新型分裂绕组双凸极变速永磁电机的分析与控制

提出了一种新型分裂绕组双凸极变速永磁(doublysalientpermanentmagnet,简记为DSPM)电机,对其磁场、静态特性、控制策略等进行了系统深入的理论和实验研究.在理论上,给出了DSPM电机的稳态和动态数学模型,进而导出了该电机的输出方程,并论证了采用分裂绕组拓展电机转速范围的可行性.用有限元法分析了电机磁场,计及该电机所特有的外漏磁.根据DSPM电机工作原理和静态特性,提出相应的控制策略,制定了控制方案,并在以单片机为核心的控制器上实施.针对4相8/6极电机的特点,提出了无中线四相半桥式功率变换器拓扑结构,简化了控制系统.样机实验结果不仅验证了理论分析的正确性,而且表明该新型电机驱动系统具有优良的稳态和动态性能,在很宽的功率范围内具有高效率,分裂绕组能有效拓展电机运行范围.     

定子永磁型混合励磁双凸极电机设计、分析与控制

将"混合励磁"思想引入双凸极永磁电机,提出一种定子永磁型混合励磁双凸极电机,对其进行系统深入的理论分析和实验研究.理论上,建立了电机的数学模型;提出了切实可行的该类电机的一般设计方法,建立了电机的一般功率方程,推导出电机磁场调节能力与最大速度之间关系,为电机的电励磁绕组的安匝数、永磁体用量等关键电磁参数的确定提供理论依据.将2维和3维有限元相结合,提出快速、准确的"一步法"对电机特有的定子外漏磁以及端部漏磁进行研究,并对电机电磁性能进行了分析;提出了该类电机的驱动控制策略和方案,并进行了实验研究.原理样机的实验结果不仅验证了理论分析的正确性,而且表明,该电机在保留双凸极永磁电机优点的同时,能有效拓宽调速范围,在宽调速范围内具有较高的能量效率,在电动汽车等应用领域具有应用前景.     

非正弦供电多相感应电机稳态性能分析

性能分析是电机优化设计的基础,由于非正弦供电多相感应电机稳态性能分析计算远比传统三相感应电机复杂,进行相关研究则具有理论意义与实用价值.在3次谐波注入的非正弦供电多相感应电机中,以基波等值电路与3次谐波等值电路为计算工具,考虑气隙磁场的非对称分布性并用拓展分布磁路法计算基波与3次谐波感应电动势,通过3层迭代计算出给定稳态运行工况下的基波与3次谐波电流等变量进而得到电机的性能指标,分析中强调了对节点气隙磁密的内层迭代过程与对激磁电流的中间层迭代过程不同于传统三相感应电机相应迭代过程的特点.以非正弦供电十五相感应电机原理样机为例,分析了不同稳态工况下的运行性能,计算结果与实验结果相互吻合说明了分析计算方法具有高的准确度.     

双绕组多相高速整流异步发电机系统的分析

在分析和定量计算双绕组多相高速整流异步发电机电流谐波和磁势谐波关系的基础上，提出了把发电机系统分成两个子系统分别进行分析计算的新思路．对十二相功率绕组与整流负载系统采用电路分析方法，用基于电路拓扑理论的回路电流法列写网络方程，求解过程中定步长和变步长联合使用，解决了计算结果的稳定性问题，得出了功率绕组电压、电流及其基波分量．对定子双绕组与实心鼠笼转子系统采用电磁场分析方法，电磁场有限元和多变量优化法迭代相结合求出了控制绕组电流和定子频率．计算结果和实验结果吻合，说明了所提方法的有效性和准确性．     

自励异步发电机带载稳态的解析计算

从自励异步发电机的暂态等效电路出发,基于其在两相静止坐标系上的状态空间数学模型,对其带载建压暂稳态过程提出了应用Lyapunov稳定性理论的整体性分析方法.依据理论分析方法分析得到了带载自励建压达到稳态的过程之应用暂态数学模型表示的稳态条件.解极限环条件得出了定子频率和转子转速的解析计算式,以及确保自励建压的负载取值范围和电机磁路过度饱和稳态励磁电感的解析关系式;为求解稳态运行点条件,提出了一种基于物理背景的等价转化解析计算方法,解得了稳态运行点的解析计算式.算例分析检验了稳态条件的唯一组解析解.实测值与计算结果相互吻合,验证了稳态条件解析计算式的正确性、科学性和有效性,表明了通用性和工程参考价值,解决了长期以来对异步发电机暂稳态运行性能无法解析计算的难题.理论分析方法适用于具有动力学特性的其他类型电力系统运行分析.     

