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基于扰动观测器和改进自适应二阶快速终端滑模的PMLSM伺服系统控制

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电机与控制学报 2024年第4期28卷 41-49页

作者：赵希梅李德豪金鸿雁沈阳工业大学电气工程学院辽宁沈阳110870

针对永磁直线同步电动机(PMLSM)在运行时易受到摩擦力、负载扰动及环境变化等不确定影响,设计一种基于扰动观测器和自适应二阶快速终端滑模控制方法。首先,该方法在高阶滑模的基础上结合了快速终端滑模控制,有效加快了系统响应速度。其... 详细信息

针对永磁直线同步电动机(PMLSM)在运行时易受到摩擦力、负载扰动及环境变化等不确定影响,设计一种基于扰动观测器和自适应二阶快速终端滑模控制方法。首先,该方法在高阶滑模的基础上结合了快速终端滑模控制,有效加快了系统响应速度。其次,在二阶滑模面的基础上引入条件积分项,该项仅作用于边界层内部,能够有效避免滑模到达阶段由于积分饱和现象导致的超调量过大及响应时间过慢的问题。此外,设计自适应切换控制律,使切换增益在合理的区间内,并根据系统状态进行实时更新,从而削弱抖振现象。最后,为进一步提升系统的鲁棒性,采用扰动观测器对PMLSM系统的集总不确定性进行补偿。经实验验证,该控制方法具有良好的位置跟踪精度和强鲁棒性,且对系统抖振现象有明显削弱作用。

关键词：永磁直线同步电动机二阶滑模控制终端滑模控制条件积分项自适应控制扰动观测器

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永磁直线同步电机改进预测电流控制

电机与控制学报 2024年第1期28卷 78-86页

作者：赵希梅杨名冬金鸿雁沈阳工业大学电气工程学院辽宁沈阳110870

永磁直线同步电机(PMLSM)预测电流控制(PCC)时存在易受参数变化和延迟以及负载扰动影响,为此提出基于二阶超螺旋滑模观测器(STSMO)的改进型PCC。首先,建立包含不确定性的PMLSM动态数学模型。然后,为了补偿参数变化以及延迟的影响,采用二... 详细信息

永磁直线同步电机(PMLSM)预测电流控制(PCC)时存在易受参数变化和延迟以及负载扰动影响,为此提出基于二阶超螺旋滑模观测器(STSMO)的改进型PCC。首先,建立包含不确定性的PMLSM动态数学模型。然后,为了补偿参数变化以及延迟的影响,采用二阶STSMO估计下一周期的电流和参数变化造成的扰动电压,估计值用以计算下一周期的给定电压,以提高电流跟踪精确度,通过李雅普诺夫函数证明观测器的稳定性。同时,采用基于改进指数趋近律的自适应滑模控制器(ASMC)对速度进行跟踪,将状态变量和滑模面加入到指数趋近律中,不仅削弱了电流抖振,且进一步提升了系统的鲁棒性。半实物仿真实验结果表明,与传统PCC相比,提出方法能有效地抑制不确定性对系统影响,使系统具有更好的跟踪性能和鲁棒性。

关键词：永磁直线同步电机预测电流控制超螺旋滑模观测器自适应滑模控制鲁棒性

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高压断路器操动机构驱动电机及其控制技术研究

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电机与控制学报 2024年第1期28卷 95-104页

作者：王奕飞林莘徐建源厉伟沈阳工业大学电气工程学院辽宁沈阳110870

高压断路器操动机构用电机驱动提高了断路器运行的可靠性与可控性,因此设计了一套适用于126 kV真空断路器的电机操动机构。基于操动机构动力学分析结果确定驱动电机转矩、转速要求,提出一种有限转角永磁无刷电机设计方案,研制样机进行... 详细信息

高压断路器操动机构用电机驱动提高了断路器运行的可靠性与可控性,因此设计了一套适用于126 kV真空断路器的电机操动机构。基于操动机构动力学分析结果确定驱动电机转矩、转速要求,提出一种有限转角永磁无刷电机设计方案,研制样机进行联机试验完成动作要求检验。在此基础上,设计分段转矩控制策略,结合驱动电机输出转矩需求将操动机构的运动过程分为4个阶段,从降低触头碰撞、避免预击穿现象发生、提高断路器工作可靠性角度对各阶段电机输出转矩进行动态调节。结果表明:所研制的驱动电机配合分段转矩控制策略,在保证灭弧室对操动机构动作时间、动作速度要求的前提下,实现了操动机构的运动过程优化和工作可靠性提高,促进了断路器智能化操作进程。

关键词：高压断路器操动机构驱动电机分段转矩控制智能化操作试验验证

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表贴式轴向磁通电机梯形削极分段结构研究

电机与控制学报 2024年第3期28卷 84-95页

作者：武岳张志锋张冉沈阳工业大学电气工程学院辽宁沈阳110870 北京航天发射技术研究所北京100076

采用多极少槽结构和分数槽集中绕组可有效提高轴向磁通永磁(AFPM)电机的转矩密度,但磁动势谐波含量较大、频率较高,会引起永磁体涡流损耗增大和温度升高。通过优化表贴式轴向磁通永磁电机的永磁体结构可有效降低永磁体涡流损耗并抑制转... 详细信息

