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电机与控制学报 2023年第9期27卷 148-156页

作者：曹永娟顾迪冯亮亮张伟李康毛瑞南京信息工程大学自动化学院江苏南京210044 江苏省大气环境与装备技术协同中心江苏南京210044

为了实现小型风力发电机的高性能及微风启动,将3D打印赛钢塑料与混合Halbach阵列、模块化弹性定子铁心结合,提出一种无磁轭模块化轴向磁通风力发电机。根据设计要求,分析不同材料的重量,确定了电机的初步方案。在目标约束的基础上,以感... 详细信息

为了实现小型风力发电机的高性能及微风启动,将3D打印赛钢塑料与混合Halbach阵列、模块化弹性定子铁心结合,提出一种无磁轭模块化轴向磁通风力发电机。根据设计要求,分析不同材料的重量,确定了电机的初步方案。在目标约束的基础上,以感应电动势波形畸变率为主要偏好,感应电动势、齿槽转矩为次要偏好进行优化设计。采用了改进的多目标遗传优化算法及响应面法对电机进行了多目标偏好优化,并与无偏好的优化结果对比,体现了偏好优化的优势。最后,通过有限元仿真及样机实验验证该电机性能。

关键词：轴向磁通发电机设计 3D打印赛钢塑料模块化弹性定子铁心多目标偏好优化响应面法多目标遗传优化算法

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无磁轭轴向磁通风力发电机优化设计及热分析

无磁轭轴向磁通风力发电机优化设计及热分析

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作者：顾迪南京信息工程大学

学位级别：硕士

近年来,随着国际社会对能源转型发展和环境污染防治问题的重视,全球风电产业迅速发展。小型风力发电系统是风电产业的重要组成部分,因其成本低、环境适应力强和可靠性高等优点,具有广阔的发展前景。为实现小型风力发电机的高性能及微风... 详细信息

近年来,随着国际社会对能源转型发展和环境污染防治问题的重视,全球风电产业迅速发展。小型风力发电系统是风电产业的重要组成部分,因其成本低、环境适应力强和可靠性高等优点,具有广阔的发展前景。为实现小型风力发电机的高性能及微风启动,本文将3D打印赛钢塑料与混合Halbach永磁阵列、模块化定子铁芯结合,提出了一种无磁轭轴向磁通风力发电机(Yokeless axial-flux wind generator,YAFWG),主要研究内容如下: 首先,介绍YAFWG的拓扑结构和运行原理,并推导其功率尺寸方程。根据技术指标要求,完成电机初始方案设计,并分析采用不同材料的电机重量,体现了YAFWG的轻质化。通过有限元法分析电机的基本电磁性能,验证了电机设计的有效性。其次,为提高电机性能,本文采用响应面法和多目标遗传优化算法对YAFWG进行多目标偏好优化设计。结合功率尺寸方程和参数灵敏度分析,选择优化变量,确定优化目标及其偏好系数。通过响应面模型评估,建立了适合求解的高阶响应面模型。并在此基础上,分析不同偏好和无偏好的优化结果,体现了多目标偏好优化方法的优越性。利用有限元法比较高阶响应面法和多目标遗传优化算法的优化结果,最终获得了电机的优选设计方案。然后,对优选方案电机进行额定工况下的温度场校验。根据轴向磁通永磁电机的结构特点,选择计算流体力学法进行温度场分析。采用有限元法计算电机各部分损耗,并将其作为热源导入流固耦合模型进行稳态温度场求解。计算结果表明,各部分温度均在合理范围内,电机能够安全运行。最后,根据优选方案制造样机,并搭建实验平台进行性能测试。测试结果与仿真分析结果基本一致,验证了YAFWG理论分析的正确性和多目标偏好优化设计的有效性。

关键词：轴向磁通风力发电机多目标优化响应面法多目标遗传优化算法温度场

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盆架型压电平面电机响应面法动力学特性优化

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噪声与振动控制 2022年第4期42卷 38-45页

作者：王哲逸李冀李晨捷龙玉繁贺红林南昌航空大学航空制造工程学院南昌330063

为解决压电电机定子在设计过程中存在的定子结构尺寸难以拟定、驱动足激励变形难以最大化以及进行多目标设计时难以求得全局最优解等问题,以盆架型压电电机定子为研究对象,在以有限元法构造定子参数化模型的基础上,利用模态置信准则(mod... 详细信息

