单轴储能及姿态控制一体化系统研究

给出了一种应用于卫星的单轴能量存储及姿态控制一体化系统.在同一轴上安装两个反向旋转的飞轮,通过预定的算法,控制两个飞轮的角加速度,可以在日阳期、日阴期及其过渡过程分别实现能量的储存和释放,并且在这些过程中保持卫星的姿态不变或按要求实现姿态机动.根据实验对系统进行了适当的简化,推导出了其数学模型,给出了相应的控制算法,并进行了在储、放能的同时实现姿态控制过程的试验.初步试验表明,在储能过程中,轴系控制精度优于3°;在放能过程中,轴系控制精度优于1.2′,换算到百公斤量级卫星的姿态角波动量分别为3.6′和1.5″.结果表明:在消除一些不对称因素(如两个电机结构差异)后,此方法在卫星或其它空间飞行器中同时完成能量交换和姿态控制是可行的.     

单轴飞轮储能与姿态控制系统误差分析

介绍了单轴飞轮储能及姿态控制一体化系统的总体构成和工作原理,研究并推导了系统的数学模型,分析了系统误差产生的原因,建立了转台角度位置误差与转子安装不同轴误差、转子偏心误差、飞轮速度测量与控制误差之间的误差关系式,并进行了误差合成。结合实际实验系统算出了各项误差,并对比和分析了各项误差。结果表明:影响系统位置精度的主要因素有飞轮安装不同轴误差、转动惯量误差和飞轮速度测量与控制误差等,其中飞轮转动惯量误差和飞轮安装不同轴误差是不可控量;而飞轮的转速测量与控制误差是可控量。最后提出了提高飞轮储能与姿态控制系统精度的主要方法,可以通过提高位置测量传感器和速度测量传感器的分辨率,采用先进的控制算法来降低飞轮的转速测量与控制误差。     

储能/姿控一体化飞轮能耗试验研究

给出了储能/姿控一体化飞轮在高速运转下能量损耗测试原理及方法,建立了飞轮能耗试验系统,进行了能耗试验,分析了飞轮能耗的组成及其影响因素,在试验的基础上,给出了降低飞轮系统能耗的方法。飞轮能耗包括机械损耗、风阻损耗及电损耗,其中比重最大的部分为轴承摩擦导致的机械损耗。提高真空度可以有效降低风阻损耗及电损耗,但机械损耗不受影响,机械损耗随转速升高而增大。在10 000 r/min以下飞轮能耗较低,飞轮具有较好的性能,当转速高于10 000 r/min后机械损耗急剧上升,需要采用磁轴承支撑来降低机械损耗。     

姿控飞轮控制系统设计及转速过零分析

为了缩短姿控飞轮控制系统的设计周期和快速验证设计方案的可行性及有效性,在分析姿控飞轮电机本体数学模型的基础上,结合该姿控飞轮控制系统所采用的加速控制、制动控制、换相控制,建立了姿控飞轮控制系统模型。并针对姿控飞轮的共性问题：飞轮过零的力矩抖动,以速度模式下的指令响应为例分析了调压调速控制方式与调压调速结合反接制动方式下的飞轮速度、电流、端电压以及力矩响应。通过分析,结果表明：0.025Hz的速度指令下,调压调速结合反接制动方式具有更好的过零响应。     

基于TMS320C6713B+FPGA数字控制器实现磁悬浮飞轮主动振动控制

为了抑制磁悬浮飞轮的振动,分析了磁悬浮飞轮的振动源.针对磁悬浮飞轮最主要的振动源-不平衡振动,给出了一种基于TMS320C6713B+FPGA数字控制器的磁悬浮飞轮主动振动控制实现方案.介绍了所采用的主动振动控制方法、数字控制器的硬件组成和功能原理,并讨论了DSP中主动振动控制算法的实现和FPGA中多任务管理及外设控制等.实验结果显示,采用本方法进行主动振动控制后,磁悬浮飞轮的不平衡振动衰减至3.2%,表明本实现方案对飞轮转子不平衡振动取得了很好的抑制效果,对于增加磁悬浮飞轮姿态控制的稳定性,提高对地观测分辨率具有重要意义与应用价值.     

