电机控制系统研究管理论文范文第1篇
摘要：从分析影响某型号导弹再入空气舵机单元测试教学训练效果的制约因素出发，利用PLC智能控制、机电液一体化技术、虚拟现实等方法，研制了某导弹再入空气舵机单元测试模拟训练装备。介绍了某导弹再入空气舵机及其工作原理，在此基础上对系统硬件各功能模块的设计制作过程进行了阐述，并对系统软件的设计思路和实现方法进行了说明。试验结果表明，该系统性能穩定、可操作性强，减少了动装用装次数，提高了教学训练效果，可延长导弹武器系统的使用寿命，具有较高的军事意义和经济效益。
关键词：再入空气舵机；模拟训练装备；单元测试；PLC
0 引言
再入空气舵机作为导弹控制系统在导弹再入段飞行的执行机构，已被用于多种型号的弹道式导弹上，其控制精度和对控制信号的响应速度，对提高导弹的命中精度有很大的影响。对于再入空气舵机这样一个结构复杂、仪器精密的导弹武器装备，涉及电工、液压和空气动力学多方面的知识，并且再入空气舵机在地面测试过程中的通电时间有着严格的时间要求限制。目前在火箭军导弹基层部队训练和院校教学过程中，某型号导弹的再入空气舵机单元测试受通电时间所限，只能依靠教练员的讲解加上部分实装图片、Flash动画演示以及短期的操作训练进行岗位任职技能培训，这种方式方法已经无法满足火箭军土官应对实战化教学训练的需求，导弹再入空气舵机操作号手不能直观地认识和体验其内部部件的连接方式和工作过程，不利于操作号手深化原理、认知装备的训练需求，成为制约火箭军部队土官操作训练与院校理论教学的瓶颈问题。为了提高再入空气舵机测试操作的训练效果和教学质量，延长导弹武器设备的使用年限，研制了基于PLC的某导弹再入空气舵机单元测试模拟训练装备。
1 再入空气舵机简介
某导弹是我国遂行特定作战任务要求的杀手锏武器，为了提高突破PAC3爱国者导弹防御能力、提升精确打击能力，在导弹的再入飞行段，再入空气舵机通过对弹头飞行姿态（俯仰、偏航、滚动）的控制，实现弹头的机动飞行、景象匹配及克服干扰稳定飞行。某导弹再入空气舵机有4个相互独立的伺服控制回路，每个控制回路均由阀控作动筒、电液伺服阀、反馈电位计、伺服放大器等组成，再入空气舵机组成结构框图如图1所示。
伺服作动器是再入空气舵机的执行元件，将伺服阀输出的高压油转换成具有一定速度的活塞杆的运动并由此带动空气舵的摆动；电液伺服阀是舵机液压系统的转换和放大元件，将伺服放大器输出的功率很小的指令信号变换并放大成一定功率的高压液体油输入作动器，推动活塞杆运动；反馈电位计是系统的反馈元件，同时也是系统位移输出的监测元件；燃气涡轮动力装置根据控制系统指令，产生高温、高压的燃气流，吹动涡轮转子高速旋转，经减速器减速带动油泵转子旋转，输出——定流量——定压力的液压油，将涡轮的旋转机械能转化为液压能。
2 再入空气舵机的基本工作原理
导弹弹头再入大气层后，根据控制系统的指令，产生高温、高压的燃气流，吹动涡轮转子达到高速旋转并输出一定的转矩和转速，经减速器减速带动油泵，油泵输出一定流量和压力的液压油至空气舵机的液压系统，整个伺服系统处于零位待命状态。液压系统的溢流阀自动调节流向控制回路的油液的流量。
当弹头进行程序飞行、景象匹配或克服干扰稳定飞行时，控制系统给舵机的四个控制回路发出相应的指令信号，经弹上再入控制放大器的变换放大，成为伺服阀的控制电流，伺服阀根据指令信号极性和大小，使伺服作动器的活塞杆产生相应的运动并经过摇臂带动空气舵的舵面摆动。
作动器活塞杆带动反馈电位器作相应的运动，输出一个正比舵摆角位置的反馈信号，并以负反馈的形式与指令信号进行综合比较，形成液压系统的闭环控制。空气舵在位置上产生相应的控制力矩，改变弹头的俯仰、偏航或滚转的姿态。随着弹头姿态的变化，指令信号不断地改变，空气舵摆角在伺服作动器活塞杆的带动下亦随着控制指令同步变化，实现了舵面摆动的随动控制。
3 系统硬件设计与实现
根据某导弹再入空气舵机单元测试模拟训练装备的设计要求，按照“结构仿真、电气等效、信号模拟、现象一致”的原则，结合该导弹再入空气舵机及其单元测试的特点和工作原理，利用PLC智能控制、机电液一体化技术、虚拟现实等方法，确定了基于PLC的某导弹再入空气舵机单元测试模拟训练装备的硬件结构，如图2所示。
由图2不难看出，导弹再入空气舵机单元测试模拟训练装备硬件包含控制回路和能源回路两个不同回路。其中能源回路的功用是为系统提供一定的液压压力，为控制回路的正常工作提供能源，其主要设备有油箱、蓄能器、直流电动机、溢流活门、柱塞泵、安全阀门、油滤组件等。而系统的控制回路是再入空气舵机控制系统的核心，主要由电液伺服阀、伺服放大器、反馈电位器和作动筒等组成，其作用是为系统提供控制信号，控制能源回路执行机构产生相应的动作，反馈回路的作用是检测能源回路动作，进而判断整个再入空气舵机系统能否已按照控制指令完成相应的控制任务。
