一种机械臂末端旋拧工具的设计

针对航天器在轨精细操作应用需求,对螺钉旋拧工具进行了研究,设计了一种适用于空间机械臂自主旋拧螺钉的末端工具。该工具由机械臂末端关节电机驱动旋转,利用电磁铁对螺钉吸附、夹持和释放,通过复位弹簧的压缩和复位实现了对螺钉的随动而不需在旋拧过程中改变机械臂的整体位置和姿态,以臂上力矩传感器实时监测了拧紧力矩。提出了基于智能手眼相机识别与测量的柔顺自适应旋拧方法,并在地面仿真模拟操作中对测量精度和旋拧力矩进行了测试。试验结果表明:所设计的末端旋拧工具机械结构简单,易于操作控制,实现了设计功能,能可靠地对螺钉进行旋拧作业并合理控制拧紧力矩。     

基于降阶双环自抗扰的永磁同步直线电机电流谐波抑制

永磁同步直线电机由于反电势和逆变器频繁切换导致电流谐波分量较大,同时参数时变以及负载突变等扰动严重影响伺服系统的控制精度。本文采用一种基于降阶状态观测器的双环自抗扰伺服控制算法,以降低控制系统的谐波抑制从而提高控制精度。首先,构造了位置速度环级联的二阶自抗扰控制器。运用极点配置法对三阶线性状态观测器进行降阶,减小了相位滞后的影响,提高了伺服系统的控制精度;其次,电流环采用一阶非线性自抗扰控制器,消除了积分饱和的影响,降低了三相电流的谐波含量。最后,与基于自抗扰控制的其他优化算法进行对比,实验表明在多工况下降阶双环自抗扰控制的总谐波失真不超过2.13%,推力波动可减小至1.49%,稳态误差不大于15μm。     

基于鲁棒迭代学习控制的永磁同步电机转矩脉动抑制

为了提高永磁同步电机转速伺服系统的性能,抑制转矩脉动对控制系统的影响,提出了滑模控制与迭代学习控制相结合的鲁棒迭代学习控制方法(RILC)。设计了迭代学习控制器抑制周期性转矩脉动,提出了滑模控制器提高系统的抗扰动性能,保证系统强鲁棒性及响应快速性。实验结果显示,电机以900r/min的速度运行时,采用鲁棒迭代学习控制可将速度脉动6次谐波幅值由0.89降低到0.56;加入0.5N·m的负载扰动后,转速波动最大值为22r/min,比PI-迭代学习控制法得到的值减小了1.8%。电机以60r/min运行时,采用鲁棒迭代学习控制可将速度脉动6次谐波幅值由4.87降低到0.45;加入0.5N·m的负载扰动的,转速波动最大值为24r/min,比PI-迭代学习控制法得到的值减小了23%。得到的结果表明,鲁棒迭代学习控制方法可有效抑制转矩脉动,同时可提高永磁同步电机转速伺服系统的鲁棒性和动态响应性能。     

永磁直线同步电机电流环矢量控制PI参数研究

永磁直线同步电机由于自身的结构特点,在驱动过程中会产生推力波动,严重影响电机的控制精度。电流环作为矢量控制系统的最内环,其控制结构参数的变化将直接影响电机的q轴响应电流。对PMLSM伺服控制系统的电流环PI矢量控制结构进行了理论分析,通过改变其PI参数对电机的响应过程进行了实验验证,获得了电机的q轴响应电流曲线,继而分析了响应电流对电机电磁推力波动的影响。     

电动车动力总成阶次振动的主被动控制研究

提出了一套降低电动车动力总成阶次振动的完整方法。首先,基于谐波优化理论优化电机控制策略,通过降低电机直交轴电流中的主要谐波,减小电机的输出转矩波动;然后,建立一套考虑精英保留的遗传算法,与齿轮啮合有限元模型进行联合优化,减小传递误差波动,并获得考虑主动控制效果的齿轮最佳修形参数;最后,建立电动车动力总成机械仿真模型,对轮齿修形后的动力总成进行控制效果验证。结果表明,综合考虑电机谐波电流控制和微观轮齿修形的方法,可以有效降低电动车动力总成的阶次振动。     

矩阵变换器-异步电机矢量控制系统仿真研究

研究了将矩阵变换器的空间矢量脉宽调制与异步电机转子磁场定向矢量控制相结合的组合控制策略,并采用MATLAB对矩阵变换器的输入电压波形、输入电流波形、电机空载启动转矩波形、电机空载启动转速波形以及在电机突加负载时的转矩波形等进行仿真。仿真结果表明了采用组合控制策略的矩阵变换器-异步电机矢量控制系统具备良好的调速性能,并且较交-直-交电压型PWM变频调速系统而言具有更多的优势。     

不同母线钳位PWM的对比研究

为了有效减小功率器件的开关损耗,在传统SVPWM(CSVPWM)的基础上,通过合理选择和放置零矢量,实现了不同效果的母线钳位PWM(BCPWM).通过对比分析CSVPWM和3种典型的BCPWM的相电流谐波、相电压波形、开关损耗,以及中性点电压波动对电机轴承的影响,得出了BCPWM策略的优劣；最后,通过实验进一步验证了BCPWM的可行性.仿真及实验结果表明,与CSVPWM相比,BCPWM控制下功率器件的开关损耗减小,尤其是采用负载功率因数角动态确定零矢量的BCPWM3策略开关损耗最小；但是BCPWM控制下电流的谐波畸变率(THD)升高,BCPWM2和BCPWM3策略下中性点电压变化率很大,加剧了电机轴承的损坏.     

