空间飞行器姿态控制用磁轴承飞轮研究

以空间飞行器姿态控制用磁轴承飞轮为研究对象,在论述磁轴承飞轮结构特点的基础上,介绍了该磁轴承飞轮试验模型的工作原理和系统组成,推导了其动力学模型,给出了磁轴承设计中的关键参数轴向恢复刚度、径向不平衡恢复刚度、旋转刚度的计算方法.最后对磁轴承的主动悬浮控制系统进行了设计,给出了试验结果,所涉及的问题对其它类型的磁轴承设计有参考价值.     

磁轴承-转子系统的离散模糊自适应滑模控制

针对磁悬浮反作用飞轮工程化的需要,提出了一种磁轴承—转子系统的离散滑模控制方法,用于处理系统中不平衡量和非线性干扰,实现了该系统的高精度鲁棒控制。针对滑模控制方法存在抖振大的问题,采用模糊控制器输出的绝对值作为滑模控制器的增益,实现了增益的自适应调节,大大减弱了抖振。设计了离散非线性跟踪微分器用于合理提取微分,代替实际速度信号实现全状态反馈。仿真结果表明,该控制系统的不平衡量和非线性干扰得到有效抑制,控制电流较小,抖振控制在精度范围之内,位移在短时间内收敛到零,从而转子绕惯性主轴旋转,实现了自动平衡。     

谐波对磁悬浮转子运动轨迹的影响分析及仿真

与机械轴承支承的控制力矩陀螺相比,磁悬浮控制力矩陀螺具有转速高、寿命长、体积小、重量轻、精度高等优点,因此是大型航天器的理想执行机构。分析了磁轴承支承的陀螺转子在离心力与干扰力的作用下,其中心运动轨迹为圆,但由于谐波(主要为三次谐波)成分的存在,改变了陀螺转子中心运动轨迹(使其运动轨迹变成近似矩形或菱形)、功耗增加、引起高频干扰,并通过磁悬浮控制力矩陀螺的实验进行了验证。对于如何减小系统的功耗、提高磁悬浮转子控制系统的性能提供了理论依据。     

磁悬浮反作用飞轮系统模态分析及试验研究

介绍了一种角动量为50Nms工作转速在±5000rpm的磁悬浮反作用飞轮系统,利用有限元分析软件ANSYS对其定、转子及系统进行了模态分析,利用COMBINE14单元模拟磁轴承使模型更加接近实际,最后通过模态测试试验测出了转子的一阶弹性固有模态,与理论计算结果相近,误差仅为0.66%,验证了理论模型的正确性。模态分析及测试的结果对磁悬浮反作用飞轮系统的振动特性研究,控制方案设计及总体优化设计有着重要意义。     

一种基于DSP+FPGA的陀螺控制方法

针对在陀螺控制过程中陀螺基准信号频率和相位角测量不准确,从而导致陀螺控制过程中定位不准确,产生漂移的难题,研究了一种基于DSP FPGA的陀螺控制方法。利用FPGA进行基准信号频率和相位的测量可得到精确的测量量,而通过DSP和FPGA进行数据交换,在DSP中解算陀螺基准信号的频率和相位角以及进动信号,具有高速、实时及算法可升级等特性。实验表明,该方法能够快速、稳定引导陀螺跟踪目标,并且定位准确,不产生漂移。     

电力储存用飞轮系统的零消耗控制研究

提出了利用Cholesky分解来构造有陀螺效应机械系统的低维控制模型的一种新方法。利用所提的方法，构造了电力储存用10MWh级飞轮系统的低维控制模型，并设计了相应的零消耗控制器。仿真结果表明了此方法的有效性。     

基于磁悬浮转子微框架能力的航天器姿态二自由度测控一体化控制方法

提出一种基于磁悬浮转子微框架能力的航天器姿态二自由度测控一体化控制方法,在磁悬浮控制力矩陀螺框架不动的条件下,通过实时检测磁轴承控制电流、磁悬浮转子位移求解出航天器的滚动、偏航轴姿态角速度,建立磁悬浮转子控制的航天器姿态动力学方程,利用已测得的姿态角速度,设计姿态解耦控制律,控制磁悬浮转子的旋转主轴在磁间隙范围内以一定角速度偏转,产生所需的径向二自由度输出力矩,调节航天器的滚动、偏航轴姿态,仿真表明,该方法能够实现航天器的二自由度姿态调节,微框架力矩具有高精度的优点,能够完成航天器机动段末端小角度的姿态控制。     

