数控机床永磁同步电动机无位置传感器的直接转矩控制

在PMSM直接转矩控制系统中,通常需要转子位置信息来实现电机换相运行,难以用于一些特定的PMSM无位置传感器控制中。提出一种采用定子高频脉冲磁链注入实现PMSM无位置传感器直接转矩控制方法,设计基于电流模型的电磁转矩和定子磁链观测器,只需要实测电流信息就可以实现高、低转速通用控制。进一步为了实现磁链和转速的在线辨识,设计PMSM转子位置和转速观测器,并设计磁极判断判据,提高观测器观测精度,最后通过实验验证了所提方案的有效性和可行性。     

基于电感法的微型BLDCM控制系统建模与仿真

对于微型BLDCM在负载较大和低速运行的场合,采用传统无位置传感器控制技术出现启动反转和启动困难的情况,首先根据安培环路定理分析相电感与转子位置的关系。通过施加一定顺序的电压矢量,设计了一套根据其电流响应来判断转子位置的方法;然后使用Matlab/Simulink搭建控制系统模型,并进行仿真。实验结果表明:采用此方法,微型BLDCM可以在较大负载的情况下从任意位置无反转启动,并且可以低速运行。     

基于滑模和自适应控制的无位置传感器PMSM换相研究

永磁同步电机(PMSM)无位置传感器控制系统是目前电机控制领域研究热点。针对无霍尔传感器的电机换相控制,提出采用滑模控制检测反电动势过零点,完成电机换相。为了得到精确的反电动势观测值并且减弱滑模控制的抖振现象,构建一种新型切换函数代替传统符号函数。应用李雅普诺夫稳定性理论,对滑模控制中的增益进行计算。为了解决转速计算中,因为求导微分环节影响PMSM转速控制,应用自适应算法计算转速。通过仿真和实验分析,验证所提方案能够准确得到PMSM反电动势和转速,实现PMSM精确换相控制。     

交流伺服系统无速度传感器模糊控制策略研究

永磁电机驱动伺服系统在提高机床加工能力方面表现出较高的潜力,目前工业普遍采用的PID控制系统不能自适应外界大干扰激励,在环境突变情况下控制效果差,影响工件加工质量。为解决这个问题,研究一种永磁电机驱动交流伺服模糊滑模变结构矢量控制系统。该系统采用id=0矢量控制策略,速度环应用等效滑模控制器来提高控制器自适应能力,并利用模糊控制优化滑模切换控制函数来消除滑模抖振;为了降低系统制造成本、减少系统结构复杂性,研究基于模糊观测器的伺服系统无速度传感器控制策略,利用模糊观测器从电机反电动势中提取转子位置和速度信号,从而省掉了传统的速度传感器。通过dSPACE半实物仿真平台对一台永磁同步电机(PMSM)进行实测,结果表明:所设计的交流伺服系统无速度传感器模糊控制策略能够在外界强烈干扰下自适应控制电机稳定运行,速度跟踪准确,鲁棒性好,控制性能比传统PID控制好。     

一种高效直驱液压角度位置伺服控制系统的研究和实现

基于直驱式液压系统效率高和阀控伺服系统精度高的特点,提出一种位置二元控制方法。第一元是步进电机控制的数字阀和执行器通过机械负反馈形成的闭环伺服系统,实现系统的精准位置控制。第二元是伺服同步电机控制的柱塞泵系统,系统根据执行器能够达到的加/减速度、最高速度、作动器的排量、初始位置和目标位置的差等,计算所需流量和具体执行的步进电机控制的节奏,并以步进电机控制节奏为参考,控制同步伺服电机速度及相应泵的流量,实现大偏差时高效运行;在小偏差时,在蓄能器压力达到设定值时,关闭同步伺服电机和柱塞泵,避免泵在低速低效区运行,用蓄能器储存的能量实现位置伺服纠偏控制;系统一直运行在高效状态。二元控制方法具有两个简洁的机制实现精准和高效目标,实用可靠。     

改进内置式永磁同步电机的无位置控制方法北大核心

为了提高内置式永磁同步电机无位置控制下传统滑模观测器在中高速运行过程中的动态性能,提出了一套基于定子电阻辨识的超螺旋滑模观测器。针对滑模控制本身存在的抖振问题,在内置式永磁同步电机的模型下设计了超螺旋滑膜观测器,推导了新的切换函数引入到观测器中,能够进一步地削弱抖振,减小超调,提高了系统的抗干扰能力;为了提高电机在不同环境下的稳定性,在此基础上对电机定子电阻进行在线辨识,降低了在电机运行过程中定子电阻阻值随温度升高而发生变化所造成的精度误差。实验结果验证了该套无位置传感器系统能够减小抖振、提高控制精度,具有较好的稳定性和动态性能。     

