检索结果-内蒙古大学图书馆

电机与控制学报 2022年第5期26卷 37-45页

作者：钟再敏任举尹星同济大学汽车学院上海201804

基于传统集中参数建立数学模型的双三相永磁同步电机(PMSM),实际运行受气隙磁场非正弦、磁饱和等非线性因素影响的空间谐波特性难以进行准确描述,提出一种基于磁链重构的双三相PMSM分布参数建模方法。首先利用有限元数值分析(FEA)获得... 详细信息

基于传统集中参数建立数学模型的双三相永磁同步电机(PMSM),实际运行受气隙磁场非正弦、磁饱和等非线性因素影响的空间谐波特性难以进行准确描述,提出一种基于磁链重构的双三相PMSM分布参数建模方法。首先利用有限元数值分析(FEA)获得电机的磁链数值解。根据磁链的周期性特性,利用傅里叶级数展开及多项式拟合获得磁链的解析模型并得到基于分布参数的电压方程和电磁转矩模型。在不同工况下对比了分布参数电机模型与FEA模型的仿真结果,证明分布参数模型对电机转矩、磁链谐波特性描述的有效性。在此基础上,建立了基于分布参数模型的双三相PMSM的离线仿真系统并进行了台架实验,实验结果表明,分布参数模型能有效地对双三相PMSM空间谐波特性进行表征。

关键词：双三相永磁同步电机分布参数建模磁链重构傅里叶级数展开空间谐波特性有限元分析

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柔性机械系统分布参数建模及其控制的研究与进展

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信息与控制 2022年第2期51卷 142-156页

作者：季宁刘金琨北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191

近年来,柔性机械系统以其轻量化、低耗能、操作灵活等优势在航空航天、海底勘探、机器人、机械制造等领域得到了广泛关注,其建模和控制问题也成为了当今国内外学者研究的热点问题。在本文中,首先介绍了柔性机械系统的部分应用背景,紧接... 详细信息

近年来,柔性机械系统以其轻量化、低耗能、操作灵活等优势在航空航天、海底勘探、机器人、机械制造等领域得到了广泛关注,其建模和控制问题也成为了当今国内外学者研究的热点问题。在本文中,首先介绍了柔性机械系统的部分应用背景,紧接着汇总了柔性机械系统常见的分布参数建模方法、控制策略、控制方法以及实际工程问题。最后,对柔性机械系统分布参数建模与控制问题进行了总结,并对未来的研究方向进行了展望。

关键词：柔性机械系统分布参数建模控制策略控制方法振动抑制

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喷嘴挡板阀衔铁组件分布参数建模及振动抑制研究

喷嘴挡板阀衔铁组件分布参数建模及振动抑制研究

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作者：吕欣倍哈尔滨工业大学

学位级别：博士

电液伺服阀作为电液控制系统中关键的液压控制元件,被广泛应用于机器人、航空航天、制造、化工等工业领域中。喷嘴挡板伺服阀是液压伺服系统中常用的伺服阀种类之一,具有结构尺寸小、响应速度快等优点。然而,由于喷嘴挡板伺服阀结构复杂... 详细信息