为解决压电电机定子在设计过程中存在的定子结构尺寸难以拟定、驱动足激励变形难以最大化以及进行多目标设计时难以求得全局最优解等问题,以盆架型压电电机定子为研究对象,在以有限元法构造定子参数化模型的基础上,利用模态置信准则(modal Assurance Criterion,MAC)进行定子工作模态的筛选与捕获,采用中心复合设计法(Central Composite Design,CCD)生成采样计算点,结合克里金法(Kriging Method)搭建相关特征结构尺寸参数的响应面优化模型,并运用多目标遗传优化算法(Non-dominated Sorting Genetic Algorithm-Ⅱ,NSGA-Ⅱ)在基于响应面模型所得的设计空间内进行最优解的全局搜索。通过定子谐响应分析得到弯-纵振频差相对于“试凑法”所得结果下降30%,且无明显干扰模态,由此验证了优化模型的正确性。瞬态分析结果表明定子驱动足的x方向位移为6.4μm,y方向位移为5.48μm,z方向位移为6.16μm,各相位移均有明显增长。说明根据优化设计得到的定子驱动足位移更大,三相工作模态更接近,电机运行更加平稳。

关键词：振动与波压电平面电机响应面模型多目标遗传优化算法结构动力学优化

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基于集成化设计的自激振荡磁通门直流传感技术研究

基于集成化设计的自激振荡磁通门直流传感技术研究

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作者：袁尧鑫温州大学

学位级别：硕士

“双碳”战略背景下,供配电网络的能效管控技术发展对低压电器产业提出了智能化的需求,高精度的集成化传感技术是实现能效管控的基础。自激式磁通门传感器作为直流传感方案中的一种,具有较高的稳定性与精度,但体积较大是限制其集成化的... 详细信息

“双碳”战略背景下,供配电网络的能效管控技术发展对低压电器产业提出了智能化的需求,高精度的集成化传感技术是实现能效管控的基础。自激式磁通门传感器作为直流传感方案中的一种,具有较高的稳定性与精度,但体积较大是限制其集成化的关键因素。现有磁通门传感器多用于计量校准,其精度较高但体积过大,在智能电器应用中无法满足集成化要求。本文结合自激式磁通门开环传感系统数学模型与多目标遗传优化算法给出优化方案,解决集成化设计过程中由磁芯探头缩小后导致的易饱和、线性测量范围较小等问题。在此基础上进行多磁芯绕组的闭环系统设计,成功实现了高精度、宽量程、小体积的直流电流传感器样机研制。首先,本文详细分析了自激振荡磁通门传感器的工作原理与工作状态,并分别构建了基于反正切与磁滞反正切拟合的传感器开环系统平均电流模型,为后续优化目标函数的确定提供了理论基础。随后,在开环系统数学模型的基础上,本文利用最小二乘法求解开环系统线性度函数表征精度目标,利用工程试验法求解探头外径表征探头尺寸目标。后对系统参数进行降维处理,分析并筛选出待优化的参数,依据实际工况与原理可行性进行约束设定。将目标函数与约束函数带入多目标遗传算法中,求解出开环系统的Pareto最优解集,并利用Multisim仿真软件对优化方案与其余方案进行比较,验证了优化结果的可靠性与精确性。最后,本文在开环系统的基础上搭建了闭环系统,对其电路原理,传递函数以及误差模型进行了深入的分析,并进行了各部分电路设计。为验证方案可靠性,搭建了开环与闭环仿真系统以及开环与闭环实物样机,利用标准源组成的样机试验系统进行性能测试。仿真与实验结果相匹配,性能达到预期要求,验证方案可行性与仿真的可靠性。试验结果表明,闭环传感器样机相较于相近量程的LEM cab系列,在保证线性度的前提下,探头外径仅为45.79mm,缩减25%,精度优于国标0.2级要求,满足630A智能塑壳断路器电流量测需求。

关键词：自激振荡磁通门集成化多目标遗传优化算法多磁芯绕组闭环设计

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面向配用电的集成化自激磁通门直流电流传感器设计

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电器与能效管理技术 2022年第7期 41-49页

作者：袁尧鑫陈威温州大学电气与电子工程学院浙江温州325027 温州大学乐清工业研究院浙江温州325699

“双碳”背景下,供配电网对智能电器提出了集成化的高精度电流测量需求。针对现有设备无法同时满足精度、量程与体积约束等问题,基于自激式磁通门设计多磁芯结构的电流传感器,解决有限空间内磁芯小导致的易饱和、线性测量范围较小等问... 详细信息