全金属支杆阵列多稳态被动转换及滞后阻尼特性

海洋结构趋向于更大型化,需以高刚度承担更大负荷,结构就不能很好地适应动态负载,动载低衰减传播将导致设备损坏和人员不适,但传统黏性阻尼减振结构的刚度较低,可能降低静态负载.为使减振结构同时具有高承载和高阻尼性能,本文基于稳定理论设计了多稳态被动转换支杆阵列,位移加载下压杆出现直杆-局部弯曲-整体弯曲3个稳定支撑状态,由此产生负刚度使激励-响应曲线形成滞后回环;进一步提出了线性弹簧-多稳态压杆并联结构,位移或力动态加载下该类结构都可发生多稳态转换,实现静态高刚度和动态高耗散,并以有限元模拟讨论了耗散特性的几何参数相关性.     

基于传递像机摄像测量的不稳定平台的静态基准转换方法

针对摄影/摄像测量或其他测量领域中测量平台不稳定会给测量结果带来较大误差,甚至不可用的问题,本文提出了基于传递像机的不稳定测量平台向静态基准转换的概念和方法.在不稳定平台上安装传递像机,实时拍摄静态基准上的参考标志物;或者在静态基准上安装传递像机,实时拍摄不稳定平台上的参考标志物,进而解算出不稳定平台相对于静态基准的三维运动,并据此对观测结果进行误差修正,消除平台运动的影响.该方法使摄像测量在不稳定平台上也能高精度进行动态测量,有效拓展了摄像测量的一类重要应用范围.实验验证和数值仿真分析证实了本方法的有效性和实用性.     

高压双级保护安全阀的研究

以传统安全阀的设计方法为基础,设计一个新型的高压双级保护安全阀,并且通过建立数学模型及其方块图,利用计算机对其动态特性进行数字仿真分析,得到此安全阀的压力和流之间的关系,并从压力和流特性曲线中得出压力和流之间的规律性.另外对安全阀的静态特性和动态特性进行了较为详细的研究和分析,同时得出静态特性和动态特性曲线.为大流量、超高压安全阀的设计与性能分析提供了依据.     

电力系统注入空间动态安全域的微分拓扑特性

应用微分拓扑学理论对电力系统注入空间上的动态安全域(DSR)的特性作了分析. 结果表明, 注入功率空间上的动态安全域边界不会打结, 且是紧致的, 基于相关不稳定平衡点法所定义的注入功率空间上的动态安全域内部无洞. 最后用10机39节点新英格兰系统为算例显示了注入空间动态安全域的这些性质.     

一种新型双弹簧、双活塞本构模型在聚合物黏弹性质描述中的应用研究

推导了双弹簧、双活塞黏弹性力学模型的本构方程.在CETR UMT-2型试验机及LKDM-2000轮廓摩擦磨损仪上考察了尼龙PA66、聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲醛和聚醚型聚氨酯等材料的静态蠕变特性、松弛特性.分别利用标准线性固体模型和新型本构模型对实验材料的蠕变、松弛特性进行了表征.实验事实及理论计算结果表明,相对于标准线性固体模型而言,该力学模型能更好地反映聚合物材料的蠕变、松弛等黏弹性质.     

低成本辅助凸极式辐向永磁电机的鲁棒性优化设计

将铁氧体应用于具有聚磁能力的辐向永磁电机中可获得与稀土永磁电机相媲美的转矩密度,并兼具低成本的优势.为克服传统辐向永磁电机高转矩脉动的弊端,提出一种新型辅助凸极式转子,增强了转子的可塑性并增加优化参数的数目.采用基于响应面分析与多目标骨干粒子群优化算法相结合的多目标优化方法来提升电机的转矩性能.进一步地,考虑到在电机批量生产过程中不可避免地会受到误差、公差等不确定性因素的影响,将六西格玛设计方法和蒙特卡罗分析方法相结合,对电机进行鲁棒性优化.通过对比分析优化前后的电磁性能可知,所提出的新型电机可以在提高输出转矩的同时有效降低转矩脉动,且极大降低电机批量生产中的失效率.最后,实验结果验证了所提新型电机结构及其鲁棒性优化设计的准确性和可行性.     