两轴型混合磁悬浮轴承变结构控制与仿真研究

介绍了两轴型混合磁悬浮轴承的系统结构,基于分散控制建立了磁轴承的控制系统模型。对磁轴承进行了变结构控制研究,根据二次型最优控制设计了切换函数,根据指数趋近律设计了变结构控制输入,实现了磁轴承的快速稳定和鲁棒性控制。通过与最优控制的对比仿真研究,表明了变结构控制具有良好的动静态特性。     

磁悬浮飞轮磁轴承系统变增益H∞控制器设计

针对磁悬浮飞轮转子的陀螺效应问题和转子不平衡质量引起的同频扰动问题,在对磁悬浮飞轮进行了系统分析与建模后,将转速变化引起的陀螺项看作系统的参数变化项,将转子系统看作是线性参变(LPV)转子系统,应用凸优化原理和线性矩阵不等式方法(LMI)设计了变增益H∞控制器.仿真结果表明:由于在控制器设计时考虑了陀螺效应和同频干扰的影响,系统在减少了保守性的基础上具有很好的动静态特性和鲁棒性.     

基于磁悬浮控制力矩陀螺的航天器动力学与仿真

磁悬浮单框架控制力矩陀螺(SGCMG)具有大输出力矩、长寿命和只消耗电能等优点,在航天控制领域引起了广泛关注.然而,航天器以及框架转动会使磁悬浮转子产生动框架效应,使输出力矩精度下降,甚至破坏磁悬浮系统稳定性.因此,建立了基于磁悬浮SGCMG的航天器动力学模型,分析了航天器、框架、磁悬浮转子三者之间的相互影响.数值仿真结果表明,框架角速度超调是破坏磁悬浮系统稳定性的主要因素.为避免磁悬浮转子失稳,应对操纵律输出适当限幅,并进一步提高框架伺服系统的性能.     

非线性转子-机匣密封碰磨混沌系统的自适应控制研究

随着旋转机械结构参数的提高,作用在转子上的气流激振力将显著增大。针对转子-机匣密封碰磨系统进行了研究。应用Muszynska非线性密封力模型,建立在气流激振力作用下的转子-机匣碰磨系统耦合动力学方程。根据自适应控制理论,给出一种多重参数自适应控制算法。利用此方法对转子-机匣密封碰磨系统进行了研究,研究结果表明,提出的参数自适应控制律具有较强的稳定控制能力,该方法适合于多重参数非自治复杂混沌系统,在外界干扰下引起混沌状态的情况,可自适应地调整到正常的工作状态,为旋转机械的理论设计和故障动态监测提供了理论依据,具有重要的实际工程应用价值。     

感应电机无速度传感器模糊控制仿真研究

基于Takagi-Sugeno（T-S）模糊模型,提出了一种感应电机的模糊转速磁链观测器,并实现了一种新的感应电机无速度传感器模糊控制方法。该方法利用Lyapunov稳定性理论分析了观测器的稳定性,通过求解受线性矩阵不等式（LMI）约束的广义特征值问题来得到观测器的反馈矩阵。在Matlab软件平台上,利用SimPowerSystems Blocks（PSB）电气模块和Simulink通常模块搭建了基于模糊观测器的无速度传感器控制系统,仿真实验验证了该系统的正确性。仿真结果表明该方法在全速度范围各种工况下都能稳定工作,准确观测定子磁链和转速。

Abstract：

Based on Takagi-Sugeno （T-S） fuzzy model,a fuzzy speed and flux observer of induction motor （IM） was proposed and a novel speed sensorless fuzzy control for IM drives was developed based on fuzzy observer design. This method utilized Lyapunov stability theory to analyze the stability for the observer. The observer gains were obtained by solving a generalized eigenvalue problem （GEVP） under linear matrix inequality （LMI） constraints. The speed sensorless control system of IM drives on the basis of the fuzzy observer was built with PSB blocks and Simulink blocks in Matlab platform and verified by simulation results. The simulation results indicate that the proposed method could operate stably in whole range of speed with preferable observation precision of stator flux and rotor speed.     