“双碳”背景下,供配电网对智能电器提出了集成化的高精度电流测量需求。针对现有设备无法同时满足精度、量程与体积约束等问题,基于自激式磁通门设计多磁芯结构的电流传感器,解决有限空间内磁芯小导致的易饱和、线性测量范围较小等问题。构建传感系统基于反正切磁化拟合曲线的平均激磁电流模型,采用多目标遗传算法,以体积和精度为目标优化结构与电磁参数。在此基础上进行三磁芯四绕组的闭环样机试制。测试结果表明,样机相较于LEM的cab产品,保证线性度,同时外径缩减25%,精度优于国标0.2级要求,量程满足断路器量测需求。

关键词：自激式磁通门非线性模型多目标遗传优化算法多磁芯闭环系统

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空调管路参数敏感性分析及优化设计研究

空调管路参数敏感性分析及优化设计研究

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2020年中国家用电器技术大会

作者：邓培生李越峰邱名友四川长虹空调有限公司

基于参数化思想建立空调四通阀管路参数化模型,采用Ansys Workbench中参数敏感性分析方法分析管路设计参数对振动应力响应的敏感性,获得管路参数对仿真结果的敏感度及影响方向;在敏感性分析的基础上采用MOGA多目标遗传优化算法对管路参... 详细信息

基于参数化思想建立空调四通阀管路参数化模型,采用Ansys Workbench中参数敏感性分析方法分析管路设计参数对振动应力响应的敏感性,获得管路参数对仿真结果的敏感度及影响方向;在敏感性分析的基础上采用MOGA多目标遗传优化算法对管路参数进行优化设计,获得管路优化设计候选方案,试验验证结果表明管路振动应力改善明显,寻优方案大幅降低了管路振动应力水平。该方法的提出为企业解决变频空调管路振动噪声问题提供一种全新设计思路。

关键词：参数化敏感性多目标遗传优化算法优化设计

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新订单随机到达下的虚拟单元重构与重调度

新订单随机到达下的虚拟单元重构与重调度

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作者：余义江苏科技大学

学位级别：硕士

随着市场需求的动态多变,多品种、小批量的订单式生产(Make-to-order manufacturing,MTO)已经成为制造业发展的主流。虚拟单元生产系统(Virtual Cellular Manufacturing System,VCMS)(下文简称虚拟单元)是从成组技术以及传统单元制造基... 详细信息

随着市场需求的动态多变,多品种、小批量的订单式生产(Make-to-order manufacturing,MTO)已经成为制造业发展的主流。虚拟单元生产系统(Virtual Cellular Manufacturing System,VCMS)(下文简称虚拟单元)是从成组技术以及传统单元制造基础上发展起来的一种先进生产方式。当前的市场需求呈现交货期短、动态性强的特征,采用虚拟单元生产方式能够有效地提高生产制造柔性及敏捷性。而从目前的研究来看,对于虚拟单元动态重构与重调度问题的研究都简化为静态的重构与重调度来处理,对于随机动态扰动因素的影响考虑不足,这与实际生产明显不符。因此,本文以新订单随机到达条件下对虚拟单元重构与重调度问题进行详细研究。在虚拟单元生产过程中,随着新订单的随机到达,原有的虚拟单元结构可能已不适应后期的加工需求,所以导致虚拟单元重构的频繁发生。针对此种扰动,本文提出将新订单与时间窗口相结合的方式下对虚拟单元进行重构。若车间内剩余机器设备的加工能力不能够满足新订单的生产需求,则采用时间窗口冻结技术将新订单进行冻结,在本期生产结束后,再将新订单加入后期虚拟单元中进行生产。后期的虚拟单元重构不同于一般初始性的虚拟单元动态重构,企业需要实现在已有虚拟单元构建方案的基础上进行虚拟单元的快速重构。该重构方案不仅仅要实现后续虚拟单元生产的高效运行,而且还应最大程度地继承原有虚拟单元的配置形式。本文在现有研究基础上,提出了继承性的虚拟单虚拟单元重构方案以避免割裂式重构带来的影响。该重构方法综合考虑了虚拟单元重构的高效性与稳定性特征。其中高效性包含产品工艺相似性、跨单元次数、设备利用率、物流成本因素;稳定性包含单元内机器变动因素。为了有效地求解模型,在相关算法研究基础上,设计了基于动态层次分析的多目标遗传优化算法;该算法通过随机搜索Pareto优化解集,实现对模型的有效求解。若车间的剩余加工能力能够满足新订单的生产需求,则采用订单驱动的重构方式,在当期利用剩余设备对到达的新订单进行初始性构建。这样既保证了对于生产加工过程中的事件性扰动做到了实时响应,同时又维护了生产系统的稳定性与连续性。针对新订单随机到达下的虚拟单元重调度问题,本文通过对新订单到达时间进行模拟,结合滚动窗口技术,在重调度混合驱动基础上,提出根据订单按时完工触发器和机器空闲状态触发器来进行重调度驱动的决策判断。同时根据机器的平均负荷来确定动态滚动窗口大小,将动态随机的调度周期划分成连续静态调度区间。并给出了考虑最大完工时间、加权总拖期、初始调度偏离度最小为目标的非线性多目标0-1整数规划模型,设计了多目标离散粒子群算法求解该模型。为了验证本文所提出新订单随机到达下虚拟单元继承性重构与基于滚动窗口技术重调度方法的有效性。本文在对HDZH船厂的机加工车间生产现状及存在问题进行详细分析的基础上,将本文所提出的方案应用到机加工车间的实际生产中。在新任务随机到达的动态生产环境下,将企业当前所采用的生产方式与虚拟单元生产方式的进行对比分析。结果表明了本文所提方法具有较高的可行性及有效性。

