刘虎 作品数:14 被引量:95 H指数:7 供职机构: 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院 更多>> 发文基金: 国家自然科学基金 国家重点基础研究发展计划 国防科技技术预先研究基金 更多>> 相关领域: 航空宇航科学技术 机械工程 自动化与计算机技术 更多>>
基于BM3803+FPGA的磁悬浮飞轮磁轴承控制器的设计与实现 被引量:4 2011年 磁悬浮飞轮是卫星进行高精度姿态控制的理想执行机构,BM3803作为国内具有自主产权的SPARC V8构架的空间处理器,具有高可靠性、可移植性、可扩展性等特点,为了提高空间用磁悬浮飞轮控制系统的可靠性和灵活性,对基于BM3803的磁轴承数字控制器进行研究。首先,对磁轴承系统进行建模,并选择合适的控制策略。接着,提出了一种基于BM3803+FPGA的磁轴承数字控制器方案。然后,搭建了实验系统并测试系统的实际性能。经理论分析,基于BM3803+FPGA的磁轴承控制器相对基于DSP+FPGA的控制器失效率降低了30%,实验结果表明新的系统功耗降低10%,在磁悬浮飞轮工作转速范围内,飞轮转子跳动量小于18μm,达到了较高的控制精度。 程炳琳 刘虎 刘刚关键词:磁悬浮飞轮 主动磁轴承 磁悬浮飞轮位移传感器谐波扰动的主动抑制 被引量:12 2015年 针对磁悬浮飞轮转子位移传感器谐波噪声引起的多频扰动问题,提出了一种基于级联相移陷波器的全转速自适应控制方法。首先根据多频扰动特性,构造分级的自适应相移陷波器,每级陷波器对应一个陷波频率;然后,将陷波器级联,分别设置相角补偿矩阵解决闭环控制回路在全转速范围内的稳定性问题。最后,以五自由度磁悬浮飞轮为实验对象进行实验验证,实验结果表明,所提出算法能够在全转速范围内有效地抑制谐波扰动。 张激扬 陈宗基 刘虎关键词:磁悬浮飞轮 新型永磁偏置轴向磁轴承的磁力特性 被引量:22 2010年 研究一种集成转子径向扭转与轴向平动控制功能的新型永磁偏置轴向磁轴承的磁力特性,以解决磁轴承系统的轴向尺寸和精度之间的矛盾。采用等效磁路法进行磁轴承的磁路建模,在建立磁极气隙表达式的基础上采用积分型方法进行磁阻计算以提高计算精度,并根据磁路模型给出磁轴承磁力的积分型计算公式,得到轴向磁轴承闭环系统的磁力特性曲线。对某飞轮用磁轴承系统的分析表明:磁轴承磁力与磁极气隙和控制电流间具有良好的线性关系,且各控制通道近似解耦,与典型磁轴承结构相比,利于磁轴承系统控制精度的提高和轴向尺寸的减小,适用于磁悬浮飞轮系统。 刘虎 房建成关键词:轴向磁轴承 永磁偏置 等效磁路 磁悬浮刚性转子系统振动机理分析与动力学建模 被引量:16 2014年 磁悬浮惯性执行机构采用磁轴承支承,可通过主动控制实现极微振动,但磁悬浮惯性执行机构仍存在频谱分量丰富的振动.首先在转子动静不平衡和Sensor Runout振动机理分析的基础上,重点分析了Magnet Runout产生振动机理;然后,建立包含多振动源的系统动力学建模,并将整个动力学模型分解为平动和转动子系统,分析表明转子动静不平衡、Sensor Runout和Magnet Runout是通过不同的途径产生振动,不仅产生同频振动还包含倍频振动;最后,提出磁悬浮刚性转子系统主动振动控制的要求,为以后的主动振动控制研究奠定基础. 房建成 张会娟 刘虎关键词:主动振动控制 转子不平衡 RUNOUT 磁悬浮飞轮用嵌环式永磁偏置径向磁轴承 被引量:6 2011年 为满足航天用扁平转子磁悬浮飞轮对低功耗磁轴承的需求,提出一类同极性嵌环式永磁偏置径向磁轴承(Radial permanent-magnet-biased magnetic bearing,RPMB),旋转损耗低,工作气隙径向内外双环、轴向同层分布,径向磁力为平面汇交力系,具有磁极轴向短、可灵活设计的独特优势。