飞轮单轴姿态控制及储能系统

给出了一种应用于小卫星的集成化单轴姿态控制及储能系统。通过同轴反转安装的双飞轮,进行必要的解耦控制,能够实现卫星在日阳期及日阴期能量的储存与释放,同时对卫星的姿态进行稳定或按照要求调整。通过仿真分析,证明了集成化单轴姿态控制与储能系统方案的正确性,分析了系统参数对控制精度的影响,给出了参数优化途径。搭建了单轴姿态控制与储能实验演示系统并进行了实验,在0到20000rpm转速范围内进行了储能实验,该过程模拟卫星单自由度旋转的气浮转台的控制精度优于1.5º,折算到百公斤量级卫星的姿态角波动量为1.8';在20000rpm到10000rpm的转速范围内进行了放能实验,该过程转台的控制精度优于1.2',折算到百公斤量级卫星的角度波动量为1.6",总线电压24V,电压波动量小于1.8%。结果表明：单轴姿态控制与储能系统应用于卫星及其它空间飞行器上能够同时完姿态控制和能量需求。     

姿控飞轮变结构变速积分控制的实现

为了兼顾飞轮控制系统的响应速度和稳态精度,在分析常值切换变结构控制和变速积分控制特性的基础上,将具有开关特性,响应快,但存在抖振缺点的常值切换变结构控制与能改变积分项的累加速度,使其与偏差大小相对应,稳态精度高的变速积分控制相结合,利用变速积分控制稳态精度高的优点弥补常值切换控制的开关特性带来的缺点,提出了变结构变速积分控制。根据飞轮的本体模型和运动方程建立了控制模型,分析了控制模型的性能,进行了转速跟踪实验。实验结果显示:变结构变速积分控制使系统的动态性能和稳态性能都得到很大提高。控制指令为偏移量1000r/min,幅值100r/min,周期0.01Hz正弦信号时,跟踪误差为2r/min。结果表明,提出的方法抑制了超出切换带范围的超调量,提高了进入切换带内的稳态精度,防止了抖振,基本达到了加快响应速度和提高稳态精度的要求。     

船舶电力综合控制系统研究与开发

针对船舶电力系统监测能力弱、可靠性差、自动化程度低等问题,将传感器、可编程逻辑控制器、并车与保护单元、电力综合显控台应用到船舶电力综合控制系统中。对该系统的需求进行分析,建立自上而下管理层、控制层和数据层3个层次之间的关系,提出了船舶电力综合控制方法。在联调试验和船舶上对该综合控制系统进行了实际应用。研究结果表明,该综合控制系统可显著提高船舶电力系统的监测能力、可靠性、自动化化水平,保证了船舶电力系统的安全性、可靠性、优质性和经济性。     

小卫星姿态控制飞轮系统热设计

为了满足小卫星姿态控制飞轮系统热设计的要求,对飞轮系统的热特性进行了分析和试验验证。根据飞轮运行工况,分别对飞轮系统机械损耗和电控损耗进行了理论计算,确定了系统主要热源点的分布情况。然后,依据系统拓扑结构,建立了整机的等效热网络模型;采用有限元法,分别对飞轮相关组件和整机在卫星连续侧摆工况下的热特性进行了分析。最后,研制了实验样机,并对样机进行了热真空试验。在经过8h卫星连续侧摆机动工况下的实验结果表明:当环境温度为45.0℃时,监测点最后平衡温度约为57.8℃,相对于有限元分析结果的53.2℃,误差为8.6%,表明热分析结果与试验结果吻合度较好,可为姿态控制飞轮系统的热设计提供重要参考。     

基于随机次优控制的汽车电动助力转向与主动悬架集成控制

将汽车电动助力转向系统(EPS)模型、转向模型和主动悬架系统(ASS)模型相结合，建立了整车系统的动力学模型。设计了输出反馈随机次优控制策略，实现了汽车EPS和ASS的集成控制。在Matlab／Simulink环境下进行了仿真计算，仿真结果表明，采用所提出的集成控制策略，不仅能有效改善EPS的轻便性，而且使得ASS具有很好衰减路面振动、抗侧倾和抗俯仰的能力，从而显著提高了汽车操纵稳定性、安全性和平顺性等综合性能。     

微小型直升机控制系统设计与姿态控制实验研究

介绍了一个微小型自主直升机试验平台的系统组成和工作原理。基于嵌入式计算机和MEMS传感器技术,构建了一个小巧的低成本飞行控制系统;针对微小型直升机的姿态控制问题,提出了一种基于多传感器测量的姿态数据融合方法和姿态控制算法,并进行了飞行试验研究,同时探讨了初期试验阶段的实用安全装置和方法,给出了单自由度、三自由度和系留飞行姿态控制试验的结果与分析。     

电厂侧AVC子站系统控制策略的研究

无功电压控制问题对提高电力系统的安全性和经济性具有重要的意义。无功电压控制目前广泛采用分区电压三级控制结构。对于二级电压控制系统中的电厂侧AVC子站,可根据电厂侧的要求采用逐步逼近法建立自动跟踪电压控制模型,运用自学习方法计算系统阻抗,并建立电厂侧无功电压控制系统必要的安全性约束保证电网与机组的安全运行,最后给出了电厂侧AVC子站调控逻辑中需要注意的一些关键技术问题,其结论对工程实践具有借鉴意义。     

