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机械工程学报 2023年第23期59卷 146-157页

作者：刘鹏金永平刘德顺万步炎湖南科技大学海洋矿产资源探采装备与安全技术国家地方联合工程实验室湘潭411201

以三支腿深海海底钻机为研究对象,为实现其水下布放时安全着底,针对钻机硬着底进行动力学建模与分析。首先,构建考虑钻机机体平面运动、脚板空间运动的7自由度钻机着底动力学模型;然后,通过法向考虑重复动加载问题、切向引入修正摩擦系... 详细信息

以三支腿深海海底钻机为研究对象,为实现其水下布放时安全着底,针对钻机硬着底进行动力学建模与分析。首先,构建考虑钻机机体平面运动、脚板空间运动的7自由度钻机着底动力学模型;然后,通过法向考虑重复动加载问题、切向引入修正摩擦系数建立脚板-底质接触力模型,采用等效弹簧-阻尼法建立支腿轴向力模型,并同时考虑钻机与海水间的摩擦阻力及水动力等因素;最后,以我国“海牛Ⅱ号”深海海底钻机为例,对“海牛Ⅱ号”的着底过程进行数值仿真分析。结果表明:“海牛Ⅱ号”在硬着底过程中,钻机机体最大偏转角未超过1°,支腿脚板最大沉陷深度约为0.19 m,支腿油缸所受最大轴向力为714.9 kN,约为钻机自重下支腿静态轴向负载的12倍,机体质心最大合加速度为53.6 m/s^(2)(约5.5g),各项响应数值均在设计允许范围内,钻机在设定工况条件下能够实现安全可靠着底。

关键词：海底钻机硬着底动力学海底底质

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深海金属采矿装备与技术发展现状及分析

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煤炭学报 2024年第8期49卷 3316-3334页

作者：金永平董向阳万步炎刘德顺湖南科技大学海洋矿产资源探采装备与安全技术国家地方联合工程实验室湖南湘潭411201 湖南科技大学海洋资源探采技术与装备湖南省重点实验室湖南湘潭411201

金属矿产资源是保障国家经济发展与建设的重要物质基础。在陆地稀有金属供应初显疲态的形势下,世界各国纷纷将资源战略瞄向稀有金属蕴藏丰富的深海。开展深海采矿装备与技术的研发攻关,是实现深海矿产资源高效开采的关键。首先,系统论... 详细信息

金属矿产资源是保障国家经济发展与建设的重要物质基础。在陆地稀有金属供应初显疲态的形势下,世界各国纷纷将资源战略瞄向稀有金属蕴藏丰富的深海。开展深海采矿装备与技术的研发攻关,是实现深海矿产资源高效开采的关键。首先,系统论述深海采矿科学技术与装备发展历程,重点分析拖斗式、连续绳斗式、自动穿梭艇式、管道提升式技术特点,总结梳理国内外深海采矿车、深海扬矿装备、深海采矿船3类装备的发展现状;然后,以当前研究与发展动态为基础,围绕采矿、输运、支撑平台3个领域,梳理采集技术、牵引驱动技术、轨迹与规划技术、羽流演变评估技术4项采矿技术上取得的成效和进展,总结气力提升技术、水力提升技术、过流部件保障技术、力学行为分析技术4项输运技术的研究动态,探讨收放技术、升沉补偿技术2项支撑平台技术的研究方向及进展;最后,鉴于经济、环境、装备与技术3个维度目前的发展形势,提出深海采矿技术科学目标由装备可控转变为绿色采矿、安全采矿,为应对未来深海采矿装备与技术发展面临的环境与安全挑战,分析提出有待于聚焦研究的关键科学与技术问题,以此凝练出绿色行进采集技术、超深安全扬矿技术、全局协同保障技术、数字环境评估技术4项亟待突破的关键技术,以期为我国深海采矿装备体系研究与建设提供参考。

