无轴承永磁同步电机转子磁场定向控制系统研究

无轴承永磁同步电机是具有磁悬浮轴承优点的一种新型电机；在阐述了无轴承永磁同步电机工作原理基础上，采用转子磁场定向控制策略，推导了无轴承永磁同步电机径向悬浮力和电机旋转部分数学模型；根据无轴承电机解耦控制的要求设计了无轴承永磁同步电机转子磁场定向矢量控制系统，并以数字信号处理器TMS320LF2407为核心，研制了矢量控制系统的硬件和软件。实验结果表明：电机工作在0～3000r/min范围内，转子悬浮稳定且电机转速连续可调。     

基于HJI理论的无轴承异步电机悬浮系统滑模鲁棒控制

为了实现对无轴承异步电机悬浮系统动态解耦控制,提出一种基于HJI理论无轴承异步电机悬浮系统滑模鲁棒控制方法。在悬浮系统建模时,将系统不确定性以及外界扰动考虑其中,并通过设计合适的滑模控制律满足HJI不等式鲁棒条件来确保控制系统的稳定性;最终,该方法实现无轴承异步电机悬浮系统动态解耦控制并提高了系统的稳定性和抗扰动性能。仿真和试验结果证明了该方法的有效性,能够实现两自由度无轴承异步电机径向悬浮力之间解耦控制。     

基于磁链耦合分析的无轴承永磁同步电机通用数学模型

由于无轴承永磁同步电机内部有两套极对数不等的定子绕组(即转矩绕组与悬浮力绕组),所以电机气隙内存在着转矩绕组气隙磁场与悬浮力绕组气隙磁场两种极对数不等的磁场。对转矩绕组与悬浮力绕组之间的磁链耦合情况的分析,是建立精确数学模型的基础。通过应用机械/电气坐标系变换方法详细分析了不同极对数下转矩绕组与悬浮力绕组之间的磁链交链情况,并证明了当转矩绕组极对数PM=1,悬浮力绕组极对数PB=2(或PM=2,PB=1)时转矩绕组磁链ψM与悬浮力绕组磁链ψB之间相互耦合。当转矩绕组极对数PM与悬浮力绕组极对数PB均大于等于2且满足PB=PM±1时,转矩绕组磁链ψM与悬浮力绕组磁链ψB之间没有相互交链,该证明方法概念清晰、简单直观、便于理解。同时基于该证明结论建立了当转矩绕组极对数PM与悬浮力绕组极对数PB均大于等于2且满足PB=PM±1时的无轴承永磁同步电机的通用数学模型。所提出的通用数学模型为无轴承永磁同步电机仿真与实验研究提供了理论依据。     

动态扰动下无轴承永磁薄片电机的悬浮力补偿策略

传统的无轴承永磁薄片电机通过径向位移的闭环控制来间接实现悬浮力稳定控制,当薄片转子受到径向干扰时,悬浮力控制的精度和动态响应性能将受到限制。且悬浮力控制中所需的相位信息是需要在准确获得转子角度的基础上才能得到,因此增加了电机控制系统复杂性。为了克服以往悬浮力控制的上述不足,在推导了无轴承永磁薄片电机悬浮力变化量和悬浮力绕组磁链变化量之间关系的基础上,提出了径向悬浮力和径向位移的双闭环补偿控制策略,采用电压-电流模型对转矩绕组气隙磁链进行辨识,使得电机控制的灵活性大大增加。仿真和实验结果表明:所提出的悬浮力控制方法能够提高悬浮力控制精度和动态响应性能,系统抗干扰能力强,且具有良好的动、静态性能。     

永磁同步电机直接转矩控制技术研究

与异步电机相比,永磁同步电机具有结构简单、功率因数高、转矩惯量比大等优点。但是它也存在定子和转矩脉动大,开关频率不恒定等诸多问题。该文针对永磁同步电机直接转矩控制中出现的转矩脉动较大的问题,提出了一种永磁同步电机无磁链闭环直接转矩模糊控制的方法。该方法采用模糊控制器作为转速环的控制器,并去除磁链闭环,加入磁链限幅环节,将转矩作为控制目标,通过模糊控制器的优化,得出系统具有良好动态性能和自适应性。     