该系统的控制电路采取功能仿真的方法进行设计，使用PLC构成再入空气舵机单元测试模拟训练装备的控制系统。硬件部分的设计主要包括：PLC、驱动板、各设备电路、接口模块等部分。采用成熟的智能检测与控制方法，以PLC为核心，配合自主研发的驱动板和接口板，使系统能够实时地采集各种反馈信号并及时地输出相应的控制信号。综合各子系统不同的功能需求，采取成熟工业控制技术，设计制作了总线控制板、I/O输入输出板、A/D转换板、电机和数码管驱动板等各种功能接口板，完成信号采集、开关量控制、时序控制、电平转换等功能，并通过驱动板满足部分器件和电路的功率需求。外围接口模块主要结构如图3所示。
再入空气舵机控制单元测试电路功能模块主要采用对外接口功能仿真，即利用某导弹再入空气舵机单元测试模拟训练装备可以完成技术阵地再入空气舵机零位测试、运行时间测试、动态性能测试、静态性能测试等测试项目的测试，对再入空气舵机的频率特性、阶跃特性、位置特性进行全面的检测，同时系统能够实时地检测再入空气舵机油面压力、充气压力、液压油温度等主要技术指标：结合某导弹再入空气舵机单元测试流程，通过单元测试模拟软件，给导弹再入空气舵机发送各种控制指令，模拟装备根据系统发出的指令类型结合单元测试进程，模拟单元测试过程中的各种现象，并在测试操作面板上显示各种状态信息。再入空气舵机单元测试操作面板如图4所示。
PLC综合处理由再入空气舵机单元测试模拟训练装备发来的操作控制信号，将操作控制信号发送到外围接口设备处理模块，协调各分电路工作，实现各分系统信息同步：同时将相关的控制信号上传到教學机终端，进行操作训练监控与管理并实现多媒体教学互动。
导弹再入空气舵机单元测试模拟训练装备实时接收测试操作控制面板发送的控制信号，通过串口与上位机进行实时的信号传递，实现软件演示系统同步刷新电路、气路和液路工作原理演示的功能，可形象、直观地展现再入空气舵机各部件结构、工作过程及其连接关系，对操作号手掌握单元测试原理、认知再入空气舵机结构组成，具有很好的支撑作用。
3 系统软件设计与实现
为了提高编程效率，软件系统采用了模块化设计，主要包括主控软件、通信软件、故障诊断软件、虚拟仿真软件、教学管理软件等，系统软件组成框图如图5所不。
主控软件：主要是配合相应的硬件电路并进行控制逻辑和操作过程的仿真，完成再入空气舵机单元测试操作训练过程中各种信号的采集、计算、输出。在单元测试操作过程中，根据号手的操作动作在各显示界面之间进行跳转，并完成测试数据的自动判读。控制软件的控制流程图如图6所示。
通信软件：主要完成PLC与上位机以及PLC与各l/O模块之间通信，为了简化硬件设计，该系统采用的是RS232串行通信协议。
虚拟仿真软件：为了提高教学训练效果，系统采用Unity3D和FlasH相结合的方法对系统的工作过程和工作原理进行动态演示，使操作号手能够直观的看到再入空气舵机单元测试过程中装备状态的变化情况。
故障诊断软件：主要是通过建立故障库的方法，记录操作动作，并结合操作流程进行分析判断，给出测试操作成绩，为操作号手的操作等级评定提供事实依据。
4 结论
本文研制的某导弹再入空气舵机单元测试模拟训练装备，硬件上综合运用了机电液一体化技术、嵌入式智能控制技术和虚拟仿真技术，集成了某导弹再入空气舵机单元测试的操作训练功能与理论教学功能，研制完成后的系统如图7所示。经部队和相关院校试用后，试验结果表明，该系统可完成某导弹技术阵地再入空气舵机零位测试、运行时间测试、动态性能测试、静态性能测试等测试项目，解决了再入空气舵机的频率特性、阶跃特性、位置特性测试过程中存在的工作过程难演示、工作原理难学习、故障现象难仿真等问题，减少了导弹部队动用实装训练的次数，保证了操作号手教学训练时间，提高了部队的训练效果和院校的教学质量。
参考文献：
[1]崔洪亮，刘庆宝，孙兴奇，等导弹电液伺服机构仿真装置研制[J].电子产品世界，2015，22（10）：38-41
[2]周杰数字式导弹舵机伺服控制器的设计与开发[D]电子科技大学，2009
[3]崔业兵制导火箭弹固定鸭式舵机滚转控制技术研究[D]南京理工大学，2014
[4]李康某武器平衡及定位电液伺服系统液压系统设计及控制[D]南京理工大学，2016
[5]尤向荣，奏现生，张双权，等电液伺服舵机加载系统设计与研究[J]机电一体化，2010（8）：42-46
[6]林浩，李恩，梁自泽具有非线性不确定参数的电液伺服系统自适应backstepping控制[J]控制理论与应用.2016，33（2）：181-188