电液伺服阀作为电液控制系统中关键的液压控制元件,被广泛应用于机器人、航空航天、制造、化工等工业领域中。喷嘴挡板伺服阀是液压伺服系统中常用的伺服阀种类之一,具有结构尺寸小、响应速度快等优点。然而,由于喷嘴挡板伺服阀结构复杂,衔铁组件在工作时受到电磁力、液动力及反馈力的耦合影响,伺服阀在工作过程中经常产生卡死或共振等问题,严重影响了伺服阀工作的稳定性,成为诱发伺服阀自激振荡与伺服控制系统失效的主要原因之一。本文针对伺服阀衔铁组件的自激振动现象,建立喷嘴挡板式电液伺服阀衔铁组件分布参数动态响应数学模型,采用试验与仿真相结合的方法研究衔铁组件柔性部件的模态信息和振动方式,分析不同外载荷作用下衔铁组件的动态响应特性。通过建立前置级流场液动力流固耦合动态模型,推导电磁力与液动力共同作用时的衔铁组件分布参数模型,研究液动力对衔铁组件的作用效果,为伺服阀自激振荡研究提供理论基础。基于弹簧管部件的结构特点与外载荷分布情况,提出针对弹簧管不同振动方向的分布参数模态分析方法,分别对不同弹簧管振动方式进行模态分析。针对获得的弹簧管模态信息,推导弹簧管不同振动方式的模态响应函数,以组建完整的弹簧管分布参数数学模型。基于弹簧管分布参数模型和其他衔铁组件的性能参数,提出完整衔铁组件的分布参数数学模型,建立了对应的数值模拟程序,并对不同载荷下衔铁组件不同位置的动态响应进行分析。针对已获得的弹簧管模态信息,使用有限元方法对弹簧管不同振动方式进行模态分析,并与弹簧管分布参数模型预测结果进行对比,以验证分布参数模型的预测结果。为验证衔铁组件分布参数数学模型,使用有限元模拟仿真、试验和经典模型相结合的方法,对衔铁组件不同外载荷作用下的动态响应特性进行分析,对比不同方法获得的衔铁组件动态特性,确定弹簧管振动及分布参数数学模型的计算方式。为进一步完善衔铁组件分布参数数学模型,针对前置级流场中流固耦合现象诱发的液动力,使用有限元法建立前置级流场的数值仿真模型,研究不同边界条件对前置级流场流动特性、气穴分布特性和液动力变化规律的影响,建立不同边界条件、挡板动态位置与液动力数值的对应关系。基于这一对应关系,推导包含液动力的衔铁组件分布参数数学模型,分析液动力对衔铁组件运动的影响。同时,采用试验与半经验公式方法观测了前置级流场气穴分布特性及液动力变化特性,并将结果与流固耦合模拟模型预测结果进行比较,对仿真结果进行验证。基于衔铁组件分布参数数学模型,提出了一种基于前馈方法的衔铁组件振动抑制方法,针对不同外载荷作用下的衔铁组件动态响应特性进行振动抑制分析,比较了不同前馈抑制信号的振动抑制效果。同时,使用有限元和试验方法对施加前馈抑制信号的衔铁组件动态特性进行分析与测试,并与分布参数模型预测结果进行比较,对前馈振动抑制方法进行验证。

关键词：喷嘴挡板伺服阀分布参数建模流固耦合前馈振动抑制

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基于燃烧检测的电站锅炉分布参数建模与仿真研究

基于燃烧检测的电站锅炉分布参数建模与仿真研究

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作者：初云涛华中科技大学

学位级别：博士

锅炉是火电机组中最重要的部件之一,锅炉安全一直以来都是具有重大实用价值的研究课题。壁温、热流、质量流速等热力参数是影响锅炉安全性的重要因素,这些热力参数在锅炉受热面上的分布是不均匀的,常用的热电偶、热流计等只能逐点测量,... 详细信息

