電機控制系統研究管理論文范文第1篇
摘要：從分析影響某型號導彈再入空氣舵機單元測試教學訓練效果的制約因素出發，利用PLC智能控制、機電液一體化技術、虛擬現實等方法，研制了某導彈再入空氣舵機單元測試模擬訓練裝備。介紹了某導彈再入空氣舵機及其工作原理，在此基礎上對系統硬件各功能模塊的設計制作過程進行了闡述，并對系統軟件的設計思路和實現方法進行了說明。試驗結果表明，該系統性能穩定、可操作性強，減少了動裝用裝次數，提高了教學訓練效果，可延長導彈武器系統的使用壽命，具有較高的軍事意義和經濟效益。
關鍵詞：再入空氣舵機；模擬訓練裝備；單元測試；PLC
0 引言
再入空氣舵機作為導彈控制系統在導彈再入段飛行的執行機構，已被用于多種型號的彈道式導彈上，其控制精度和對控制信號的響應速度，對提高導彈的命中精度有很大的影響。對于再入空氣舵機這樣一個結構復雜、儀器精密的導彈武器裝備，涉及電工、液壓和空氣動力學多方面的知識，并且再入空氣舵機在地面測試過程中的通電時間有著嚴格的時間要求限制。目前在火箭軍導彈基層部隊訓練和院校教學過程中，某型號導彈的再入空氣舵機單元測試受通電時間所限，只能依靠教練員的講解加上部分實裝圖片、Flash動畫演示以及短期的操作訓練進行崗位任職技能培訓，這種方式方法已經無法滿足火箭軍土官應對實戰化教學訓練的需求，導彈再入空氣舵機操作號手不能直觀地認識和體驗其內部部件的連接方式和工作過程，不利于操作號手深化原理、認知裝備的訓練需求，成為制約火箭軍部隊土官操作訓練與院校理論教學的瓶頸問題。為了提高再入空氣舵機測試操作的訓練效果和教學質量，延長導彈武器設備的使用年限，研制了基于PLC的某導彈再入空氣舵機單元測試模擬訓練裝備。
1 再入空氣舵機簡介
某導彈是我國遂行特定作戰任務要求的殺手锏武器，為了提高突破PAC3愛國者導彈防御能力、提升精確打擊能力，在導彈的再入飛行段，再入空氣舵機通過對彈頭飛行姿態（俯仰、偏航、滾動）的控制，實現彈頭的機動飛行、景象匹配及克服干擾穩定飛行。某導彈再入空氣舵機有4個相互獨立的伺服控制回路，每個控制回路均由閥控作動筒、電液伺服閥、反饋電位計、伺服放大器等組成，再入空氣舵機組成結構框圖如圖1所示。
伺服作動器是再入空氣舵機的執行元件，將伺服閥輸出的高壓油轉換成具有一定速度的活塞桿的運動并由此帶動空氣舵的擺動；電液伺服閥是舵機液壓系統的轉換和放大元件，將伺服放大器輸出的功率很小的指令信號變換并放大成一定功率的高壓液體油輸入作動器，推動活塞桿運動；反饋電位計是系統的反饋元件，同時也是系統位移輸出的監測元件；燃氣渦輪動力裝置根據控制系統指令，產生高溫、高壓的燃氣流，吹動渦輪轉子高速旋轉，經減速器減速帶動油泵轉子旋轉，輸出——定流量——定壓力的液壓油，將渦輪的旋轉機械能轉化為液壓能。
2 再入空氣舵機的基本工作原理
導彈彈頭再入大氣層后，根據控制系統的指令，產生高溫、高壓的燃氣流，吹動渦輪轉子達到高速旋轉并輸出一定的轉矩和轉速，經減速器減速帶動油泵，油泵輸出一定流量和壓力的液壓油至空氣舵機的液壓系統，整個伺服系統處于零位待命狀態。液壓系統的溢流閥自動調節流向控制回路的油液的流量。
當彈頭進行程序飛行、景象匹配或克服干擾穩定飛行時，控制系統給舵機的四個控制回路發出相應的指令信號，經彈上再入控制放大器的變換放大，成為伺服閥的控制電流，伺服閥根據指令信號極性和大小，使伺服作動器的活塞桿產生相應的運動并經過搖臂帶動空氣舵的舵面擺動。
作動器活塞桿帶動反饋電位器作相應的運動，輸出一個正比舵擺角位置的反饋信號，并以負反饋的形式與指令信號進行綜合比較，形成液壓系統的閉環控制?？諝舛嬖谖恢蒙袭a生相應的控制力矩，改變彈頭的俯仰、偏航或滾轉的姿態。隨著彈頭姿態的變化，指令信號不斷地改變，空氣舵擺角在伺服作動器活塞桿的帶動下亦隨著控制指令同步變化，實現了舵面擺動的隨動控制。
3 系統硬件設計與實現
根據某導彈再入空氣舵機單元測試模擬訓練裝備的設計要求，按照“結構仿真、電氣等效、信號模擬、現象一致”的原則，結合該導彈再入空氣舵機及其單元測試的特點和工作原理，利用PLC智能控制、機電液一體化技術、虛擬現實等方法，確定了基于PLC的某導彈再入空氣舵機單元測試模擬訓練裝備的硬件結構，如圖2所示。