电机控制系统研究管理论文范文第2篇
一、电力机车交流电机速度控制系统构建
为实现电力机车交流电机速度控制系统的实现, 构建如图1所示电力机车交流电流速度调控系统框架结构图。硬件主要由PLC控制器、PWM驱动器、H桥和电力机车交流电机组成和速度传感器五部分组成。工作时通过速度传感器采集电力机车交流电机理论速度和实际运行速度, 计算出理论速度和实际速度的差值参数, 将参数输入PLC模糊逻辑模块模糊化处理, 以PWM占空比的信号形式输出, 控制电力机车交流电机三相H电桥的驱动电压, 实现电力机车交流电机转速的精确控制。
如图1是电力机车交流电机速度控制系统的整体框架结构图, 由模糊化模块、规则库模块和去模糊化模块三部分组成。其中模糊化处理过程由电力机车交流电机速度控制系统将输入、输出处理单元转换成模糊化的变量来进行处理, 并检测的速度误差。系统的速度误差变化量定义为系统模糊逻辑控制器的输入信号变量, 将系统模糊逻辑控制器输出信号u定义成PLC可编程控制器的输出变量来进行处理。在进行铁路电力机车电机调速控制的研究中, 为减少可编程控制器PLC系统计算和存储空间的限制对研究的影响选择S形隶属函数和Z形隶属函数。电力机车交流电机模糊逻辑控制器我们采用了模糊数学中模糊化规则进行处理, 没有采用数学方程进行决策的判断和处理。系统中对规则数量和模糊变量中的模糊子集划分相互一致, 但是对误差模糊集和误差变化量模糊集则采用7个语言术语进行处理, 共有7×7=49个模糊规则来对电力机车交流电机的速度控制系统进行控制变量的表示和处理。
系统中为精确控制电力机车交流电机转速, 系统中专门设计了去模糊化的模块。系统通过这个模块的处理最终可以实现系统输出变量转换为非常具体数值变量, 更具有量化处理的能力。对系统PLC控制器输出变量值的在模糊化逻辑控制器中分别进行模糊化处理、模糊规则化处理和去模糊化过程处理后将能得到的电力机车交流电机模糊控制系统的数值。
二、电力机车交流电机速度调控系统仿真研究
应用PLC进行编程, 其程序的主体如下所示。通过此程序可计算出模糊变量输出的隶属度。
采用加权平均算法进行去模糊化处理, 系统使用可编程控制器PLC进行编程, 主体为:
第三步, 系统的可编程PLC控制器采用模糊算法将计算出的输出信号变量输入到系统上端的PWM控制驱动器中, 再经过H桥电路来精确地控制铁路电力机车交流电机速度的输出, 实现铁路电力机车交流电机转速精控制的目的。
MATLAB软件进行仿真研究不仅能够实现动态系统的建模、仿真, 而且还能进行传真系统综合分析与评价, 本系统的电力机车交流电机控制系统的结构包括电力机车交流电机、PLC控制器、PWM驱动器等, 其中主要使用传真PLC控制器模糊规则, 并通过系统的输出信号调整电力机车交流电机调速驱动信号的占空比比例关系。
假设电力机车交流电机转速为1750 r/min, 分别在不同的负载下启动实验电机工作, 观测电力机车交流电机转动速度的变化曲线, 从而可以计算出电力机车交流电机转速上升时间、稳定时间和过冲性能等重要的参数。最终经过综合比较我们发现和多数交流电机的调速特性一致, 铁路电力机车交流电机表表现出在加载的负载大情况下, 电机调速的速度上升时间表现出比较长的特点, 同时速度的稳定时间和过冲率却很小;但当加载的负载比较小的时候, 铁路电力电机的电机启动时加速的加速度小, 速度提升较慢, 但稳定性好。
三、结束语
铁路电力机车交流电机转速控制可使用西门子公司生产的可编程控制器PLC上得到了实现, 并经过验证取得了良好的效果。系统中可编程控制器PLC控制器输出PWM电机驱动信号的占空比例, 并应用此信息来调节电力机车交流电机的桥型调速电路的电压值, 实现铁路电力机车交流电机的调速;最后为验证结果的可靠性, 应用计算机仿真系统对典型电力机车交流电机上的调速过程和结果进行分析和研究, 仿真的实验结果证实PLC可编程控制器在电力机车交流电机速度精确控制方面有一定的实用效果, 具有推广使用的实用价值。
摘要：针对电力机车交流电机转速精确控制问题, 构建以PLC模糊逻辑平台为基础的电力机车交流电机转速控制系统, 按电力机车交流电机的设定速度和实际反馈速度, 获取速度误差和误差变化量, 通过PLC实现变量模糊化和去模糊化处理, 根据输出的脉冲宽度调制信号实现电力机车交流电机速度的精确控制, 仿真实验验证系统能够实现电力机车交流电机在不同的负载下转速的精确控制。
关键词：电力机车,交流电机,PLC、精确控制
参考文献
[1] 梁永清.双闭环控制的移相全桥软开关变换器的研究[J].现代电子技术, 2014 (8) :156-158.