锅炉是火电机组中最重要的部件之一,锅炉安全一直以来都是具有重大实用价值的研究课题。壁温、热流、质量流速等热力参数是影响锅炉安全性的重要因素,这些热力参数在锅炉受热面上的分布是不均匀的,常用的热电偶、热流计等只能逐点测量,难以实现实时的、分布式的检测,从而不能全面评价机组的安全性。本文在对烟气传热、工质流动等物理过程分析的基础上,利用实时的炉内三维温度场以及颗粒黑度等燃烧检测信息,开展了电站锅炉分布参数建模的研究,获得的模型可全面反映锅炉热力参数分布特性。同时,针对目前用于动态特性分析及控制系统研究的锅炉简化模型由于普遍忽略各控制系统相互影响而精度不高的现状,从复现水位控制系统、主汽温度控制系统对负荷压力特性的实际影响出发,对汽包锅炉简化建模方法进行了探讨。本文开展的研究工作和创造性成果如下: 考虑水位控制系统及主汽温度控制系统对负荷压力特性的影响,开展了汽包锅炉简化建模的研究。利用系统压力变动焓的概念把锅炉给水量与减温水量的影响引入汽包锅炉简化模型,该模型体现了控制系统间的耦合关系。同时,提出了一种新的水位控制系统和过热汽温控制系统前馈信号,可更好的削弱耦合回路的影响,进一步改善控制效果。开展了基于三维燃烧检测的蒸发系统分布参数建模的研究。利用燃烧检测系统提供的实时的炉内三维温度场和颗粒相黑度,计算水冷壁的二维热流分布。同时提出用火焰黑度修正系数对黑度进行修正,以反映气体辐射和对流对炉膛传热的影响。考虑了汽包水空间含汽对水位的影响,同时注意到代表过热系统阻力特性的汽包出口蒸汽流量方程系数随负荷变化,提出一种根据汽包压力和汽机调门开度计算该系数的经验公式。利用蒸发系统分布参数模型进行仿真,结果表明该模型不仅可以准确反映汽包压力、水位以及汽包出口蒸汽流量的动态特性,而且还可全面反映热流、壁温、质量流速等参数的二维分布特性,从而为有效评价锅炉蒸发系统安全性和可靠性提供了重要依据。利用蒸发系统分布参数模型对水冷壁水循环特性进行了仿真研究。结果表明,相对于其它因素,上升管管径和水冷壁热负荷偏差对水冷壁流量偏差有重要影响。存在上升管管径的最优设计值,在该管径下,机组可以有效适应热负荷、汽包压力、给水比焓等运行条件的变化,保持较好的水循环状态。当上升管管径等结构参数确定时,锅炉在较高汽包压力、较低给水比焓以及适当大循环泵增压的工况下运行,流量偏差小同时质量流速大,最有利于水循环。开展了过热系统分布参数建模的研究。根据热量来源,对过热系统传递的能量进行分类,并利用烟窗把各种类型的传热归结到一个封闭的系统内,进而建立了一种形式统一的过热系统分布式传热模型。在前人对三通集箱静压分布研究的基础上,考虑了宽度方向热负荷不均匀性对集箱静压以及并联管组流量分配的影响,得到了并联管组流量分配的热态模型。在此基础上,获得了过热系统/再热系统的分布参数模型,并通过仿真验证了模型的有效性。该模型在揭示过热系统和再热系统的同屏热力参数分布特性以及屏间热力参数分布特性方面具有独特的优越性。利用过热系统/再热系统分布参数模型对过热器和再热器壁温分布特性进行了仿真研究。结果表明:对于U型布置的后屏过热器及屏式再热器,高度方向烟温偏差较小时,外侧管圈存在出口段和水平段两个高壁温区域,内侧管圈则仅存在出口段一个高壁温区域。随着烟气偏差的增大,各管圈出口段壁温下降,而水平段壁温显著升高。对于蛇形布置的高温过热,当烟气偏差较小时,壁温最高点位于管圈尾部上升段内。随着烟气偏差的增大,壁温最高点由出口逆工质流程向管屏下部移动。这些结论可为锅炉的设计优化及运行优化提供有益的指导。

关键词：电站锅炉分布参数建模非线性模型燃烧检测水循环特性壁温特性

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面向对象的热流体系统分布参数建模研究

面向对象的热流体系统分布参数建模研究

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作者：刘炜华中科技大学

学位级别：硕士

流体流动和传热的物理现象在大自然中随处可见,基于其原理的热流体系统在工业生产和日常生活中发挥着不可替代的作用。建模仿真技术与传统的理论法、实验法相辅相成,已经成为热流体系统研究和设计中一项不可或缺的支撑工具。目前,主流... 详细信息

