Adaptive Fuzzy Torque Control of Passive Torque Servo Systems Based on Small Gain Theorem and Input-to-state Stability

Passive torque servo system (PTSS) simulates aerodynamic load and exerts the load on actuation system, but PTSS endures position coupling disturbance from active motion of actuation system, and this inherent disturbance is called extra torque. The most important issue for PTSS controller design is how to eliminate the influence of extra torque. Using backstepping technique, adaptive fuzzy torque control (AFTC) algorithm is proposed for PTSS in this paper, which reflects the essential characteristics of PTSS and guarantees transient tracking performance as well as final tracking accuracy. Takagi-Sugeno (T-S) fuzzy logic system is utilized to compensate parametric uncertainties and unstructured uncertainties. The output velocity of actuator identified model is introduced into AFTC aiming to eliminate extra torque. The closed-loop stability is studied using small gain theorem and the control system is proved to be semiglobally uniformly ultimately bounded. The proposed AFTC algorithm is applied to an electric load simulator (ELS), and the comparative experimental results indicate that AFTC controller is effective for PTSS.     

电磁式双凸极电机的非线性电感建模

电磁式双凸极电机是一种新型交流调速电机。目前对其研究主要是在基于分段线性电感函数建立的模型基础上进行的。为了能更加准确地反映电机电磁特性，本文提出了另一种建模方法：非线性电感建模。该方法首先通过数值方法得到不同相电流及励磁电流下的非线性电感函数和曲线，在此基础上构建电机模型。并就这种非线性建模方法和分段线性电感建模方法对系统性能的影响进行了比较，最后进行了仿真验证。理论和仿真结果表明：非线性电感模型和分段线性电感模型反映的电流特性基本一致，电流闭环控制时两种模型反映的平均转矩相同。但转矩脉动特性有所不同。非线性电感模型较分段线性电感模型准确。因此非线性电感模型适用于分析电机的转矩脉动特性。     

基于直接转矩控制技术的异步电机驱动系统两种容错方案研究

对采用直接转矩控制技术的异步电机驱动系统进行了两种容错方案研究。对功率开关无驱动故障容错后,方案1系统重构为四开关两相运行系统,方案2系统重构为四开关三相运行系统。研究了四开关系统中磁链和转矩的观测方法。分析了仅有的4个有效电压矢量对磁链和转矩变化所产生的影响．提出了四开关系统直接转矩控制中磁链和转矩的控制方案。对两种容错方案的特点进行了分析比较。仿真与实验结果证明了两种容错方案的有效性。     

直升机/发动机系统综合控制半物理仿真

基于直升机/发动机系统综合控制半物理仿真试验平台,针对直升机/发动机系统综合模型和综合控制算法进行数字与半物理仿真试验研究.提出了一种串级PID(proportional integration differential)+扭矩前馈+总距补偿的系统抗扰控制算法,并提出了基于机载简化发动机模型的多模式综合实时优化控制算法.试验结果表明:所建立的 直升机/发动机系统综合开闭环模型能够模拟发动机从起动到慢车再到直升机飞行的整个过程,自由涡轮转速超调量和下垂量均在4%以内,在不同飞行条件下,动静态品质均满足设计要求.本文还进行了综合系统多模式优化技术的半物理仿真,结果表明所设计综合控制律的良好工程应用前景.      

航天机电作动器中双三相永磁同步电机优化设计

谐波可以应用于多相电机的相电流和反电势中,以提高其输出转矩的能力,但这种增加只适用于谐波阶数低于七阶的情况。与五次谐波和七次谐波注入相比,三次谐波注入可以有效提高双三相永磁电机的输出转矩,且不会产生转矩脉动。本文对双三相电机相电流和反电势注入三次谐波提升输出转矩进行了理论分析。同时对驱动系统进行改进,将每套绕组的两个孤立中性点分别连接到电容器的不同中点上,为三次谐波电流提供流通路径,使两套绕组之间的电流达到平衡。并且提出了一种新的永磁体塑形方法,综合考虑定子齿槽效应、铁芯饱和以及齿尖、极间漏磁,并得到了最优的类正弦反电势。类正弦电流与类正弦反电势相互作用,电机的输出转矩提升了18.2%,且转矩脉动没有增加。最后通过有限元分析和样机实验验证了理论分析的正确性。     

无扩口导管的管套损伤分析

无扩口导管的管套损伤故障会对导管连接产生重大影响。通过对管套机械损伤特点以及损伤部位的金相、理论分析,得出导致故障的原因为拧紧力矩过大,重复性装配试验验证了分析结果的正确性,由此提出改进措施。     

轴系刚度对新型空气动力负载模拟器的影响

新型空气动力负载模拟器是在传统的电液负载模拟器上增加一个位置同步马达,补偿由舵机主动转动产生的位置扰动。理论和实验研究表明 ,由于同步马达与加载马达之间,舵机马达与加载马达之间不可避免地存在机械连接环节 ,即使同步马达与承载马达完全保持位置同步,加载马达轴和壳的相对速度以及多余力矩也不能百分之百被消除。     

球柱联合转台轴承摩擦力矩特性

为研究球柱联合转台轴承摩擦力矩特性,建立了轴承的力学模型,采用Newton-Raphson法对模型进行求解。分析了轴承摩擦力矩产生机理,建立了摩擦力矩计算模型,利用试验机对模型进行了试验验证,研究了不同结构参数对轴承摩擦力矩的影响。结果表明:所建立的模型可较好的实现轴承摩擦力矩预测,轴承摩擦力矩与轴向载荷、倾覆力矩和轴承转速呈正相关;减小初始轴向游隙可显著降低轴承摩擦力矩;钢球数量存在一个最优值使轴承摩擦力矩最小;沟曲率半径存在合理区间使轴承综合性能最优;适当减小保持架质量可有效降低轴承摩擦力矩。研究结果为球柱联合转台轴承的优化设计提供了理论依据。     

高速人字齿轮副风阻损失及其影响因素分析

建立高速人字齿轮副外部空气的流体动力学模型,基于RNG （re-normalization grop）k-ε湍流模型及动网格技术,仿真分析了齿轮周围气流瞬态特性,阐明了齿轮风阻损失机理,研究了齿轮副转速、转向和螺旋角变化对风阻功率的影响规律。结果表明：齿轮副风阻损失主要来源于齿面压差力矩,风阻功率近似与转速的3次方成正比;齿轮副正反转将改变轮齿周围气流方向及齿面最大压差位置,但对风阻功率无影响;螺旋角增大有利于降低风阻功率,螺旋角越大,齿轮副风阻功率降低越显著。单齿风阻力矩曲线呈周期变化,通过啮合区时出现增大-减小至负值-再增大-减小至平稳的波动特性,在非啮合区时趋于平稳;单齿风阻力矩波动值随转速增大而增大,随螺旋角增大而减小。     

基于模糊自适应PID的开关磁阻电机滞环脉宽调制直接瞬时转矩控制

开关磁阻电机(SRM)具有转矩脉动较大的特点。提出一种结合滞环控制和脉宽调制(PWM)的直接瞬时转矩控制策略解决此类问题。分析了转矩在控制过程中出现大波动的机理,制订了单相区和换相区不同控制方法。考虑到转矩在不同条件下输出特性,将PWM等效策略引入滞环限间,优化了转矩控制效果。加入了模糊自适应PID控制器,提高系统响应性能。仿真结果表明该控制策略响应速度快,能有效地抑制SRM的转矩脉动。