[2] 王秀丽.用PWM芯片实现全桥移相隔离变换器的研究[[J].现代电子技术, 2012, 35 (2) :188-190.
电机控制系统研究管理论文范文第3篇
摘要：针对传统发电机励磁控制系统用于感性冲击负载存在启动电流过大过载导致发电机启动失败机组焖机的缺陷，提出一种新的励磁控制方法，以实现不同负载电流、不同时间发电机组输出不同电压，并介绍了系统的结构和原理，实验结果显示此方法适合于启动较大功率的空调、水泵等感性冲击负载。
关键词：励磁控制，自动电压调节，感性冲击负载
1.引言
现有通用中小型汽油、柴油交流发电机组中，带有自动电压调节器的发电机组由于输出电压稳定，谐波含量较少而深受广大用户的偏爱。自动电压调节器作为发电机组励磁系统的重要组成部分，一直是各界研究的一个重要课题。[1]
目前市场上常见的自动电压调节器多采用输出电压闭环调节的控制方式，即根据发电机输出交流电压控制转子励磁占空比：当输出电压偏高，减小转子励磁占空比；当输出电压偏低，增大转子励磁占空比。这种控制方式对于我们日常生活中照明、加热等一些常见阻性负载适应性较好，但对于水泵、空调压缩机等感应电动机负载，由于启动瞬间电流较大或者过载情况，输出电压下降，在电压闭环调节作用下，自动电压调节装置会工作在最大占空比状态，机组瞬间输出功率远大于机组实际输出能力，常常导致启动失败，甚至机组焖机损坏。
本文介绍的一种新的发电机励磁控制方法可以有效解决上述难题，启动较大功率容量的空调、水泵等感性冲击负载。
2.励磁控制系统的组成与工作原理
本文介绍的控制方法克服了现有技术缺陷，针对感性负载启动瞬间，由于冲击电流过大导致启动失败的情况，提供一种基于负载电压、负载电流、负载持续时间自动调节励磁输出，从而控制发电机组输出功率的控制方法。一方面，将负载电流作为影响励磁输出的一个因素，实际上是将输出电流和输出电压关联起来，根据不同的输出电流控制发电机组的输出功率，防止机组因为输出功率过大而造成焖机损坏；另一方面，由于将负载持续时间作为影响励磁输出的另一个因素，实际上是利用机组惯性，瞬间输出较大的冲击功率，能使机组顶住感性负载启动瞬间的冲击，使感性负载成功启动。
发电机励磁控制系统包括电压测量电路，电流测量电路、功率转换电路和主控单元电路以及过流保护器短路控制电路等。电压测量电路测量发电机输出电压，并将所测结果输出给主控单元；电流测量电路测量发电机输出电流，并将所测结果输出给主控单元；主控单元电路根据电压测量电路和电流测量电路的输出控制功率转换电路的输出占空比。图1为本发电机励磁控制系统框图。
主控单元电路根据电压测量电路和电流测量电路的输出控制功率转换电路的输出占空比，其工作特征为：当电流测量电路输出低于设定值时，主控单元主要根据电压测量电路的输出动态调节功率转换电路输出占空比，以维持发电机输出电压稳定；当电流测量电路输出高于设定值时，主控单元电路根据电压测量电路的输出、电流测量电路的输出和负载持续时间循环改变功率转换电路的输出占空比，使发电机在极限功率输出和设定功率输出两种状态之间循环。
其中发电机工作在设定功率输出状态下且电流测量电路输出高于设定值时，主控单元根据电压测量电路的输出和电流测量电路的输出控制功率转换电路输出占空比，使得发电机工作在降电压输出模式、恒功率输出模式和恒电流输出模式。
3.控制系统的控制流程
设定输出功率模式为降电压输出模式的控制系统控制流程图如图2所示。当发电机组由发动机带动旋转到一定转速后，系统开始建压，主控单元以一恒定的频率f循环读取负载电流测量电路输出值I。如果I小于等于设定值Is，励磁输出主要根据电压测量电路输入V进行动态调节励磁输出占空比，使发电机处于稳压输出环节；如果I大于设定值Is，进一步读取系统计数器值T，如果T为0，则将T赋值为Tm，如果T大于0，则将T减1，减1后如果T还大于极限功率输出时间T0，励磁输出占空比主要根据负载电压动态调节，以实现稳压输出，此时由于电流和电压都比较大，发电机组处于输出功率开环模式，即极限功率模式；减1后如果T小于等于T0，励磁输出进一步根据I适当减小，使输出电压降低，这样发电机功率输出处于闭环控制模式，即设定功率输出模式。当下一个计时周期到达时，读取负载电流测量电路输出值I并重复上述过程。
设定输出功率模式为恒功率模式和恒电流模式与降电压模式原理类似，不再赘述。