分布式驱动用永磁同步电机电磁转矩的解析计算

针对分布式驱动电动汽车车身阶次振动和车内噪声的主要振源—外转子表贴式永磁同步电机6k阶（ ）转矩波动,提出了一种分布式驱动用永磁同步电机电磁转矩的解析计算方法。基于永磁同步电机磁场畸变,对永磁磁极在均匀气隙中的径向分量进行了傅里叶级数分解,通过磁链、电压的计算,最终得到电磁转矩的解析解,为永磁同步电机的阶次振动与振源识别提供了理论基础。当不考虑电流谐波的影响时,对电磁转矩做了阶次分析,论证了由永磁体磁场谐波引起的电磁转矩波动频率是电源频率的6k倍频。最后,通过有限元计算验证了该解析计算结果。     

数控机床高速无轴承异步电动机悬浮子系统RBFNN逆独立解耦控制

为了实现对数控机床用高速无轴承异步电动机(Bearingless Induction Motor,BIM)动态解耦控制以实现降低悬浮电主轴抖动,提出了一种基于径向基函数神经网络(Radial Basis Function Neural Network,RBFNN)的悬浮子系统自适应独立控制方法。首先,基于RBFNN构建了气隙磁链观测器,因为RBFNN具有较强的自学习和自适应能力,所以辨识的气隙磁链较为精确;其次,基于Hamilton-Jacobi-Isaacs(HJI)原理设计RBFNN逆系统鲁棒控制器,应用基于HJI不等式的RBFNN辨识系统模型不确定和外界干扰,提高系统的稳定性,悬浮子系统动态独立解耦控制得以实现;最后,将磁链辨识器和逆系统鲁棒控制器组成双RBFNN悬浮子系统逆独立控制系统。仿真和实验结果表明,采用该控制方法 BIM系统能获得良好的动、静态性能。     

基于电流解耦的表贴式永磁同步电机无源控制研究

为了提高表贴式永磁同步电机的电流环频率响应能力和转速响应性能,针对其无源控制器设计过程中因d轴、q轴电流存在耦合而造成期望互联矩阵未知参数过多的问题,结合电压前馈解耦控制,提出了一种基于电流解耦的无源控制器新型设计方法。首先,根据能量平衡原理和电压前馈解耦控制,构建基于电流解耦的表贴式永磁同步电机端口受控耗散哈密顿系统（port control Hamilton system with dissipation, PCHD）模型。然后,通过互联和阻尼配置的无源控制（interconnection and damping assignment passivity-based control, IDA-PBC）方法,完成表贴式永磁同步电机无源控制器的设计,并在设计过程中引入了电压前馈解耦控制,消除了d轴、q轴电流的耦合关系,使期望互联矩阵的未知参数由3个减少为1个。最后,搭建表贴式永磁同步电机测试平台进行实验验证。实验结果表明,当表贴式永磁同步电机的电流环采用基于电流解耦的无源控制器时,q轴电流响应频率由小于250 Hz增大为大于333 Hz;额定转速下的转速响应时间由0.16 s减小为0.11 s,超调量由2.0%减小为0.6%,稳态误差由5.98 r/min减小为1.15 r/min。研究结果可为永磁同步电机的无源控制器设计提供新思路。     

永磁直驱同步风力发电机变流器仿真分析

根据风力机的输出特性,阐明最佳特性曲线法实现风力发电系统最大功率追踪的原理,选取背靠背电压型双PWM变换器为研究对象,在参考坐标变换理论基础上,分析并搭建了永磁同步电机和PWM变换器的数学模型,为仿真分析提供依据。依据变换器控制的数学模型,对网侧变换器和机侧变换器的控制策略进行了研究。网侧变换器采取前馈解耦方案,实现VSR的有功、无功功率解耦控制,获得基于电网电压定向的双闭环控制策略;机侧变换器采用零D轴电流控制策略,基于转子磁场定向的矢量控制方法,通过矢量控制方法实现对定子电流的控制,达到良好的转矩控制性能;基于MATLAB软件对设计的系统进行理论仿真验证,仿真结果证明矢量控制策略具有良好的稳态和动态性能。     