流体流动和传热的物理现象在大自然中随处可见,基于其原理的热流体系统在工业生产和日常生活中发挥着不可替代的作用。建模仿真技术与传统的理论法、实验法相辅相成,已经成为热流体系统研究和设计中一项不可或缺的支撑工具。目前,主流的热流体系统建模仿真工具或不能完全支持多领域协同建模,或无法胜任物理建模,复杂耗时,或模型不开放,缺乏统一表达,重用性、扩展性较低,或不利于知识的积累维护。Modelica是面向对象的通用建模语言,已成为全球复杂多领域耦合系统仿真的主流解决方案,正好能够克服这些局限。将Modelica技术应用于热流体系统是大势所趋,具有重要的意义。至今,Modelica不支持偏微分方程(Partial Differential Equation,PDE)的表达,也无完善的Modelica两相流模型,这严重限制了Modelica在热流体领域的应用。针对上述问题,本文基于Modelica技术体系,重点研究面向对象的热流体系统分布参数建模的基本理论和应用途径,关键内容如下:通过研究和分析热流体系统的基本物理原理,重点推导出单相流和两相流的一维流动和传热过程的通用控制方程。针对Modelica的描述特点和数值求解特性,对控制方程进行变换,获得适合构建Modelica模型的控制方程。采用有限体积法(Finite Volume Method,FVM)的思想,将PDE离散和转换为Modelica能够直接表达的微分代数方程(Differential Algebraic Equation,DAE)。提出了Modelica表达热流体系统PDEs的通用方法,以Fluent模型为参考,验证表明此方法具有合理的有效性。详细分析Modelica建模的原理和特点,同时考虑热系统建模本身的需求,研究面向对象思想、系统分解原则、接口设计机制、物理细节水平的选取、方程的陈述式表达。归纳出面向对象的物理建模方法,为热流体系统分布参数模型的设计和构建提供指导原则。利用Modelica设计和构建一套两流体模型的架构及其基础模型,并实现一个能够适用于一定应用范围的两流体模型。凭借Modelica的优良特性,两流体模型具有很高的可扩展性和重用性。建立蒸发器模型,开展了两相流重要特性的分析和研究。开展某型号液体火箭发动机系统在典型工况下的动态特性仿真分析。归纳液体火箭发动机的运行规律和设计原则,验证设计方案的性能。结果表明本文研究成果具有重要的应用价值,能够为液体火箭发动机系统的设计提供有效的仿真工具。

关键词：热流体系统 Modelica语言有限体积法分布参数建模两流体模型液体火箭发动机

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基于磁共能重构的电励磁同步电机分布参数建模方法

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微特电机 2019年第12期47卷 8-12页

作者：尹星钟再敏周水华李俊杰同济大学汽车学院

准确的数学模型是电机控制的基础和前提条件,现有的电励磁同步电机(EESM)的集中参数数学模型难以描述电机在运行过程中的谐波及非线性特性,研究了一种基于磁共能重构的电励磁同步电机的分布参数建模方法。利用有限元数值分析(FEA)电机... 详细信息

准确的数学模型是电机控制的基础和前提条件,现有的电励磁同步电机(EESM)的集中参数数学模型难以描述电机在运行过程中的谐波及非线性特性,研究了一种基于磁共能重构的电励磁同步电机的分布参数建模方法。利用有限元数值分析(FEA)电机磁共能数据,通过对磁共能进行傅里叶级数展开及多项式拟合,获得能准确描述磁共能变化的数值解析模型。利用虚位移原理,建立了EESM的磁链、电磁转矩及电压方程的分布参数模型。对所得分布参数电机模型与FEA模型在变工况情况下进行了对比,结果表明了EESM分布参数模型在描述电机转矩、磁链谐波特性方面的准确性,为基于模型的电机控制提供了理论基础。

关键词：电励磁同步电机磁共能分布参数建模有限元数值分析谐波特性

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磁力耦合涡激弯扭振动压电俘能器建模与实验研究

磁力耦合涡激弯扭振动压电俘能器建模与实验研究

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作者：张慧荣山东理工大学

学位级别：硕士

随着传统化石能源的不断消耗以及所带来环境污染问题的日益加剧,发展清洁能源技术成为近年研究热点。其中,风能具有环保无污染,分布范围广泛,可持续性再生等优点受到学术界和工业界研究人员的广泛关注,而采用高效的风能发电技术可以广... 详细信息

