周数 - 南京航空航天大学自动化学院
基于自适应超螺旋算法的高速永磁同步发电机稳压控制策略
第27卷㊀第7期2023年7月㊀电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报Electri c ㊀Machines ㊀and ㊀Control㊀Vol.27No.7Jul.2023㊀㊀㊀㊀㊀㊀基于自适应超螺旋算法的高速永磁同步发电机稳压控制策略殷生晶,㊀王晓琳(南京航空航天大学自动化学院,江苏南京211106)摘㊀要:高速永磁同步发电机(HSPMSG )系统采用传统PI 控制,负载突变时存在输出电压波动大㊁响应速度慢及抗扰性能差等问题,提出一种基于自适应超螺旋算法(STW )的高速永磁同步发电机稳压控制策略㊂在建立含控制延时交叉耦合项电流环控制模型的基础上,设计基于超螺旋算法的非线性电压控制律㊂同时,为抑制系统抖振,提出采用连续函数替换符号函数设计电压控制器㊂此外,针对扰动边界不确定与控制参数矛盾的问题,提出一种改进型自适应超螺旋算法(ASTW ),并对稳定性进行了深入分析和理论证明㊂最后,搭建了仿真模型和实验平台,仿真和实验表明该控制策略可抑制系统抖振㊁减小电压波动,提高系统的动态响应速度和抗负载扰动的能力㊂关键词:高速永磁同步发电机;超螺旋算法;自适应;稳定性;抗扰性DOI :10.15938/j.emc.2023.07.004中图分类号:TM341文献标志码:A文章编号:1007-449X(2023)07-0030-10㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀收稿日期:2022-05-04基金项目:国家自然科学基金(5217070613);江苏省自然科学基金(BK20201297)作者简介:殷生晶(1993 ),男,博士研究生,研究方向为高速永磁同步发电系统控制技术;王晓琳(1976 ),男,教授,博士生导师,研究方向为高速永磁电机及其驱动技术㊁无轴承磁悬浮技术等㊂通信作者:王晓琳Voltage-stabilizing control strategy of high-speed permanent magnet synchronous generator based on adaptive super-twisting algorithmYIN Shengjing,㊀WANG Xiaolin(School of Automation,Nanjing University of Aeronautics and Astronautics,Nanjing 211106,China)Abstract :In order to solve the problems of large output voltage fluctuation,slow response speed and poor anti-interference performance of high-speed permanent magnet synchronous generator (HSPMSG)system under traditional PI control,a voltage stabilizing control strategy based on adaptive super-twisting algo-rithm(STW)was proposed.Based on the current loop control model with control delay and cross cou-pling term,a nonlinear voltage control law based on super-twisting algorithm was designed.At the same time,in order to suppress the chattering of the system,the continuous function was proposed to replace the symbolic function to improve the voltage controller.Aiming at the contradiction between disturbance boundary uncertainty and control parameters,an improved adaptive super-twisting algorithm(ASTW)was proposed,and its stability is deeply analyzed and proved theoretically.Finally,the simulation model and experimental platform were built.The simulation and experiments show that the control strategy can sup-press the system chattering,reduce the voltage fluctuation,improve the dynamic response speed of thesystem and the ability to resist load disturbance.Keywords :high-speed permanent magnet synchronous generator;super-twisting algorithm;adaptive;sta-bility;immunity0㊀引㊀言高速永磁同步发电机(high-speed permanent magnet synchronous