由圖2不難看出，導彈再入空氣舵機單元測試模擬訓練裝備硬件包含控制回路和能源回路兩個不同回路。其中能源回路的功用是為系統提供一定的液壓壓力，為控制回路的正常工作提供能源，其主要設備有油箱、蓄能器、直流電動機、溢流活門、柱塞泵、安全閥門、油濾組件等。而系統的控制回路是再入空氣舵機控制系統的核心，主要由電液伺服閥、伺服放大器、反饋電位器和作動筒等組成，其作用是為系統提供控制信號，控制能源回路執行機構產生相應的動作，反饋回路的作用是檢測能源回路動作，進而判斷整個再入空氣舵機系統能否已按照控制指令完成相應的控制任務。
該系統的控制電路采取功能仿真的方法進行設計，使用PLC構成再入空氣舵機單元測試模擬訓練裝備的控制系統。硬件部分的設計主要包括：PLC、驅動板、各設備電路、接口模塊等部分。采用成熟的智能檢測與控制方法，以PLC為核心，配合自主研發的驅動板和接口板，使系統能夠實時地采集各種反饋信號并及時地輸出相應的控制信號。綜合各子系統不同的功能需求，采取成熟工業控制技術，設計制作了總線控制板、I/O輸入輸出板、A/D轉換板、電機和數碼管驅動板等各種功能接口板，完成信號采集、開關量控制、時序控制、電平轉換等功能，并通過驅動板滿足部分器件和電路的功率需求。外圍接口模塊主要結構如圖3所示。
再入空氣舵機控制單元測試電路功能模塊主要采用對外接口功能仿真，即利用某導彈再入空氣舵機單元測試模擬訓練裝備可以完成技術陣地再入空氣舵機零位測試、運行時間測試、動態性能測試、靜態性能測試等測試項目的測試，對再入空氣舵機的頻率特性、階躍特性、位置特性進行全面的檢測，同時系統能夠實時地檢測再入空氣舵機油面壓力、充氣壓力、液壓油溫度等主要技術指標：結合某導彈再入空氣舵機單元測試流程，通過單元測試模擬軟件，給導彈再入空氣舵機發送各種控制指令，模擬裝備根據系統發出的指令類型結合單元測試進程，模擬單元測試過程中的各種現象，并在測試操作面板上顯示各種狀態信息。再入空氣舵機單元測試操作面板如圖4所示。
PLC綜合處理由再入空氣舵機單元測試模擬訓練裝備發來的操作控制信號，將操作控制信號發送到外圍接口設備處理模塊，協調各分電路工作，實現各分系統信息同步：同時將相關的控制信號上傳到教學機終端，進行操作訓練監控與管理并實現多媒體教學互動。
導彈再入空氣舵機單元測試模擬訓練裝備實時接收測試操作控制面板發送的控制信號，通過串口與上位機進行實時的信號傳遞，實現軟件演示系統同步刷新電路、氣路和液路工作原理演示的功能，可形象、直觀地展現再入空氣舵機各部件結構、工作過程及其連接關系，對操作號手掌握單元測試原理、認知再入空氣舵機結構組成，具有很好的支撐作用。
3 系統軟件設計與實現
為了提高編程效率，軟件系統采用了模塊化設計，主要包括主控軟件、通信軟件、故障診斷軟件、虛擬仿真軟件、教學管理軟件等，系統軟件組成框圖如圖5所不。
主控軟件：主要是配合相應的硬件電路并進行控制邏輯和操作過程的仿真，完成再入空氣舵機單元測試操作訓練過程中各種信號的采集、計算、輸出。在單元測試操作過程中，根據號手的操作動作在各顯示界面之間進行跳轉，并完成測試數據的自動判讀?？刂栖浖目刂屏鞒虉D如圖6所示。
通信軟件：主要完成PLC與上位機以及PLC與各l/O模塊之間通信，為了簡化硬件設計，該系統采用的是RS232串行通信協議。
虛擬仿真軟件：為了提高教學訓練效果，系統采用Unity3D和FlasH相結合的方法對系統的工作過程和工作原理進行動態演示，使操作號手能夠直觀的看到再入空氣舵機單元測試過程中裝備狀態的變化情況。
故障診斷軟件：主要是通過建立故障庫的方法，記錄操作動作，并結合操作流程進行分析判斷，給出測試操作成績，為操作號手的操作等級評定提供事實依據。
4 結論
本文研制的某導彈再入空氣舵機單元測試模擬訓練裝備，硬件上綜合運用了機電液一體化技術、嵌入式智能控制技術和虛擬仿真技術，集成了某導彈再入空氣舵機單元測試的操作訓練功能與理論教學功能，研制完成后的系統如圖7所示。經部隊和相關院校試用后，試驗結果表明，該系統可完成某導彈技術陣地再入空氣舵機零位測試、運行時間測試、動態性能測試、靜態性能測試等測試項目，解決了再入空氣舵機的頻率特性、階躍特性、位置特性測試過程中存在的工作過程難演示、工作原理難學習、故障現象難仿真等問題，減少了導彈部隊動用實裝訓練的次數，保證了操作號手教學訓練時間，提高了部隊的訓練效果和院校的教學質量。
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電機控制系統研究管理論文范文第2篇