采用多极少槽结构和分数槽集中绕组可有效提高轴向磁通永磁(AFPM)电机的转矩密度,但磁动势谐波含量较大、频率较高,会引起永磁体涡流损耗增大和温度升高。通过优化表贴式轴向磁通永磁电机的永磁体结构可有效降低永磁体涡流损耗并抑制转矩波动,因此提出梯形削极分段结构。首先,基于精确子域法分别建立不同永磁体结构的解析模型。其次,通过解析模型和三维有限元模型对不同永磁体结构的气隙磁密、输出转矩和涡流损耗进行分析对比。然后,通过研究永磁体分段对永磁体涡流损耗的影响,确定梯形削极分段结构的参数。最后,制造一台样机并进行实验,实验结果证明,梯形削极分段结构可有效降低永磁体涡流损耗并且改善轴向磁通永磁电机输出性能。

关键词：轴向磁通永磁电机梯形削极分段结构永磁体结构永磁体涡流损耗转矩密度精确子域法

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线偏差控制的协同机动突防、导引与控制一体化

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宇航学报 2024年第6期45卷 924-934页

作者：卫长竖赵斌赵瑞刘天泽西北工业大学精确制导与控制研究所西安710072 上海机电工程研究所上海201109

针对巡航导弹末制导段多弹机动突防问题,提出了一种基于线偏差控制的协同机动突防、导引与控制一体化方法,在舵偏角有界约束下,既实现了弹群的攻击时间一致性,又通过弹道机动提高了单弹突防能力。首先,将机动突防弹道分解为虚拟导引弹... 详细信息

针对巡航导弹末制导段多弹机动突防问题,提出了一种基于线偏差控制的协同机动突防、导引与控制一体化方法,在舵偏角有界约束下,既实现了弹群的攻击时间一致性,又通过弹道机动提高了单弹突防能力。首先,将机动突防弹道分解为虚拟导引弹道和相对机动弹道,建立了虚拟导引模型,以及相对机动弹道的制导控制一体化模型;其次,针对从弹的虚拟导引弹道设计了时间协同制导律;第三,合理设计线偏差指令以及制导控制一体化算法,实现了弹群的螺旋机动突防弹道。采用指令滤波器和扩张状态观测器(ESO)实现了状态约束和干扰估计,并基于Lyapunov稳定性定理严格证明了闭环系统的稳定性。最终,通过数值仿真和蒙特卡洛实验验证了所设计方法的有效性和鲁棒性。

关键词：线偏差螺旋机动时间协同机动突防导引与控制一体化

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反向射流作用下可回收火箭升阻特性

哈尔滨工业大学学报 2024年第4期56卷 24-30页

作者：张晨曦林三春李易唐硕西北工业大学航天学院西安710072 陕西省空天飞行器设计重点实验室(西北工业大学) 西安710072 北京宇航系统工程研究所北京100076

可回收火箭动力减速过程中反向射流将大幅改变箭体气动特性,为获得反向射流对箭体气动特性的影响,利用数值模拟方法获得箭体升阻力系数,分析升阻特性变化规律并提出升阻特性表征参数。首先,对反向射流钝体构型进行数值模拟,将得到的结... 详细信息

可回收火箭动力减速过程中反向射流将大幅改变箭体气动特性,为获得反向射流对箭体气动特性的影响,利用数值模拟方法获得箭体升阻力系数,分析升阻特性变化规律并提出升阻特性表征参数。首先,对反向射流钝体构型进行数值模拟,将得到的结果与已公开的实验数据进行对比,验证了数值模拟方法的有效性。其次,采用RANS方法模拟了单喷管构型火箭多种典型飞行状态,得到箭体升阻力系数随迎角变化曲线以及升阻特性变化规律,通过对回流区内流动状态进行分析得到升阻特性改变的机理。最后,由反向射流对箭体气动特性影响程度提出表征参数。结果表明:反向射流会对箭体形成遮挡作用并影响箭体升阻力特性。有射流时升阻力特性受飞行高度影响较大,受飞行马赫数影响较小,与无射流时的规律恰好相反。大部分飞行工况下阻力系数小于0.1,部分高空飞行工况将出现负阻力。本研究提出以反向射流与箭体宽度比作为气动特性表征参数,可以较好地反映反向射流对箭体的遮挡作用并表征箭体在反向射流作用下的气动特性变化规律。

关键词：火箭垂直回收可回收火箭反向射流气动布局气动特性

基于视觉感知域的钢轨铣磨车人机界面布局优化方法

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计算机集成制造系统 2024年第5期30卷 1694-1709页

