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。     

一种新型直线旋转永磁作动器的分析与实验

现有的直线旋转作动器多采用直线作动器和旋转电机组合构成,结构复杂、控制精度差.该文提出了一种能实现独立或同时产生直线和旋转运动的新型直线旋转永磁作动器.分析了该作动器的结构特点和运行原理,建立了该作动器的圆弧直线等效磁路模型,推导出了旋转转矩和直线力的计算表达式.采用三维有限元方法分析了空载磁场分布,验证了磁路模型中定子永磁磁通的计算结果.最后,在所设计的样机上进行了原理性的验证,等效磁路法和有限元分析结果与实验数据吻合较好,表明等效磁路模型的计算精度能够满足工程设计分析的要求,所提新型LRPMA具有可行性.     

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。     

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。     

机电作动器动力学建模与电流跳变现象分析

针对机电作动器在带载位置跟踪性能检测试验中响应曲线峰值点处出现的电流跳变现象,推导机电作动器空气舵负载、永磁同步电机和传动机构的动力学与运动学方程,建立其多非线性因素动力学模型。从电能、动能、摩擦损耗和弹性能间相互转换的角度,解释电流跳变现象,证明电流跳变现象是由传动机构摩擦力瞬间反向造成的。仿真与试验结果表明,在57 N·m^570 N·m负载力矩条件下,电流曲线拟合误差最大为13.06%,决定系数最小为0.87,所建模型提高了机电作动器仿真分析精度,复现了电流跳变现象,对机电作动器功率损耗分析及故障诊断的仿真预估具有重要意义。     

有限元法在圆筒型直线感应电机瞬态特性分析中的应用

本文推导出了以磁感应强度为求解量的非线性涡流场方程及其有限元方程。采用电流耦合法得到了电压源激励下通用形式的非线性时步有限元方程。在有限元方程的推导中，提出了一种解决非均匀媒质间相对运动的新方法。利用所得方程对一台笼式圆筒型直线感应电机的瞬态特性进行了计算与试验分析。文中还对电机初、次级初始相对位置的变化以及电压初相角的变化对瞬态特性的影响进行了研究分析。     

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。     

直线旋转永磁作动器的双DSP控制系统设计

介绍了一种直线旋转永磁作动器(LRPMA)的结构特点与运行原理,分析了其数学模型,针对LRPMA需要实现直线、旋转和螺旋运动的功能特点,设计了基于DSP2812和双口RAM的双DSP结构伺服控制系统。该控制系统通过共享存储器,实现了双DSP之间的实时通信,给出了系统软硬件设计及不同运动形式的控制策略。经实验测试,结果表明该系统满足控制的要求。     

新型塔形压电式粘滑直线作动器

为了达到纳米级的定位精度,并考虑到压电式粘滑作动器能够达到极高的定位精度(5 nm),研发了一种塔形压电式粘滑直线作动器。该作动器由塔形定子和动子构成,其中塔形定子由4片压电陶瓷与金属弹性体粘接构成,动子在预压力的作用下与定子保持接触。当输入锯齿波激励信号时,塔形定子利用y-z面内强迫弯曲振动来激发定子驱动足产生非对称切向振动,从而驱动动子正反向运动。在分析电机工作原理的基础上,制作了原理样机及其实验装置,然后进行了模态实验和机械特性实验。实验表明:锯齿波激励信号的峰峰值电压400 V、预压力6N的条件下,当激励频率8 000 Hz,该作动器速度最大,为1.2 mm/s;当激励频率1 Hz,该作动器速度最小,为35 nm/s。     

同步磁阻永磁电机在电动作动器中的应用

高功率密度和高可靠性电动作动器是全电飞控系统发展的一个重要方面 ,其中电机及其控制系统是其中最重要的部件之一 ,是实现全电飞控系统的关键技术。同步磁阻永磁电机作为一种同步磁阻 (SynR)电机和同步永磁电机 (PMSM)相结合而产生的一种新型电机 ,是电动作动器用电机的重要候选者之一。本文首先介绍了该电机的基本结构和工作原理以及研究现状 ,然后给出了它的基本电磁方程和一般的分析方法 ,指出场分析是研究该类电机必不可少的方法 ,并指出机电一体化设计是其能否得到有效应用的关键。随后重点分析比较了它在电动作动器应用中的优势 ,指出同步磁阻电机的高可靠性、高效率、高功率密度、自然双余度、宽恒功率范围等特性决定了它在电动作动器甚至整个航空行业中具有广阔的应用前景     

鼠笼异步电机起动性能的时步有限元计算

时步有限元方法是计算鼠笼异步电机暂态起动特性的一种有效方法，本文针对当前该方法在工程应用中存在的问题展开了研究。在转子转动的处理方面，通过对现有方法进行改进，得到了一种新的处理有限元运动问题的方法——边界耦合法，解决了现有方法存在的效率低、通用性不强和时闻步长不确定等问题。本文还讨论了转子电路方程的建立和电磁转矩计算等方面的问题。     

仿肌肉驱动器设计与仿真

仿肌肉驱动器是模拟动物肌肉工作原理的新型驱动装置,通过分析模仿动物骨骼肌的结构和运动形式,设计了一种基于电磁场的新型仿肌肉驱动器,并通过有限元分析软件ANSYS对驱动器的电磁场进行了分析,得到了仿肌肉驱动器特性参数。     

