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盘式永磁同步电机直接驱动独立车轮及导向控制技术

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中国铁道科学 2013年第6期34卷 93-98页

作者：孙效杰陆正刚张劲同济大学铁道与城市轨道交通研究院上海200331

为解决低地板轻轨车辆所用传统电机体积大、能效低等问题,提出架悬盘式永磁同步电机(PMSM)解决方案。PMSM通过弹性万向节直接驱动低地板轻轨车辆的独立车轮;以滑模观测器获得的PMSM转子位置角和角速度的估计值作为控制依据,实现无位置... 详细信息

为解决低地板轻轨车辆所用传统电机体积大、能效低等问题,提出架悬盘式永磁同步电机(PMSM)解决方案。PMSM通过弹性万向节直接驱动低地板轻轨车辆的独立车轮;以滑模观测器获得的PMSM转子位置角和角速度的估计值作为控制依据,实现无位置传感器的PMSM矢量控制;转向架同一侧的2个电机采用偏差耦合控制,以保持纵向转速同步;对左右两侧的电机,根据反馈的其转速差估计值进行控制,以保证车辆在直线上行驶时左右车轮同步,在曲线上行驶时左右车轮转速差合理。根据采用独立车轮的低地板轻轨车辆动力学方程,运用MATLAB/Simulink软件建模对该方案进行仿真验证。结果表明:采用该方案的车辆在直线上行驶时左右车轮同步,而且具有恢复自导向的能力;在曲线上行驶时通过控制左右车轮的转速差,能够使轮对几乎沿轨道中心线运行,横移量小于1mm,冲角接近于0,且因导向控制而消耗的电机功率不超过250W。

关键词：永磁同步电机架悬式盘式直接驱动独立车轮导向控制轻轨车辆

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模块结构EMS型磁浮列车的导向控制研究

国防科技大学学报 1997年第3期19卷 114-118页

作者：李云钢常文森国防科技大学自动控制系

本文研究了模块结构ＥＭＳ型磁浮列车中的一对相互错开的电磁铁的导向模型，采用衰减记忆算法实施导向控制，通过仿真比较了主动控制系统与自稳定系统的导向效果。

关键词：磁浮列车仿真导向控制模块结构 EMS型

非完整约束轮式移动机器人人工场导向控制研究

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自动化学报 2002年第5期28卷 777-783页

作者：王越超景兴建中国科学院沈阳机器人学开放研究实验室沈阳110015

导向控制在非完整约束轮式移动机器人的运动控制中具有重要作用 .该文通过建立人工场的方法来引导和控制方向角 ,通过辅助的线速度控制前进或后退 ,以获取最佳收敛路径 .同时考虑到实际系统速度饱和限制 ,从而设计出一种新的非连续位姿... 详细信息

导向控制在非完整约束轮式移动机器人的运动控制中具有重要作用 .该文通过建立人工场的方法来引导和控制方向角 ,通过辅助的线速度控制前进或后退 ,以获取最佳收敛路径 .同时考虑到实际系统速度饱和限制 ,从而设计出一种新的非连续位姿镇定律 .并将该结果扩展 ,使得平面内任意点 -点镇定、轨迹跟踪和路径跟踪问题均可得以实现 ,且对于跟踪问题仅需知道期望位姿 ,所得控制器不仅设计简单、鲁棒性强、收敛速度快。

关键词：非完整约束轮式移动机器人人工场导向控制镇定运动控制动力学模型

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一类非完整约束动力学系统的人工场导向控制

信息与控制 2002年第1期31卷 35-40页

作者：景兴建王越超中科院机器人学开放研究实验室沈阳110016

对于一类具有轮式移动机构的非完整动力学系统 ,本文通过建立人工场的方法来实现其位姿镇定、轨迹跟踪和路径跟踪等控制问题 .人工场用于导向和控制方向角 ,而通过辅助的线速度控制以获取最佳收敛路径 .控制器设计中同时兼顾动力学扰动... 详细信息

对于一类具有轮式移动机构的非完整动力学系统 ,本文通过建立人工场的方法来实现其位姿镇定、轨迹跟踪和路径跟踪等控制问题 .人工场用于导向和控制方向角 ,而通过辅助的线速度控制以获取最佳收敛路径 .控制器设计中同时兼顾动力学扰动及实际系统速度和输出力矩的饱和限制 ,所得控制器对于跟踪问题仅需知道期望位姿 ,而且结构简单、鲁棒性强。

