新型机电作动器作动模块的瞬态特性分析

目前飞机作动器存在传动链长的问题,影响了作动器系统的效率和性能。本文提出了以直接驱动为目的的机电作动器研究方案,通过对作为作动模块的圆筒型直线感应电动机的研究,建立了数学模型,同时借助多物理场耦合分析软件COMSOL Multiphysics建立了该电动机的动态仿真模型,对其瞬态特性和气隙磁场进行了仿真计算,得到了气隙磁场和次级感应电流的分布情况及次级受力和速度特性。通过与文献对比,证明了本方法的正确性和有效性,对飞机电作动器的研制具有重要意义。     

基于直升机ACSR的共振式作动器设计

为了扩大作动器的适用范围、获得高效动力放大系数,基于直升机ACSR的环境,设计了一种固有频率可调的共振式作动器。该作动器基于共振原理,主要由专门设计的梁结构、模组 质量块机构、电磁式作动器、支架以及轴承等组成。本文对该共振式作动器进行了结构设计、动力学建模、有限元建模仿真、性能试验和振动主动控制仿真：控制质量块的位置,以实现其固有频率的调节;通过性能仿真和试验,标定其调频范围以及输出力与输入激励之间的传递效率（放大系数）;结合HHC控制算法以及LabVIEW仿真,将其应用于振动主动控制中。性能仿真和试验结果表明：该共振式作动器在结构固有频率可调节的同时,满足了高效放大系数的设计要求。同时,LabVIEW控制仿真也表明,其可根据不同外激励频率,切换不同的共振频率档位以应用于ACSR中。     

负阻抗补偿法在机电作动器上的研究与应用

针对电力作动器类恒功率负载引起的负阻抗效应,提出采用负阻抗补偿法来解决电力作动器系统的稳定性问题,并且进行补偿器设计方法的研究。首先通过推导电网输入导纳得出稳定判据。然后比较常用增大电容法与负阻抗补偿法,分析两种方法对电能品质的影响及稳定性问题,并比较补偿器参数的改变对干扰性能的影响,重点分析比例系数对电网性能的影响。再通过仿真和实验对带有补偿器的作动器系统进行系统性能的验证。结论表明改进型负阻抗补偿法可以在满足系统快速性的同时,采用相对小的电容来保证系统的稳定性。另一方面负阻抗补偿法对大扰动问题仍然适用,同样可以改善电能品质。     

基于一维卷积神经网络的机电作动器故障诊断

针对机电作动器的传统故障诊断方法依赖于人工特征提取和工程经验的问题,该文提出一种基于一维卷积神经网络（1DCNN）的智能故障诊断方法。相较于传统故障诊断算法中特征提取和分类的分开处理,该方法将两者合二为一、共同进行。首先,利用重叠采样对直驱型机电作动器的正常信号和故障信号进行预处理来获取数据样本;然后将样本输入到设计的一维卷积神经网络模型中,通过多层数据变换得到有效的特征表示,从而建立原始数据端与运行状态端之间的映射关系,实现机电作动器端到端的故障诊断。实验结果表明,该方法可以有效地诊断出机电作动器的故障,且故障识别率可以达到98%左右。另外,该方法在不同白噪声下仍可以保持较高的故障识别率,具有比较好的鲁棒性和泛化能力。     

双余度机电作动伺服系统数学模型与特性

机电作动器作为飞行控制系统之伺服作动器具有体积小、功率密度大的优点,而双余度永磁无刷电机作为机电作动伺服系统的动力源提高了伺服作动系统工作的可靠性。通过对不同的系统工作模式与双余度永磁无刷电机结构特性的比较,建立了双余度伺服作动系统数学模型。详细分析了双余度永磁无刷电机电磁转矩纷争产生的原因,提出了以数据链交叉反馈及均衡算法抑制转矩纷争的方法。理论分析及实验证明,该方法能消除余度电机间转矩纷争现象;系统频带宽3Hz,满足多电以及全电飞机电力作动系统的要求。     

航空机电作动伺服系统复合控制策略研究

针对航空机电作动伺服系统中存在的外界负载扰动、内部未建模动态和参数时变等会严重影响伺服精度的问题,提出了线性扩张状态观测器和全局滑模控制相结合的复合控制策略。建立机电作动伺服系统的非线性状态空间模型,并将建模误差及未建模动态视为未知干扰。通过构建线性扩张状态观测器,实时估计系统扰动,以在设计全局滑模控制律时对其补偿,降低控制律中的不连续项增益,削弱控制量抖振带来的影响。应用Lyapunov方法证明闭环控制系统渐近稳定。理论分析和实验结果表明所提控制方法能有效提高系统的位置伺服精度和抗干扰性能。     