一、電力機車交流電機速度控制系統構建
為實現電力機車交流電機速度控制系統的實現, 構建如圖1所示電力機車交流電流速度調控系統框架結構圖。硬件主要由PLC控制器、PWM驅動器、H橋和電力機車交流電機組成和速度傳感器五部分組成。工作時通過速度傳感器采集電力機車交流電機理論速度和實際運行速度, 計算出理論速度和實際速度的差值參數, 將參數輸入PLC模糊邏輯模塊模糊化處理, 以PWM占空比的信號形式輸出, 控制電力機車交流電機三相H電橋的驅動電壓, 實現電力機車交流電機轉速的精確控制。
如圖1是電力機車交流電機速度控制系統的整體框架結構圖, 由模糊化模塊、規則庫模塊和去模糊化模塊三部分組成。其中模糊化處理過程由電力機車交流電機速度控制系統將輸入、輸出處理單元轉換成模糊化的變量來進行處理, 并檢測的速度誤差。系統的速度誤差變化量定義為系統模糊邏輯控制器的輸入信號變量, 將系統模糊邏輯控制器輸出信號u定義成PLC可編程控制器的輸出變量來進行處理。在進行鐵路電力機車電機調速控制的研究中, 為減少可編程控制器PLC系統計算和存儲空間的限制對研究的影響選擇S形隸屬函數和Z形隸屬函數。電力機車交流電機模糊邏輯控制器我們采用了模糊數學中模糊化規則進行處理, 沒有采用數學方程進行決策的判斷和處理。系統中對規則數量和模糊變量中的模糊子集劃分相互一致, 但是對誤差模糊集和誤差變化量模糊集則采用7個語言術語進行處理, 共有7×7=49個模糊規則來對電力機車交流電機的速度控制系統進行控制變量的表示和處理。
系統中為精確控制電力機車交流電機轉速, 系統中專門設計了去模糊化的模塊。系統通過這個模塊的處理最終可以實現系統輸出變量轉換為非常具體數值變量, 更具有量化處理的能力。對系統PLC控制器輸出變量值的在模糊化邏輯控制器中分別進行模糊化處理、模糊規則化處理和去模糊化過程處理后將能得到的電力機車交流電機模糊控制系統的數值。
二、電力機車交流電機速度調控系統仿真研究
應用PLC進行編程, 其程序的主體如下所示。通過此程序可計算出模糊變量輸出的隸屬度。
采用加權平均算法進行去模糊化處理, 系統使用可編程控制器PLC進行編程, 主體為:
第三步, 系統的可編程PLC控制器采用模糊算法將計算出的輸出信號變量輸入到系統上端的PWM控制驅動器中, 再經過H橋電路來精確地控制鐵路電力機車交流電機速度的輸出, 實現鐵路電力機車交流電機轉速精控制的目的。
MATLAB軟件進行仿真研究不僅能夠實現動態系統的建模、仿真, 而且還能進行傳真系統綜合分析與評價, 本系統的電力機車交流電機控制系統的結構包括電力機車交流電機、PLC控制器、PWM驅動器等, 其中主要使用傳真PLC控制器模糊規則, 并通過系統的輸出信號調整電力機車交流電機調速驅動信號的占空比比例關系。
假設電力機車交流電機轉速為1750 r/min, 分別在不同的負載下啟動實驗電機工作, 觀測電力機車交流電機轉動速度的變化曲線, 從而可以計算出電力機車交流電機轉速上升時間、穩定時間和過沖性能等重要的參數。最終經過綜合比較我們發現和多數交流電機的調速特性一致, 鐵路電力機車交流電機表表現出在加載的負載大情況下, 電機調速的速度上升時間表現出比較長的特點, 同時速度的穩定時間和過沖率卻很小;但當加載的負載比較小的時候, 鐵路電力電機的電機啟動時加速的加速度小, 速度提升較慢, 但穩定性好。
三、結束語
鐵路電力機車交流電機轉速控制可使用西門子公司生產的可編程控制器PLC上得到了實現, 并經過驗證取得了良好的效果。系統中可編程控制器PLC控制器輸出PWM電機驅動信號的占空比例, 并應用此信息來調節電力機車交流電機的橋型調速電路的電壓值, 實現鐵路電力機車交流電機的調速;最后為驗證結果的可靠性, 應用計算機仿真系統對典型電力機車交流電機上的調速過程和結果進行分析和研究, 仿真的實驗結果證實PLC可編程控制器在電力機車交流電機速度精確控制方面有一定的實用效果, 具有推廣使用的實用價值。
摘要：針對電力機車交流電機轉速精確控制問題, 構建以PLC模糊邏輯平臺為基礎的電力機車交流電機轉速控制系統, 按電力機車交流電機的設定速度和實際反饋速度, 獲取速度誤差和誤差變化量, 通過PLC實現變量模糊化和去模糊化處理, 根據輸出的脈沖寬度調制信號實現電力機車交流電機速度的精確控制, 仿真實驗驗證系統能夠實現電力機車交流電機在不同的負載下轉速的精確控制。