随着传统化石能源的不断消耗以及所带来环境污染问题的日益加剧,发展清洁能源技术成为近年研究热点。其中,风能具有环保无污染,分布范围广泛,可持续性再生等优点受到学术界和工业界研究人员的广泛关注,而采用高效的风能发电技术可以广泛应用于航空、航天领域的微机电系统供电,为解决传统电池和远距离线缆供电的弊端提供了一种新的思路,极大地降低了设备维护成本。目前,应用较为广泛的能量转换机制有压电式、电磁式、摩擦电式,其中压电式转换机制由于其能量密度高、不发热、无电磁干扰、易于集成化等优点被广泛应用于各种风能俘能器。目前研究的风能压电俘能器普遍存在工作频带较窄,输出功率有限,极大地限制了其应用范围。为了提高俘能器的输出功率和环境适应能力,本文首先对磁力耦合弯扭振动压电俘能进行理论分析,提出一种振动激励下磁力耦合弯扭振动压电俘能器,建立俘能系统的分布参数数学模型,通过实验验证数学模型的正确性。依据分布参数数学模型特性,进行数值仿真分析俘能器结构参数对输出功率的影响,并重点分析磁力对输出性能和俘能系统稳态的影响。最后,得出弯扭压电俘能器在磁力耦合作用下对拓宽俘能频带和提高功率输出方面有促进作用。在理论分析磁力耦合对弯扭振动压电俘能器的作用后,针对气流绕圆柱钝体产生旋涡脱落现象而引起的结构体振动现象,本文提出一种磁力耦合涡激弯扭振动压电俘能器。具体结构为压电梁一端固定,另一端与圆柱连接,在圆柱底部端面中心处内嵌永磁铁,并在正下方放置固定磁铁。值得注意的是,圆柱轴线与压电梁轴线存在偏置距离,由此引发压电梁同时产生弯扭复合运动。通过分析俘能器的动能、势能和虚功,并结合流体力学、材料力学、弹性力学等理论得出俘能系统的分布参数数学模型,进行数值求解。本文利用数值仿真分析磁力耦合涡激弯扭振动压电俘能器的非线性磁力、圆柱长度和直径、压电梁参数和外接电阻等参数对输出功率、振动位移、扭转角度的影响。数值分析结果表明通过调节磁铁之间的距离、圆柱的长度和直径、压电梁的宽度等参数,可以获得较宽的有效风速带宽和较高的输出功率,能极大提高俘能器的环境适应能力。为了验证磁力耦合涡激弯扭振动压电俘能器数学模型的正确性,制作实验样机,搭建直流式风洞实验测试平台,并结合数据采集和分析软硬件设备对实验样机进行测试。通过对比实验数据与数值仿真分析结果,得到二者吻合程度达到95%以上,最终得出磁力耦合涡激弯扭振动压电俘能器数学模型是正确的。

关键词：风致振动压电俘能弯扭振动分布参数建模

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超临界直流锅炉水冷壁流动阻力研究

超临界直流锅炉水冷壁流动阻力研究

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作者：邓彦翔华中科技大学

学位级别：硕士

超临界直流锅炉水冷壁的运行状况直接关系到机组运行的安全，其中水冷壁的流动阻力特性是重要因素之一。目前针对水冷壁流动阻力主要是实验研究，而以实际锅炉为对象的研究很少。本文对实际电站锅炉的水冷壁流动阻力进行了研究。超临界... 详细信息

超临界直流锅炉水冷壁的运行状况直接关系到机组运行的安全，其中水冷壁的流动阻力特性是重要因素之一。目前针对水冷壁流动阻力主要是实验研究，而以实际锅炉为对象的研究很少。本文对实际电站锅炉的水冷壁流动阻力进行了研究。超临界工况下，水冷壁内工质的密度、比热、动力粘度等物性参数在拟临界点附近变化剧烈，且水冷壁为单侧受热，在计算流动阻力时，需要考虑是否存在大密度径向梯度区。本文利用CFD软件对超临界工况下水冷壁内的工质密度分布进行了数值模拟研究，结合电厂的实际运行数据，证明了所研究对象水冷壁内的工质不存在大密度径向梯度区域。在计算流动阻力时，各个网格内可采用单相的阻力公式计算。在上述研究的基础上，利用受热面吸热经验公式和炉内温度场模型分别对两种不同类型的超临界直流锅炉的水冷壁进行了流动阻力的分布参数建模。结果表明，不同布置方式的水冷壁，各阻力所占比重不同：垂直式水冷壁呈现正流量响应特性，而螺旋盘绕式水冷壁呈现出负流量响应特性。研究发现，水冷壁内流动阻力在温度均匀变化时，在拟临界点附近会出现剧烈变化；而在实际的工况下，水冷壁内的流动阻力随炉膛高度变化平缓，因此超临界直流锅炉水冷壁的流动阻力不仅受到临界现象的影响，同时还受到炉膛内实际的热负荷分布的影响。本文所建立的水冷壁流动阻力分布参数模型以及所得到的结果，对于超临界锅炉的设计和运行具有一定的指导意义。

关键词：超临界直流锅炉水冷壁流动阻力数值模拟分布参数建模

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