根据全主动、主被动两类磁悬浮飞轮的不同需求,采用磁路分析与有限元仿真的方法,对磁极对齐型、磁极交错型、磁极偏置型三种嵌环式RPMB进行了有针对性的分析与设计,所设计的全主动磁悬浮飞轮,具有轴向长度短、质量小、精度高的优点;所设计的两轴主动磁悬浮飞轮,经优化设计,具有高被动刚度、高电流刚度、电流刚度高稳定性的优点。 王曦 房建成 樊亚洪 刘虎 王春娥 文通 孙津济关键词:磁悬浮飞轮 永磁偏置磁轴承 刚度 容错 磁悬浮飞轮滑模变结构主动振动控制研究 2013年 通过对不平衡扰动力作用下的磁轴承-转子系统进行建模,针对磁悬浮飞轮转子不平衡量引起的同频扰动,采用滑模变结构扰动观测器对不平衡扰动力和力矩进行观测。为得到低阶观测器,采用二阶跟踪微分器估计位移传感器输出信号的微分,得到传感器速度信号。将滑模观测器的输出引入磁轴承控制器,对观测得到的同频不平衡扰动力和力矩进行补偿。仿真结果表明,采用滑模变结构观测器可观测飞轮转子不平衡力和力矩,利用磁轴承控制器实现了对飞轮转子不平衡扰动的补偿。 田希晖 刘虎关键词:磁悬浮飞轮 磁轴承 振动控制 磁悬浮飞轮微振动特性及其主动振动控制方法研究 被引量:4 2014年 为了进一步减小磁悬浮飞轮的振动力和力矩,建立并分析了一种特殊结构的磁悬浮飞轮的微振动模型,并利用微振动测量平台、数据采集分析硬件和软件,通过试验测量了磁悬浮飞轮6个自由度的振动力和力矩.分析其时域特性和频域特性,其振动特性图(瀑布图)显示了径向两个平动方向X和Y的振动力主要是同频分量、倍频分量以及模态量,其中同频分量较为明显.利用开闭环自适应陷波,分别对X、Y两个方向的振动力进行主动振动控制,取得了较好的控制效果,使得两个方向的振动力的同频量显著下降. 孟猛 樊亚洪 张激扬 刘虎 邓晓楠关键词:磁悬浮飞轮 微振动 主动振动控制 自适应陷波器 飞轮扰振特性及振动控制方法 被引量:9 2014年 航天器高精度稳定平台要求飞轮在工作转速范围内的干扰力尽可能低,因此需要对飞轮本身固有的扰振力进行有效抑制,一般对机械飞轮采用被动振动隔离方法,而对磁悬浮飞轮采用主动振动控制方法.分别介绍机械飞轮和磁悬浮飞轮的微振动特性,分析其扰振产生的原因,阐述振动隔离以及振动控制原理,并通过测试系统对现阶段振动抑制效果进行了说明. 张激扬 刘虎 王虹 罗睿智 陈宗基关键词:飞轮 微振动 主动振动控制 基于位移信号的磁悬浮飞轮转速估计 被引量:6 2020年 针对测速传感器故障情况下磁悬浮飞轮不平衡振动抑制所需的高精度的转速信息的提取,提出了一种通过预先提取转子位移信号和转速信号构建BP神经网络模型,从而通过位移信号实时估计转速的方法;通过MATLAB/Simulink构建了磁悬浮飞轮系统模型,以仿真得到的位移和转速数据训练出一个神经网络模块,以此实时估计转速,得到恒速和变速两种情形下的转速估计结果,并与测速传感器获得的转速进行比较。仿真和实验结果证明,该转速估计方法在恒速和变速时均估计效果良好,实验估计误差不超过20 r/min。 刘虎 杨振鹏 武登云关键词:磁悬浮飞轮 转速估计 BP神经网络 基于磁悬浮动量轮微框架能力的卫星滚动—偏航姿态稳定控制研究 被引量:14 2010年 研究基于磁悬浮动量轮的微框架能力进行卫星的滚动-偏航姿态稳定控制问题。在考虑卫星轨道角速度的条件下,建立了磁悬浮动量轮转子和卫星姿态动力学方程,设计了一种不使用偏航姿态敏感器的卫星滚动-偏航姿态控制器。该控制器由内、外两个控制回路组成,其中:外环控制回路根据滚动姿态敏感器输出的卫星姿态角信息产生转子外框角-内框角的参考值;内环控制回路控制转子外框角-内框角的稳定,并通过控制转子外框角-内框角跟随外环回路给定的参考值变化实现动量轮转子角动量方向的变化,与卫星进行角动量交换。对所设计的控制器进行了稳定性分析,通过仿真进一步验证了其有效性,在给定扰动和不使用偏航敏感器的条件下,偏航角的精度和稳定度分别优于0.08°和0.0001°/s。 刘虎 房建成 刘刚关键词:磁悬浮 动量轮 卫星