generator,HSPMSG)中的磁场由永磁体提供不需要电励磁装置,具有损耗小㊁高功率密度㊁高效率以及高动态性能的优点㊂通常,高速永磁同步发电机后级接PWM整流装置输出稳定㊁可控的直流电,被广泛应用于多电飞机[1-3]㊁特种车辆[4]㊁飞轮储能[5-6]㊁微型燃气轮机[7]㊁军舰船舶[8]等㊂以上应用场合多数采用单机或多机并网运行,其电网系统为非大电网系统(不具备大电网系统特征),发电机工作状态易受到负载条件影响,尤其是负载突变情况下会引起电压波动,严重时会导致系统失稳㊂为提高系统的抗干扰能力㊁降低电压波动,目前已有多种先进控制策略被提出,如前馈补偿控制[11-13]㊁二自由度控制[14-15]㊁模型预测控制[16]等㊂上述几种控制策略都是基于系统已知的数学模型进行设计的,且对数学模型具有较强的依赖性㊂但是,在实际工况中电机是一个复杂的㊁非线性模型,很难建立高精度的数学模型㊂因此,上述控制方法具有一定的局限性㊂而滑模控制对模型精度要求不高且具有较强的鲁棒性,是一种较为理想的非线性控制方案㊂目前,滑模控制已被应用于永磁同步电机调速系统㊁变换器㊁并网脉宽调制等㊂文献[17-18]设计了一种基于滑模的转速外环控制器,有效地改善了系统的动稳态性能㊂文献[19]提出了一种单位功率因数三相PWM整流器滑模电压控制策略,以提高响应速度,增加系统的鲁棒性㊂然而,目前有关滑模控制在永磁同步发电系统中的研究较少,滑模控制在上述领域的应用为其在永磁同步发电系统中的应用奠定了基础㊂通过借鉴滑模控制器在上述领域的应用,并结合永磁同步发电机系统自身的特点,可设计基于滑模的永磁同步发电系统电压控制器㊂由于滑模控制中存在不连续的开关函数,会导致系统抖振㊂因此,如何降低系统的抖振成为滑模控制的一个关键问题㊂目前,降低抖振现象的方法主要有两种:一是改进趋近律[20],二是采用高阶滑模[21]㊂超螺旋算法(super-twisting algorithm,STW)作为一种特殊的高阶滑模,因其所需信息少㊁控制精度高而得到了广泛的应用㊂STW在设计时需要知道系统扰动的上界,但在实际应用中,被控系统的扰动上界通常难以测量和估算㊂因此,滑模控制器的增益可能会选的很大,这将加剧系统的抖振现象㊂针对这一问题,文献[22-23]结合自适应控制思想对扰动边界与控制器参数矛盾的问题进行了初步探讨㊂综上,针对高速永磁同步发电机系统存在抗扰性能差㊁电压波动大的问题,本文提出一种基于自适应超螺旋算法(adaptive super-twisting algorithm,ASTW)的稳压控制策略㊂首先,在考虑控制延时对电流环进行建模的基础上,设计基于超螺旋算法的电压外环控制器,并且提出采用连续函数替换符号函数的方法来改进控制律以减小系统的抖振㊂然后,为解决扰动边界不确定与控制器增益之间的矛盾,结合自适应思想,设计一种改进型自适应超螺旋控制律,从而避免控制增益选择偏大的问题㊂最后,基于一台高速永磁同步发电机进行仿真与实验,验证所提控制策略的正确性与有效性㊂1㊀PMSG-PWM整流系统数学模型PMSG-PWM整流系统的拓扑图如图1所示㊂该系统由永磁发电机㊁PWM三相整流器㊁直流母线稳压电容㊁用电负载等组成,其中永磁同步发电机与原动机同轴连接,由原动机拖动将机械能转换为三相交流电能,并通过PWM整流器转换为直流电供负载使用㊂图1㊀PMSG-PWM整流系统拓扑图Fig.1㊀Topology system of PMSG-PWM rectifier根据图1所示的PMSG-PWM整流系统的拓扑图,可以建立永磁同步发电机的数学模型㊂为简化分析,假设转子永磁磁场在气隙中的分布为正弦波,并忽略定子铁心饱和,不计铁心的涡流损耗与磁滞损耗㊂在以上假设下,采用发电机惯例可得到PMSG在d-q旋转坐标系下的数学模型,其电压方程为u du qéëêêùûúú=-R s-DL dωe L q-R s-DL q-ωe L déëêêùûúúi di qéëêêùûúú+ωeψmféëêêùûúú㊂(1)13第7期殷生晶等:基于自适应超螺旋算法的高速永磁同步发电机稳压控制策略式中:u d ㊁u q 分别为d㊁q 轴电压;i d ㊁i q 为d㊁q 电流;R s 为电机定子绕组的电阻;L d ㊁L q 为d㊁q 轴电感;D 为微分项,即电感的导数;ωe 为电机的电角速度;ψmf 为永磁体磁链㊂稳态时,可认为电流恒定不变,忽略交直轴电流微分项,可将式(1)简化为u d u q éëêêùûúú=-R s ωe L q -R s-ωe L d éëêêùûúúi d i q éëêêùûúú+0ωe ψmf éëêêùûúú㊂(2)永磁同步发电机在d -q 旋转坐标下的电磁转矩方程为T e =1.5p [ψmf +(L q -L d )i d ]i q ㊂(3)功率方程为P e =1.5(u d i d +u q i q )㊂(4)式中:P e 为永磁同步发电机的电磁功率;T e 为永磁同步发电机的电磁转矩;p 为电机的极对数㊂将式(2)代入式(4)可得P e =1.5ωe [ψmf +(L q -L d )i d ]i q ㊂(5)对于隐极式永磁同步发电机有L d =L q =L ,故式(5)可简化为P e =1.5ωe ψmf i q ㊂(6)2㊀基于自适应超螺旋算法的稳压控制策略㊀㊀对于高速永磁同步发电机而言,其最显著的特点就是运行基频高㊂通常在永磁同步发电机电流环设计时忽略了数字控制延时带来的影响,从而导致电流环控制精度降低,进而影响电压外环的控制㊂尤其对于高速电机而言,其影响更为严重㊂因此,本文将控制延时考虑在内,对电流环控制器进行了完善,并在此基础上设计电压控制器㊂2.1㊀电流内环设计数字控制系统的延时主要包括数字控制器引起的一拍延时及PWM 整流器单元等效的零阶保持器引起的半拍延时㊂因此,系统总的控制延时为T d =1.5T s ㊂(7)式中:T d 为总的控制延时;T s 为系统的控制周期㊂同步旋转坐标下控制延时可表示为G e d (s )=e-(s +j ωe )T d㊂(8)根据式(8)可知,如果在电流调节器中增加相角补偿环节e -j ωe T d 即可抵消延时环节中的复数项,最后得同步旋转坐标下控制系统的延时环节为G e d (s )=e-sT d㊂(9)本文将控制延时考虑在内,对电流环进行重新建模,建模时增加了相角补偿环节对延时环节的复数项进行了补偿㊂图2给出了q 轴电流环的控制系统框图㊂图中:i ∗q 为交轴电流的给定值;i q 为交轴电流反馈值;k p_q ㊁k i_q 分别为PI 调节器的比例增益与积分增益;e -(s +j ωe )T d 为延时环节;e j ωe T d 为角度补偿㊂图2㊀q 轴电流内环控制系统框图Fig.2㊀Control system block diagram of q axis current根据图2可得电流内环的开环传递函数为G o (s )=(K p_q +K i_q s )1sL s +R s e -sT d ㊂(10)式中的延时环节用一阶惯性环节近似代替,即e -sT d =1T d s +1㊂(11)图3给出了控制延时对电流环影响的伯德图㊂从图中可以看出,控制时间延迟会引起相位滞后,且随着频率的增大相位滞后增大㊂角度延迟导致全频段范围内相位滞后,随着转速的增大,相位滞后增大,转速过高将会导致系统失稳㊂因此,对高速电机电流环建模时考虑控制延时是非常有必要的㊂图3㊀控制延时对电流环影响伯德图Fig.3㊀Bode diagram of corrected current inner loop采用频率分析法对电流环进行校正,校正前后电流内环的伯德图如图4所示㊂从图中可以看出,校正前系统的截止频率为ωc =12057rad /s,相位裕度为-6.63ʎ㊂为了使系统能够稳定,通常相位裕度在30ʎ~60ʎ范围内,即相位在-150ʎ~-120ʎ㊂本文选取相位裕度为45ʎ对系统进行校正,从图中可以看出,校正后的幅值裕度和相位裕度满足稳定性23电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第27卷㊀的要求㊂图4㊀校正后电流内环伯德图Fig.4㊀Bode diagram of corrected current inner loop2.2㊀基于超螺旋算法的电压外环控制策略为提高HSPMSG-PWM 整流系统的动态性能,减小由负载扰动引起的直流母线电压波动,本文提出了基于超螺旋算法的电压外环控制策略㊂根据超螺旋算法的设计原则,并结合高速永磁同步发电系统的控制目标,首先定义电压的跟踪误差为s =u∗dc-u dc ㊂(12)式中:u ∗dc 为直流侧电压的给定值;u dc 为直流侧电压的反馈值㊂给出超螺旋算法如下[24]:u =-K p |s |1/2sgn(s )+v +ρ;v ㊃=-K I sgn(s )㊂}(13)式中:u ㊁v 为控制律;s 为滑模变量;K p ㊁K I 为滑模增益;sgn(㊃)为符号函数;ρ为扰动项㊂当ρ满足ρɤa |s |1/2,(14)且K p ㊁K I 满足下式时系统能在有限时间内收敛[25]:K P >a |s |1/2;K I >(5aK 2p+4K P a 2)/2(K P -2a )㊂}(15)其中a 为满足式(14)的任意常数㊂由式(12)可得滑模变量的导数为s ㊃=-u ㊃dc ㊂(16)根据HSPMSG 整流系统直流侧电压方程与功率守恒定律可得:㊀㊀㊀u dc i dc =1.5(u d i d +u q i q );(17)㊀㊀㊀C d udc d t=i dc -i L ㊂(18)式中:C 为直流侧稳压电容;i dc 为直流侧电流;i L 为负载电流;u dc 为直流侧电压㊂因此可得滑模变量的导数为s ㊃=-u ㊃dc =-1C (i dc-i L )㊂(19)结合式(4)㊁式(6)与式(17)可得直流侧电流的表达式为i dc =1.5ωe ψmf i q /u dc ㊂(20)将式(20)代入式(19)可得u ㊃dc =1C (1.5ωe ψmf u dci q -i L )㊂(21)式中i q 为STW 控制器的输出量㊂扰动项为ρ=i L /C ㊂(22)将式(22)代入式(14)可得i L /C -a |s |1/2ɤ0㊂(23)由式(23)可以看出,当a 取值足够大时,系统满足稳定性的条件㊂将式(21)代入式(16)可得s ㊃=-u ㊃dc =-(1.5ωe ψmf Cu dc i q -1Ci L )㊂(24)因此,结合式(24)与式(13)可得基于超螺旋算法的高速永磁同步发电机电压外环控制律为i q =1B[K p |s |1/2sgn(s )+ʏK I sgn(s )d t ]㊂(25)式中B =1.5ωe ψmf /Cu dc ㊂由式(13)与式(25)可以看出,系统中存在着不连续的开关函数sgn(s ),会导致系统抖振严重㊂为削弱抖振,本文采用准滑动模态控制对其进行改进㊂准滑动模态控制通常有两种方式,分别是饱和函数和连续函数㊂本文采用连续函数对超螺旋算法进行改进,其表达式为θ(s )=s|s |+σ㊂(26)式中σ为数值较小的常数㊂改进后的控制律为i q =1B [K p |s |1/2s |s |+σ+ʏK I s |s |+σd t ]㊂(27)2.3㊀自适应超螺旋算法控制器由式(25)可以看出,在设计电压环控制律时忽略了扰动项,扰动边界值是通过估算后直接给出的,然而实际情况中扰动并非是一个确切值㊂因此需要33第7期殷生晶等:基于自适应超螺旋算法的高速永磁同步发电机稳压控制策略选择较大的控制增益来抵消扰动的影响㊂但是,过大的控制增益会导致系统抖振严重㊂为解决扰动边界未知与控制器参数选择之间存在的矛盾,本小节在超螺旋算法的基础上结合自适应控制理论,设计了一种自适应超螺旋算法㊂自适应超螺旋算法的控制律表达式为i q =1B K |s |1/2s |s |+σ+2εK ʏs |s |+σd t []㊂(28)其中:K ㊃=(δγ2+ϕ|s |)sgn(|s |-μ),K >α;η,K ɤα㊂{(29)式中K (0)>0,δ㊁γ㊁μ㊁ϕ㊁ε㊁η以及α均为大于0的常数,且μɤ|s |㊂为证明上述自适应超螺旋算法的稳定性,选取李雅普诺夫函数为V =ξT Pξ㊂(30)其中:ξ=|s |1/2s |s |+σʏ2εK B s |s |+σd t éëêêêêùûúúúú;P =128εK +K 2K K 2éëêêùûúú㊂üþýïïïïïïïï(31)将式(30)求导可得V ㊃=-|s |-1/2ξT P 1ξ+|s |-1/2ρ1P 2ξ㊂(32)式中:P 1=K24εK +K 2K K2éëêêùûúú;P 2=124εK +12K 2εKéëêêêùûúúú㊂üþýïïïïïï(33)将式(32)进行简化可得V ㊃ɤ-|s |-1/2ξT Qξ㊂(34)其中Q =124εK +K 2-(8ε+K )aK -a 2K -a 21éëêêêêùûúúúú㊂(35)若保证系统稳定,则Q 为正定矩阵,因此可得:K >2a ;ε>a 216(K -2a )㊂}(36)当控制参数满足式(36)时,系统满足稳定性条件㊂本文所设计的自适应超螺旋算法电压外环控制框图如图5所示㊂图5㊀基于ASTW 