關鍵詞：電力機車,交流電機,PLC、精確控制
參考文獻
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電機控制系統研究管理論文范文第3篇
摘要：針對傳統發電機勵磁控制系統用于感性沖擊負載存在啟動電流過大過載導致發電機啟動失敗機組燜機的缺陷，提出一種新的勵磁控制方法，以實現不同負載電流、不同時間發電機組輸出不同電壓，并介紹了系統的結構和原理，實驗結果顯示此方法適合于啟動較大功率的空調、水泵等感性沖擊負載。
關鍵詞：勵磁控制，自動電壓調節，感性沖擊負載
1.引言
現有通用中小型汽油、柴油交流發電機組中，帶有自動電壓調節器的發電機組由于輸出電壓穩定，諧波含量較少而深受廣大用戶的偏愛。自動電壓調節器作為發電機組勵磁系統的重要組成部分，一直是各界研究的一個重要課題。[1]
目前市場上常見的自動電壓調節器多采用輸出電壓閉環調節的控制方式，即根據發電機輸出交流電壓控制轉子勵磁占空比：當輸出電壓偏高，減小轉子勵磁占空比；當輸出電壓偏低，增大轉子勵磁占空比。這種控制方式對于我們日常生活中照明、加熱等一些常見阻性負載適應性較好，但對于水泵、空調壓縮機等感應電動機負載，由于啟動瞬間電流較大或者過載情況，輸出電壓下降，在電壓閉環調節作用下，自動電壓調節裝置會工作在最大占空比狀態，機組瞬間輸出功率遠大于機組實際輸出能力，常常導致啟動失敗，甚至機組燜機損壞。
本文介紹的一種新的發電機勵磁控制方法可以有效解決上述難題，啟動較大功率容量的空調、水泵等感性沖擊負載。
2.勵磁控制系統的組成與工作原理
本文介紹的控制方法克服了現有技術缺陷，針對感性負載啟動瞬間，由于沖擊電流過大導致啟動失敗的情況，提供一種基于負載電壓、負載電流、負載持續時間自動調節勵磁輸出，從而控制發電機組輸出功率的控制方法。一方面，將負載電流作為影響勵磁輸出的一個因素，實際上是將輸出電流和輸出電壓關聯起來，根據不同的輸出電流控制發電機組的輸出功率，防止機組因為輸出功率過大而造成燜機損壞；另一方面，由于將負載持續時間作為影響勵磁輸出的另一個因素，實際上是利用機組慣性，瞬間輸出較大的沖擊功率，能使機組頂住感性負載啟動瞬間的沖擊，使感性負載成功啟動。
發電機勵磁控制系統包括電壓測量電路，電流測量電路、功率轉換電路和主控單元電路以及過流保護器短路控制電路等。電壓測量電路測量發電機輸出電壓，并將所測結果輸出給主控單元；電流測量電路測量發電機輸出電流，并將所測結果輸出給主控單元；主控單元電路根據電壓測量電路和電流測量電路的輸出控制功率轉換電路的輸出占空比。圖1為本發電機勵磁控制系統框圖。
主控單元電路根據電壓測量電路和電流測量電路的輸出控制功率轉換電路的輸出占空比，其工作特征為：當電流測量電路輸出低于設定值時，主控單元主要根據電壓測量電路的輸出動態調節功率轉換電路輸出占空比，以維持發電機輸出電壓穩定；當電流測量電路輸出高于設定值時，主控單元電路根據電壓測量電路的輸出、電流測量電路的輸出和負載持續時間循環改變功率轉換電路的輸出占空比，使發電機在極限功率輸出和設定功率輸出兩種狀態之間循環。
其中發電機工作在設定功率輸出狀態下且電流測量電路輸出高于設定值時，主控單元根據電壓測量電路的輸出和電流測量電路的輸出控制功率轉換電路輸出占空比，使得發電機工作在降電壓輸出模式、恒功率輸出模式和恒電流輸出模式。
3.控制系統的控制流程
設定輸出功率模式為降電壓輸出模式的控制系統控制流程圖如圖2所示。當發電機組由發動機帶動旋轉到一定轉速后，系統開始建壓，主控單元以一恒定的頻率f循環讀取負載電流測量電路輸出值I。如果I小于等于設定值Is，勵磁輸出主要根據電壓測量電路輸入V進行動態調節勵磁輸出占空比，使發電機處于穩壓輸出環節；如果I大于設定值Is，進一步讀取系統計數器值T，如果T為0，則將T賦值為Tm，如果T大于0，則將T減1，減1后如果T還大于極限功率輸出時間T0，勵磁輸出占空比主要根據負載電壓動態調節，以實現穩壓輸出，此時由于電流和電壓都比較大，發電機組處于輸出功率開環模式，即極限功率模式；減1后如果T小于等于T0，勵磁輸出進一步根據I適當減小，使輸出電壓降低，這樣發電機功率輸出處于閉環控制模式，即設定功率輸出模式。當下一個計時周期到達時，讀取負載電流測量電路輸出值I并重復上述過程。
