航空发动机多变量变增益控制器设计及仿真

针对航空发动机全包线工作下的多变量变增益控制器设计问题,给出了一种改进的埃德蒙德算法（以下简称KQ算法）并进行了仿真应用。首先,阐明了多变量KQ算法的控制原理与优化算法,进而通过闭环期望函数选择、控制器结构选择以及控制器参数优化进行了KQ控制器设计,并针对所设计的KQ控制器,给出了稳定性证明和系统奇异值分析。分析表明所设计KQ控制器能够使系统闭环稳定,且具有满意的低频指令跟踪、干扰抑制能力、传感器噪声的抑制、高频未建模动态的鲁棒稳定性和低频发动机建模误差不敏感等性能,满足发动机控制要求。其次,通过调度变量选择、设计点KQ控制器设计以及采用插值方法的非设计点KQ控制器设计等过程实现某型涡扇发动机的多变量KQ变增益控制器设计研究,并进行仿真验证。仿真结果表明,设计点条件下,当涡轮后温度和增压比参考输入均为阶跃信号时,其被控参数响应速度很快,且上升时间均小于1 s,耦合影响小于6%,设计点KQ控制器满足控制要求;非设计点条件下,利用插值方法建立的KQ变增益控制器具有较好的性能,能够实现该型涡扇发动机全包线控制性能要求。      

基于PWM控制的开关磁阻电机中低速无位置传感器控制方法

无位置传感器的中低速运行控制是开关磁阻电机研究的难点问题。为实现中低速阶段对转子位置的连续估计,提出一种基于PWM控制的无位置传感器方法。该方法将开通关断角所对应的参考信号与高频三角载波进行交截,并将得到的PWM信号作为不对称半桥功率变换器的开关管驱动信号。通过对PWM信号进行频谱分析可知,该PWM注入方式等效于注入载波频率的高频正弦信号。然后,对电流信号进行滤波及坐标变换处理,解算出连续的转子位置信息。针对电感曲线正弦度不高的问题,通过移相相减的方法消除二次谐波,简化了位置估计过程。该方法无需额外注入高频正弦信号,易于工程实现,并具备高频信号注入法的精度。最后针对一台12/8结构样机,进行了相应的仿真和实验,验证了该方法的可行性。     

航空发动机PI控制参数频域最优整定方法

针对航空发动机高、低压转速和压比的控制回路,研究满足幅值裕度和相角裕度要求的比例-积分(PI)控制参数稳定域确定方法.根据系统在频域的稳定域解析模型,建立考虑PI控制器的系统参数频域稳定域图形.根据典型的动态性能指标和鲁棒性指标定义的优化目标函数,在所得到的控制参数稳定域中寻找到一组最优的PI控制参数.该方法应用于航空发动机高、低压转速和压比回路控制器参数设计中,设计了不同状态下的PI控制器,仿真结果表明,这种整定方法能够使闭环系统满足性能指标和鲁棒性.      

基于状态重构的吸气式高超声速飞行器鲁棒反演控制

针对吸气式高超声速飞行器参数不确定弹性体模型,仅考虑速度、高度和俯仰角速度可测的情况,提出了一种基于状态重构的鲁棒反演控制器设计方法。首先,将被控对象模型表示为严格反馈形式,分别采用动态逆和反演设计实际控制律和虚拟控制律;其次,引入反正切跟踪微分器来简化虚拟控制律求导运算,并用于对弹道角和攻角进行状态重构;最后,为了保证反演控制器的鲁棒性,基于非线性-线性跟踪微分器,设计了一种新型非线性干扰观测器,可实现对模型不确定项的精确估计和补偿。仿真结果表明,所提策略取得了较高的状态重构精度,控制器能够克服模型不确定项的影响,且能保证速度和高度对参考输入的稳定跟踪。     

Fuel-optimal deorbit scheme of space debris using tethered space-tug based on pseudospectral method

