. Robustness performance comparisons are realized in frequency domain. Finally, simulation and experimental results have verified the effectiveness of the proposed strategy for EMAs.     

基于变增益观测器的高超声速飞行器输出反馈控制

针对吸气式高超声速飞行器飞行控制问题,提出一种基于变增益观测器的双回路非线性输出反馈控制方案。首先,为解决部分状态信号不可直接测量的问题,设计了一种可变增益状态观测器。通过状态变换将飞行器模型变换为双回路形式,并设计自适应的观测器增益系数在保证其稳定性的同时提高鲁棒性。在此基础上,将高超声速飞行器本体模型与所设计的观测器一起构成新的严反馈系统,结合反步法与动态面设计控制器。另外,引入扩张状态观测器补偿系统观测误差及耦合项。利用Lyapunov理论证明了闭环系统的一致有界稳定。最后,在不同情况下的数值仿真校验了所提控制方案在存在较大参数不确定情况下可获得理想的指令跟踪效果。     

基于模糊滑模观测器的永磁同步电机进给系统速度估计

为解决目前伺服系统中采用机械位置传感器所存在的诸多缺点,提出一种用于永磁同步电机(PMSM)进给系统的模糊滑模速度观测器,实现无速度传感器控制。针对传统滑模观测器的抖振问题,采用Sigmoid函数代替传统理想开关函数,并引用模糊控制器自适应调整滑模增益以减小抖振,实现软切换连续控制。估计反电动势可以直接由控制函数的输出获得,省略了传统观测器中的低通滤波器和相角补偿。利用李亚普诺夫函数证明了设计的滑模观测器的渐进稳定性。仿真结果表明:设计的模糊滑模观测器能够对PMSM转子速度进行精确辨识,并有良好的动、稳态性能。     

一种混合励磁开关磁通永磁记忆电机设计与调磁性能分析

设计了一种混合励磁开关磁通永磁记忆电机,利用Ansoft Maxwell 2D仿真软件建立了其电机模型,分析了其电机运行原理。采用有限元分析方法,对电机的调磁特性进行了探究,给出了铝镍钴永磁体处于不同磁化状态时的磁力线分布、相磁链曲线、反电动势曲线、磁通密度分布曲线和转矩波形曲线。仿真结果表明,该电机相较于常规永磁同步电机具有良好的调磁性能。     

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。     

基于转子磁场定向矢量控制的感应电机改进磁链观测方法

传统的磁链观测方法通常采用低通滤波器取代电压模型的纯积分环节,由于其易于实现,较多应用于工程实践。但其忽略了直流偏置,并随之引入了相位偏差以及幅值上的误差。针对这一现象,提出改进磁链观测的方法,采用高通与低通滤波环节串联的方式,在此基础上推导出相对应的相位及幅值的偏差补偿策略,解决了直流偏置问题。最后通过仿真和试验对所述方法进行有效性和准确性的验证。     

吸气式高超声速飞行器鲁棒非奇异Terminal滑模反步控制

针对含有参数摄动、外界干扰的吸气式高超声速飞行器弹性模型,设计了一种基于新型非线性干扰观测器的Terminal滑模反步控制器。将考虑弹性模态的飞行器纵向模型表示为严格反馈形式,在传统反步法的基础上采用非奇异快速Terminal滑模控制俯仰角与俯仰角速率,优化了反步法的控制结构,并实现了系统的有限时间收敛。基于跟踪微分器设计了一种新型非线性干扰观测器,并与本文所提滑模反步方法相结合,通过对包括虚拟控制量微分信号在内的不确定性进行估计与补偿,进一步提高了控制器的鲁棒性,同时解决了"微分膨胀"问题。基于Lyapunov稳定性理论证明了系统的跟踪误差于有限时间收敛至零。仿真结果表明,该控制器在存在不确定性的情况下,可以实现对参考输入的稳定跟踪。     

一种求解欧拉方程改进的通量分裂方法

本文以Steger-Warming提出求解Euler方程的通量分裂方法为基础,利用改进的特征值分裂方法,建立了一种连续的通量分裂方法。该方法克服了Steger-Warming通量分裂法存在的分裂后的通量在个别点导数不连续的问题,同时方法简单,便于推广。对于通量分裂后的Euler方程,采用迎风格式,建立了相应的二阶隐式有限体积方程。为了减少求解所得块矩阵方程组所需要的工作量,本文利用特征变换,在不改变原方程组离散化精度的前提下,将所得块矩阵方程组化为分离的代数方程组进行求解,从而大大减少了计算量。文中分别对一维管流,二维绕NACA-0012和NACA64A-10翼型在亚声速和超声速来流的跨声速流场进行了计算,并将所得结果与有关实验和计算结果进行了比较,均符合良好。 本文所建立的方法具有占机内存小,计算时间短的优点。在普通中小型计算机上亦可使用。     

流体运动中的非Fourier传热

 分析了运动流体中非Ｆｏｕｒｉｅｒ传热的数理基础。运用特征一次特征方法阐明基本方程组的影响域、决定域等概念及其物理内涵；强调热Ｍａｃｈ波的存在。以流动中固定热源问题证明基本关系正确；并给出当流动速度不小于热传播速度时,流汤中发生热激波。     

狭窄空间内沸腾的几个特征

将石英或瓷质板用电热膜技术加工成加热板。将两块加热板对称地放入饱合氟利昂－１１３（Ｒ－１１３）中形成竖直窄通道。对通道内沸腾的始沸点、流型和传热规律等基本特性进行实验研究。结果表明：始沸热流随加热板通道间距减小而降低;沸腾流型与加热过程、通道间距等因素有关;存在最佳传热通道间距;最后提出小通道内始沸热流、传热规律的半经验关系式。