关键词：人工场非完整约束动力学系统导向控制移动机器人

基于异构模糊神经网络集成算法的自主车导向控制

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武汉理工大学学报（交通科学与工程版） 2011年第3期35卷 645-648页

作者：王贵恩冯杨广东交通职业技术学院广州510800 华南理工大学机械与汽车工程学院广州510640

设计了基于神经网络的自主车导向控制器,建立了异构模糊神经网络控制器的结构,并由实验数据产生训练样本和验证样本集.该控制器通过精确控制2个驱动轮的差动转速实现路径跟踪.实验结果表明,采用异构模糊神经网络集成算法的导向控制器能... 详细信息

设计了基于神经网络的自主车导向控制器,建立了异构模糊神经网络控制器的结构,并由实验数据产生训练样本和验证样本集.该控制器通过精确控制2个驱动轮的差动转速实现路径跟踪.实验结果表明,采用异构模糊神经网络集成算法的导向控制器能够稳定地实现跟踪导向路径的控制功能.

关键词：自主车神经网络集成导向控制异构网络优化

新型静态偏置指向式旋转导向执行机构导向控制研究

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新型静态偏置指向式旋转导向执行机构导向控制研究

作者：李远志天津大学

学位级别：硕士

旋转导向钻井技术作为一项集机、电、液于一体的钻井新技术，具有钻井阻力小、时效高，钻进方向实时可调，机械钻速高和使用寿命长等突出优点，广泛应用于水平定向井、大位移井和三维多目标井等复杂井眼轨迹的开发，代表了当今世界石油... 详细信息

旋转导向钻井技术作为一项集机、电、液于一体的钻井新技术，具有钻井阻力小、时效高，钻进方向实时可调，机械钻速高和使用寿命长等突出优点，广泛应用于水平定向井、大位移井和三维多目标井等复杂井眼轨迹的开发，代表了当今世界石油开发技术的最高水平。针对国外石油公司对于旋转导向钻井技术的垄断和国内石油钻采行业对旋转导向钻井技术的迫切需求，深入开展对旋转导向钻井技术的研究具有十分重要的意义。旋转导向钻井技术是依靠导向执行机构的偏置作用实现钻头偏置的，因此，导向执行机构的研究是旋转导向钻井技术研究的关键。本文面向一种新型静态偏置指向式旋转导向执行机构，围绕其导向控制原理、导向运动控制、二维以及三维井眼轨迹导向控制和控制系统性能展开研究，主要工作如下： (1)导向原理分析。阐述了新型旋转导向执行机构的结构组成，分析了基于2自由度少齿差行星轮系及中空万向节的新型旋转导向执行机构的导向控制原理，建立了新型旋转导向执行机构输入与输出的数学模型。 (2)井眼轨迹导向控制分析。建立了新型旋转导向执行机构导向芯轴偏置点偏心位移矢量的数学模型，基于“三点定圆法”建立了导向芯轴偏置点偏心位移矢量的幅值与二维井眼轨迹参数的函数关系;基于“最小曲率法”建立了导向芯轴偏置点偏心位移矢量与三维井眼轨迹参数的函数关系。 (3)导向运动控制联合仿真。通过SolidWorks软件与LabVIEW软件的联合，对新型旋转导向执行机构进行了导向控制的联合运动学仿真，验证了新型旋转导向执行机构的导向控制方案设计、导向控制原理分析和井眼轨迹导向控制分析的正确性，为新型旋转导向执行机构实验设计奠定了基础。 (4)导向执行机构控制系统研究。建立了基于电流环、速度环和位置环控制的新型旋转导向执行机构三闭环PID控制系统模型，分析了双输入控制系统在每个单输入下控制系统的性能，并对控制系统进行了超前校正，从而使系统满足导向控制的快速性要求，为样机实验提供了指导。

