车载高精度两轴随动转台的设计与控制

设计并研制了车载高精度直驱控制两轴随动转台。以技术指标要求为基础,将车载高精度直驱控制两轴随动转台分为方位随动系统和俯仰随动系统,从随动系统结构设计、轴系精度、电机选项等方面进行了设计和分析。以方位随动系统为例阐述了随动系统的电气构成,建立了基于全数字控制驱动和高精度光电码盘的复合控制策略,对直流有刷力矩电机进行直接驱动控制。采用绝对式高精度光电码盘和增量式光电码盘一体化设计,详述了随动控制模块的电路设计和工作过程,试验结果表明该转台速度环、位置环具有良好的控制宽带和精度,并具有重量轻、承载大、架设撤收快等特点,满足高精度车载转台的要求。     

车载稳瞄转台轴系误差建模与分析

针对两轴两框架转台的结构,分析了影响系统误差的误差源,指出了影响其稳定精度和跟踪精度的运动误差。通过对该转台轴系回转误差的数学建模与分析,并通过MATLAB仿真,得到了轴系回转误差即俯仰角偏差、方位角偏差及其变化率随俯仰角和方位角的变化曲线和轴系误差的分布规律函数,为设计阶段进行误差的分配提供了理论依据。     

星载激光通信终端轴承预紧力及加载结构研究

星载激光通信终端通过方位、俯仰轴系的运动实现目标跟踪。轴系回转精度是二维转台实现良好工作的前提。通过对角接触球轴承模拟分析,确定卫星发射以及在轨运行时转台轴承的最优预紧力大小,通过轴承预加载结构实现轴承从高预紧状态过渡到轴承低预紧状态,解决了传统固定式预紧力不能同时满足两种工况的难题,即发射时大预紧力满足高刚度与基频,在轨运行时低预紧力以降低平均摩擦,扭矩噪音以及轴承接触应力。     

纯电动汽车经济性换挡规律驱动力波动控制研究

针对纯电动汽车以经济性换挡规律运行时,换挡前后存在驱动力波动较大的现象,提出驱动力波动控制策略.根据驱动电机电流与电机输出转矩具有较强的关联度,设计出基于径向基神经网的驱动电机输出转矩估测模型,利用估测转矩计算车辆驱动力,分析出驱动电机消除驱动力波动需要补偿的转矩,得出补偿后的驱动控制策略.通过AMESim软件建立纯电动汽车动力仿真系统,验证估测转矩精确度,并对比驱动力波动控制策略使用前后的车速变化曲线.结果表明,估测转矩误差率小于0.09,在使用驱动力波动控制策略后,换挡前后车速过渡更平滑,整车动力性和驾驶舒适性得到了改善.     

周扫式激光通信跟瞄转台设计及分析

为了满足LEO对GEO激光通信任务的初始指向快速捕获(Acquisition)、精确瞄准(pointing)及精密跟踪(Tracking)需求。设计了一种卫星舱外的二维激光通信跟瞄转台。首先,根据通信任务需求,确立跟瞄转台的结构形式;其次,依据精密轴系设计理论完成方位俯仰两轴结构设计,并根据轴承支撑理论对周扫式跟瞄转台进行力学特性分析。分析表明本精密轴系能够在方位和俯仰两轴实现10″的跟踪精度,满足通信需求。最后根据赫兹接触理论计算精密轴系轴承在负载状态下的刚度,通过有限元分析软件分析了跟瞄转台的动态刚度及稳定性。经分析验证跟瞄转台能够承受搭载卫星发射条件要求。     

双体对转驱动电机的转矩平衡仿真研究

水下双体对转驱动电机分为前后两台同轴无刷直流电机,分别驱动两个对转螺旋桨.这一特殊结构使得正反转电机的驱动问题尤其是输出转矩平衡问题显得尤为突出.依据单体无刷直流电机的数学模型,运用工程设计方法进行电流调节器和转速调节器的设计和软件仿真分析,得出理论上的最佳双闭环控制参数,并在单电机的分析基础上,建立双电机的控制数学模型来研究输出转矩平衡问题,通过模拟仿真,得出理论上可以到达双电机输出转矩平衡的控制算法,为后续的实验研究提供了理论依据.     