永磁同步电机无传感器控制及在线参数辨识

针对传统永磁同步电机闭环控制系统存在体积大、成本高、可靠性低等缺点,提出了一种无转速传感器的闭环控制系统和电机参数在线辨识方法。在建立永磁同步电机两相静止坐标系模型的基础上,设计滑膜电流观测器估算电机的位置和角速度;考虑到电机运行过程中内部环境变化会导致电机参数变化,又设计了一种基于遗传算法的电机参数在线辨识。仿真结果表明:该组合系统能快速、准确地预估出电机的位置角度和转速,并对电机的定子电阻和电感有较高的辨识精度。能够满足永磁同步电机无传感器控制的需求。     

基于无速度传感器矢量控制技术的传动系统优化及其仿真

在分析考虑铁损时异步电机在同步旋转坐标系统下数学模型的基础上,利用扩展卡尔曼滤波器(EKF)算法对电机转速和磁链进行实时估计,通过研究不同运行条件下电机损耗与转子磁通的关系,实现无速度传感器矢量控制变频调速异步电机的优化控制.在Matlab/Simnlink中,提出了交流异步电机控制系统仿真建模的新方法.建立独立的功能模块,如考虑铁损的电机模块、电机转速和磁链估算模块、优化控制模块、SVPWM模块等,再进行功能模块的有机整合,搭建基于扩展卡尔曼滤波器(EKF)考虑铁损的无速度传感器矢量控制系统.仿真结果分析验证了系统能平稳运行,具有较好的静、动态特性,说明了该电机模型更接近实际电机.     

用于嵌入系统的超声电机驱动设计

为了在嵌入式控制系统中充分利用超声电机特有功能,对超声电机的驱动原理进行了研究,在分析了超声电机的驱动控制原理的基础上,提出了一种基于单片机控制超声电机的软硬件控制实现方法。利用单片机输出数字量作为控制信号,通过串行输入并行输出芯片扩展后,输出到超声电机驱动器,实现超声电机启动/停止/正反转的功能;通过扩展单片机数模转换,将单片机控制超声电机速度的数字信号转换为电压信号,实现超声电机的速度控制功能;利用运行脉冲宽度控制实现超声电机的位置控制功能,并将光电编码器实现超声电机的反馈,最后通过试验验证了单片机系统实现超声电机驱动设计。     

基于SFF-PLL的永磁同步电机无传感器控制北大核心

为了提高表贴式永磁同步电机无传感器控制对转子位置和转速的观测精度,提出了一种基于SFF-PLL的永磁同步电机无传感器控制策略。首先,在传统等速趋近律基础上结合指数函数提出一种新的变速趋近律作为改进型滑模观测器的滑模控制律;其次,考虑到由于逆变器的非线性等原因造成反电动势观测值中存在大量的谐波,提出了一种同步频率滤波器(synchronous frequency filter,SFF)和锁相环(phase-locked loop,PLL)相结合的方法来提取电机转子位置与速度。实验证明基于SFF-PLL的永磁同步电机无传感器控制策略可以有效提高转子位置和转速的观测精度。     

Continuous Rotary Motor Actuated by Multiple Segments of Shape Memory Alloy Wires

An attempt has been made in this study to develop a continuous rotary motor actuated by multiple segments of shape memory alloy wires (SMA motor). In order to meet the requirements of continuous rotation, large output torque, and stall torque, a unidirectional rotary actuator was designed, and five rotary actuators were fixed on one shaft in series. When every actuator is actuated in turn, the SMA motor can realize a continuous rotation. In order to simulate the rotation angle, output torque, and the actuation performance degradation of the SMA motor, Lagoudas’s constitutive model was modified to consider the cyclic actuation influence. After design and simulation, a prototype of the SMA motor was fabricated and experimentally tested to verify the feasibility and performance of the proposed design decision. The test results indicate that the SMA motor can realize continuous rotation. The rotation speed is 0.28 r/min, and the torque is 1008 N mm.     

全液压直推式土壤取样钻机设计与实验研究

环境污染场地调查及风险评估对保障用地安全尤为重要。为了向土壤修复与污染治理工作提供准确的科学依据,针对勘察取样工作研发了全液压直推式土壤取样钻机。该钻机动力头设计为冲击、回转一体式的多功能冲旋机构,较传统冲击、回转分离式动力头结构更加紧凑。机架可实现多角度倾斜作业,集成式操作台实现可视化控制,施工作业更加便捷;液压系统采用电液控制的开式负载敏感回路,钻机工作时马达的转速和冲击锤的冲击速度、冲击力可随地层变化、工艺要求实时调节。该钻机整体结构紧凑,操控可视化,是集智能化、模块化、轻便化于一体的技术集成,能够满足国内土壤环境调查日益严格的技术要求,具有广阔的应用前景。     