电压外环控制框图Fig.5㊀Control block diagram of voltage outer loopbased on ASTW综上所述,本文提出的基于自适应超螺旋算法的稳压控制策略如图6所示㊂其中电压外环采用自适应超螺旋算法,电流内环仍采用PI 控制方法㊂图6㊀基于ASTW 高速永磁同步发电机控制框图Fig.6㊀Control block diagram of HSPMSG basedon ASTW3㊀仿真与实验验证为验证所提出的基于自适应超螺旋算法的稳压控制策略的正确性与有效性,本文基于一台表贴式高速永磁同步发电机进行了相关的仿真研究与实验验证㊂本文采用的样机主要参数如表1所示㊂本文使用MATLAB /Simulink 仿真平台搭建了如图6所示的基于自适应超螺旋算法的高速永磁同步发电机仿真模型㊂分别采用传统PI 控制与ASTW 控制器进行了仿真分析,以验证本文所提控制策略的有效性,表2给出了传统PI 控制器与ASTW43电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第27卷㊀控制器的控制参数㊂需要说明的是,为了实现比较的公平性,表中参数均是通过广泛调优得到的㊂表1㊀样机参数Table1㊀Parameters of prototype㊀㊀㊀参数数值额定功率/kW0.5额定转速/(r/min)18000相电阻/mΩ100直轴电感/μH82.5交轴电感/μH82.5转子极对数1额定相电流幅值/A20永磁体磁链/Wb0.01026直流侧电压/V60表2㊀控制系统参数Table2㊀Parameters of control systemPI参数ASTW参数k P_q=k P_d=1.2ε=0.01k I_q=k I_d=1046δ=10k P_u=0.8γ=0.1k I_u=1000μ=0.05㊀㊀-ϕ=50㊀㊀-η=25003.1㊀仿真验证图7和图8分别给出了采用传统超螺旋算法与改进超螺旋算法在系统稳定运行状态下的波形图㊂其中,图7(a)和图8(a)为系统稳定运行状态下直流侧电压波形图,图7(b)和图8(b)分别为采用开关函数与连续函数状态变量到达滑模面时的运行状态㊂从图7(b)和图8(b)可以看出,改进超螺旋算法当到达滑模面时滑模变量将收敛到0,故抖振较小㊂而采用开关函数当趋近滑模面时,滑模变量沿滑模面进行高频切换,因此抖振较大㊂对比图7和图8可以看出,采用改进后的超螺旋算法系统抖振明显减小㊂图9为系统空载启动时,采用传统PI控制和ASTW控制直流侧电压波形图㊂从图中可以看出,采用传统PI控制系统在启动时存在较大的超调,超调量为9.16%左右㊂而采用本文所提的ASTW控制策略系统在启动时直流侧电压超调量很小,仅为1.67%㊂图7㊀传统超螺旋算法Fig.7㊀Traditional super-twistingalgorithm图8㊀改进超螺旋算法Fig.8㊀Improvement super-twistingalgorithm 图9㊀PI和ASTW空载启动直流侧电压波形图Fig.9㊀DC side voltage waveform of PI and ASTW con-trolled no-load starting53第7期殷生晶等:基于自适应超螺旋算法的高速永磁同步发电机稳压控制策略图10和图11分别给出了采用传统PI 控制策略与ASTW 控制策略在突加㊁突卸负载时直流侧电压与a 相电流的仿真波形图㊂图10㊀基于PI 控制的仿真结果Fig.10㊀Simulation results based on PI control在相同工况下,采用传统PI 控制与ASTW 控制的电流内环控制参数完全一致㊂两种控制策略均采用空载启动,在0.3s 时,直流侧接入电阻负载30Ω,相当于加载120W㊂在0.6s 时,系统又切换为空载㊂从仿真结果可以看出,当负载发生突变时,两种控制策略均能保证系统稳定运行,直流母线电压维持在给定值(60V)㊂因此,可以验证本文所提控制策略的正确性㊂图11㊀基于ASTW 控制的仿真结果Fig.11㊀Simulation results based on ASTW control为验证滑模增益自适应调整的有效性,本文对系统的动态性能进行了仿真研究㊂图12给出了系统在运行过程中,滑模控制器增益的自适应过程㊂初始时刻系统负载启动,在1s 时突卸负载,系统空载运行,在3s 时又切换为负载运行㊂从图中可以看出,系统在稳定运行时滑模增益值维持在一个较小的稳定值,避免了系统因增益过大而导致的抖振㊂当系统受到扰动时,滑模增益随系统扰动而增大,从而抑制系统的扰动,增加系统的抗扰能力㊂仿真结果表明,滑模增益在扰动边界不确定的情况下能实现自适应调整,从而验证本文所提控制策略的有效性㊂图12㊀控制增益K 变化波形图Fig.12㊀Variation waveform of control gain K图13给出了额定转速下,采用传统PI 控制与ASTW 控制在负载突变时直流母线电压的波形图㊂从图中可以看出,当负载发生变化时,采用PI 控制电压调整值为5%左右,恢复时间为20ms㊂而采用本文所提的ASTW 控制策略电压调整值为1.6%左右,恢复时间为12ms㊂因此,本文所提的ASTW 控制策略在动态性能㊁电压波动等方面均优于传统的PI 控制㊂相较于传统的PI 控制策略,本文所提的ASTW 控制策略具有更好的抗负载扰动的能力㊂图13㊀负载变化时直流侧电压对比图Fig.13㊀Comparison diagram of DC bus voltage underload change3.2㊀实验验证本文所搭建的基于TMS320F28377D 的高速永磁同步发电机整流系统实验平台如图14所示㊂其中,整流器模块采用的是Infineon 的智能整流模块(FS100R12KT4G)㊂位置传感器采用的是霍尔传感器㊂图14所示的样机由两台同轴的高速永磁电机构成,样机的一侧作为原动机,另一侧作为发电机㊂图15为高速永磁同步发电机采用本文所提控制策略稳定运行状态下的实验波形图㊂图中波形分别为直流母线电压U dc ㊁交轴电流i q 和a 相电流i a ㊂从图中可以看出,稳定运行状态下,采用本文所提的控制策略直流电压能稳定在给定值,且控制性能较好,初步验证了本文所提算法的正确性㊂63电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第27卷㊀图14㊀高速永磁同步发电机整流系统实验平台Fig.14㊀Experimental