設定輸出功率模式為恒功率模式和恒電流模式與降電壓模式原理類似，不再贅述。
4.實驗結果
本文所述的發電機勵磁控制模塊實物如圖3所示。其中白色線為18V交流電壓采樣線，藍色線為輸出負載電壓采樣線，紅黑線為發電機碳刷線，棕色線為斷路器線束，另由電流互感器負責負載電流取樣。
實驗基于2.5KW的汽油發電機組，負載電流、負載電壓和勵磁裝置主控單元控制方式轉換觸發波形如圖4所示。示波器CH1波形為負載電壓波形，CH2為電流互感器輸出經過整流后的信號，CH3波形為沖擊電流觸發波形（即系統控制模式轉變觸發信號），CH4波形為負載電流波形?？梢钥吹剑寒斚到y處于設定功率輸出狀態時，如電流測量電路輸出高于設定值（CH2），系統發出模式轉換觸發信號（CH3）使系統根據電壓測量電路的輸出和電流測量電路的輸出控制功率轉換電路輸出占空比，使發電機輸出電壓適當下降（CH1），這樣在機械系統慣性作用的配合下使輸出電流瞬間能大幅提高（CH4）。
本勵磁裝置已成功應用于某型2.0kW左右的發電機組，該型發電機組可以讓一臺1.5匹的空調成功啟動并平穩運行，即使空調在異常斷電停機的情況也可以順利啟動，此時啟動電流瞬間可以達到25A左右。而市場上正常的2.0kW的發電機組啟動過程中會因為啟動電流太大而導致機器直接熄火。
5.結語
本文提出了一種發電機勵磁控制系統控制方法，根據負載電壓、負載電流和負載持續時間同時控制輸出勵磁占空比，以實現不同負載電流、不同時間發電機組輸出不同電壓。該控制方法利用發電機組系統慣性可以循環實現發電機瞬間大電流沖擊輸出。相比于相同容量的傳統發電機組，更適合于較大功率的空調、水泵等感性沖擊負載。
參考文獻
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電機控制系統研究管理論文范文第4篇
2、專家PID控制器在農用無刷直流電機控制系統中的應用
3、純電動汽車驅動電機及控制系統的研究
4、無刷直流電機雙閉環控制系統的建模與仿真
5、基于MATLAB的無刷直流電機控制系統建模與仿真
6、PWM調速風機電機優化制冰機控制系統
7、DSP精準控制步進電機的研究
8、三相PFC在電機控制系統中的研究及應用
9、PLC控制的綜合實訓屏系統設計實例分析
10、高溫惡劣環境下基于PIC單片機的直流電機控制系統
11、交流電機變頻調速控制系統分析
12、基于模糊PID的多電機全閉環同步控制系統
13、關于DSP的無刷直流電機控制系統的硬件設計
14、淺談純電動汽車驅動電機及控制系統
15、淺析單機片的步進電機控制系統的研制
16、基于XC866的步進電機閥門控制系統
17、基于神經元自適應PID船舶電力推進電機控制系統研究
18、基于神經網絡模糊PID控制的無刷直流電機控制系統研究
19、基于ATMEGA128單片機的步進電機加減速控制系統的設計
20、電動車用的無刷直流電機控制系統仿真
21、輪椅直流無刷電機的單片機控制電路設計①
22、交流電機變頻調速控制系統的比較
23、螺桿泵用無刷直流電機控制系統的設計
24、基于模糊神經網絡的無刷直流電機控制系統
25、基于LABWINDOWS/CVI的直流電機控制系統的研究
26、新能源背景下“電機學與運動控制系統”課程教學改革與探索
27、基于LM3S811的太陽能電池用太陽光跟蹤系統
28、步進電機在電焊機控制系統中的應用
29、先進的電機驅動解決方案，加速高效電機系統創新
30、開關磁阻電機控制系統在電動汽車中的應用
31、基于MSP430的定時器自動老化試驗臺設計與實現
32、基于PLC的折紙機自動控制系統設計
33、高壓變頻器在傳送電機控制系統中的應用研究
34、“電器控制”課程理論聯系實際的教學思考
35、特色專業建設的探索與實踐
36、船用大功率柴油發電機充電控制系統研究
37、電子技術中單片機的應用研究
38、基于YL—236步進電機控制系統的設計
39、開關磁阻電機控制系統軟件設計
40、PLC和變頻器的電機控制系統設計研究
41、“電機拖動控制系統運行與維護”課程“五結合”考核模式的實踐與探索
42、基于DSP的感應電機矢量控制系統的研究
43、淺議混合動力電動汽車整車匹配與電機控制系統
44、基于PLC的步進電機控制系統初探