永磁同步电机直接转矩控制理论基础与仿真研究

文章对永磁同步电机直接转矩控制系统进行了相关研究和改进。直接转矩控制技术是继矢量变换控制技术之后,在交流调速领域出现的一种新型变频调速控制技术。文章在对永磁同步电机直接转矩控制系统进行理论分析的基础上,搭建了控制系统的仿真模型,仿真结果证明了永磁同步电机直接转矩控制系统的快速动态响应特性。     

采用力偶型径向柱塞马达的新型调速回路特性分析与试验

针对变量泵-定量马达容积调速回路调速范围有限,变量泵-变量马达调速回路结构复杂的问题,故提出采用力偶型径向柱塞马达的新型恒转矩调速回路。该马达输出轴的径向力平衡,通过力偶输出转矩,马达的一个壳体内可以形成内、外两个马达;在输入压力和流量不变的情况下,通过不同的配流方式可以输出三种转矩和转速,更能满足多种工况需求;三级恒转矩调速回路在三种工作方式下产生不同的动态特性,内马达单独工作时的动态特性较好。利用AMESim软件进行仿真分析并搭建实验台对力偶型径向柱塞马达新型调速回路进行试验分析,试验数据验证了新型调速回路可增加系统的转速转矩范围,丰富了力偶型径向马达的应用领域。     

基于扭矩控制的导管内径滚压连接成形特征分析

钛合金导管内径滚压连接技术主要用于飞机液压管路系统中,具有耐高压和高密封性,能够提升飞机液压管路系统的高可靠性能,满足飞机轻量化和长寿命的需求,成为航空管件连接技术的首选方案.本文以理论分析、有限元模拟和试验相结合的方法,从导管滚压连接胀形器各组件的运动状态、接触状况、受力分析以及管材节点位移变化等方面,探讨了基于扭矩控制的导管内径滚压连接成形机理及特征.研究表明,成形过程中芯轴主动转动,滚柱带动保持架周向随动转动;芯轴与滚柱之间有较大的径向挤压力和切向摩擦力,在这两个力的合力作用下,产生轴向进给力,使芯轴自动进给,导管、滚柱和芯轴之间接触面和接触力逐渐增大,成形扭矩随之增加,导管材料逐渐嵌入管套凹槽,完成连接成形,这是扭矩控制的导管内径滚压连接机理所在.理论分析与有限元模拟及试验结论吻合较好,研究结果对工程应用中的质量控制和工艺优化具有一定的指导作用.     

腕力传感器动态特性中关键问题的研究

腕力传感器的动态特性至关重要，动态建模、解耦和补偿是其中三个最为关键的问题。本文解决了动态响应时间归一化的问题，将沃尔变换方法实用于传感器动态建模。     

利用模糊神经网络的汽车主动悬架与EPS集成控制

在基于转向的主动悬架整车动力学模型基础上,引入EPS模型、轮胎模型和路面输入模型,应用模糊神经网络控制方法,设计汽车主动悬架与EPS集成控制系统及其控制策略,集成控制器根据车身姿态的变化,动态调节主动悬架系统的作动器作用力和EPS的助力转矩,进行转向盘转角角阶越输入的仿真计算和分析,结果表明,相对于不加控制的悬架和转向系统,基于模糊神经网络的主动悬架与EPS集成控制系统的质心垂直加速度峰值和标准差分别下降40.94 %和26.06 %,整车横摆角速度峰值和标准差分别下降6.24 %和48.15 %,有效抑制车身的振动,提高汽车的行驶平顺性和操纵稳定性。     

基于Stewart并联调姿平台的六维力测量与不确定度分析

在分析六维力静态解耦算法的基础上,提出基于牛顿迭代法的动态六维力解耦算法,构建六维力测量模型,基于蒙特卡洛仿真法实现了六维力测量不确定度评定算法,并设计相关试验算例进行验证.结果显示,六维力在X轴与Y轴方向的力分量测量不确定度分别为0.011 3N和0.011 4N,绕Z轴的力矩分量测量不确定度为0.008 3N·m.研究结果可以为Stewart并联调姿平台六维力测量的应用提供一定借鉴.     