关键词：深海金属采矿矿产资源采矿装备采矿技术输运技术

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Buck-Boost矩阵变换器主电路参数随电流定额的自适应优选方法

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信息与控制 2019年第5期48卷 545-551页

作者：刘继张小平张瑞瑞湖南科技大学海洋矿产资源探采装备与安全技术国家地方联合工程实验室

针对Buck-Boost矩阵变换器(BBMC)在不同额定输出电流下的主电路参数优化设计问题,提出了一种BBMC主电路参数随其额定电流变化的自适应优选方法.通过建立BBMC优化目标与优化对象间的数学模型,研究基于自适应狼群优化算法的BBMC主电路参... 详细信息

针对Buck-Boost矩阵变换器(BBMC)在不同额定输出电流下的主电路参数优化设计问题,提出了一种BBMC主电路参数随其额定电流变化的自适应优选方法.通过建立BBMC优化目标与优化对象间的数学模型,研究基于自适应狼群优化算法的BBMC主电路参数优化设计方法;在此基础上进一步研究确定BBMC主电路优化设计参数与BBMC额定输出电流间的变化规律,为实现不同电流定额下BBMC主电路的优化设计奠定基础;最后通过仿真对上述理论分析进行了验证.

关键词： Buck-Boost矩阵变换器主电路参数优化自适应狼群算法数值拟合

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基于电压电流模式控制的BBMC稳定性研究

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系统仿真学报 2018年第5期30卷 1850-1856页

作者：张小平李小秋吴智湖南科技大学海洋矿产资源探采装备与安全技术国家地方联合工程实验室湖南湘潭411201

针对电压电流模式控制下Buck-Boost矩阵变换器的稳定性进行研究,提出一种Buck-Boost矩阵变换器的非线性建模与分析方法。建立了该变换器在电压电流模式控制下的离散迭代非线性映射模型,通过输出电压采样分布图分析了该控制模式中电压反... 详细信息

针对电压电流模式控制下Buck-Boost矩阵变换器的稳定性进行研究,提出一种Buck-Boost矩阵变换器的非线性建模与分析方法。建立了该变换器在电压电流模式控制下的离散迭代非线性映射模型,通过输出电压采样分布图分析了该控制模式中电压反馈系数K1与电流比例系数K2对系统稳定性的影响,确定了参数K1-K2的稳定域,并分别利用时域波形图、频闪采样图和折叠图就参数K1和K2对变换器稳定性的影响进行了验证分析,最后通过实验验证了上述理论分析的正确性,这对于保证Buck-Boost矩阵变换器的稳定运行具有重要的指导意义。

关键词： Buck—Boost矩阵变换器稳定性分析电压电流控制模式离散迭代数学模型

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基于相电感交点位置角度补偿的开关磁阻电机无位置传感器控制方法

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电工技术学报 2019年第23期34卷 4909-4917页

作者：匡斯建张小平张铸姜海鹏湖南科技大学海洋矿产资源探采装备与安全技术国家地方联合工程实验室湘潭411201 湖南科技大学信息与电气工程学院湘潭411201

针对开关磁阻电机因磁路饱和而导致利用其导通相与非导通相电感交点估算转子位置不准的问题,提出一种基于相电感交点位置角度补偿的开关磁阻电机无位置传感器控制方法。首先构建开关磁阻电机导通相饱和电流与导通相和非导通相电感交点... 详细信息

针对开关磁阻电机因磁路饱和而导致利用其导通相与非导通相电感交点估算转子位置不准的问题,提出一种基于相电感交点位置角度补偿的开关磁阻电机无位置传感器控制方法。首先构建开关磁阻电机导通相饱和电流与导通相和非导通相电感交点相对于其基准位置角度偏移量间的函数关系,并根据该函数关系及实时检测的导通相饱和电流对相应的相电感交点进行修正,从而获得准确的相电感交点位置角度;再由修正后的两相邻电感交点位置角度计算得到电机转速,并由此获得电机转子在任意时刻的位置角度。该方法由于对相电感交点位置进行了实时修正,因而有效提高了电机转子位置的估算精度。最后通过仿真与实验验证了上述方法的可行性。