关键词：虚拟单元继承性重构非线性多目标0-1整数规划多目标遗传优化算法滚动调度

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大功率隧道照明LED散热模拟及优化设计

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机械设计与制造 2016年第6期 19-21,25页

作者：王丽岩王钢范冰丰李健中山大学物理科学与工程技术学院广东广州510006

翅片散热器是大功率隧道LED常用的散热形式,合理的设计翅片结构,对延长LED寿命、节约散热器成本、减小散热器重量至关重要。通过ANSYS WORKBENCH对影响翅片散热器的两个重要因素,翅片高度和厚度进行了分析,实验发现芯片最高温度随着翅... 详细信息

翅片散热器是大功率隧道LED常用的散热形式,合理的设计翅片结构,对延长LED寿命、节约散热器成本、减小散热器重量至关重要。通过ANSYS WORKBENCH对影响翅片散热器的两个重要因素,翅片高度和厚度进行了分析,实验发现芯片最高温度随着翅片的厚度和高度增加而减小,14个芯片温度的均匀性随着翅片的厚度和高度增加而增强。通过多目标遗传优化算法对翅片进行优化设计,既降低了芯片温度,又减小了翅片散热器用材和重量,这对于解决LED翅片散热问题具有重要的工程意义。

关键词：翅片优化设计多目标遗传优化算法 ANSYS WORKBENCH

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钢铁企业副产煤气多目标优化调度研究

钢铁企业副产煤气多目标优化调度研究

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作者：顾玉顺东南大学

学位级别：硕士

副产煤气作为钢铁企业重要的二次能源,充分利用这部分能源对于钢铁企业的节能降耗工作具有重要的意义。由于副产煤气的产/耗量都与生产紧密联系,大多数情况下副产煤气系统都存在煤气产/耗量不平衡,因此对副产煤气系统的优化调度研究具... 详细信息