巨型框架悬挂体系抗震原理及初步设计方法

介绍了利用主次子结构的截断模态综合法进行主次组合结构动力分析方法,通过对 传递函数的分析,揭示了巨型框架悬挂体系抗震原理。悬挂体系对巨型框架的驱动作用是该 结构体系的主要特征,巨型框架悬挂体系的振动控制取决于对驱动力的控制,提出了用异步 驱动原理来控制悬挂体系对巨型框架驱动力的控制,并提出了巨型框架悬挂体系基于异步驱 动原理初步设计方法。     

具有力觉临场感的遥操作操纵器关键技术研究

具有力觉临场感的遥操作操纵器是主、从遥操作系统重要的人机接口,它可以向远端从机械手传送位置、姿态、速度和力等多种信息,同时可以接收从机械手的力/力矩等信息,为操作者提供力觉临场感。其性能直接影响遥操作系统的透明性、稳定性,提供有效的力觉反馈是其研究、设计的关键。对力觉临场感操纵器设计中位置控制精度、操纵器的动态特性、操纵器的各向同性、稳定性、人体工程学指标等方面的性能要求进行了分析,对其结构形式、各向同性与结构非奇异性等结构设计方面的问题进行了研究,对各种驱动方式的特点进行了比较,并对检测与控制系统结构对于系统性能的影响进行了研究。研究表明,在结构设计时,采用机械上解耦、运行过程中惯性保持不变的机械结构,将使控制算法简化。研究结果对于该类装置的研究与开发具有借鉴作用。     

Forces and moments for electrodynamic levitation systems--Large-scale test results and theory

The dynamic circuit theory for the analysis of the suspension characteristics of electrodynamic magnetic levitation schemes for realistic magnet and guideway configurations is reviewed. Electrodynamic forces and moments have been measured on a large-scale stationary superconducting magnet interacting with an aluminum strip mounted on the rim of a 7.6-m diameter rotating test wheel. Good agreement is found between analytical and experimental results over the speed range to 100 km/h for the electrodynamic forces of test configurations which provide a rigorous test for theory. The speed dependence of moments is reported and used to estimate the force distribution on the superconducting coil. The dynamic circuit theory is then used to determine the suspension characteristics of the levitation system for the proposed Canadian Maglev vehicle.     

具有扰动观测器的汽车主动悬架滑模控制

基于双横臂悬架的1/4汽车模型,以降低簧载质量振动为目的,提出了具有扰动观测器的滑模控制方法。由1/4汽车模型中簧载质量的受力平衡条件,得到了1/4汽车模型的二阶线性控制系统。在路面激励位移未知时,为了估计二阶线性控制系统输入的扰动力(控制臂的作用力、悬架弹簧力、减振器阻尼力和外界干扰力的总和),给出了基于滑模控制的扰动观测器设计方法。根据扰动观测器的估计值,计算了具有扰动观测器的滑模控制的1/4汽车模型的控制力。当路面激励为阶跃位移时,计算分析了采用无控制、PID控制和滑模控制时1/4汽车模型的簧载质量加速度,结果表明:具有扰动观测器的滑模控制器可以获得更好的控制效果。通过分析不同控制参数和外界干扰力对滑模控制器效果的影响,证明了基于1/4汽车模型的具有扰动观测器的悬架滑模控制设计的有效性。     

基于逆子理论的洗衣机运输系统动态特性分析

目的获取产品运输包装系统各部件的动态特性。方法采用多级系统分布解耦法,结合二级刚性耦合系统逆子结构理论,推导由产品、车辆部件水平和系统水平频响传函预测关键部件频响传函的理论公式。搭建电机-洗衣机-车辆三级刚柔耦合运输系统,对理论方法进行验证。结果通过在线实验验证,基于理论预测得到的关键部件频响传函和测试值相吻合。结论研究结果为产品运输包装设计和优化提供了参考依据。