永磁同步电机无传感器单电流环启动及闭环切换研究

针对永磁同步电机无位置传感器的低速启动问题,对转速开环、电流闭环的单电流环启动法,即给定旋转电流矢量带动电机转子旋转启动进行了研究。采用单电流环启动的方法,开展了由单电流环模式切换到转速闭环模式运行的切换过程分析,提出了在启动及切换过程中增加d轴电流控制环节,即增大"转矩-功角自平衡"区域来优化启动与改进的切换方法,利用DSP构成的全数字交流控制系统对提出的方法在切换时电流冲击与功角差进行了测试。研究结果表明,所提出的启动与改进切换方法是可行的,能够使电机由零速平稳启动,在切换时电流与功角差变化大大减小,可以平滑地完成单电流环启动至转速闭环控制模式的切换,最终平顺地加速到额定运行状态。     

基于无速度传感器控制的压铸轨道车系统仿真

针对压力铸钢生产线中轨道车速度检测问题,研究了无速度传感器矢量控制系统。将异步电机作为牵引电机,并基于MATLAB/Simulink对无速度传感器矢量控制调速系统进行了建模与仿真。仿真结果表明推算速度能够代替检测速度,完成对轨道车的启动、调速及制动阶段的速度检测,轨道车具有良好的跟随性,能够保证压铸生产线的生产效率。     

温度对数控伺服系统的影响分析

数控系统采用永磁同步电机作为伺服驱动电机,运用矢量控制方法对电机进行电流、速度和位置的三闭环控制。在分析矢量控制原理和SVPWM原理的基础之上,利用Matlab/Simulink仿真系统搭建了数控伺服系统仿真模型,给定输入信号验证模型正确性;修改模型库文件来对电机模型进行修改,从温度变化对定子电阻和永磁体磁链影响两个方面研究了温度对整个控制系统的影响。研究表明,随着温度升高,在达到给定转速的过程中,转速上升时间增大,三相电流幅值减小。     

数控机床直流直线电机结构设计及控制系统研究

为解决现有直线电机存在边端效应、推力波动大以及控制系统复杂等问题,设计出一种新的直流直线电机结构,并对该电机的数学模型和动态特性进行了较为深入的分析.针对单闭环系统受绕组电压、负载和动子质量的影响,易出现电流和速度波动等问题,设计了多环结构的控制系统,并引入前馈控制方法改善了系统动态跟踪特性.基于上述分析,利用MATLAB对系统进行了仿真研究,结果显示所设计的电机结构具有较好的可行性和可控性,且引入前馈控制的多环控制系统可有效抑制电流和速度的波动,使系统的动态跟踪特性得到显著提高.     

混合式步进电机空间矢量PWM逆变器死区补偿策略

针对步进电机传统开环控制运行效果欠佳的问题,结合矢量控制算法对两相混合式步进电机进行控制,通过逆变器产生正弦波电流对电机进行驱动。由于步进电机气隙磁场畸变和PWM逆变器的死区效应,使步进电机的运行电流掺杂大量谐波,低速工作时尤为严重。为了改善电机低速运行性能、抑制谐波干扰,结合混合式步进电机矢量控制的电流环进行优化,通过自适应线性神经网络（ADALINE）算法将谐波进行提取与抑制,然后进行电流方向判断,对逆变器的输出进行补偿。实验证明,所提出的补偿策略能够有效抑制两相PWM逆变器的电流谐波,改善波形、降低电机低速运行的转矩脉动。     

游梁式抽油机功率伺服控制系统设计与开发

针对游梁式抽油机周期内负载变化快、功率波动大的问题,为减小能量波动提高电机工作效率,设计开发了基于DSP的游梁式抽油机功率伺服控制系统,通过FFT算法计算电动机的电参数,结合抽油机的位置信息,功率伺服控制算法实时跟踪抽油机负载变化输出控制量控制电动机转速,达到功率平稳输出的效果。结合开发的上位机软件还能实时显示存储抽油机的状态参数。通过实验室及现场测试,该系统能够消除启动过程中的能量冲击,并且能够有效减小抽油机运行时的能量波动,同时还有一定的节能效果,这也有助于减小抽油机机械系统的损耗、降低电动机的装机容量,具有很大的应用价值。     