platform for rectification systemsofPMSG图15㊀ASTW 控制稳定运行状态波形图Fig.15㊀Waveform diagram of ASTW control steadystate operation图16为直流母线电压由20V 突增至给定电压60V 时直流母线电压波形图㊂其中图16(a)为采用传统PI 控制的实验结果,图16(b)为采用ASTW控制的实验结果㊂图16㊀给定电压突变时直流母线电压波形图Fig.16㊀Waveform diagram of DC bus voltage in caseof sudden change of given voltage由图16中直流母线电压变化情况可以看出,当给定电压发生突变时,传统PI 控制与ASTW 控制都能使直流母线电压跟随给定值,并维持在给定值㊂但采用传统PI 控制不仅超调量较大(约为15%),且到达稳定时间较长(300ms 左右)㊂而采用ASTW 控超调量非常小,且能在较短时间内(160ms 左右)到达给定值㊂上述分析结果表明,相较于传统PI 控制,ASTW 控制具有更快的响应速度和更好的稳定性㊂图17和图18分别给出了传统PI 控制与ASTW 控制突加负载的实验波形图㊂当系统突增负载时,通过空气开关在直流侧接入负载电阻50Ω㊂从图中可以看出,当负载突增时采用传统的PI 控制与ASTW 控制均能使直流母线电压稳定在给定值,但相较于传统的PI 控制,本文所提的控制策略在负载突增时造成的电压跌落更小,且恢复时间更短㊂图17㊀传统PI 控制加载实验波形图Fig.17㊀Waveform of traditional PI control loadingexperiment图18㊀ASTW 控制加载实验波形图Fig.18㊀Waveform diagram of ASTW controlled loadingexperiment73第7期殷生晶等:基于自适应超螺旋算法的高速永磁同步发电机稳压控制策略图19和图20为突减负载时,采用传统PI 控制与ASTW 控制的实验波形图㊂当系统突卸负载时,将空气开关断开㊂分析图19和图20可得,当负载突减时,上述两种控制策略均能保证系统稳定运行,但本文所提的控制策略控制性能更好㊂图19㊀传统PI 控制减载实验波形图Fig.19㊀Waveform of traditional PI-controlled loadsheddingexperiment图20㊀ASTW 控制减载实验波形图Fig.20㊀Waveform of ASTW controlled load sheddingexperiment为了更加直观地对实验数据进行分析,表3给出了传统PI 控制与ASTW 控制动态响应特性的比较㊂定义动态调整时间为从动态过程开始到恢复至稳定值ʃ1V 的时间㊂表3㊀动态性能比较Table 3㊀Comparison of dynamic performance性能负载变化情况传统双闭环PI 控制ASTW 控制电压调整值/V突增负载112突减负载12.4 1.5恢复时间/ms突增负载12420突减负载14024分析表3数据可知,本文所提的ASTW 控制策略不论在动态电压调整值还是在电压恢复时间上均优于传统PI 控制㊂因此,实验结果充分验证了本文所提控制策略的有效性㊂4㊀结㊀论本文提出了一种基于自适应超螺旋算法的电压外环控制策略,一方面,为减小系统的抖振对超螺旋算法进行了改进;另一方面,针对扰动边界不确定与控制器增益之间的矛盾,设计了一种自适应控制律,从而避免了控制增益选择偏大的问题,减小了系统的抖振㊂通过仿真与实验得出如下结论:1)采用连续函数对超螺旋算法进行改进,进一步抑制了系统的抖振,自适应率的引入解决了扰动边界与控制参数矛盾的问题㊂2)相较于传统PI 控制策略,本文所提的控制策略在负载突变时能减小电压波动,提高系统的动态响应速度和抗负载扰动的能力㊂参考文献:[1]㊀YANG Jiajun,GIAMPAOLO B,GU Chunyang,et al.Imped-ance-based stability analysis of permanent magnet synchronous generator for the more electric aircraft[C]//IEEE Workshop on E-lectrical Machines Design,Control and Diagnosis (WEMDCD),April 8-9,2021,Modena,Italy.2021:181-185.[2]㊀LIU Feipeng,XU Lie,LIU Ran,et al.Impedance and stability a-nalysis of a permanent 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南京航空航天大学关于表彰2007-2008学年本科生先进集体、先进个人的决定
南京航空航天大学文件校学字〔2008〕14号关于表彰2007－2008学年本科生先进集体、先进个人的决定各有关单位：经学院评比、学校审定，决定授予0105109班等18个班级2007—2008学年南京航空航天大学“标兵班级”荣誉称号，奖励14400元；授予0006102班等62个班级2007—2008学年南京航空航天大学“先进班级”荣誉称号，奖励31000元；授予怡园22栋402套间等130个学生宿舍2007-2008学年南京航空航天大学“标兵宿舍”荣誉称号，奖励10800元；授予御精灵科创团队等4个团队2007－2008学年南京航空航天大学“优秀创新团队”荣誉称号，奖励3400元；授予蔡明明等62名本科生2007－2008学年南京航空航天大学“三好学生标兵”荣誉称号；授予宁雷鸣等1818名本科生2007—2008学年南京航空航天大学“三好学生”荣誉称号；授予成丹凤等639名本科生2007—2008学年南京航空航天大学“优秀学生干部”荣誉称号。