新型压电驱动机电耦合动力学系统分析与建模

为了准确描述压电陶瓷驱动器中存在的复杂非线性滞回动力学特性,采用分层建模原理,建立了驱动器中底层压电叠堆的非线性滞回子模型。将该底层子模型与驱动器中上层弹性和运动部件的子模型进行集成,导出了一种具有仿射形式的新型机电耦合非线性集总参数ECNLP模型。通过时域的仿真与实验对比验证和频域的动力学分析表明,该模型不仅能够准确、合理的刻画压电叠堆中的非线性滞回动、静态特性,而且充分考虑了驱动器中弹性和运动部件的动力学特性,为以后压电陶瓷驱动器控制系统的设计提供了一种新的建模方法。     

基于BLDCM的航空作动器系统建模与仿真

文章介绍了一种由无刷直流电动机和蜗轮蜗杆机构组成的航空作动器系统。为了满足系统的性能指标,采用了位置、速度和电流三闭环的控制策略。在Matlab/Simulink环境下建立系统模型并进行仿真,结果表明该控制系统具有较快的响应特性和较高的精度,应用于航空作动器是可行的。     

超磁致伸缩作动器结构设计与分析

以设计一款能长期工作且最大工作位移为50μm、最大输出力为2 kN的新型超磁致伸缩作动器为目的.在分析超磁致伸缩作动器结构及工作原理的基础上,对关键参数进行设计.选取超磁致伸缩材料的最佳预压应力,通过计算确定超磁致伸缩棒的几何参数;同时,为提高作动器的工作效率,对电磁线圈进行优化设计以及关键参数进行分析.利用MATLAB、ANSYS对其进行仿真分析.实验表明,所设计的作动器满足设计要求.其研究结果对超磁致伸缩作动器的结构设计及相关理论计算具有参考价值.     

直驱型机电作动器中永磁容错电机非线性模型研究

针对直驱型机电作动器中永磁容错电机存在饱和凸极效应的特点,建立三相12槽10极永磁容错电机非线性数学模型。将电机绕组磁链分为定子电流和转子磁极产生的磁链两部分,把转子磁极产生磁链等效为随转子位置变化的等效电流产生磁链,将电感表示为绕组总电流函数。辨识电机非线性磁链模型,在此基础上得出永磁容错电机非线性模型参数,在Matlab/Simulink中建立永磁容错电机非线性数学模型,并进行仿真分析。最后,利用有限元法和实验验证永磁容错电机非线性数学模型的有效性。此模型可推广到其他永磁容错电机中,可以为永磁容错电机无传感器控制设计提供参考,对提高直驱型机电作动器可靠性很有帮助。     

Characteristics of linear actuator with semiclosed magnetic circuit excited by discharge current of capacitor

The simple structured linear actuator considered in this paper is based on the model, called the single-phase oscillating motor, proposed by Jayawant. Reports have already been made on the static and kinetic characteristics of the actuator of the model proposed by the authors for two cases considered and not considered the magnetic saturation when it was driven by an ac source. Although the theoretical procedure to calculate the characteristics is very simple, the calculated results in both cases have shown close agreement with the experimental ones. To improve the actuator for practical use, some methods will be considered and one of them is to use a dc source instead of an ac source. Using the charged capacitor as a dc supply, an instantaneous large current flows easily in the exciting coil in comparison with the case of an ac supply. In this paper, qualitative explanation of the ring motion and calculated results of the ring speed which have good agreement with experimental results are reported.     

3D nonlinear transient field‐circuit modeling of inductive fault current limiters

Due to increasing levels of fault currents, fault current limiters (FCLs) are expected to play an important role in the protection of future power grids. Inductive saturable FCLs are particularly interesting due to their inherent reaction on the fault. Many different configurations have been proposed in literature. Being difficult or impossible to create accurate analytical models of some FCL configurations, the development of finite element (FE) models for inductive FCLs is required. This paper presents a 3D nonlinear transient FE modeling technique applied to two inductive FCLs, namely the so‐called open‐core and three‐leg single‐core FCLs. The models have been validated by comparing simulation results with lab measurements. Results show excellent agreement. The models constitute a valuable tool for design, optimization, and verification of inductive FCLs. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