关键词：开关磁阻电机无位置传感器磁路饱和相电感交点位置角度补偿

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海洋探测装备收放缆力学性能研究综述

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中国机械工程 2024年第9期35卷 1521-1533页

作者：万步炎彭奋飞金永平刘德顺彭佑多湖南科技大学海洋矿产资源探采装备与安全技术国家地方联合工程实验室湘潭411201 湖南科技大学海洋资源探采技术与装备湖南省重点实验室湘潭411201 湖南科技大学机电工程学院湘潭411201

收放缆是维系海底探测装备与船舶的唯一纽带,具备电力、信息传输以及承重等功能,被广泛用于各类收放系统。收放缆的安全可靠性是其核心功能要求,因此开展收放缆力学性能试验是整个收放缆研究的基础。从海洋绞车以及收放缆的种类、失效... 详细信息

收放缆是维系海底探测装备与船舶的唯一纽带,具备电力、信息传输以及承重等功能,被广泛用于各类收放系统。收放缆的安全可靠性是其核心功能要求,因此开展收放缆力学性能试验是整个收放缆研究的基础。从海洋绞车以及收放缆的种类、失效形式出发,系统总结了收放缆力学性能试验研究动态,展望其未来研究方向。对海洋绞车以及收放缆进行了功能分类并详细分析了收放缆失效的形式以及原因;阐述了收放缆服役环境工况及其力学性能要求与试验研究现状;探讨海洋探测装备收放缆的力学性能研究方向,从极端服役环境对合成纤维收放缆力学性能影响及其机制、多重载荷耦合作用下合成纤维收放缆破坏行为及其机理、收放缆力学性能技术与综合模拟装置等方面进行了展望。

关键词：海洋探测装备收放缆失效形式力学性能试验研究

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基于相电感非饱和区定位的开关磁阻电机无位置传感器控制方法

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电工技术学报 2020年第20期35卷 4296-4305页

作者：匡斯建张小平刘苹张光辉张铸湖南科技大学海洋矿产资源探采装备与安全技术国家地方联合工程实验室湘潭411201 湖南科技大学信息与电气工程学院湘潭411201

开关磁阻电机在磁路饱和情况下,其导通相电感会随导通相电流的变化而变化,针对传统相电感法转子位置估算精度受磁路饱和影响大的问题,提出一种基于相电感非饱和区定位的开关磁阻电机无位置传感器控制方法。建立开关磁阻电机的相电感函数... 详细信息

开关磁阻电机在磁路饱和情况下,其导通相电感会随导通相电流的变化而变化,针对传统相电感法转子位置估算精度受磁路饱和影响大的问题,提出一种基于相电感非饱和区定位的开关磁阻电机无位置传感器控制方法。建立开关磁阻电机的相电感函数,阐述确定相电感非饱和区的方法,提出相电感非饱和区定位点的基本概念并分析其相关特点,研究根据两相邻定位点来估算电机转子位置角度的具体实现方法。最后通过仿真与实验验证了上述方法的可行性。

关键词：开关磁阻电机电感非饱和区定位点位置估算

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深海海底钻机钻探技术现状与发展趋势

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机械工程学报 2024年第22期60卷 385-402页

作者：万步炎彭奋飞金永平彭佑多刘德顺湖南科技大学海洋矿产资源探采装备与安全技术国家地方联合工程实验室湘潭411201 湖南科技大学机电工程学院湘潭411201

海底钻探取芯是开展海洋地质及环境科学研究、进行海洋矿产资源勘探和海底工程地质勘察所必备的关键技术,而海底钻机是深海钻探最具发展潜力的技术装备。首先,对世界几种主要深海海底钻机的现有技术特点与钻探案例进行阐述;然后,分深海... 详细信息