45、基于嵌入式單片機的步進電機控制系統設計的分析
46、開關磁阻電機的控制系統研究
47、無軸承異步電機控制系統實驗平臺設計
48、電機數字化控制系統的電源設計
49、基于PLC與變頻器的交流電機調速控制系統
電機控制系統研究管理論文范文第5篇
針對傳統的集中式布局方式, 眾多的國內外學者提出了分布式布局方式的概念, 并研究其關鍵技術[1]。本文以襟縫翼系統分布式結構布局為背景, 來研究該布局方式下電作動器中的電機的拓撲結構選擇問題。本文以襟翼的電作動器電機為例來描述其拓撲結構。
1 電機的容錯機理
襟翼系統電作動器的原理結構如圖1所示。驅動電機的容錯結構設計是關鍵技術之一。永磁電機是一個可以在高磁性負載下運行的電機, 且具有可靠性高、容錯能力強的特性, 通過特殊的結構設計實現容錯目的[2]。
為獲得更高的容錯性, 采用永磁電機作為研究對象。電機在一個相位發生故障時, 不能影響電機額定轉矩的輸出。本文采用模塊化設計思想對電機進行配置, 即模塊內部由一相繞組組成或由三相繞組組成。假定電機由n+1個模塊構成, 如果其中的1個模塊出現了故障, 電機仍能正常運轉并輸出全部額定功率, 那么需要余下的n個模塊必須能夠保證電機輸出全部額定功率。本文將以n+1相驅動和3n+3相驅動為對象來進行分析計算。
n+1相驅動:2+1, 3+1等;
3n+3相驅動:3+3, 2×3+3等。
2 容錯電機的拓撲結構分析
襟翼在運動過程中, 驅動電機輸出的峰值轉矩會隨著襟翼位置的變化而變化的。決定襟翼驅動布局的關鍵因素之一就是要求電機的輸出轉矩必須在襟翼系統以任意速度運動到任意指令位置的情況下都能夠滿足襟翼系統運動所需的轉矩要求。驅動電機的故障分為機械故障和電氣故障, 本文只考慮電氣故障。電氣故障中繞組短路是電機最為嚴重的故障, 包括繞組匝間短路和相間短路等。如果電機內部的一個模塊發生繞組短路, 故障模塊會因短路電流產生阻轉矩而嚴重影響整個驅動系統的輸出轉矩。為應對該種故障情況, 須將每個模塊的峰值輸入功率設定為其額定輸出轉矩。
本文將對驅動電機在以下三種不同的工況條件下的輸出功率進行計算。
2.1 電機在高速工況下的輸出功率
在容錯電機系統設計中, 必須防止因為單個模塊短路而產生的故障電流值大于其額定電流值。因此在電機設計過程中, 應保證模塊的感應電壓等于其反電勢。繞組短路故障的損失為電抗與電流的乘積。此處電抗等于繞組單位電阻。
對于一個設計合理的容錯電機而言, 在其高速運轉的情況下, 若單個模塊發生故障停止向外部輸出轉矩, 由于模塊導致的轉矩損失僅占電機總輸出轉矩非常小的比例, 因此該模塊產生的拖動轉矩可以忽略不計。如果該容錯電機的驅動慣量足夠大, 完全可以抵消掉電機輸出軸上微小的轉矩脈動。
綜上所述, 電機單相的額定輸出功率由剩余正常模塊的平均轉矩值決定, 見圖2。圖2表明模塊的輸出功率隨著其數量的增加而在減小。
2.2 電機在低速工況下的輸出功率
盡管帶有短路故障的模塊在電機高速運轉情況下, 不會產生顯著的拖動轉矩。但是在電機低速運轉情況下, 由于相電抗會限制故障模塊的短路電流, 因此故障模塊將產生顯著的拖動轉矩, 即對電機產生明顯的制動效應。隨著電機運轉速度的下降, 如果繞組電感 (隨著速度降低) 明顯大于繞組電阻, 短路故障電流值就會保持恒定。因此故障模塊的輸出轉矩損失也趨于恒定, 但產生的拖動轉矩會隨著電機運轉速度的降低而增大。由此可見, 故障模塊的拖動轉矩與電機運轉速度是反比例關系。
電機低速運轉情況下, 如果一相發生短路故障, 會產生峰值拖動轉矩, 則余下正常模塊的輸出轉矩應該等于各模塊的額定輸出轉矩和加上短路故障模塊產生的剎車轉矩。因此, 低速情況下的電機輸出功率的設定值比高速情況下的設定值要大, 見圖3。
2.3 電機在極低速工況下的輸出功率
電機應能夠在所有轉子位置時輸出額定轉矩, 當單個模塊發生故障后, 就不再輸出轉矩。由于轉子在不同的轉動位置角所對應的轉矩輸出損失是不相同的, 因此就會出現轉矩脈動現象。電機在較高速工況下運行, 如果內部模塊能夠滿足平均輸出轉矩要求, 那么電機的轉動慣量和輸出載荷可以保證電機繼續平穩運轉, 則轉矩脈動可以忽略不計。但是當電機從靜止到啟動的過程中或以極低的轉速運行時, 轉矩脈動就會十分顯著。因此為保證電機在故障條件下仍具有正常啟動的能力, 必須使電機在所有轉動位置角上都可以輸出額定轉矩。