附件：2007—2008学年南京航空航天大学先进集体、三好学生标兵、三好学生、优秀学生干部名单二○○八年十一月三日主题词：本科生表彰决定附件2007—2008学年南京航空航天大学先进集体、三好学生标兵、三好学生、优秀学生干部名单一、标兵班级（共18个，计14400元）0105109 0007102 0205104 0305106 0306501 0406203 0405201 0505111 0506303 0606202 0705202 0806103 0905301 0906201 1006301 1106501 1206102 1507101二、先进班级（共62个，计31000元）0006102 0105107 0105301 0106103 0106201 0106501 0107102 0107109 0107501 0205202 0206102 0206302 0207105 02073020305102 0305302 0306105 0306203 0307104 0307203 0307303 0307304 0006202 0405305 0406101 0406302 0406402 0407202 0407205 0407302 0407402 0007301 0505101 0505301 0506101 0506102 0507102 0507107 0507302 0605101 0606101 0607202 0705201 0705503 0705504 0706301 0706503 0707401 0707503 0805101 0807301 0905602 0906602 0907501 0907701 1005101 1107101 1107501 1207103 1906101 1907101 Y6107804三、标兵宿舍（共130个，计10800元）1、学风建设标兵套间：（共2个，计2000元）机电学院（共2个，计2000元）怡园22栋402套间怡园22栋403套间2、学风建设优秀套间：（共3个，计2400元）自动化学院（1个）：(原)博园14栋104套间理学院（1个）：博园10栋401套间国际教育学院（1个）：博园10栋202套间3、学风建设标兵宿舍（共32个，计6400元）航空宇航学院（3个）本部B8栋-303 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怡园21栋606-04博园8栋403-04 博园8栋401-01 博园8栋302-02博园9栋502-01 博园9栋501-04 博园9栋501-03机电学院（12个）博园9栋203-02 博园9栋203-03 博园9栋301-04 慧园4栋103 慧园4栋237 (原)慧园5栋238 (原)博园7栋302-03 本部B8栋321 本部B7栋127本部B7栋425 本部B8栋319 本部B7栋223材料科学与技术学院（5个）博园9栋302-02 博园7栋402-02 博园7栋401-02 博园10栋202-03 博园9栋302-04民航学院（11个）怡园17栋403-03 怡园17栋504-02 怡园17栋403-01 慧园2 栋322 慧园2栋326 博园9栋504-02 博园9栋602-02 博园9栋503-03 博园14栋502-03 慧园2 栋304 博园14栋504-01理学院（2个）博园8栋203-03 博园10栋201-01经济与管理学院（7个）博园15栋103-04 博园7栋501-03 博园7栋604-03 博园10栋401-03 博园10栋404-01 博园10栋502-03 博园10栋604-04人文科学与社会学院（5个）博园8栋604-03 博园8栋603-03 博园10栋403-01 博园10栋403-02 博园10栋403-04外国语学院（4个）博园12栋602-04 怡园17栋101-01 怡园22栋702-01 博园11栋202-01国际教育学院（2个）博园11栋203-03 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用虚拟区域法结合虚拟边界条件求解对称及管壁流动问题
用虚拟区域法结合虚拟边界条件求解对称及管壁流动问题饶玲;陈红全;马志华
【期刊名称】《南京航空航天大学学报》
【年(卷),期】2008(040)003
【摘要】分析了用基于Lagrange乘子的虚拟区域法数值求解时,翼型后缘存在的奇异问题.为了保持直角坐标网格结构简单及可利用快速算法的特点,提出引入虚拟边界条件控制虚拟流动的方法处理奇异问题.用虚拟区域法数值模拟了翼型不可压对称绕流;并把该方法推广应用到管壁流动的数值模拟,给出了喷管内流场的算例.数值结果表明,虚拟边界条件的引入有助于控制Lagrange乘子的变化,从而改善数值模拟的精度.
【总页数】5页(P297-301)
【作者】饶玲;陈红全;马志华
【作者单位】南京航空航天大学航空宇航学院,南京,210016;南京理工大学理学院,南京,210094;南京航空航天大学航空宇航学院,南京,210016;南京航空航天大学航空宇航学院,南京,210016
【正文语种】中文
【中图分类】V211.3
【相关文献】
1.改进虚拟边界算法在超声速流动问题求解中的应用 [J], 张阳;邹建锋;郑耀
2.迦辽金有限元法结合多边形渐近边界条件技术求解无界平面静电问题 [J], 郭飞;
马西奎;邱关源
3.有限元法结合渐近边界条件技术求解无界平面静电场问题 [J], 郭飞;马西奎;邱关源
4.虚拟激励法求解激励随机热传导问题 [J], 高忠鹏;杨海天
5.单调迭代结合虚拟区域法求解非线性障碍问题 [J], 饶玲
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基于遗传算法的永磁同步电动机PI参数自整定
基于遗传算法的永磁同步电动机PI参数自整定
李浩;蒋雪峰;黄文新
【期刊名称】《微特电机》
【年(卷),期】2015(043)001
【摘要】永磁同步电机伺服系统是一个非线性、干扰多、参数时变的复杂系统,传统的PI控制器已经不能满足高性能的控制要求.针对这该问题,设计了一种利用遗传算法实时整定速度环PI参数方案,方案简单且适合多目标寻优,因此可以省去大量的人工调试PI参数时间.实验结果表明,遗传算法适用于PMSM伺服系统PI参数自整定问题,PI参数整定结果能较好地满足系统动静态性能的要求.