磁偏置超导故障限流器限流响应模型与并网运行研究

针对电网短路故障限流问题,提出一种新型磁偏置超导故障限流器(SFCL),采用超导无感组件、双分裂电抗器支路两级限流的运行方式,具有自触发、分级故障限流、快速自我恢复等优点.应用MATLAB/Simulink软件,搭建了含磁偏置SFCL的10 kV电网线路仿真模型,提出超导限流组件磁热耦合特性的物理建模方法,并对0°和90°短路故障角下的SFCL并网限流效果进行瞬态仿真和比较.仿真结果表明,在电网0°和90°不同故障短路角电流冲击下,SFCL在首半波中的限流率分别为36.45％和45.89％,随后第2个半波的最大限流率达到78.58％,限流电阻在90°短路故障角下的变化率是0°短路故障角下的1.75倍,实现了较快的限流动作响应和显著的分级限流效果.最后实验验证了磁偏置超导限流技术的可行性.     

高速大行程滚珠丝杠副智能测控平台的伺服控制

为了研究滚珠丝杠副的动态特性如定位精度、重复定位精度、速度及加速度跟踪、动态摩擦力矩、负载扰动、预紧力、疲劳性能、温升和机械振动等对滚珠丝杠副精度保持性能的影响,针对五轴联动加工中心高速大行程滚珠丝杠副设计了一套伺服电机+滚珠丝杠副高速运转、直线电机模拟负载扰动、多通道信号采集的智能精密测控试验平台;建立了测控平台时变参数不确定性和外力扰动的优化动力学模型;提出了基于遗传算法的自适应非线性PID双位置反馈的控制算法和速度、加速度前馈误差补偿的控制策略。试验结果表明,该控制策略具备小的跟踪误差、较强的抗干扰能力和稳定性,满足测控平台的试验需求。     

降压型变换器动态响应特性分析

根据降压型开关变换器的工作原理,利用状态空间平均法以及欧拉公式建立了降压变换器的动态响应小信号数学模型,根据模型分析了降压型开关变换器的动态响应特性,探讨了动态响应的时间与器件之间的关系,依据小信号数学模型设计了补偿校正网络对动态响应进行改善,补偿后系统良好的动、静态性能验证了数学模型的准确性.     

Dynamic modeling of a dual active bridge DC to DC converter with average current control and load‐current feed‐forward

Bidirectional power flow is needed in many power conversion systems like energy storage systems, regeneration systems, power converters for improvement of the power quality and some DC‐DC applications where bidirectional high power conversion and galvanic isolation are required. The dual active bridge (DAB) is an isolated, high voltage ratio DC‐DC converter suitable for high power density and high power applications, being a key interface between renewable energy sources and energy storage devices. This paper is focused on the modeling and control design of a DC‐DC system with battery storage based on a DAB converter with average current mode control of the output current and output voltage control. The dynamic response of the output voltage to load steps is improved by means of an additional load‐current feed‐forward control loop. An analytical study of the load‐current feed‐forward is presented and validated by means of both simulations and experimental results. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于变压器动态非线性模型励磁涌流的研究

基于变压器铁芯拓扑结构建立了电路方程和磁路方程并进行了深入分析,然后将电路方程和磁路方程结合起来,利用Jiles-Atherton铁磁磁滞原理模拟变压器铁芯磁滞特性曲线,建立了计及剩磁的变压器非线性模型。基于所建立的变压器模型研究了在不同剩磁不同合闸角情况下变压器空载合闸的励磁涌流,结果显示了剩磁和合闸角对磁滞曲线和励磁涌流都有很大的影响,磁滞曲线的畸变程度则决定了励磁涌流的大小。     

异步电机的非线性建模与仿真

本文提出了一种基于静止直角坐标系的简单、实用的非线性感应电机模型,具有相对简练的表达方式和令人满意的精度.模型利用虚拟的"线性磁链",引入非线性饱和因子考虑电机磁链饱和影响,并用并联电阻计入涡流和磁滞损耗.在电机设计信息未知的情况下,所述模型参数可以很容易地使用传统的电机实验(空载和短路)获取.文中还介绍了使用该模型进行仿真的方法,适合用C/C 语言或simulink中的S函数编程实现.数值仿真和实验结果验证了模型的实用性和有效性.     

雷电流特性及其波形分析

通过对雷电流特性的分析,阐述主放电通道的波阻抗、雷电流波形,及幅值概率分布和雷电流极性等特点。根据其特点,建立了雷电流波形的三种主要数学等值模型,即双指数函数模型,霍德勒模型和脉冲函数模型。并应用Matlab软件对其进行仿真,得出不同模型间的特性差别及其适用范围。