作者：刘伟军刘新昊孙猛魏喆赵日铮于沈弘杨国哲姜兴宇沈阳工业大学机械工程学院辽宁沈阳110870

如何快速获取铣削作业参数信息与铣磨车车机作业状态是保证钢轨铣磨车钢轨修复作业效率、质量与安全的关键。基于此,提出一种基于灰狼-蚁狮算法的钢轨铣磨车人机交互界面优化方法。综合考虑钢轨修复过程中多维度信息、多流程、多功能、... 详细信息

如何快速获取铣削作业参数信息与铣磨车车机作业状态是保证钢轨铣磨车钢轨修复作业效率、质量与安全的关键。基于此,提出一种基于灰狼-蚁狮算法的钢轨铣磨车人机交互界面优化方法。综合考虑钢轨修复过程中多维度信息、多流程、多功能、多对象等要求,建立以视觉感知强度为目标的钢轨铣磨车人机交互界面优化模型;提出一种基于灰狼-蚁狮的模型求解算法,解决多决策变量界面布局模型求解时陷入局部最优与极值点逼近问题,获得钢轨铣磨车人机交互界面优化方案。最后,对优化前后的钢轨铣磨车人机交互界面进行眼动实验,实验结果表明,优化后的人机界面布局在舒适性、安全性以及界面的合理性上都优于原装备的设计,验证了该模型与算法的有效性和可行性。

关键词：钢轨铣磨车视觉感知强度人机界面优化灰狼-蚁狮算法

SiC/SiBCN-Si_(3)N_(4)复合材料力学性能研究

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宇航材料工艺 2024年第2期54卷 143-152页

作者：王泽璇胡兆财刘彬谭指解维华哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001 北京宇航系统工程研究所北京100076

为了深入了解SiC/SiBCN-Si_(3)N_(4)材料微观形貌与高温力学行为,建立科学可靠的定量表征方法,本文使用多种表征手段对SiC/SiBCN-Si_(3)N_(4)材料进行定量观测,首先进行材料孔隙率及密度的测试,随后进行材料高温原位力学性能测试并对材... 详细信息

为了深入了解SiC/SiBCN-Si_(3)N_(4)材料微观形貌与高温力学行为,建立科学可靠的定量表征方法,本文使用多种表征手段对SiC/SiBCN-Si_(3)N_(4)材料进行定量观测,首先进行材料孔隙率及密度的测试,随后进行材料高温原位力学性能测试并对材料损伤机理进行了分析,最后基于试验数据构建了一种可解释的深度学习模型,实现了材料高温非线性本构关系预测。样件力学性能分析结果表明:平均应力预测误差为0.27%~0.59%、平均应变预测误差为1.96%~3.41%;同时通过量化分析明确了影响力学性能的因素依次为温度、偏轴角度、孔隙率及密度。本文实现了不同环境温度、偏轴角度与外载荷作用下SiC/SiBCN-Si_(3)N_(4)宏观力学性能的预测,可为陶瓷基复合材料高温本构模型的建立提供新思路。

关键词： SiC/SiBCN-Si_(3)N_(4)复合材料结构特征观测力学性能深度学习

齿调制作用下转子开槽对永磁电机电磁振动影响

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电机与控制学报 2024年第5期28卷 111-118页

作者：谷艳玲刘志鹏陈长征黄逢超沈阳工业大学机械工程学院辽宁沈阳110870

为了研究齿调制作用下转子表面开槽对永磁同步电机电磁振动的影响,以小功率分数槽集中绕组(FSCW)内置永磁同步电机(IPMSM)为研究对象,通过麦克斯韦应力张量法推导径向电磁力波的频率及空间阶数特征。分析齿调制作用在FSCW-IPMSM中将空... 详细信息

为了研究齿调制作用下转子表面开槽对永磁同步电机电磁振动的影响,以小功率分数槽集中绕组(FSCW)内置永磁同步电机(IPMSM)为研究对象,通过麦克斯韦应力张量法推导径向电磁力波的频率及空间阶数特征。分析齿调制作用在FSCW-IPMSM中将空间高阶电磁力波调制为低阶电磁力波的过程,并给出转子表面开槽在齿调制作用影响下与电磁振动间的联系。研究表明,转子表面开槽结构的改变会使各次谐波磁场发生变化,进而改变以极数阶电磁力波为代表的高阶电磁力波的幅值。在齿调制作用下,这些高阶电磁力波会被调制为幅值较高的低阶电磁力波,并引起不同幅度的低阶振动。然后建立C型、V型两种不同转子表面开槽结构的10极12槽FSCW-IPMSM电磁及结构有限元分析模型并进行仿真分析。结果表明,极数阶即10阶电磁力波会被调制为2阶并引起2阶振动,且两种不同开槽结构间的电磁振动存在着高达22.1%的差异。最后,在一台10极12槽样机上进行振动实验,验证理论与仿真分析结果。

关键词：内置永磁同步电机分数槽集中绕组电磁振动径向电磁力波齿调制转子表面开槽