3n+3相電機可以在所有轉子轉動位置角上產生恒定轉矩。如果三相繞組中的一相故障, 那么電機就無法正常工作, 但不會出現轉矩脈動現象。而對于n+1相的電機, 如果一相發生故障, 就會出現相位不平衡、轉矩脈動的現象, 為了消除轉矩脈動, 必須使其余的正常相能夠彌補故障相引起的轉矩損失。由此, 可以通過增大輸入電流, 重新整合分配, 增大各相額定轉矩的輸出來實現, 見圖4。從圖4可知, 3n+3相是較好的構型。
2.4 電機拓撲結構的選定
根據上述三種工況條件下電機的功率計算, 它們之間的差異比較見圖5。由圖5可知, 隨著模塊數量增加, 輸出功率減少, 同時功率變換器的開關數量增加。
從整體看, 三相模塊組比單相模塊組在極低速操縱情況下的輸出功率小, 因為轉矩脈動效應對前者影響相對較小。但是三相模塊組在低速操縱情況下, 如果其中一個模塊發生故障, 該電機將產生較大的拖動轉矩, 因為故障模塊占整個模塊組輸出功率的比例較大。
從單相模塊組看, 2+1單相組與3+1單相組相比, 輸出功率差異不大, 但與之配套的開關器件數量卻是3+1單相組的75%。這可能是在極低速操縱情況下, 相數較少, 轉矩脈動也較小的原因。從輸出功率和開關器件數量兩方面考慮, 單相橋電路驅動的2+1或4+1單相模塊組是最佳的。前者的開關器件數量是后者的60%, 前者功率輸出比后者多40%。因為2+1單相模塊組構成電機體積約比后者大33%, 由此電機體積增大而導致重量增加, 將對飛機減重產生的不良后果, 所以4+1單相模塊組是最佳選擇。
3 結語
本文研究襟縫翼系統分布式布局情況下的電作動器拓撲結構選擇問題。選用永磁容錯電機作為驅動本體, 還采用了以相位為基本單位的電機模塊化拓撲結構。通過對電機在高速、低速和極低速情況下輸出功率、及其使用的配套電子器件數量、構建電機體積等方面的權衡, 得到了電機的最佳拓撲結構。
摘要：提出了確定電作動器容錯電機拓撲選擇的方法。首先分析了電作動器的容錯機理, 提出了使用永磁容錯電機的原因。對電機的拓撲結構研究中引入失效概率分析, 然后對電機在高速、低速和極低速三種工況下的輸出功率進行計算, 通過對電機配套的電力電子器件數量、輸出功率和體積等多方面因素的綜合考慮, 得到了電機的最優拓撲結構。
關鍵詞：電作動器,永磁電機,拓撲結構
參考文獻
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電機控制系統研究管理論文范文第6篇
“分空間”是指系統或產品的內部空間可被劃分為不同的功能區，包括分隔、分格和分層等。例如可以把長方形的餐盤分隔成多格以分別放置菜、飯和湯，稱為分格餐盤，常用于公共餐廳和自助餐廳中。類似的還有分格飯菜碗、分格保鮮盒、繪畫用的分格調色盤、分格零件箱、多格層保健藥箱和多格儲物箱等等，存放和取用東西時都很方便。分層不僅指實體的分層，還可以是虛體分層，如企業管理中的分層負責和分層授權。商品市場中的消費人群是按收入分層的，商家必須面向不同層次的消費人群來定位，明確目標顧客群。分層教學就是教師根據學生現有的知識、能力水平和潛力傾向把學生科學地分成幾組各自水平相近的群體并區別對待、分類指導，從好、中、差各類學生的實際出發，確定不同層次的目標，進行不同層次的教學和輔導，組織不同層次的檢測，使各類學生都得到充分的發展和提高。
不同的存儲介質各有特點，就有存取速度的不同層次和其相應的應用場合。磁帶具有容量大、成本低、可靠性高的特點，但是存取速度慢，適合大規模數據后備：光盤則存取速度中等，成本適當，適合離線檔案管理、數字圖書館等，可用于對在線存儲的數據進行備份，以防范可能發生的數據災難；而磁盤的存取速度快，成本也較高，適合在線高速數據存取，是高速的數據存儲設備，可滿足計算平臺對數據訪問的速度要求?？梢愿鶕枰獙⑵髽I數據分類、分層，將不重要的或者不常用的甚至是時間比較久的數據儲存在磁帶介質上：將不重要但經常用的數據放到普通硬盤上，將非常重要的數據保存在配置了獨立冗余磁盤陣列而不會輕易造成數據損壞的磁盤上。分層存儲的核心就是對不同情況的數據采取不同的保存方式和介質來儲存。數據的分層存儲可以靈活處置，當信息處于最重要時期時，將它放在價格昂貴的快速存儲設備上，等一段時間后信息變得不重要時，就將它放在價格低廉的存儲設備上：而將最后需要歸檔的數據存放到光盤上；從而在保持或提高服務水平的同時降低了硬件成本和管理成本。