4.实验结果
本文所述的发电机励磁控制模块实物如图3所示。其中白色线为18V交流电压采样线，蓝色线为输出负载电压采样线，红黑线为发电机碳刷线，棕色线为断路器线束，另由电流互感器负责负载电流取样。
实验基于2.5KW的汽油发电机组，负载电流、负载电压和励磁装置主控单元控制方式转换触发波形如图4所示。示波器CH1波形为负载电压波形，CH2为电流互感器输出经过整流后的信号，CH3波形为冲击电流触发波形（即系统控制模式转变触发信号），CH4波形为负载电流波形。可以看到：当系统处于设定功率输出状态时，如电流测量电路输出高于设定值（CH2），系统发出模式转换触发信号（CH3）使系统根据电压测量电路的输出和电流测量电路的输出控制功率转换电路输出占空比，使发电机输出电压适当下降（CH1），这样在机械系统惯性作用的配合下使输出电流瞬间能大幅提高（CH4）。
本励磁装置已成功应用于某型2.0kW左右的发电机组，该型发电机组可以让一台1.5匹的空调成功启动并平稳运行，即使空调在异常断电停机的情况也可以顺利启动，此时启动电流瞬间可以达到25A左右。而市场上正常的2.0kW的发电机组启动过程中会因为启动电流太大而导致机器直接熄火。
5.结语
本文提出了一种发电机励磁控制系统控制方法，根据负载电压、负载电流和负载持续时间同时控制输出励磁占空比，以实现不同负载电流、不同时间发电机组输出不同电压。该控制方法利用发电机组系统惯性可以循环实现发电机瞬间大电流冲击输出。相比于相同容量的传统发电机组，更适合于较大功率的空调、水泵等感性冲击负载。
参考文献
[1]李基成.现代同步发电机励磁系统设计和应用[M]. 北京：中国电力出版社，2006.
[2]赖广显 新型柴油发电机组. 人民邮电出版社，2004.
电机控制系统研究管理论文范文第4篇
2、专家PID控制器在农用无刷直流电机控制系统中的应用
3、纯电动汽车驱动电机及控制系统的研究
4、无刷直流电机双闭环控制系统的建模与仿真
5、基于MATLAB的无刷直流电机控制系统建模与仿真
6、PWM调速风机电机优化制冰机控制系统
7、DSP精准控制步进电机的研究
8、三相PFC在电机控制系统中的研究及应用
9、PLC控制的综合实训屏系统设计实例分析
10、高温恶劣环境下基于PIC单片机的直流电机控制系统
11、交流电机变频调速控制系统分析
12、基于模糊PID的多电机全闭环同步控制系统
13、关于DSP的无刷直流电机控制系统的硬件设计
14、浅谈纯电动汽车驱动电机及控制系统
15、浅析单机片的步进电机控制系统的研制
16、基于XC866的步进电机阀门控制系统
17、基于神经元自适应PID船舶电力推进电机控制系统研究
18、基于神经网络模糊PID控制的无刷直流电机控制系统研究
19、基于ATMEGA128单片机的步进电机加减速控制系统的设计
20、电动车用的无刷直流电机控制系统仿真
21、轮椅直流无刷电机的单片机控制电路设计①
22、交流电机变频调速控制系统的比较
23、螺杆泵用无刷直流电机控制系统的设计
24、基于模糊神经网络的无刷直流电机控制系统
25、基于LABWINDOWS/CVI的直流电机控制系统的研究
26、新能源背景下“电机学与运动控制系统”课程教学改革与探索
27、基于LM3S811的太阳能电池用太阳光跟踪系统
28、步进电机在电焊机控制系统中的应用
29、先进的电机驱动解决方案，加速高效电机系统创新
30、开关磁阻电机控制系统在电动汽车中的应用
31、基于MSP430的定时器自动老化试验台设计与实现
32、基于PLC的折纸机自动控制系统设计
33、高压变频器在传送电机控制系统中的应用研究
34、“电器控制”课程理论联系实际的教学思考
35、特色专业建设的探索与实践
36、船用大功率柴油发电机充电控制系统研究
37、电子技术中单片机的应用研究
38、基于YL—236步进电机控制系统的设计
39、开关磁阻电机控制系统软件设计
40、PLC和变频器的电机控制系统设计研究
41、“电机拖动控制系统运行与维护”课程“五结合”考核模式的实践与探索
42、基于DSP的感应电机矢量控制系统的研究
43、浅议混合动力电动汽车整车匹配与电机控制系统
44、基于PLC的步进电机控制系统初探
45、基于嵌入式单片机的步进电机控制系统设计的分析
46、开关磁阻电机的控制系统研究
47、无轴承异步电机控制系统实验平台设计
