车载磁悬浮飞轮状态空间分析及H∞控制研究

为了提高磁悬浮飞轮电池控制系统在电动汽车上应用时的鲁棒稳定性,并改善电动汽车原动力电池放电性能,对电动汽车车载磁悬浮飞轮电池进行状态空间分析,求解出车载磁悬浮飞轮电池的状态空间方程,并提出一种基于该状态空间方程的车载磁悬浮飞轮电池用H∞控制方法.仿真分析和试验结果表明该H∞控制方法具有很强的鲁棒稳定性和良好的抗干扰、抗摄动能力,有助于车载磁悬浮飞轮转子高速稳定转动,降低电动汽车基础振动对飞轮电池影响.所研究的磁悬浮飞轮电池储能系统可辅助电动汽车原动力蓄电池工作,并可改善原动力电池的放电特性,延长该动力电池的使用寿命.     

电动车辆磁悬浮飞轮储能双向变换器的死区补偿

电动车辆磁悬浮飞轮储能电池的充放电过渡态很快,其双向PWM变换器的死区会给飞轮电动机带来输入谐波、脉动转矩等负面作用,采用适宜的变换器死区补偿控制是实现飞轮高速稳定运行和能量有效转化的关键。在对车载磁浮飞轮装置的系统构成、功率匹配和死区机理的分析基础上,通过对其双向变换器的过渡时态、死区系数和补偿方法的研究,提出一种优化的动态对称死区补偿法。该方案基于变换器在旋转坐标系下的电流矢量方向判断,确定补偿方向并使指令PWM波形对称于开关周期的中心;得出基本电压矢量作用时间的算式并进行试验。研究结果表明:调整补偿深度可优化飞轮双向变换器的补偿效果;该方法解决了相电流波形的交越失真问题,抑制电动机的转矩脉动,有助于磁浮飞轮变换器实现可靠的能量转换。     

储能飞轮轮毂的蠕变温度特性与蠕变影响

为提高储能飞轮可靠性,并延长寿命,研究了储能飞轮铝合金轮毂的蠕变温度特性。采用宏观唯像分析方法,通过轮毂在不同温度、不同转速下的蠕变实验,拟合了包含应力、时间、温度等变量在内的完整的反映飞轮轮毂在低温条件下(75℃以下)蠕变规律的蠕变方程。并用有限元分析的方法对飞轮轮毂在工作条件下的蠕变过程进行了模拟。分析结果表明,在40℃的高真空环境下以转速5×104r/m in运行的储能飞轮,在20 a的寿命期内可以忽略铝合金材料蠕变因素对其强度和寿命的影响。     

车用高速复合材料飞轮的研究

由于人们对空气污染和原油储量减少现状的认识,世界各国的科学家试图寻找燃油发动机的替代物。目前,以电池驱动的电动汽车已经研制成功,但是一次充电行程较短,缺乏实用性。随着材料科学、磁悬浮轴承以及电子技术的发展,人们又恢复对飞轮储能技术的兴趣,试图把飞轮系统应用在汽车动力系统中。     

磁悬浮主被动飞轮和被动磁轴承轴向力设计分析

针对现有商业卫星用磁悬浮飞轮存在发射成本高、体积大、重量大、功耗大、结构复杂和控制难度大等缺陷,提出了采用三自由度自稳定被动磁轴承代替原有磁轴承方案的磁悬浮主被动飞轮。分别介绍了飞轮和被动磁轴承结构、工作原理;通过等效磁荷法对被动磁轴承轴向力和轴向力刚度进行了数学建模;采用数值分析法,对被动磁轴承不同高宽比和气隙宽度的轴向力—位移曲线进行分析比较,并基于工程实际,选用高宽比为2和气隙宽度为1mm的被动磁轴承模型;采用有限元法,对飞轮在仅轴向偏移、径向偏移扰动、径向扭转扰动和同时发生径向偏移扰动与径向扭转扰动四种工作状态下轴向力自稳定性进行了分析。研究结果表明,轴向自稳定性满足性能需求,该自稳定被动磁轴承为商业航天卫星的磁悬浮飞轮的性能提升与成本降低提供了新的思路。     

飞轮电池控制技术与发展

随着飞轮电池成功地应用于电机稳定顺行和UPS,飞轮储能系统（FESS）得到了越来越多的国内外专家学者的关注与研究。作为一种典型的机电磁一体化产品,其研究涉及到机械、材料、电工、热工、计算机等多学科的交叉;而如今,在这些相关领域巨大的科技突破,使得飞轮电池具有更加强大的生命力。针对该领域近年来的发展现状,论述了FESS主要研究成果,着重分析了其控制方面的发展研究现状。     