关键词：旋转导向系统导向执行机构导向控制联合运动仿真控制系统

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偏置推靠式智能钻头的电磁吸合导向控制研究

偏置推靠式智能钻头的电磁吸合导向控制研究

作者：张珂第西安石油大学

学位级别：硕士

旋转导向钻井工具是钻井系统实现井眼轨迹控制的核心单元,也是目前国内外钻井作业非常重要的技术装备。但经过20多年的研究,国内尚没有一款工作可靠、控制稳定且具有完全自主知识产权的旋转导向钻井工具。本文对比分析了静态推靠式和调... 详细信息

旋转导向钻井工具是钻井系统实现井眼轨迹控制的核心单元,也是目前国内外钻井作业非常重要的技术装备。但经过20多年的研究,国内尚没有一款工作可靠、控制稳定且具有完全自主知识产权的旋转导向钻井工具。本文对比分析了静态推靠式和调制式全旋转两种导向钻井工具的工作原理,吸取两者的优点,提出了一种可控推靠式导向钻头的设计思路及其电磁吸合导向控制方法。主要的研究内容与初步的研究成果如下:1.分析了推靠式导向钻井工具的井底钻具组合结构,建立了其简化模型,研究了影响其造斜率的主要因素,进而提出了一种可控推靠式导向钻头的设计方案。该方案将推靠巴掌前移至钻头端部,用于增强推靠力的作用效果。据测算,该工具的造斜率可提高约25%。借鉴全旋转钻井工具偏置执行单元和膨胀式扩眼钻头的设计理念,设计了可控推靠式导向钻头的原理结构;按照钻井工程的实际需要,确定了可控推靠式导向钻头的目标参数及其关键部件的结构参数。2.创新性地提出了基于电磁吸合原理的稳定平台静态测量控制方案,方案设计了一个紧贴井壁的、相对静止的永磁体装置,该装置与安装在导向测控平台上的电磁线圈相互作用,通过电磁吸合/断开,实现测控平台的角度位置稳定控制/可控调整,从而避开了全旋转导向钻井工具的姿态动态测量问题。依据工程实际,设计了电磁吸合单元的原理结构,并计算确定了电磁线圈匝数、工作电流等核心参数。3.设计了可控推靠式导向钻头的姿态测量与电磁吸合控制驱动等电路模块,研制了电磁吸合导向控制系统的原理样机。验证性实验论证了该方案的可行性。这些研究工作可以为旋转导向钻井工具设计和控制方法研究提供新的技术思路。

关键词：旋转导向钻井工具推靠式导向钻头电磁吸合导向控制

有轨电车独立旋转车轮主动导向控制与转矩分配策略研究

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有轨电车独立旋转车轮主动导向控制与转矩分配策略研究

作者：李正武北京交通大学

学位级别：硕士

低地板有轨电车具有低噪声、乘坐舒适、绿色环保、无需高站台等优点,目前已成为城市轨道交通的重要组成部分。独立旋转车轮是实现有轨电车低地板的关键技术。与传统的刚性轮对相比,独立旋转车轮具有更强的稳定性和小曲线通过性能,但是... 详细信息

低地板有轨电车具有低噪声、乘坐舒适、绿色环保、无需高站台等优点,目前已成为城市轨道交通的重要组成部分。独立旋转车轮是实现有轨电车低地板的关键技术。与传统的刚性轮对相比,独立旋转车轮具有更强的稳定性和小曲线通过性能,但是缺乏直线对中和曲线导向的能力。本文以牵引电机导向型独立旋转车轮为研究对象,围绕独立旋转车轮导向控制技术展开研究,重点关注多约束条件下的主动导向控制策略和整车转矩协调优化控制策略。横向位移控制可以使独立旋转车轮具有较为优越的导向性能,但是在运行工况变化后,系统的稳定性、鲁棒性和动态性能变差。针对该问题,本文提出基于模糊逻辑控制的参数自适应调整策略,使导向控制器参数在运行工况变化后能够自动寻优。此外,考虑到有轨电车复杂多变的运行工况导致模糊控制器参数整定困难,且牵引电机转矩和功率对导向转矩产生一定的限制,本文以横向位移与电机导向功率加权和作为目标函数,以轮轨游间、电机转矩和功率作为约束条件,利用遗传算法对模糊控制器参数进行求解。独立旋转车轮导向转矩的分配通常采用平均分配的方式。由于低地板有轨电车在运行过程中载荷会发生动态转移,平均分配的方式会出现低载荷车轮分配大转矩的情况,容易导致车轮提前进入黏着不稳定区。本文提出基于负荷率的转矩优化分配策略,在保证牵引/制动力和导向转矩不变的前提下,以整车车轮负荷率最小化为目标函数,通过建立二次规划问题对牵引电机的最优转矩进行求解,提升了车辆的稳定裕度。牵引/制动转矩、导向转矩的实现都依赖于轮轨间黏着力。现有的黏着控制是针对刚性轮对进行设计的。本文在刚性轮对优化黏着控制的基础上,将黏着控制运用对象由轮对转移到单个车轮上,提出适用于独立旋转车轮的空转/滑行检测方法。在轨面状态变差时,独立旋转车轮的正常运行需要在黏着范围内进行不同转矩指令的协调控制,本文将黏着控制和导向控制结合,提出考虑黏着限制的转矩分配策略。最后,搭建了小功率独立旋转车轮实验台和半实物实验平台。在小功率独立旋转车轮实验台上完成了主动导向控制策略的验证。在半实物实验平台上完成了转矩分配策略的验证。