48、电机数字化控制系统的电源设计
49、基于PLC与变频器的交流电机调速控制系统
电机控制系统研究管理论文范文第5篇
针对传统的集中式布局方式, 众多的国内外学者提出了分布式布局方式的概念, 并研究其关键技术[1]。本文以襟缝翼系统分布式结构布局为背景, 来研究该布局方式下电作动器中的电机的拓扑结构选择问题。本文以襟翼的电作动器电机为例来描述其拓扑结构。
1 电机的容错机理
襟翼系统电作动器的原理结构如图1所示。驱动电机的容错结构设计是关键技术之一。永磁电机是一个可以在高磁性负载下运行的电机, 且具有可靠性高、容错能力强的特性, 通过特殊的结构设计实现容错目的[2]。
为获得更高的容错性, 采用永磁电机作为研究对象。电机在一个相位发生故障时, 不能影响电机额定转矩的输出。本文采用模块化设计思想对电机进行配置, 即模块内部由一相绕组组成或由三相绕组组成。假定电机由n+1个模块构成, 如果其中的1个模块出现了故障, 电机仍能正常运转并输出全部额定功率, 那么需要余下的n个模块必须能够保证电机输出全部额定功率。本文将以n+1相驱动和3n+3相驱动为对象来进行分析计算。
n+1相驱动:2+1, 3+1等;
3n+3相驱动:3+3, 2×3+3等。
2 容错电机的拓扑结构分析
襟翼在运动过程中, 驱动电机输出的峰值转矩会随着襟翼位置的变化而变化的。决定襟翼驱动布局的关键因素之一就是要求电机的输出转矩必须在襟翼系统以任意速度运动到任意指令位置的情况下都能够满足襟翼系统运动所需的转矩要求。驱动电机的故障分为机械故障和电气故障, 本文只考虑电气故障。电气故障中绕组短路是电机最为严重的故障, 包括绕组匝间短路和相间短路等。如果电机内部的一个模块发生绕组短路, 故障模块会因短路电流产生阻转矩而严重影响整个驱动系统的输出转矩。为应对该种故障情况, 须将每个模块的峰值输入功率设定为其额定输出转矩。
本文将对驱动电机在以下三种不同的工况条件下的输出功率进行计算。
2.1 电机在高速工况下的输出功率
在容错电机系统设计中, 必须防止因为单个模块短路而产生的故障电流值大于其额定电流值。因此在电机设计过程中, 应保证模块的感应电压等于其反电势。绕组短路故障的损失为电抗与电流的乘积。此处电抗等于绕组单位电阻。
对于一个设计合理的容错电机而言, 在其高速运转的情况下, 若单个模块发生故障停止向外部输出转矩, 由于模块导致的转矩损失仅占电机总输出转矩非常小的比例, 因此该模块产生的拖动转矩可以忽略不计。如果该容错电机的驱动惯量足够大, 完全可以抵消掉电机输出轴上微小的转矩脉动。
综上所述, 电机单相的额定输出功率由剩余正常模块的平均转矩值决定, 见图2。图2表明模块的输出功率随着其数量的增加而在减小。
2.2 电机在低速工况下的输出功率
尽管带有短路故障的模块在电机高速运转情况下, 不会产生显著的拖动转矩。但是在电机低速运转情况下, 由于相电抗会限制故障模块的短路电流, 因此故障模块将产生显著的拖动转矩, 即对电机产生明显的制动效应。随着电机运转速度的下降, 如果绕组电感 (随着速度降低) 明显大于绕组电阻, 短路故障电流值就会保持恒定。因此故障模块的输出转矩损失也趋于恒定, 但产生的拖动转矩会随着电机运转速度的降低而增大。由此可见, 故障模块的拖动转矩与电机运转速度是反比例关系。
电机低速运转情况下, 如果一相发生短路故障, 会产生峰值拖动转矩, 则余下正常模块的输出转矩应该等于各模块的额定输出转矩和加上短路故障模块产生的刹车转矩。因此, 低速情况下的电机输出功率的设定值比高速情况下的设定值要大, 见图3。
2.3 电机在极低速工况下的输出功率
电机应能够在所有转子位置时输出额定转矩, 当单个模块发生故障后, 就不再输出转矩。由于转子在不同的转动位置角所对应的转矩输出损失是不相同的, 因此就会出现转矩脉动现象。电机在较高速工况下运行, 如果内部模块能够满足平均输出转矩要求, 那么电机的转动惯量和输出载荷可以保证电机继续平稳运转, 则转矩脉动可以忽略不计。但是当电机从静止到启动的过程中或以极低的转速运行时, 转矩脉动就会十分显著。因此为保证电机在故障条件下仍具有正常启动的能力, 必须使电机在所有转动位置角上都可以输出额定转矩。