利用差动轮系实现机械压力机混合输入的研究

采用差动轮系作为传动机构对机械压力机的混合输入的问题进行了研究. 提出了“调速幅度”或“差速比”是混合输入的重要参数, 它不仅决定了速度调节的大小, 而且决定了伺服电机功率和常规电机功率的功率之间的比值. 对差动轮系中各轴的传动比、两电机的功率计算、工作负载功率的分配等公式进行了推导. 提出了机械压力机实现混合输入可以采用伺服电机和常规电机同时拖动, 与伺服电机和常规电机分别拖动两种驱动方案. 计算结果表明, 采用伺服电机和常规电机分别拖动方案, 可以采用较小功率的伺服电机满足机械压力机的工作要求, 并能使得设备的制造成本和使用成本较低. 因此该拖动方案为机械压力机混合输入在工程实际中应用提出了一条可行之路.     

强干扰影响下基于干扰补偿的大飞机智能自适应控制

针对强干扰影响下的大飞机增稳控制问题,提出了一种基于干扰补偿机制的智能自适应控制策略.首先,针对强风扰影响下的大飞机面向控制模型,设计了一种耦合多变量干扰观测器,对大飞机模型中的综合不确定及干扰进行快速精确估计,并用于闭环系统的控制器补偿.在此基础上,通过结合快速超螺旋滑模控制算法与自适应动态规划策略,提出了一种新型的有限时间鲁棒自适应控制器.该控制策略在理论上能够实现强干扰影响下的大飞机有限时间精确稳定飞行控制,并通过对波音747型大飞机进行了仿真验证,可得本文提出的智能自适应控制策略能够有效地实现强风扰影响下的大飞机姿态快速稳定与快速机动.     

一种新型双层电磁带隙结构及其在微波电路中的应用

提出了一种新型双层电磁带隙结构, 并分别用数值和实验的方法对这种结构的特性进行了分析. 在对这种结构单元的电磁特性分析的基础上, 给出了其集总参数等效电路, 并且讨论了这种结构的几何参数对电磁特性和等效参数的影响. 与已有的EBG结构相比, 该结构具有小型化及背向辐射小的特点. 基于单元结构的特性和等效电路, 设计了一种紧凑型转弯线带阻滤波器, 以及带阻型天线双工器. 理论和测量结果显示, 这种结构在微波和射频系统中具有潜在的应用价值.     

骨骼肌收缩的生物电化学变频调控原理——基于分子马达运行机制的骨骼肌生物力学原理（Ⅱ）

以骨骼肌肌纤维中的肌小节为对象,建立了肌膜动作电位活动与由动作电位引发的肌小节内Ca2＋浓度变化的生物电化学模型,并给出了相应的数学描述;以此模型为基础,从控制学角度阐明了由分子马达集体运作产生的肌纤维稳态收缩功率的调控方式,即作为控制信号的动作电位如何调控作为驱动信号的Ca2＋浓度,及其间接调控肌纤维等长收缩力的原理与相关特性,并设计实验对收缩力与动作电位激励频率之间的关系进行了验证;相应地,本文进一步阐述了动作电位对肌纤维的动态收缩功率的调控方式是变频控制,并导出了从动作电位频率变化到肌小节内Ca2＋浓度变化的传递函数,分析了肌纤维收缩的频域特性.另一方面,由理论分析的结果出发,提出了表征从控制信号触发到肌纤维开始收缩的最小滞后时间——＂肌电时间常数＂的概念,最后讨论了肌纤维收缩的变频控制方式的物理内涵及其合理性.     