混合磁悬浮水轮发电机组转子承重系统设计与建模

针对水轮机组的重量支承方式和存在的问题,对水轮机组转子系统磁悬浮承重进行研究,设计了一种永磁悬浮装置与电磁悬浮装置相结合的水轮机组转子承重系统.对混合磁悬浮水轮发电机组转子承重系统的结构进行设计时,采用永磁悬浮装置承担水轮发电机组的基本重力负荷,采用电磁悬浮装置承担水轮发电机组的重力可调负荷.考虑到高速运转的水轮发电机组运行的稳定性,系统并不全部浮起转子系统,而是分担转子系统的大部分轴向负荷(即减载).对永磁材料和电磁装置进行了研究和选择,在永磁悬浮装置承重部分对气隙磁场强度与气隙厚度、永磁体体积等的关系进行了分析,对永磁悬浮力大小的影响因素进行了研究;在电磁悬浮部分对电磁悬浮力大小与电磁悬浮装置结构等的关系进行了分析.在此基础上,根据基本电磁理论和承重系统的构造,建立了电磁悬浮支承装置和永磁悬浮支承装置的数学模型.     

用于地铁机车的飞轮电池磁悬浮控制系统的设计

首先论述了将飞轮电池作为地铁机车的辅助动力的优越性和工作原理,提出了一种永磁和电磁混合控制的磁悬浮轴承设计方案,对磁悬浮轴承控制系统进行了动力学分析和建模仿真,设计了PID控制器,并对磁悬浮控制方案进行了实验研究,仿真和实验结果证实了本文提出的磁悬浮控制系统方案的可行性．     

储能飞轮铝合金轮毂的蠕变特性及寿命

为研究储能飞轮铝合金轮毂蠕变特性,以提高飞轮寿命,采用宏观唯像分析方法,通过轮毂在85℃和7×104r/min转速下的蠕变实验,提出了飞轮轮毂蠕变规律的经验公式,并通过有限元强度计算模拟对蠕变现象进行了理论分析。在轮毂蠕变寿命实验的基础上,提出了基于材料延伸率及韧脆性断裂特性的蠕变破坏模式及其判断依据,并得到实验验证。结果表明,利用蠕变破坏模式和延伸率判断依据可以对飞轮轮毂的蠕变寿命进行预估。     

发动机飞轮壳强度分析方法研究

飞轮壳是发动机的主要部件,起着保护飞轮,联接传动机构的作用.飞轮壳由于受到路面冲击载荷、发动机内部激励等作用而破裂带来巨大损失.本文从避免飞轮壳频率共振、静强度和疲劳损伤角度提出了飞轮壳强度的计算方法,采用有限元方法进行发动机飞轮壳频率、静强度和疲劳强度分析,并以飞轮壳材料的拉伸和压缩屈服极限评估飞轮壳的静强度,采用临界平面法评价飞轮壳的疲劳寿命.最后,以某发动机的铝合金飞轮壳为例进行了验证,结果表明研究方法可为飞轮壳的结构改进优化提供依据.     

非接触式汽车速度计对测速仪现场检定结果的影响分析

随着经济发展,道路等级越来越高,汽车超速问题也日益凸显。机动车测速仪是交警部门用于执法的工作计量器具,其量值需经过溯源才能保障准确可靠。测速仪现场检定其中一种方法是采用非接触式汽车速度计作为标准装置,其在现场主要受到安装、车身抖动等环境因素的影响。本文介绍了机动车现场测速误差检定时各种因素引入的测量不确定度分量的计算。     

屏蔽式核主泵飞轮裂纹寿命评估

针对结构、受力复杂的双金属屏蔽式核主泵飞轮,提出了新的裂纹寿命评估方法.建立了存在裂纹的三维飞轮模型,应用有限元法计算飞轮裂纹的应力强度因子,揭示了应力强度因子随转速、裂纹深度和长度的变化规律,利用所得规律修正应力强度因子的计算公式,并结合Paris公式对飞轮裂纹进行寿命评估,解决了以往研究方法中存在的适用性问题.     

基于模糊PID控制的空间吊装物姿态控制

针对在装配式房屋建造过程中，房屋构件及其姿态只能依靠人力才能够准确地调整到目标位置，不仅工作效率低且容易造成人员伤亡的问题。本课题组对空间吊装物姿态位置控制进行了研究，将角动量交换原理运用到空间吊装物姿态控制上，通过改变飞轮速度与加速度达到控制空间吊装物绕吊装线水平旋转角度姿态。文章介绍了飞轮系统，推导了整个实验装置的动力学方程和运动学方程。考虑到被控对象吊装物负载经常改变，于是设计了模糊PID控制器，使控制效果达到最佳。文章首先对控制算法进行了simulink仿真研究，然后在搭建的实验装置上进行了实验。实验结果表明，能够实现空间吊装物姿态位置控制，且模糊PID控制更适合于实际控制。     