永磁同步电动机瞬态场的有限元动态分析

稀土永磁同步电动机从某一运行状态突然到另一运行状态的过渡过程中,有可能引起严重后果。首先要准确细致地分析电机内部瞬态磁场的分布,然后才可以方便地计算电机的瞬态特性。本文采用电流偶合法,对凸极转子进行了新型自动剖分,建立了恒定电压源激励下均匀媒质非线性通用形式的时步有限元差分方程,计算结果与实验结果比较,表明该方法是计算和分析永磁同步电动机的一种有效的方法,也是设计永磁同步电动机的有效途径。     

双自由度阀用电–机械转换器原理及特性

为满足伺服比例阀对电–机械转换器高响应速度的要求,提出一种新的具有2个运动构件的2自由度电–机械转换器。解释了此种电–机械转换器缩短伺服比例阀动态响应时间的机理,给出其中3种物理可行的结构形式,并针对一种典型结构——混合式双输入2自由度电–机械转换器的磁路进行分析,应用有限元方法研究了其多种工况下的输出特性。结果表明,新的2自由度电–机械转换器可同时控制2个直线移动部件,使它们同向或反向运动,可用于伺服比例阀以及其他需要双直线位移输出元件的控制。     

基于瞬态电流的螺管式电磁铁闭合动作特性分析

针对一种新型螺管式电磁铁结构,建立其瞬态场数学模型。通过仿真分析线圈瞬态电流特性与衔铁闭合动作特性之间的规律,探讨了驱动电压、线圈绕组匝数和负载质量等主要参数对闭合动作特性的影响,并与试验结果进行对比验证,为通过电磁铁内在参数对电磁阀的位移检测、电磁阀及系统的故障诊断提供理论依据。研究结果表明,仿真结果与试验结果基本一致,证明建立的瞬态场数学模型是正确的;电流特性呈现先增大后减小再增大的变化过程,可以判断电磁铁闭合动作时间约20 ms(9 V)。     

基于ANSYS的纯压电振子瞬态特性分析

基于ANSYS的电-结构耦合场,对矩形纯压电振子进行模态分析、谐响应分析和瞬态响应分析。通过模态分析和谐响应分析得到面内的一阶纵向振动和二阶弯曲振动的频率和振型以及两振型在振动方向上正交的理想频率;通过瞬态响应分析,得到在理想频率下各动力学参数随时间的变化曲线以及椭圆运动轨迹,得出振子从激振开始到振动达到平衡这一过程所经的时间和应力变化情况。该结果对超声波电动机性能和工作效率的提高有实际意义。     

一种矩形振子新型压电直线电机

分析了振子面内弯曲模态的激发原理及电机的驱动机理。通过Ansys分析计算,得到了压电振子面内两种弯曲模态的频率,并对压电振子及电机结构进行了设计。研制了一种基于矩形复合层板面内弯曲模态压电直线电机,并进行了相应的实验研究。研究表明：当激励信号电压为380 V,频率为65.2 kHz时,电机最大运行速度约为458.3 mm/s,驱动力为2.2 N,且正反向运行良好。     

EMS型磁悬浮列车瞬态电磁场有限元分析及其悬浮力和牵引力特性研究

利用Ansys单元生死技术和磁接触单元,提出了EMS型磁悬浮列车直线同步电机时变电磁场瞬态分析的计算模型。以TR08磁浮列车直线电机为研究对象,分析了车速430 km/h,转子移动半个周期,一个定子极距工况下,气隙磁场的瞬态变化和牵引力、悬浮力的波动情况。得出在半个周期内,悬浮力和牵引力均存在3倍频波动,但牵引力波动相对幅度较大;电枢电流的相位角对悬浮力和牵引力存在明显影响;功角90°时的气隙合成磁场中,转子直流励磁磁场占有绝对优势等结论。     

高压断路器直线电机操动机构的动态特性分析

研究了一种高压断路器直线电机操动机构,设计分析了永磁直线直流电机及其运动特性。基于40.5 kV真空断路器机械特性的要求,设计了一台配有制动保持装置的永磁直线直流电机操动机构,利用有限元方法建立了电机的仿真模型,对永磁直线直流电机的基本特性和起动过程进行了特性仿真,得到了电机运行时的电磁推力、电流、速度等曲线并进行了分析,得出了电机操动机构能够提供的机械特性,为真空断路器采用直线电机操动机构提供了依据。     

基于有限元法的驻波型直线超声波电机振动特性分析

采用有限元法研究一种驻波型直线超声波电机的振动特性。建立了电机的三维有限元模型,在有限元模型的基础上对电机进行模态分析,得到了电机横向一阶弯曲振动的共振频率,并分析了驱动足的位置对共振频率的影响。在模态分析的基础上,给电机通以高频交流电进行谐响应分析,研究电机在外加电源作用下的横向弯曲振动的振幅以及驱动足尖的运动轨迹。制作了驻波型直线超声波电机样机,对样机进行阻抗-频率特性测试,测试结果验证了理论分析结果。