3n+3相电机可以在所有转子转动位置角上产生恒定转矩。如果三相绕组中的一相故障, 那么电机就无法正常工作, 但不会出现转矩脉动现象。而对于n+1相的电机, 如果一相发生故障, 就会出现相位不平衡、转矩脉动的现象, 为了消除转矩脉动, 必须使其余的正常相能够弥补故障相引起的转矩损失。由此, 可以通过增大输入电流, 重新整合分配, 增大各相额定转矩的输出来实现, 见图4。从图4可知, 3n+3相是较好的构型。
2.4 电机拓扑结构的选定
根据上述三种工况条件下电机的功率计算, 它们之间的差异比较见图5。由图5可知, 随着模块数量增加, 输出功率减少, 同时功率变换器的开关数量增加。
从整体看, 三相模块组比单相模块组在极低速操纵情况下的输出功率小, 因为转矩脉动效应对前者影响相对较小。但是三相模块组在低速操纵情况下, 如果其中一个模块发生故障, 该电机将产生较大的拖动转矩, 因为故障模块占整个模块组输出功率的比例较大。
从单相模块组看, 2+1单相组与3+1单相组相比, 输出功率差异不大, 但与之配套的开关器件数量却是3+1单相组的75%。这可能是在极低速操纵情况下, 相数较少, 转矩脉动也较小的原因。从输出功率和开关器件数量两方面考虑, 单相桥电路驱动的2+1或4+1单相模块组是最佳的。前者的开关器件数量是后者的60%, 前者功率输出比后者多40%。因为2+1单相模块组构成电机体积约比后者大33%, 由此电机体积增大而导致重量增加, 将对飞机减重产生的不良后果, 所以4+1单相模块组是最佳选择。
3 结语
本文研究襟缝翼系统分布式布局情况下的电作动器拓扑结构选择问题。选用永磁容错电机作为驱动本体, 还采用了以相位为基本单位的电机模块化拓扑结构。通过对电机在高速、低速和极低速情况下输出功率、及其使用的配套电子器件数量、构建电机体积等方面的权衡, 得到了电机的最佳拓扑结构。
摘要：提出了确定电作动器容错电机拓扑选择的方法。首先分析了电作动器的容错机理, 提出了使用永磁容错电机的原因。对电机的拓扑结构研究中引入失效概率分析, 然后对电机在高速、低速和极低速三种工况下的输出功率进行计算, 通过对电机配套的电力电子器件数量、输出功率和体积等多方面因素的综合考虑, 得到了电机的最优拓扑结构。
关键词：电作动器,永磁电机,拓扑结构
参考文献
[1] 齐蓉, 林辉, 周素莹.多电飞机电气系统关键技术研究[J].航空计算技术, 2004, 34 (1) :97～101.
电机控制系统研究管理论文范文第6篇
“分空间”是指系统或产品的内部空间可被划分为不同的功能区，包括分隔、分格和分层等。例如可以把长方形的餐盘分隔成多格以分别放置菜、饭和汤，称为分格餐盘，常用于公共餐厅和自助餐厅中。类似的还有分格饭菜碗、分格保鲜盒、绘画用的分格调色盘、分格零件箱、多格层保健药箱和多格储物箱等等，存放和取用东西时都很方便。分层不仅指实体的分层，还可以是虚体分层，如企业管理中的分层负责和分层授权。商品市场中的消费人群是按收入分层的，商家必须面向不同层次的消费人群来定位，明确目标顾客群。分层教学就是教师根据学生现有的知识、能力水平和潜力倾向把学生科学地分成几组各自水平相近的群体并区别对待、分类指导，从好、中、差各类学生的实际出发，确定不同层次的目标，进行不同层次的教学和辅导，组织不同层次的检测，使各类学生都得到充分的发展和提高。
不同的存储介质各有特点，就有存取速度的不同层次和其相应的应用场合。磁带具有容量大、成本低、可靠性高的特点，但是存取速度慢，适合大规模数据后备：光盘则存取速度中等，成本适当，适合离线档案管理、数字图书馆等，可用于对在线存储的数据进行备份，以防范可能发生的数据灾难；而磁盘的存取速度快，成本也较高，适合在线高速数据存取，是高速的数据存储设备，可满足计算平台对数据访问的速度要求。可以根据需要将企业数据分类、分层，将不重要的或者不常用的甚至是时间比较久的数据储存在磁带介质上：将不重要但经常用的数据放到普通硬盘上，将非常重要的数据保存在配置了独立冗余磁盘阵列而不会轻易造成数据损坏的磁盘上。分层存储的核心就是对不同情况的数据采取不同的保存方式和介质来储存。数据的分层存储可以灵活处置，当信息处于最重要时期时，将它放在价格昂贵的快速存储设备上，等一段时间后信息变得不重要时，就将它放在价格低廉的存储设备上：而将最后需要归档的数据存放到光盘上；从而在保持或提高服务水平的同时降低了硬件成本和管理成本。