聚氨酯泡沫绝热层高效精密打磨装置设计与建模

针对现有液氧贮箱的结构特点以及贮箱绝热层打磨中存在的工艺问题,以聚氨酯泡沫塑料自动化打磨机器人为基础,设计出一种能够高效精密地切削去除绝热层材料的打磨装置。该装置包括打磨工具系统、实时测厚系统和控制系统。装置通过实时测厚系统对泡沫层厚度进行精准在线测量,采用直线模组和气动马达分别对刀具进行位置实时控制和转速控制,在获得实时测厚系统所测的厚度值后到达对应的位置对材料进行实时切削,同时辅助有效随动吸尘装置,实现贮箱聚氨酯泡沫绝热层高效自动打磨,在保证加工精度的同时,极大地提高了工作效率。     

陶瓷球高效超光滑磁流变柔性抛光新工艺研究

目的为实现陶瓷球表面的高效超光滑抛光,提出一种集群磁流变抛光陶瓷球的新工艺。方法在传统V型槽抛光陶瓷球的基础上增加集群磁极和上盘旋转动力,配制适当的磁流变抛光液,通过在上下抛光盘的集群磁极,形成磁流变抛光垫包覆陶瓷球,进行研磨抛光加工。然后,基于陶瓷球工件几何运动学和动力学分析得到球体各运动参数的影响关系,利用机械系统分析软件ADAMS对成球过程进行动态仿真,可以看出该抛光方法能够主动控制球体的运动,实现球面抛光轨迹的快速均匀全包络。最后,根据仿真结果,通过调整上下抛光盘的转速比、偏心距和加工间隙等参数,控制陶瓷球的自转角,实现球面的快速高效超光滑抛光。结果用自行设计的陶瓷球集群磁流变抛光实验装置,对氮化硅陶瓷球进行抛光2.5 h,表面粗糙度Ra从60 nm左右下降到10 nm左右,球形误差为0.13μm,达到了陶瓷球轴承氮化硅球的国家标准(G5水平)。结论集群磁流变抛光方式可以实现球面抛光轨迹的快速均匀全包络,实现陶瓷球表面的高效超光滑抛光,值得进一步深入探讨研究。     

永磁同步直线电机位置误差迭代学习补偿控制研究

永磁同步直线电机在执行具有重复特性的跟踪控制任务时,系统的位置误差也会出现周期性变化。针对这一问题,提出一种基于离线迭代学习补偿优化直线电机位置输入信号的控制策略。通过离线迭代学习,对直线电机系统的干扰进行迭代学习控制。对凸轮轴轨迹和正弦曲线轨迹进行迭代学习,实现对永磁直线电机运动轨迹的跟踪控制,减小直线电机的跟踪误差。实验结果表明：通过离线迭代学习控制产生的位置输入信号跟随误差较小,能很好地消除由于跟踪滞后造成的位置误差。     

下肢外骨骼机器人设计及实验研究

为实现下肢残障者的运动康复,设计液压驱动的下肢外骨骼机器人机构。针对下肢外骨骼的运动跟随需求,提出一种滑模控制器,并进行了控制仿真模拟。仿真结果表明：外骨骼采用该控制算法能较好地实现位置跟踪。基于dSPACE硬件在环实时仿真系统搭建了下肢外骨骼系统,进行了空摆实验、被动跟随实验及主动跟随实验。实验结果表明：设计的下肢助力外骨骼机器人能够为穿戴者提供助力,外骨骼样机的整体稳定性较好,对穿戴者具有良好的跟踪性能与快速响应性。     

圆柱定子直线超声波电机定子机电耦合模型研究

利用Hamilton能量变分原理对圆柱定子直线超声波电机定子进行建模.根据电机定子的振动模态,推导出电机定子的机电能量系统,并通过对能量的变分,导出电机定子的运动方程,建立圆柱定子直线超声波电机定子机电能量转换模型.利用Matlab/Simulink仿真模块对机电能量转换模型进行求解,分析振幅和驱动频率的关系以及启动过...     

五关节机械手控制程序设计

设计了一种新的五关节机械手,通过机构运动学理论方程设计了控制程序,并设计了友好的操作平台,便于远程控制。该机械手是一个含有四杆结构的五关节串联机构,其最长伸展距离可达125 cm。利用逆运动学理论,建立了机械手运动方程,通过伺服电机调节相应关节角度的大小便可控制末端夹持器的位置。通过VB语言对整个系统编程,当操作人员在屏幕上点击目标位置后,程序通过所指定的末端位置,利用逆运动学理论,得到相应的伺服角度大小,然后传达指令给伺服电机,伺服电机调节伺服角度,从而使机械手末端夹持器到达操作人员所指定的位置。该机械手用于营救机器人领域,因而并不需要很高的操作精度,理论结果与实验结果对比,验证了操作精度在允许范围内。