基于最优滑转率识别的电动轮车驱动防滑模糊控制研究

根据轮毂电机输出转矩可独立控制和易于测量的特点,提出了利用轮毂电机的转矩和角加速度来识别车轮最优滑移率的方法,并采用模糊控制的方法对各车轮滑转率进行控制以保证整车行驶稳定性。根据4轮轮毂电机独立驱动的高速电动轮试验车结构,在ADAMS中建立了其18自由度的整车动力学模型。通过Matlab与Adams的联合仿真,分析了采用该驱动防滑模糊控制方法时,车辆在低附着路面、高附着路面和对接路面上加速行驶时的行驶轨迹、各车轮滑转率和转矩分配,并与驱动防滑模型跟踪控制方法作对比,验证了该控制方法的有效性。     

基于动态转矩的无刷直流电机机械特性和等效电压系数研究

由于无刷直流电机换相过程会造成电枢电流和电磁转矩发生周期变化。在两相导通驱动方式下对电机动态转矩进行分析,并计算平均转矩得到转速——转矩机械特性为非线性,其输出转速小于理想值,从而使等效电压系数小于1。在换相过程中采用关断延迟重叠换相法能够提高电机输出转速,在理论上能够实现电机输出转速等于理想值,等效电压系数等于1。采用两相与三相交替导通的复合驱动方法能够实现输出转速大于理想值,等效电压系数大于1。仿真结果表明复合驱动能在不增加硬件的基础上,扩大了无刷直流电机的输出功率和调速范围。     

基于PRLS的坡度估计及轮毂电机车辆转矩分配研究

针对电驱动车辆各个参数互相耦合,参数估计难度大,车辆驱动转矩分配不合理问题。利用四轮轮毂电机驱动电动汽车可以实时获取轮毂电机扭矩、转速及易于实现对各个车轮转矩精准控制的特点,根据整车纵向动力学模型,提出了一种整车质量及路面坡度实时估计递进RLS(PRLS)估计算法。根据整车纵向加速度与估计算法得到的路面坡度作为前、后轴驱动转矩分配的参量,设计了一种前、后轴转矩动态补偿分配控制策略。通过Carsim与Matlab/Simulink联合仿真以及实车试验,验证了文中提出的估计算法的有效性及驱动转矩实时分配控制策略的合理性。     

采用轮毂电机的四轮电动汽车性能分析

电动汽车的推进系统一般由高速低转矩电动机和齿轮箱、变速箱、差速器等部件组成,驱动轮与电动机的间接耦合可以使电动机工作在最大效率点附近。为减少机械部件、减轻重量和增加空间,在推进系统中可以使用轮毂电机代替单台高速低转矩电机。使用轮毂电机的推进系统可以是两轮驱动、四轮驱动或其他驱动方式。然而,轮毂电机在全速度范围内工作时,不能确保电动机一直工作于最大效率点。通过分析四轮驱动轮毂电机的特性,对比城市交通的电动汽车推进系统的效率、重量和成本,得出混合驱动方式性能更好的结论。     

机电一体化非均匀运动产生综合装置研究

非均匀运动可以由伺服电机带动中间传输机构完成。介绍了对于高速重载下的非均匀运动产生的机电一体化两自由度综合驱动机构。该机构有两个驱动源，具有传统的常速电机驱动机构能量存储与释放的优点，又具有伺服电机驱动装置可编程控制的特点。该驱动使用了优化设计方法，主要驱动能量和扭矩由常速电机提供，伺服电机只直运动调制的作用，即在一种基本运动的基础上，由伺服电机改变运动而导致装置进行了比较，结果表明，只有综合机构能同时减少作用在伺服电机上的扭矩和功率，从而为高速重载下非均匀运动的产生提供了一个很好的驱动源。     

三叶片垂直轴水轮机自启动性能数值计算

为寻求固定偏角垂直轴水轮机的启动性能规律,应用CFX流体-刚体耦合运动求解方法实现了垂直轴潮流能水轮机自启动过程的瞬态数值模拟,结合静态启动力矩系数的计算结果,分析在不同初始方位角下水轮机的启动时间以及角速度的稳定情况.研究结果表明:对于三叶片固定偏角垂直轴水轮机而言,方位角在60°~130°范围内启动性能较好,但在90°位置静态力矩会出现突降,不利于自启动;方位角在140°~170°范围内启动性能较差,但系统阻尼为0时,在所有位置均能够实现自启动,且启动过程稳定后水轮机转速均达到飞逸转速.     