This paper proposes a fuel-optimal deorbit scheme for space debris deorbit using tethered space tug. The scheme contains three stages named respectively as dragging, maintenance and swinging. In the first stage, the tug, propelled by continuous thrust, tows deorbit to a transfer orbit with a tether. Then in the second stage, the combination of the tug and the debris flies unpowered and uncontrolled to a swing point on the transfer orbit. Finally, in the third stage, the tug is propelled at the swing point and the rotation speed of the tethered system increases such that the debris obtains enough velocity increment. The trajectory optimization of the first stage is established considering the total fuel consumption of the three stages, whereas the dynamic model is simplified for computation efficiency. The solution to the optimal problem is obtained using a direct method based on Gauss pesudospectral discretization. Then a model predictive controller is designed to track the open-loop optimal reference trajectories, reducing the states’ deviations caused by model simplification and ignorance of perturbations. Furthermore, it is proved that the fuel-optimal swing point is the apogee of the transfer orbit. The paper analyzes the fuel consumption of a typical scenario and demonstrates effectiveness of the proposed deorbit scheme numerically.     

改进的双PWM型直驱永磁风电机组并网控制策略

在分析直驱永磁同步风力机速度环特性的基础上,推导出机侧脉宽调制(PWM)变流器速度控制环的闭环传递函数。由于该传递函数中存在非原点闭环零点,提出了一种改进的PI控制策略,消除了非原点闭环零点,改善了系统在受扰时的动态特性,提高了并网电流的波形质量,并将其策略应用于网侧PWM变流器的控制。仿真结果表明,改进的PI控制策略能够有效减少机侧和网侧控制系统动态响应时的超调量,加快系统响应速度,提高整个双PWM型直驱永磁同步风电系统并网运行的稳定性。     

逆变电源输出交流电压分段式前馈控制方法研究

为解决水泵三相AC 660 V电机在DC 750~1 250 V下的供电及起动问题,通过开展电机驱动系统设计研究,形成了以两电平主电路结构、电压空间矢量脉冲宽度调制技术和电压/频率恒定控制策略为基础的水泵电机逆变变频控制方案。在方案中针对较宽输入直流电压范围下的输出交流电压控制技术进行了攻关并取得了突破,形成了相应关键技术解决方案。通过水泵负载试验,全面验证了该方案的有效性和可行性。     

基于STM32的直流电机调速新方法

为满足不同的需求,经常使用PWM波调整直流电机的转速。但在实际应用中,即使是一个固定的PWM值,直流电机的转速也未必恒定。为了解决这个问题,通常用PID算法控制电机的转速,使其达到一个稳定值。但PID算法比较复杂,要进行建模、参数整定等。提出一种简单、可行的方法,在很短的定时时间内,测试电机的转速,将其与设定转速值进行比较,得到误差。根据误差值的正负,调整PWM波中的正脉宽的宽度,以达到对电机转速的快速、实时调整。经过实测：采用STM32微处理器,能够快速调整电机转速,并使其很快达到一个稳定值。     

基于有限状态机的飞机供电系统控制器建模仿真

为验证飞机供电系统控制保护逻辑设计的合理性,建立了供电系统控制器类模型并进行了仿真。在对比控制器类不同建模方法的基础上,指出了基于有限状态机建立此类模型的方法适用于方案设计阶段对控制保护逻辑建模仿真,并以飞机发电机控制器为例进行了建模仿真。结果表明:模型符合设计要求,控制逻辑和时序逻辑正确,建模方法简洁快速。     

基于PWM的气动软体空间机械臂压力控制系统

针对气动软体空间机械臂的压力控制需求,提出了基于PWM的软体臂压力控制技术。设计了气动软体空间机械臂的气动系统结构,并建立了各部分的数学模型。根据开关阀和PWM控制的特性,提出了基于零位补偿和双阀同步脉宽调制(PWM)的软体臂压力控制系统结构,并阐述了各部分设计方法。利用Python建立了整个系统的仿真模型,并将仿真结果与实验结果进行了对比,对比结果表明,模型具有一定的准确性。对该压力控制系统进行了正弦跟踪实验,实验结果表明该系统可以进行低频跟随,能够满足气动软体空间机械臂的压力控制需求。