【总页数】4页(P58-61)
【作者】李浩;蒋雪峰;黄文新
【作者单位】南京航空航天大学,南京210016;南京航空航天大学,南京210016;南京航空航天大学,南京210016
【正文语种】中文
【中图分类】TM351;TM341
【相关文献】
1.基于改进遗传算法的永磁同步电动机优化设计 [J], 陈桂玉;汤宁平;李东旭
2.基于遗传算法的永磁同步电动机矢量控制系统的优化设计 [J], 李晨丹;黄文新
3.基于遗传算法的电动邮政车用永磁同步电动机滑模控制 [J], 侯奕;刘卫
国;Alexandre Ravey;葛乐飞
4.基于量子遗传算法的永磁同步电动机混沌运动的同步控制 [J], 何颖;张海丽;鹿剑;
竟静静
5.基于遗传算法的凸极永磁同步电动机参数辨识 [J], 钟卫鹏; 李茂军
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研究生课程教学大纲
研究生课程教学大纲
（8A类）（2017年版）
南京航空航天大学研究生院
说明
1、课程编号设置 例： 6 A 01 1 001 L 注 ①②③④ ⑤⑥
① 数字 6、7、8，课程级别标识 6 级：硕士生适用课程（环节） 7 级：硕博士生通用课程 8 级：博士生适用课程（环节）
② 大写字母 A、B、C、D，课程类别标识 A 类：必修课程（环节） B 类：选修课程-专业学位课程 C 类：选修课程-实验实践课程 D 类：选修课程-任选课程
32 2 秋
35 7C030007
ARM 嵌入式系统设计与应用技Design and Application Technology
术
of ARM Embedded System
32
2
春
自动化学院 自动化学院 自动化学院
36 7C030008 MATLAB 仿真技术与应用
Matlab Simulation Technology and Applications
16 1 秋
Measurement and Analysis
10 7C010010
电子器件频响特性的测试分析Experiments of Dielectric Parameter
实验
Frequency-Response Property for
16
1
春
Piezoelectric Materials
11 7C010011 光电子技术实验
16 1 春
21 7C010021 随机信号分析的工程应用
Engineering Application of Random Signal Analysis
16
南京航空航天大学2017年机械制造及其自动化拟录取推免生公示名单
南京航空航天大学2017年机械制造及其自动化拟录取推免生公示名单3619李尧硕士机电学院机械制造及其自动化6418仇志硕士机电学院机械制造及其自动化0621曹颖硕士机电学院机械制造及其自动化1419徐广超硕士机电学院机械制造及其自动化0017许崇长硕士机电学院机械制造及其自动化2670马成庆硕士机电学院机械制造及其自动化2258刘庆荣硕士机电学院机械制造及其自动化1010祝宗煌硕士机电学院机械制造及其自动化3770韦义文硕士机电学院机械制造及其自动化0915李天宇硕士机电学院机械制造及其自动化0313李伟硕士机电学院机械制造及其自动化6237蒋佳斌硕士机电学院机械制造及其自动化3514陶金硕士机电学院机械制造及其自动化0431陈凯硕士机电学院机械制造及其自动化3111李宜泽硕士机电学院机械制造及其自动化5530夏江硕士机电学院机械制造及其自动化153X郑鹏硕士机电学院机械制造及其自动化4810吴茂宁硕士机电学院机械制造及其自动化842X张心怡硕士机电学院机械制造及其自动化2758马越硕士机电学院机械制造及其自动化1116张立果硕士机电学院机械制造及其自动化2515张勋硕士机电学院机械制造及其自动化4616刘全新硕士机电学院机械制造及其自动化3938刘召朝硕士机电学院机械制造及其自动化6010田万杉硕士机电学院机械制造及其自动化0016王琛硕士机电学院机械制造及其自动化2214王俊硕士机电学院机械制造及其自动化6215叶鑫硕士机电学院机械制造及其自动化1791曹文见硕士机电学院机械制造及其自动化4815许超硕士机电学院机械制造及其自动化4518朱嘉澄硕士机电学院机械制造及其自动化094X张嘉倩硕士机电学院机械制造及其自动化5811谢天海硕士机电学院机械制造及其自动化8011顾嘉骏硕士机电学院机械制造及其自动化0010安书正硕士机电学院机械制造及其自动化6518雷高攀直博生机电学院机械制造及其自动化文章来源：文彦考研旗下南京航空航天大学考研网。
基于扩张状态观测器的永磁同步电机无传感器控制方法
ｔｈｅ ｕｎｃｅｒｔａｉｎ ｓｔａｔｅ ｏｆ ｂａｃｋ ｅｍｆ ａｓ ａ ｖａｒｉａｂｌｅ ｏｆ ＥＳＯ． Ｔｈｉｓ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｃａｎ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ， ａｃｃｅｌｅｒａｔｅ ｔｈ ｅ ｓｐｅｅｄ ｏｆ ｄｙｎａｍｉｃ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ａｎｄ ｅｎｈａｎｃｅ ｔｈｅ ａｎｔｉ—ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ａｂｉｌｉｔｙ． Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｓｉｍ— ｕｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔｓ，ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｃｈｅｍｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＥＳＯ ｈａｄ ｈｉｇｈｅｒ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ａｃｃｕｒａｃｙ
第 ５ｌ卷 第 １期 ２０１８ 正 １月
＇Ｉ｝知
Ｍ ＩＣＲ ＯＭ ０Ｔ０Ｒ Ｓ
Ｖｏ１．５１． Ｎｏ．１ Ｊａｎ．２０１８
基 于 扩 张 状 态 观 测 器 的 永磁 同步 电机 无 传 感 器 控 制 方 法
周 杨 ，汤 杰 ，盛 明磊。，张 涛。，刘 闯。
（１．中车南京浦镇车辆有 限公 司 ，南京 ２１１８９９；２．中国电子科技集 团公 司第二 十八研究所 ，南京 ２１０００７； ３．南京航空航 天大学 自动化学 院，南京 ２１００１６）
‘ ·
在恶劣工况下 的可靠性 ，降低 运行成本 ，研究与开 效应 ，取 非 线 性 反 馈 形 式 一』Ｂ。ｇ。（ｅ），使 系 统 （３） 发基于无位置传感器控制技术 Ｈ 的永磁 同步 电机 变成
航空发动机外形点云特征分割的训练集构建
图 ５ 部件族特征尺寸定义
生成部件族成员的数量ꎬ取决于所拥有的数据量ꎮ 打
开部件族成员的外部链接的 Ｅｘｃｅｌ 表格ꎬ如图 ６ 所示ꎮ 增
加部件族成员的编号ꎬ即可增加部件族成员的数量ꎮ 而之
的理论模型ꎬ并针对其中的特征设置可调参数ꎬ使得这些
前定义的每一个控制特征的尺寸都以单独一列进行表示ꎬ
而其余种类的外形特征ꎬ大部分附着在机匣之上ꎮ 图 １ 所示
为两台实际航空发动机的外形特征照片ꎮ
基金项目:国家自然科学基金项目(５２０７５２５８)
第一作者简介:文思扬(１９９５—) ꎬ男ꎬ湖南株洲人ꎬ硕士研究生ꎬ研究方向为数字化设计与制造ꎮ
Copyright©博看网. All Rights Reserved.