為了生活方便，居民住宅通常按功能分設客廳、臥室、衛生間、廚房、儲物間和車庫等，而且按面積、質量和裝修也分不同檔次。
產品的一個部件或者系統的一個子系統在空間中分開放置的稱為“分體”。單元樓房和公寓樓的門禁對講系統必須是分體的。樓房的單元門口或樓門口設備包括鍵盤和開鎖用的讀卡器等的對講主機；而包括視頻屏幕和話機等設在室內。門禁對講系統既方便了客人的來訪，同時又防止了非法人員的闖入，保護了住戶的安全。分體式液壓千斤頂的手動泵和千斤頂是分開的，使用前才接好，體積小，特別適用于在空間位置狹窄的地方使用。夏天酷暑時人們用的空調器是利用制冷劑的循環蒸發冷凝工作而制冷的。由于其壓縮機噪音大和為了向外散熱，一般把壓縮機和冷凝器移到室外，并用風扇強力冷卻并將制冷劑冷凝放出的熱量散放到室外，因而稱為室外機；從室外機循環回的制冷劑因蒸發吸熱而制冷，并用風扇吹出冷風到室內房間內來降溫，蒸發器等放在室內，稱為室內機。分體式太陽能熱水器集熱器與水箱分離，接受太陽能的集熱器必須置于室外的屋頂或掛于陽臺外壁，而水箱安裝在室內或陽臺內，可避免風吹雨打來延長壽命，也減少了熱損失。
按不同時間間歇地工作、做不同工作或為不同對象服務就是“分時”。由于地球有晝夜和季節之分，人分時地在白天生活工作、夜晚休息睡眠，并且有節假日。用電因而有峰谷期之分。為了節約電能就有了用電谷期價低的分時計價政策。蓄熱式分時工作的節電家用電器如蓄熱式電熱水器、電冰箱、電暖器及蓄熱式電鍋爐等都是利用分時計電價而采用分時工作，用電峰期蓄熱，谷期工作的辦法來節省電費的。而分時蓄冷空調器則是利用低谷期電來制冰蓄冷，而在用電高峰期時以融冰供冷來滿足空調負荷要求；時尚服裝、旅游和民航等有淡旺季，也就有淡季打折的服裝、旅游費和機票，也是分時計價；酒店業有淡旺季，淡季客房利用率低，就創造出分時度假(即分時休閑旅游)。游客可用鎖定的價格，按每年若干天，共若干年的時間，一次性購買度假村公司的別墅或賓館的一個房間的使用權，并享有轉讓、饋贈、繼承等權益及對公共配套設施的優惠使用權。游客還可以將購買的分時度假村的使用權，去交換隸屬于該公司全球服務網絡的任何一家度假村或賓館的一個房間的使用權，從而達到異地休閑旅游目的。高速公路、機場、地鐵、車體和樓頂等戶外廣告過去有極度分散、發布期長的問題。戶外大牌廣告的傳統發布周期一般為一年，但根據調研，其影響效果最佳時間為7周，這樣就形成了廣告資源的浪費。戶外分時廣告通過分時間、多點位、大范圍、高頻次、靈活性的投放模式，根據廣告主的需求來進行戶外廣告的投放并利用電子商務平臺，使分散的戶外廣告資源實現整合，實現戶外廣告的精準投放，也使分別以1個月、2個月和3個月為期的大面積覆蓋的戶外廣告投放成為可能，從而降低了廣告成本，為廣告主創造最大的投放價值。在發光二極管顯示屏中，通過分時輪流控制各個數字管的公共極端，就可使各個數字管輪流顯示，每位數字管的點亮時間為1～2毫秒，由于人的視覺暫留現象及發光二極管的余輝效應，因此只要掃描的速度足夠快，就不會有閃爍感，能夠節省大量的輸入／輸出端口，而且功耗更低。對鋅電解過程進行最優調度的分時供電，不僅能夠最大限度地減少用電費用，降低生產成本，還能為穩定電網負荷、確保發供電設備安全運行以及功率因素的提高作出貢獻。電腦數值控制器能定量地定位和定速控制多臺步進電機的多段分時運行，用于能精確加工出復雜零件的數控復合加工機床和雕刻機、切割機、焊接機及紙箱打樣機等的自動控制中。
如果能夠既分空間又分時，將會帶來更多的益處。在北京奧運會期間，既在空間上劃分出奧運專用車道，又在時間上進行分時分段地實施交通通行管理，如采用汽車按單雙號分天限行等，在廣大市民的支持下有效地保證了奧運會開閉幕式和比賽交通的暢通。計算機的多用戶分時操作系統如Linux和Unix操作系統，是將系統處理機的時間與內存空間按一定的時間間隔，微觀上輪流地切換給各終端用戶的程序在不同時刻輪流使用中央處理器。由于時間間隔很短，使宏觀上每個用戶并不感到有別的用戶存在，這樣一臺計算機主機就可以供許多個終端的用戶使用，同時可有效增加計算機時間和空間資源的使用率。
巧分時空法是適用于各個領域的通用發明方法?？臻g和時間是系統或產品的寶貴資源，加以適當劃分或分開使用，可以提高系統的空間和時間的利用率，并方便產品的使用或節能。