Integrated design of legged mechatronic system

This paper presents a system based on the integrated design and experiment for a one degree-of-freedom (DOF) legged mechatronic system (LMTS). A six-bar linkage mechanism, which is derived from a four-bar linkage with a symmetrical coupler point and pantograph into one, is designed, and common controllers are used to control the velocity and position loops. For system-based dynamic optimization, the design for control (DFC) approach is used to integrate the structure and control for improving dynamic performance with reduced control torque. Finally, for a rapid 3D graphical based implementation of the system, high-level computer-aided rapid system integration (CARSI) technology is used to integrate the structure design, controller design, and system implementation into the design and analytical software environment based on Pro/engineer, XML syntax, Simmechanics, and Simulink. Thus, the development time for the LMTS is reduced.     

基于DSP的并联有源电力滤波器数控系统

传统无源电力滤波器的设计方法过分依赖经验,优化能力弱.针对有源电力滤波器设计的难点,基于瞬时无功功率理论,开发了一种基于TMS320LF2407A的并联有源电力滤波器数字控制系统.介绍了有源滤波器的工作原理及系统结构,并详细论述了利用TMS320LF2407A芯片开发并联有源电力滤波器的设计方案,包括硬件和软件两部分.实验结果表明,所提出的设计方法正确有效,所开发的软件实用性强.     

核电站仪控系统阈值判决及应用

基于物理参数的仪控系统阈值判决是核电站仪控系统的重要功能。常规阚值判决固定单一,缺乏与时间、工况的相关性。通过分析已有阈值判决,提出了在安全前提下采用阈值判决优化,在数据处理、阈值浮动、与工况相关联等方面作出改进,提升了仪控系统的容错、故障诊断能力,降低了停堆次数。     

单框架磁悬浮控制力矩陀螺的损耗计算及热-结构耦合分析

为了明确由损耗导致航天器应用中的磁悬浮控制力矩陀螺温升问题,需要对损耗和温度分布进行分析计算。本文针对额定转速12 000 r/m,最大角动量200 N·m·s的单框架磁悬浮控制力矩陀螺,通过建立理论模型进行分析计算,得到了框架力矩电机、径向磁轴承、轴向磁轴承和转子高速电机的铁损以及铜损;对陀螺三维有限元模型进行了热场仿真分析,得到在各类损耗影响下的温度分布,并进行了热-结构耦合仿真分析。分析得到最大温度位于高速电机定子,最大温度是48.3℃;最后,进行了样机温升实验验证,检测温度最大值位于高速电机定子,最大值为51.8℃,与计算值误差为6.8%。通过温升检测实验验证了损耗计算和有限元热场分析。实验结论为整体结构优化提供了理论参考。     

航姿参考系统三轴磁强计校正的点积不变法

为改善航姿参考系统中三轴磁强计校正精度,提出了一种基于泊松模型以及矢量点积不变性的校正方法。该方法利用地磁场矢量与一辅助矢量的点积为常数,无需本地地磁场精确数据,能完全确定泊松模型中的12个补偿系数,并能同时实现三轴磁强计的坐标系对准。针对辅助矢量的不同选择对该方法校正结果的影响,在电子罗盘上进行了实验验证及讨论。实验结果表明,该方法可使电子罗盘航向误差均方值减小到0.1°。     

单元机组协调控制系统研究进展

总结了单元机组协调控制系统的研究成果及发展现状,包括典型的锅炉-汽轮机单元模型,单元机组协调控制系统的理论设计方法等,指出了协调控制系统尚存在的一些问题及可能的解决思路.分析了几种具有代表性的协调控制系统工程设计方案,如直接能量平衡方法、SIEMENS方案、日立方案等.最后简要介绍了协调控制系统在传统火力发电以外的新领...     

Novel approach to harmonic control for Class F power amplifier with high power added efficiency

This paper presents a new topology to implement Class F power amplifier for eliminating the on -resistance （ RON ） effect. The time-domain and frequency-domain voltage and current waveforms for Class F amplifier are analyzed using Fourier series analysis method. Considering the on-resistance effect, the formulas of the efficiency, output power, dc power dissipation, and fundamental load impedance are given from ideal current and voltage waveforms. For experimental verification, we designed and implemented a Class F power amplifier, which operates at 850 MHz using AlGaAs/GaAs Heterostructure FET （HFET） device, and analyzed the measurement results. Test results show that the maximum PAE of 67% can be achieved at 28 dBm output power level.