电动轮式畜禽巡检车负载驱动试验及分析

针对电动轮式小车的轮毂电机驱动控制及其稳定性问题,笔者采用嵌入式控制器和电流、速度双闭环控制方法,建立了轮毂电机的驱动控制系统。设计了电机驱动电路、速度检测电路、电流检测电路及过流过载保护电路,采用模糊自适应比例积分微分(proportion integration differentiation,简称PID)控制算法,在测功机平台上模拟电动轮式小车在受突变负载时的实际运行状况,对该控制系统的稳定性进行试验与分析。试验结果表明:该小车启动稳定,在施加不同负载情况下能够维持稳定的速度运行,在过流过载情况下触发保护系统,防止电流过大烧毁硬件电路,进行堵转试验系统未出现故障。此驱动控制系统安全可靠,稳定性好,可为分析验证电动轮式小车驱动控制系统的稳定性提供参考。     

基于全速域混合控制的同步磁阻电机无传感器矢量控制系统

针织大圆机的特殊运动状态要求其驱动电机具有较大的启动和带载能力以及较高的稳态运行精度,同步磁阻电机是一种应用于针织大圆机的理想电机,但现有同步磁阻电机无传感器控制,存在转子位置估计误差大、速度切换不平滑等问题。对此,提出一种基于全速域混合控制的同步磁阻电机无传感器矢量控制系统,零速和低速时采用脉振高频电流注入法,通过在估计坐标系的d轴注入一个幅值恰当的高频电流信号,使用估计q轴的高频电压信号估计转子位置;中速和高速时采用模型参考自适应法,通过建立数学模型并对其进行稳定性分析来估计转子位置;为了实现零速和低速到中高速的速度切换,提出一种改进的过渡区域融合观测方案,采用正弦型饱和函数代替传统的线性切换函数进行位置融合。为了验证方案的有效性,搭建了平台进行测试。由结果表明,该方案启动过程带载能力强,切换过程平滑且稳定,稳态运行过程波动小,是一种较适合大圆机电机驱动的无传感器矢量控制方法。     

异步电机SVPWM矢量控制系统仿真

为了研究异步电机矢量控制系统在不同负载下的动态特性,在利用Matlab/Simulink构建二相静止α-β坐标下异步电机数学模型的基础上,建立了基于电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)的异步电机矢量控制模型,并对电机的启动性能以及负载为阶跃、斜坡和正弦输入的情况进行了仿真分析。仿真结果表明所构建的系统模型动态过程符合实际调速系统运动过程。     

高速率泥浆脉冲器驱动电机控制策略研究

井下随钻系统脉冲器工作条件复杂,同时泥浆泵冲会对电机的控制产生扰动,导致电机的负载特性不同于常规的伺服控制系统。基于永磁同步电机的理论模型和矢量控制理论,建立位置环、速度环和电流环三闭环的控制方法。室内泥浆循环系统的实验结果证明,采用三闭环伺服控制方法,永磁同步电机能够快速准确地跟随正弦位置信号,且具有很好的抗负载扰动能力。     

永磁同步电机转矩波动分析及其抑制

针对车用电驱动系统的高频噪声问题,研究了永磁同步电机矢量控制系统的转矩波动问题。其主要来源为位置检测产生的影响、电流检测产生的影响、逆变器中产生的误差、磁链谐波以及齿槽效应等电机本体的影响四方面。之后建立永磁同步电机矢量控制MATLAB/Simulink仿真模型,针对角度误差对比分析了转矩波动三维谱图,并与转矩波动分析相验证。最后,给出了两个角度误差引起的转矩波动的抑制方法并通过仿真验证。     

滚子摆动从动件盘形凸轮机构负载特性优化方法

滚子摆动从动件盘形凸轮机构稳态运行时的负载转矩波动幅度较大,在高速高精度的自动化设备中,负载波动幅度影响伺服电机性能。针对其负载特点,提出了一种通过优化主动件和从动件作用过程中的阻力矩,进而降低机构整体负载转矩波动幅度的优化方法。该方法是基于凸轮曲线运动规律调制处理方法及粒子群算法,通过生成新的凸轮廓线来完成优化过程。将此方法应用到某高速包装机的交接鼓轮中,完成了装置的优化。仿真结果表明,该方法可以有效地减小装置负载波动幅度。     

多相电机驱动控制系统的设计与实现

多相电机由于低压大功率、高可靠性和高转矩密度等优点,为电气交通领域提供了一种新的动力解决方案。为此以九相异步电机为例,以DSP主控芯片和IGBT驱动模块为核心,设计了一套多相电机驱动控制系统。基于谐波电流闭环的转子磁场定向矢量控制方法,对多相电机驱动控制系统进行了性能测试。实验结果表明,该驱动控制系统能够准确控制多相电机的电流和转速,充分发挥多相电机的高转矩密度优势,驱动控制系统的设计合理且有效。