副产煤气作为钢铁企业重要的二次能源,充分利用这部分能源对于钢铁企业的节能降耗工作具有重要的意义。由于副产煤气的产/耗量都与生产紧密联系,大多数情况下副产煤气系统都存在煤气产/耗量不平衡,因此对副产煤气系统的优化调度研究具有重要意义。本文以某钢铁企业为研究对象,在大量现场调研和前人研究文献的阅读的基础上,结合实际研究了副产煤气系统优化调度相关问题。主要研究内容和成果如下：(1)设备煤气产/耗量预测建模研究本文通过研究影响各设备煤气产/耗量的主要因素,将副产煤气系统中设备分为三类,采用不同的方法进行建模研究。对其中建模预测最为复杂的受多因素影响的煤气产耗设备,提出一种结合BP神经网络与ARMA时间序列的混合模型。该混合模型以ARMA时间序列模型预测结果作为基础,采用基于灰色关联度分析约减模型输入的BP神经网络模型进行修正,兼顾了ARMA时间序列多周期预测的特点和BP神经网络模型准确反映生产趋势变动的特点,相较于传统ARMA模型预测提高了在生产趋势变动时的预测精度。(2)钢铁企业自备电厂煤气耗特性研究针对目前钢铁企业副产煤气系统优化调度研究中对机组煤气耗特性研究的缺乏,本文对于钢铁企业自备电厂普遍采用的抽汽供热机组提出一种基于设计数据机理建模与基于运行数据修正模型参数的混合建模方法。该方法利用设计数据,通过循环函数法建立抽汽供热机组煤气耗特性与其热、电负荷的关联方程式,进而采用典型工况下运行数据修正模型参数。此混合模型对运行数据需求较少,且能较准确地获得不同机组的煤气耗特性,为后续自备电厂机组间优化打下基础。(3)改进基因设计方式的多目标优化遗传算法研究在副产煤气系统的优化调度中,由于存在大量混合煤气热值约束与设备获得热量约束,导致传统多目标遗传算法优化求解困难。本文针对副产煤气系统实际特点改进了遗传算法中的基因设计方式,以各设备获得煤气的热值与热量代替传统的各设备获得的煤气量作为个体基因,将混合煤气的热值约束和设备获得热量约束转变为个体基因的定义域,大大减少了模型的约束条件数量,简化了模型的求解难度。(4)副产煤气系统双尺度优化策略研究基于副产煤气系统两种主要煤气缓冲手段各自特性,本文提出一种双尺度的副产煤气优化调度策略。较长时间尺度(1h)的优化模型主要考虑自备电厂作为缓冲手段,实现较长时间尺度上的煤气平衡和自备电厂煤气利用率的最大化。较短时间尺度(10min)的优化模型固定自备电厂负荷,主要考虑煤气柜作为缓冲手段,实现较短时间尺度上的煤气平衡。通过双尺度的优化调度策略既可充分利用自备电厂缓冲能力大、负荷变化缓慢的特性,又可充分利用煤气柜缓冲能力小、负荷变动灵活的特性。通过实例优化结果分析,可以看出本文提出的方法可较好实现副产煤气系统平衡,且相较于传统方法,自备电厂负荷稳定,不需频繁调整负荷,煤气柜柜位波动较小,留有更大缓冲裕量。

关键词：副产煤气优化调度预测模型多目标遗传优化算法双尺度优化模型

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自行式模块运输车驱动和悬挂系统研究与悬挂机构优化

自行式模块运输车驱动和悬挂系统研究与悬挂机构优化

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作者：马魁燕山大学

学位级别：硕士

自行式模块运输车是随着模块化施工方法的广泛应用而得到大力发展一种特种运输装备，其各个模块单元之间可根据运送货物的要求进行多种形式的拼接和组合，具有承载能力大、货物适应性强等特点，在大型、整体不易拆卸的、超长超宽超重货... 详细信息

自行式模块运输车是随着模块化施工方法的广泛应用而得到大力发展一种特种运输装备，其各个模块单元之间可根据运送货物的要求进行多种形式的拼接和组合，具有承载能力大、货物适应性强等特点，在大型、整体不易拆卸的、超长超宽超重货物设备的转场和运输领域的应用相当广泛。作为自行式模块运输车重要组成部分，液压悬挂系统、行走驱动系统在提高模块车承载能力，作业效率以及工作的安全性、可靠性等方面都扮演的十分重要的角色。因此，对其进行分析和研究具有十分重要的意义。本文以江苏海鹏特种车辆有限公司设计和制造的6轴线自行式模块运输车为研究对象，主要分四个方面对其驱动系统和悬挂系统进行研究。首先，对自行式模块运输车关键组成部分进行分析，主要针对其车架结构、液压转向系统、悬挂机构、行走驱动系统以及电控系统等五个方面进行了分析。对自行式模块车运输车的行走驱动系统、悬挂升降系统进行理论研究和数学计算，完成行走驱动液压系统、悬挂升降液压系统的设计及关键液压元件的选型。接着，运用ANSYS Workbench有限元分析软件，对模块车车架、悬挂臂、摆动臂、驱动桥架进行静态有限元分析，并与现场实验对比，为后续合理的设计模块车各结构件以及整车进行轻量化设计提供了很好的依据。并对模块车车架进行模态分析，以确定模块车车架结构振动的强弱分布以及抗振薄弱区，为模块车车架结构满足动态设计要求，避免模块车与振动源产生共振提供设计依据。最后，建立自行式模块运输车悬挂升降机构的优化数学模型、优化目标函数以及优化边界条件，并运用多目标遗传优化理论，对悬挂机构形成的三铰点进行优化，以提高模块车悬挂机构的承载适应性。

关键词：自行式模块运输车驱动悬挂液压系统有限元分析多目标遗传优化算法铰点优化

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