海底钻探取芯是开展海洋地质及环境科学研究、进行海洋矿产资源勘探和海底工程地质勘察所必备的关键技术,而海底钻机是深海钻探最具发展潜力的技术装备。首先,对世界几种主要深海海底钻机的现有技术特点与钻探案例进行阐述;然后,分深海海底浅孔钻机、深海海底中深孔钻机、深海海底深孔钻机以及深海海底超深孔钻机四个阶段系统总结中国深海海底钻机技术特点和钻机钻探取芯应用情况;最后,分析深海海底钻机的发展趋势以及面临的挑战——将朝着超水深、超钻深、高品质和多功能四个方向发展,以及面临材料、密封、支撑、收放等四个方面的挑战。通过全面综述国内外深海海底钻机的技术特点以及钻探现状为后续深海海底钻机的设计及研究提供参考依据。

关键词：深海矿产资源海底钻机钻探取芯

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线电感特征点定位的开关磁阻电机无位置传感器控制方法

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控制理论与应用 2020年第3期37卷 551-559页

作者：匡斯建张小平刘苹张光辉张铸湖南科技大学海洋矿产资源探采装备与安全技术国家地方联合工程实验室湖南湘潭411201 湖南科技大学信息与电气工程学院湖南湘潭411201

针对目前开关磁阻电机(SRM)在无位置传感控制方面受磁路饱和影响而导致转子位置估算精度不高的问题,提出一种线电感特征点定位的开关磁阻电机无位置传感器控制方法.首先提出了线电感及其特征点的基本概念,分析了线电感与转子位置角度间... 详细信息

针对目前开关磁阻电机(SRM)在无位置传感控制方面受磁路饱和影响而导致转子位置估算精度不高的问题,提出一种线电感特征点定位的开关磁阻电机无位置传感器控制方法.首先提出了线电感及其特征点的基本概念,分析了线电感与转子位置角度间的函数关系,研究了根据两相邻线电感特征点对应区间的位置角度及时间来确定电机转子在该区间的平均转速及下一对应区间位置估算的具体实现方法.最后通过仿真与实验验证了上述方法的可行性.

关键词：开关磁阻电机无位置传感器控制线电感位置估算

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改进樽海鞘群算法的永磁同步电机多参数辨识

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电机与控制学报 2022年第10期26卷 139-146页

作者：张铸张仕杰饶盛华张小平王静袁湖南科技大学信息与电气工程学院湖南湘潭411201 湖南科技大学海洋矿产资源探采装备与安全技术国家地方联合工程实验室湖南湘潭411201

针对一类元启发式优化算法辨识永磁同步电机(PMSM)参数存在易陷入局部最优,从而导致辨识结果精度不高的问题,提出了一种结合自适应正态云模型的樽海鞘群辨识算法(CSSA)。该算法以标准樽海鞘群算法为基础,在樽海鞘追随者位置更新阶段引... 详细信息

针对一类元启发式优化算法辨识永磁同步电机(PMSM)参数存在易陷入局部最优,从而导致辨识结果精度不高的问题,提出了一种结合自适应正态云模型的樽海鞘群辨识算法(CSSA)。该算法以标准樽海鞘群算法为基础,在樽海鞘追随者位置更新阶段引入自适应正态云模型,使算法初期的种群多样性得到改善,提高了全局开发能力,避免陷入局部最优;随着迭代次数增加,通过自适应调整正态云模型熵值,优化了算法后期的局部开发能力,使其收敛精度得到提高。参数辨识模型只需测量计算获得永磁同步电机的电流、电压以及角速度信息,再将改进算法通过适应度函数在辨识模型中寻优得到辨识结果。仿真与实验结果表明,提出的算法可以对永磁同步电机参数进行快速、稳定且准确的辨识。

关键词：永磁同步电机元启发式优化算法参数辨识正态云模型自适应云模型樽海鞘群算法

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