为了生活方便，居民住宅通常按功能分设客厅、卧室、卫生间、厨房、储物间和车库等，而且按面积、质量和装修也分不同档次。
产品的一个部件或者系统的一个子系统在空间中分开放置的称为“分体”。单元楼房和公寓楼的门禁对讲系统必须是分体的。楼房的单元门口或楼门口设备包括键盘和开锁用的读卡器等的对讲主机；而包括视频屏幕和话机等设在室内。门禁对讲系统既方便了客人的来访，同时又防止了非法人员的闯入，保护了住户的安全。分体式液压千斤顶的手动泵和千斤顶是分开的，使用前才接好，体积小，特别适用于在空间位置狭窄的地方使用。夏天酷暑时人们用的空调器是利用制冷剂的循环蒸发冷凝工作而制冷的。由于其压缩机噪音大和为了向外散热，一般把压缩机和冷凝器移到室外，并用风扇强力冷却并将制冷剂冷凝放出的热量散放到室外，因而称为室外机；从室外机循环回的制冷剂因蒸发吸热而制冷，并用风扇吹出冷风到室内房间内来降温，蒸发器等放在室内，称为室内机。分体式太阳能热水器集热器与水箱分离，接受太阳能的集热器必须置于室外的屋顶或挂于阳台外壁，而水箱安装在室内或阳台内，可避免风吹雨打来延长寿命，也减少了热损失。
按不同时间间歇地工作、做不同工作或为不同对象服务就是“分时”。由于地球有昼夜和季节之分，人分时地在白天生活工作、夜晚休息睡眠，并且有节假日。用电因而有峰谷期之分。为了节约电能就有了用电谷期价低的分时计价政策。蓄热式分时工作的节电家用电器如蓄热式电热水器、电冰箱、电暖器及蓄热式电锅炉等都是利用分时计电价而采用分时工作，用电峰期蓄热，谷期工作的办法来节省电费的。而分时蓄冷空调器则是利用低谷期电来制冰蓄冷，而在用电高峰期时以融冰供冷来满足空调负荷要求；时尚服装、旅游和民航等有淡旺季，也就有淡季打折的服装、旅游费和机票，也是分时计价；酒店业有淡旺季，淡季客房利用率低，就创造出分时度假(即分时休闲旅游)。游客可用锁定的价格，按每年若干天，共若干年的时间，一次性购买度假村公司的别墅或宾馆的一个房间的使用权，并享有转让、馈赠、继承等权益及对公共配套设施的优惠使用权。游客还可以将购买的分时度假村的使用权，去交换隶属于该公司全球服务网络的任何一家度假村或宾馆的一个房间的使用权，从而达到异地休闲旅游目的。高速公路、机场、地铁、车体和楼顶等户外广告过去有极度分散、发布期长的问题。户外大牌广告的传统发布周期一般为一年，但根据调研，其影响效果最佳时间为7周，这样就形成了广告资源的浪费。户外分时广告通过分时间、多点位、大范围、高频次、灵活性的投放模式，根据广告主的需求来进行户外广告的投放并利用电子商务平台，使分散的户外广告资源实现整合，实现户外广告的精准投放，也使分别以1个月、2个月和3个月为期的大面积覆盖的户外广告投放成为可能，从而降低了广告成本，为广告主创造最大的投放价值。在发光二极管显示屏中，通过分时轮流控制各个数字管的公共极端，就可使各个数字管轮流显示，每位数字管的点亮时间为1～2毫秒，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，因此只要扫描的速度足够快，就不会有闪烁感，能够节省大量的输入／输出端口，而且功耗更低。对锌电解过程进行最优调度的分时供电，不仅能够最大限度地减少用电费用，降低生产成本，还能为稳定电网负荷、确保发供电设备安全运行以及功率因素的提高作出贡献。电脑数值控制器能定量地定位和定速控制多台步进电机的多段分时运行，用于能精确加工出复杂零件的数控复合加工机床和雕刻机、切割机、焊接机及纸箱打样机等的自动控制中。
如果能够既分空间又分时，将会带来更多的益处。在北京奥运会期间，既在空间上划分出奥运专用车道，又在时间上进行分时分段地实施交通通行管理，如采用汽车按单双号分天限行等，在广大市民的支持下有效地保证了奥运会开闭幕式和比赛交通的畅通。计算机的多用户分时操作系统如Linux和Unix操作系统，是将系统处理机的时间与内存空间按一定的时间间隔，微观上轮流地切换给各终端用户的程序在不同时刻轮流使用中央处理器。由于时间间隔很短，使宏观上每个用户并不感到有别的用户存在，这样一台计算机主机就可以供许多个终端的用户使用，同时可有效增加计算机时间和空间资源的使用率。
巧分时空法是适用于各个领域的通用发明方法。空间和时间是系统或产品的宝贵资源，加以适当划分或分开使用，可以提高系统的空间和时间的利用率，并方便产品的使用或节能。