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信息技术
文思扬ꎬ等航空发动机外形点云特征分割的训练集构建
度增加ꎮ 根据之前所构建的不同根部件ꎬ可以生成更多含
不同航空发动机外形特征的理论模型ꎮ
图 ７ 部件族成员模型示意图
点云数据ꎬ是使用 Ｍｅｔｒｏ Ｓｃａｎ 对报废的实际发动机进行扫
ＷＥＮ Ｓｉｙａｎｇꎬ ＺＨＯＵ Ｌａｉｓｈｕｉꎬ ＹＡＮ Ｊｉｅｑｉｏｎｇꎬ ＨＵ Ｓｈａｏｑｉａｎ
(Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ Ｎａｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ ａｎｄ Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓꎬ Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００１６ꎬ Ｃｈｉｎａ)
关键词:逆向工程ꎻ航空发动机ꎻ点云分割ꎻ深度学习ꎻ训练集
中图分类号:ＴＰ３９１ 文献标志码:Ａ 文章编号:１６７１￣５２７６(２０２２)０５￣００８１￣０４
GPS姿态系统中周跳的检测及修复方法
GPS姿态系统中周跳的检测及修复方法
范胜林;秦岭;袁信
【期刊名称】《数据采集与处理》
【年(卷),期】2002(017)001
【摘要】讨论了利用GPS载波相位信号测量载体姿态中出现的周跳问题及解决方法.首先根据静态情况下GPS载波相位信号的特点提出了一种基于外推法的周跳检测和修复方法.在此基础上又用故障检测的原理提出了一种利用冗余双差载波相位观测量的周跳检测和修复方法,该方法可以应用于动态情况,其适用条件是要求相邻历元至少有4颗卫星锁定,并且整周模糊度已经固定.文中利用实测数据对提出的方法进行了验证,结果表明两种周跳检测及修复方法是有效的,在GPS姿态系统中,综合运用这两种方法可大大减少系统的初始化次数.
【总页数】4页(P50-53)
【作者】范胜林;秦岭;袁信
【作者单位】南京航空航天大学自动化学院,南京,210016;江苏无线电厂,南
京,210012;南京航空航天大学自动化学院,南京,210016
【正文语种】中文
【中图分类】V249;P22
【相关文献】
1.GPS三维姿态测量的周跳检测及计算 [J], 陈忠杰;刘亚非
2.GPS载波相位的周跳检测与修复分析 [J], 袁润平;王党卫;翟建勇;来毅
3.基于小波变换的GPS载波相位周跳检测与修复 [J], 赵军祥
4.基于三差解检测与修复GPS载波相位周跳新方法 [J], 袁洪;万卫星;宁百齐;李静年
5.GPS载波相位周跳检测和修复方法 [J], 范胜林;黄蓓蓓;袁信
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六自由度串联机器人运动优化与轨迹跟踪控制研究
六自由度串联机器人运动优化与轨迹跟踪控制研究一、本文概述随着工业自动化和智能制造的快速发展，六自由度串联机器人在许多领域，如汽车制造、航空航天、医疗手术等，都发挥着越来越重要的作用。
这类机器人具有高度的灵活性和精确的运动控制能力，能够完成复杂的空间轨迹跟踪任务。
然而，随着对机器人性能要求的不断提高，如何实现运动优化和轨迹跟踪控制成为了当前研究的热点问题。
本文旨在深入研究六自由度串联机器人的运动优化与轨迹跟踪控制问题。
文章将介绍六自由度串联机器人的基本结构和运动学模型，为后续的研究奠定理论基础。
然后，通过分析机器人的运动特性，研究如何优化其运动性能，以提高机器人的工作效率和稳定性。
在此基础上，文章将深入探讨轨迹跟踪控制算法的设计和实现，包括传统的控制方法和现代的控制策略，以期实现更精确的轨迹跟踪和更高的控制性能。
通过本文的研究，旨在为六自由度串联机器人的运动优化和轨迹跟踪控制提供理论指导和实际应用参考，推动机器人在工业自动化和智能制造领域的更广泛应用。
二、六自由度串联机器人运动学建模在探讨六自由度串联机器人的运动优化与轨迹跟踪控制之前，首先需要对机器人的运动学特性进行深入了解。
运动学建模是分析机器人运动的基础，它涉及机器人各关节之间的相对位置和姿态关系，以及末端执行器在三维空间中的运动轨迹。
六自由度串联机器人通常由多个刚体通过旋转或移动关节串联而成。
每个关节都具有一个或多个自由度，允许机器人在各个方向上移动或旋转。
为了建立机器人的运动学模型，需要确定各关节的几何参数和相对位置关系。
在建模过程中，通常采用D-H参数法（Denavit-Hartenberg参数法）来描述机器人的连杆和关节。
D-H参数包括连杆长度、连杆扭角、关节角度和关节偏距，通过这些参数可以唯一确定机器人的结构和姿态。
基于D-H参数，可以建立机器人的正运动学方程，该方程描述了机器人各关节变量与末端执行器位置和姿态之间的关系。
正运动学方程的求解通常涉及矩阵运算和坐标变换，通过这些计算可以得到末端执行器在基坐标系中的位置和姿态。