基于欧拉角分析法的电动二维转镜读数修正

针对电动二维转镜在进行光学转像或扫描时产生的转角值与像移值不一致的现象,提出了一种软件修正读数的方法。利用欧拉角知识分析了二维转镜的运动姿态,建立了二维转镜的运动模型,推导出二维转镜旋转矩阵。根据平面光学知识得出出射光线的俯仰角与方位角,并通过软件对俯仰方位读数进行修正。验证试验结果表明,修正后二维转镜在俯仰方位两个方向上的读数精度达到4秒。     

径向低速大扭矩水液压马达定子曲线分析

提出了一种采用自然水（含海水和淡水）作为液压介质进行工作的径向低速大扭矩马达。与油压马达相比,摩擦、磨损、腐蚀等是水压马达面临的主要问题,而合适的定子曲线可以减少摩擦、磨损、水击等现象的发生。本文根据运动学理论对水液压马达的定子曲线进行了设计与分析。对幅角修正等加速运动规律和匀变加速修正等加速运动规律的加速度公式进行了修正。对9种不同类型运动规律的各区段幅角进行了设计,并结合曲线方程和水压马达的相关参数绘制出相应的定子曲线。综合分析了9种类型定子曲线下柱塞副（滚球与柱塞）的加速度、速度以及曲线压力角等特性,指出有过渡区的等加速运动规律曲线较适合于所研究的低速大扭矩水液压马达。     

基于Arduino的目标跟踪系统设计

利用Arduino设计并实现了一种目标跟踪系统。该系统包括图像采集处理、基于Arduino开发的下位机软件和舵机云台3个模块。相机实时接收图像,对捕获到的图像进行预处理,调用OpenCV中的函数对图像进行霍夫圆检测。计算机通过串口与Arduino开发板连接,将图形位置信息数据实时发送。通过Arduino控制舵机的转动角度,精确调整相机的方位、俯仰姿态,完成实时的目标追踪。实验结果表明,在使用Python开发的计算机软件中,通过动态目标视觉检测以及PID控制的角度输出,舵机云台实现了很好的控制效果,使二维转台实现圆形识别跟踪。     

2m望远镜方位轴系倾角回转误差分析

为了寻找引起2m望远镜方位轴系倾角回转误差的主要误差源,相应采取措施减小或消除,确保望远镜方位轴系有较高的回转精度,采用国军标中水平仪法测量方位轴系倾角回转误差,对测量数据进行傅立叶谐波展开,分别对常数项和前三次谐波来源进行了分析。常数项和一次谐波为操作误差,予以去除,对比不同轴承结构的方位轴系,得出二次谐波来源于轴承滚道面加工误差,利用有限元分析得出三点调平支撑对大型方位轴系不能提供足够的刚度,由此引起三次谐波。去除操作误差的方位轴系倾角回转误差为1.7″,三点支撑引起轴系晃动量为0.6″,去除二次和三次谐波后,倾角回转误差仅为0.1″。提高轴承滚道面的加工精度,提供一个稳定的高刚度支撑,可有效提高方位轴系的倾角回转误差。     

风力发电机组的独立变桨控制

为了实现风力发电机组3个桨叶的独立控制,依据风力机空气动力学原理和风剪切效应,提出了基于桨叶方位角信号的权系数分配独立变桨距控制方法。通过权系数对3个桨叶统一的桨距角进行重新分配,将统一变化的变桨角转化为每个桨叶独立变化的桨距角．以2MW变速变桨风力发电机组为研究对象,基于Bladed软件平台对该控制策略与传统的变桨控制策略进行仿真比较：结果表明,相对传统的变桨距控制,独立变桨距控制使风力发电机组能够在额定转速下保持稳定的电功率输出的同时还能减小齿轮箱转矩尖峰。