长寿命沥青路面设计方法研究

随着我国经济建设的飞速发展，公路建设事业得到了迅猛发展，目前很多铺筑的公路路面在通车一、二年内就出现不同程度的损坏现象，严重的还影响到路面的正常使用和寿命。因此，为了提高长寿命沥青路面的工程质量、完善使用性能、提高使用寿命和节约投资，设计出符合我国国情的长寿命沥青路面具有重大的现实意义。本文首先介绍了长寿命沥青路面破坏模式，然后重点探讨了长寿命沥青路面的设计方法，希望对相关行业的专业人员有一定的借鉴作用。     

自动送料装置

随着电子技术的不断发展,高（中）频加热工艺逐渐替代传统的煤、油、气加热,工件热透的问题得到了妥善解决。但是与其配套的送料装置,如果还是由工人手工送料加热,工作效率仍是很低,且工作危险性大。故设计开发此自动送料装置,以改善工作条件,提高生产效率。该装置设计和制作得到了学校和厂里专家的大力支持,真正解决了加热不一致的问题,扩大了装置送料范围;制作成本不高,装置外形小巧,由一台小型空压机就实现了工件加热加工的自动化批量生产,工人的劳动强度大在降低,实际生产效率较以前提高了近两倍,且安装和维护十分方便,可以进行批量生产。     

磁悬浮飞轮低功耗控制方法仿真研究

在储能、航天领域中应用磁悬浮飞轮时,系统功耗是需要解决的一个关键问题。在高转速下,飞轮陀螺效应对转子稳定影响很大,控制器需要对其进行抑制。为此,需要研究低功耗控制方法。该文昕设计的控制器,既考虑了陀螺力矩的抑制,又考虑了功耗的降低,将控制力与控制电流分别进行设计。控制力采用位移交叉算法产生,以抑制陀螺力矩;而控制电流根据所需控制力,采用非线性方法构建,实现了零偏置电流和电磁铁的单边工作,从而降低系统功耗。仿真结果表明,此低功耗控制方法可在高转速下稳定系统。     

车用电磁耦合式飞轮储能装置的性能

鉴于电磁转差离合器动力传递零摩擦、无冲击及可调速等优点,提出了一种新型飞轮储能结构-电磁耦合式飞轮储能系统。文中阐述了减速状态(制动或滑行)下,装有飞轮储能装置汽车的能量转换路线;设计电磁转差离合器双闭环控制器,实现磁极轴转速的快速响应。基于Simulink软件定量分析制动过程中电磁耦合式飞轮储能装置的能量回收效率及其影响因素,并搭建模拟运行试验平台,验证电磁转差离合器无级调速对能量回收效率的影响。结果表明:不同制动初速度下飞轮储能装置能量回收效率稳定在33.6%,Simulink模型中电磁耦合式飞轮储能装置及控制器是合理的;电磁转差离合器调速时,能量回收效率可达到最高。     

磁悬浮储能飞轮系统中的磁轴承参数辨识

精确的参数辨识是设计磁轴承控制器的基础.针对磁悬浮储能飞轮系统分别采用了电磁力测量法和自由振荡法对磁轴承的电流系数和位移系数进行了参数辨识,同时使用辨识到的参数进行了系统仿真.通过辨识结果和理论值,以及仿真和实际测量到的系统的时域冲击响应的比较,表明辨识结果有比较高的准确度.这两种方法均可有效地对磁轴承系统参数进行辨识,使用辨识参数所设计的控制器实现了飞轮系统稳定运行至20 000 r/min, 并实现了对外发电输出能量.     

基于劣化数据的综合传动装置剩余寿命预测

研究不确定测量多维劣化监测数据下的综合传动装置剩余寿命预测.采用主元分析与状态空间模型融合得到装置劣化程度指标;根据随机过程首中时间的概念定义了装置的剩余寿命,利用Wiener过程建立了装置劣化过程模型,模型中考虑了装置劣化随机性与监测数据测量不确定性;采用极大似然估计方法估计了模型参数,并利用Kalman滤波技术实现了劣化模型的实时估计与更新,得到了装置的剩余寿命分布.研究结果表明,文中的方法能够客观描述装置性能劣化规律,优于不考虑测量不确定性的方法,能够提高剩余寿命预测的准确性,为装置的视情维护提供指导.      

飞轮储能系统研究综述

飞轮储能系统（FESS）又称飞轮电池或机电电池，由于它与化学电池相比所具有的巨大优势和未来市场的巨大潜力，引起了人们的密切关注。它结合了当今最新的磁悬浮技术、高速电机技术、电力电子技术和新材料技术，使得飞轮储存的能量有了质的飞跃，再加上真空技术的应用，使得各种损耗也非常小。针对该领域近年来的研究成果，对飞轮储能系统的几大关键部件进行了全面的论述。