关键词：有轨电车独立旋转车轮导向控制黏着控制转矩分配

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可控钻头的导向控制方法研究

可控钻头的导向控制方法研究

作者：李峰西安石油大学

学位级别：硕士

旋转导向钻井工具是一种用于控制井眼轨迹的先进装备,已成为开采非常规油气资源最有效的工具,其中,采用推靠执行机构推靠井壁的推靠式导向钻井工具应用最广泛。但这种工具控制井眼轨迹的钻头侧向作用力不仅与推靠力的大小相关,还与推靠... 详细信息

旋转导向钻井工具是一种用于控制井眼轨迹的先进装备,已成为开采非常规油气资源最有效的工具,其中,采用推靠执行机构推靠井壁的推靠式导向钻井工具应用最广泛。但这种工具控制井眼轨迹的钻头侧向作用力不仅与推靠力的大小相关,还与推靠力的作用位置密切相关,由于推靠执行机构与钻头存在较大的距离,导致实际侧向作用力小于推靠力,影响了井眼轨迹的控制效果。如果能将切削结构与推靠执行机构集成为一体,将推靠力的作用位置前移至钻头端面,研制一种切削刀翼受控伸缩的导向钻头,无疑将提高导向钻井工具的井眼轨迹控制能力。围绕该可控钻头,论文主要研究内容和阶段性成果如下:(1)分析了PDC(聚晶金刚石复合片)钻头切削齿与岩石的相互作用关系,构造了可控钻头造斜钻进的“椭圆非均匀薄饼”模型,建立了可控钻头导向钻进的机理模型。测算表明,在相同推靠力作用下,可控钻头的造斜率较常规推靠式提高约26%。(2)借鉴膨胀式扩眼钻头的工作原理,提出了可控钻头的机械结构方案,按钻井工程一般需求,设计了驱动受控刀翼的液压缸结构,计算了受控刀翼的推靠作用力、伸/缩运动距离、运动速度等特性参数。针对随钻柱快速旋转的受控刀翼需要在指定造斜方位(特定角度位置)伸出/缩回的控制要求,设计了四个流道的液压分配器和上盘阀,通过控制液压缸的压力,以驱动受控刀翼伸出/缩回。(3)采用角度-速度的双闭环控制系统结构,设计了稳定平台角度位置控制系统,以驱动与稳定平台固联的上盘阀能够稳定在特定角度位置。根据可控钻头稳定平台的非线性动力学模型,提出了稳定平台串级PID控制方法,利用Matlab/Simulink仿真工具进行了仿真研究,仿真结果表明在强扰动作用下采用PID控制可实现平台的稳定控制。设计了信号处理、主控模块和控制驱动模块等电路,编写了信号采集、角度解算、控制运算和控制驱动等相应的功能程序。通过传感器标定、系统集成和功能调试等设计工作,初步完成了测控系统原理样机的研制,样机的功能性测试表明测控系统的设计是合理的。这些研究工作有望提高导向钻井工具在井眼轨迹控制精度、井眼平滑度和储层钻遇率方面的性能。

关键词：导向钻井可控钻头受控刀翼导向控制