基于燃气轮机转速直接型自适应模糊控制器的设计

针对发电用单轴微型燃气轮机这样大型复杂且具有极强非线性的热能动力系统，提出了适用的燃机转子转速自适应模糊控制方法，将加速度限制包含在规则中。从而构建了新的控制结构。理论证明，利用在线调整算法改变模糊规则基使控制系统达到了全局稳定。数据仿真表明，控制方案对燃气轮机的转速控制取得了很好的效果，具有实际应用价值。方法适用于提出一类具有单输入单输出的非线性系统。     

基于模糊强化学习的双轮机器人姿态平衡控制

针对单轨双轮机器人在静止情况下存在的固有静态不稳定问题, 提出一种基于模糊强化学习(简称为Fuzzy-Q)的控制方法。首先，运用拉格朗日法建立带控制力矩陀螺的系统动力学模型。然后, 在此基础上设计表格型强化学习算法, 实现机器人的稳定平衡控制。最后，针对算法存在的控制精度不高和控制器输出离散等问题, 采用模糊理论泛化动作空间, 改善控制精度, 并使控制输出连续。仿真实验表明, 相较于传统强化学习方法, 所提方法能够显著提高控制精度, 且可以有效抑制外界干扰力矩对系统的影响, 保证系统具有一定的抗干扰能力。     

ANFIS优化磁链滑模观测器的PMSM无传感器控制

针对永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)无传感器控制中转子速度和位置的估计精度不高、系统抖振等问题,提出一种基于自适应模糊神经网络(adaptive neuro-fuzzy inference system,ANFIS)优化的磁链滑模观测器(flux sliding mode observer,FSMO)。采用经过ANFIS优化的FSMO,实现对观测器增益的在线调节,减少系统抖振;采用改进的锁相环(phase locked loop,PLL),提高对转子速度及位置的估计精度。实验结果表明：ANFIS优化的FSMO能够有效地提高PMSM无传感器控制中转子速度和位置的估计精度,减少系统抖振。     

交交变频矢量控制中模糊滑模磁链观测器设计

首先推导了滑模电流模型转子磁链观测器并分析了其特点,在此基础上利用模糊控制策略对滑模观测器进行了改进,同时利用改进的积分器来代替纯积分环节,得到一种新的模糊滑模观测器。最后在Matlab/Simulink环境下对提出的模糊滑模转子磁链观测器在感应电机交-交变频矢量控制系统中的应用进行了仿真分析,仿真结果验证了算法的可靠性、精确性、稳定性。     

模糊-GPC串级控制在网络时延控制中的应用

为了解决网络闭环非线性控制系统中的时延问题,本文提出了一种在模糊神经网络控制的基础上结合广义预测控制(GPC)处理非线性系统网络时延的方法,建立了网络控制系统的结构模型,并分析了此模型对处理非线性网络控制系统中时延问题的有效性。在MATLAB环境下对网络控制倒立摆系统进行了仿真,通过对比模糊神经网络控制与模糊-GPC串级控制的控制效果,进一步证实了此方法对非线性网络控制系统能够实现稳定控制。     

永磁同步电动机自适应反步控制的建模与仿真

设计了一种基于自适应反步控制的永磁同步电动机非残性速度控制器，采用二阶滤波环节平滑速度指令．在设计非线性速度控制器的同时，进行不确定参数及负载力矩的在线自适应估计。建立了采用该控制器的永磁同步电动机速度伺服系统仿真模型．仿真结果表明，所设计的非线性控制器保证了系统的全局一致稳定性，永磁同步电动机伺服系统获得了很好的跟踪效果，并且对参数不确定性及负载力矩扰动具有很好的鲁棒性。     

基于EKF的感应电机无速度传感器逆解耦控制

提出了一种感应电机无速度传感器逆解耦控制新方法。采用逆系统方法将感应电机的转速和转子磁链进行动态解耦，并由扩展的Kalman滤波器（EKF）对转速及转子磁链进行实时估计。在此基础上，采用线性综合方法分别对转速和转子磁链子系统设计闭环控制器，从而实现感应电机的无速度传感器逆解耦控制。仿真结果表明EKF可在整个调速范围内进行高精度的转速和磁链估计，控制系统具有优良的动态和稳态性能。     

基于强跟踪滤波器的PMSM无速度传感器DTC策略

针对扩展卡尔曼滤波器(EKF)对模型误差鲁棒性差的问题,提出了基于强跟踪滤波器(STF)的永磁同步电机(PMSM)无速度传感器直接转矩控制(DTC)策略,该方法利用永磁同步电机定子坐标系下的非线性数学模型和强跟踪滤波技术建立了STF观测器,从而实现了对电机定子磁链、转速和转子位置的实时在线观测。仿真结果表明,STF观测器可以准确地观测出电机定子磁链和转速,同时与EKF观测器相比,该观测器对于系统参数摄动、外部干扰等系统模型失配具有更强的鲁棒性。