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无轴承永磁同步电机的微分几何和重复滑模控制

无轴承永磁同步电机的微分几何和重复滑模控制

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作者：蔡明宇江苏大学

学位级别：硕士

无轴承电机是高速以及超高速电机领域的一项技术革新,其磁轴承结构与交流电机定子结构相类似,将悬浮绕组与转矩绕组共同绕制在定子上,从而产生能够使电机转子稳定悬浮和旋转的作用力。在此类电机中,无轴承永磁同步电机不仅具有无轴承的... 详细信息

无轴承电机是高速以及超高速电机领域的一项技术革新,其磁轴承结构与交流电机定子结构相类似,将悬浮绕组与转矩绕组共同绕制在定子上,从而产生能够使电机转子稳定悬浮和旋转的作用力。在此类电机中,无轴承永磁同步电机不仅具有无轴承的无摩擦磨损、寿命长、无需润滑、体积小、造价低以及高速超高速等特点外,还具有效率高、转矩密度高、结构简单以及功率因数高等优点。另外,无轴承永磁同步电机能在洁净、腐蚀、高速以及超高速等特殊环境下进行无轴承支撑运行的特点,使其在航空航天、生命科学、飞轮储能以及机械制造等领域得到飞速发展,成为电机领域最具发展前景的电机之一。无轴承永磁同步电机的控制系统是影响其实际应用的关键因素,因此实现良好的控制是必不可少的。与传统永磁同步电机沿用的转矩控制方法相比,无轴承永磁同步电机又是一个非线性强耦合的多变量系统,实现其悬浮力的解耦是控制的前提。因此本文针对无轴承永磁同步电机的悬浮力解耦以及转矩控制展开研究。本文首先研究了无轴承永磁同步电机的悬浮机理,在此基础上得到了其悬浮力部分数学模型。通过对旋转部分的研究得到了相应的数学模型,再对两个数学模型进行分析得出系统的状态方程。其次,针对无轴承永磁同步电机的悬浮绕组间的耦合问题,通过微分几何解耦控制原理设计了解耦控制系统,对悬浮部分数学模型进行坐标变换得到新的系统状态方程,再对新的状态方程进行坐标反馈得到解耦后的控制模型。接着,针对转矩绕组部分传统滑模控制的抖震问题,利用重复控制理论与传统滑模变结构控制相结合的原理,设计了一种新型重复滑模控制系统,将重复控制模块加入到传统滑模的等效控制模块中,实现了抑制抖震的效果。最后,利用MATLAB软件搭建解耦与控制两个模块的系统框图,使用Simulink仿真,得到相关仿真波形图;通过解耦控制的仿真波形图分析发现电机在X轴和Y轴上分别受到干扰时能互不影响,说明了微分几何控制模块实现了对电机的良好的解耦;通过重复控制的仿真波形图分析发现电机在空载和负载时均能按指定转速旋转,说明重复滑模控制系统对转矩绕组模块控制的有效性。

关键词：无轴承永磁同步电机悬浮力微分几何解耦重复滑模控制

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三轴应急救援车辆主动悬挂解耦控制研究

三轴应急救援车辆主动悬挂解耦控制研究

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作者：靳佩龙燕山大学

学位级别：硕士

作为一个幅员辽阔的超级大国,我国的地质情况复杂,各种地质灾害种类齐全且多发;由于一些经常发生灾害的偏远地区的基础建设情况不太完善,给应急救援车辆提出了较高的要求。为了保证车辆在复杂的路况下能够拥有较高的平顺性,急需一种新... 详细信息

作为一个幅员辽阔的超级大国,我国的地质情况复杂,各种地质灾害种类齐全且多发;由于一些经常发生灾害的偏远地区的基础建设情况不太完善,给应急救援车辆提出了较高的要求。为了保证车辆在复杂的路况下能够拥有较高的平顺性,急需一种新型的主动悬挂应急救援车辆,三轴车辆的主动悬挂控制方法的研究具有重要意义。本文结合国家重点研发计划课题“高机动应急救援车辆(含消防车辆)专用底盘及悬挂关键技术研究”(项目编号:2016YFC0802902),为了提高三轴应急救援车辆的平顺性和操纵稳定性,设计主动悬挂系统的解耦控制器。本文的主要研究内容包括:首先,简单概述了悬挂系统的各种分类及其相关国内外研究现状,提出了本文的主要研究内容;其次,建立了三轴应急救援车辆的互联油气悬挂系统的模型,进行了蓄能器、阻尼孔、液压缸的相关计算;再次建立了悬挂的相关动力学公式和状态方程,进行了微分几何算法的相关介绍和计算,根据解耦之后的方程利用LQR方法,计算得到控制器的控制参数;然后,在软件MATLAB/Simulink中建立相关的路面激励模型、被动油气悬挂模型、相关的互联油气悬挂模型、基于微分几何解耦的主动悬挂模型,后进行仿真,着重分析三轴车辆的车身质心的垂向加速度、俯仰加速度及侧倾加速度,对主动悬挂、互联油气悬挂和普通油气悬挂进行对比分析。最后进行实车试验,先介绍车辆的机械结构、液压系统及相关信号采集和处理系统,介绍了路面试验平台,进行主动悬挂及互联油气悬挂的对比试验,验证了反馈线性化及LQR控制方法可以有效的提高车辆的行驶平顺性和操纵稳定性。

关键词：三轴车辆微分几何解耦主动悬挂 LQR MATLAB/Simulink仿真试验验证

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