基于微喷射流的高功率LED散热方案的数值和实验研究

提出了一种基于封闭微喷射流的高功率LED主动散热方案, 系统采用一个微泵来驱动, 依靠封闭微喷系统实现大功率发光二极管(LED)芯片组的高效散热. 对没有采取数值优化情形下设计的上述散热系统开展了实验研究, 对比实验表明: 在不采用上述系统和完全依靠自然对流散热情形下, 对2×2 LED芯片组输入16.4 W的电功率, 运行10 min后, 芯片表面平均温度为112.2℃, 但采用上述冷却方案后芯片表面测量温度仅仅为44.2℃. 实验中改变微泵的流量, 结果表明: 微泵的流量增加将提高散热效率, 但将相应增大消耗功率. 对微喷散热实验系统同时开展了数值研究, 计算结果发现: 对2×2芯片组输入4 W电功率的情形, 稳态数值计算下芯片表面平均温度为34℃, 与实验测得的接近稳态下的温度32.8℃相当, 这表明该模型可以用于数值优化. 数值计算结果还表明: 实验用微喷射流器件需要开展参数优化.     

非等容多腔微型摆式发动机的带回热混合动力循环特性分析

常规微型摆式发动机效率低下、功率不足,针对这一缺陷,提出一种适于微型摆式发动机的可回热新型混合动力循环,研究表明,其热力特性能够显著改善发动机性能.首先改进摆式发动机为非等容多腔结构,在混合动力循环作用下,发动机与螺旋式回热器实现了理论联合运转,通过回收排气余热和抑制热泄漏两个途径提升整机效率.发动机稳态工作过程仿真结果表明,以不带回热的新型混合动力循环运行的微型摆式发动机,其热力性能较单一循环发动机具有明显优势;考虑泄漏效应后,混合循环由两个独立的四冲循环与两个独立的二冲循环构成,且发生泄漏的两相邻腔室必属不同循环,二者热力特性具有明显差异.应用该回热技术后,微型摆式发动机性能得到了大幅提升,其中四冲腔室热效率相对提升达45.31%,整机效率亦相对提升了14.09%.该数值模拟结果从原理上初步证明了该技术的可行性与先进性,对于促进微型热机的发展具有重大现实意义.     

交叉敏感情况下多传感器系统的动态特性研究

讨论了具有交叉敏感的传感器组成的多传感器系统的动态特性及其对系统检测精度的影响. 提出了将该多传感器系统看作一个线性滤波器与一个无记忆非线性函数的串联系统, 即Wiener系统, 把后续的信息融合系统看作一个无记忆非线性函数与一个线性滤波器的串连, 即Hammerstein系统. 在静态标定的基础上, 用盲解卷积技术求得Hammerstein的线性滤波器系数矩阵. 针对盲解卷积技术复现信号幅值不确定性的缺点, 提出了一种根据逆滤波器系数矩阵与静态标定的线性矩阵的同一性校正滤波器系数矩阵的方法, 以获得多传感器系统的近似逆向动态模型, 提高了多传感器系统在实际检测过程中的检测精度, 降低了动态检测结果失真度, 满足了实际情况的需要. 最后的仿真结果表明, 输入信号频率接近采样频率1/10时, 用盲解卷积技术获得的幅值复现误差是未经过动态补偿的幅值复现误差的1/20, 是各传感器单独动态补偿后幅值复现误差的1/2, 快速性提高了2倍. 金属氧化物半导体甲烷传感器的动态补偿结果表明, 在温度阶跃响应下, 补偿后的甲烷检测误差小于补偿前的1/2, 因此这种方法拓宽了多传感器系统的带宽.     

语义Web的逻辑基础

分析了目前语义Web理论的研究现状和存在的问题, 分析了用传统描述逻辑作为语义Web逻辑基础的不充分性, 根据语义Web的特点和需求, 提出了一种新的动态描述逻辑DDL, 该DDL将静态知识和动态知识表示与推理有机地整合在一起. 特别的是, 给出了具体的动作描述方法, 并按照传统描述逻辑的语义解释方法给出了动作的语义解释, 从而该DDL形成了一种能同时处理静态知识和动态知识的统一的形式化逻辑框架. 该DDL具有清晰的语义特征, 既提供了可判定的推理服务, 又能有效地对静态知识、动态过程和运行机制进行表示和推理(动作的可实现性和动作之间的包含关系), 因此, 提出的动态描述逻辑DDL可以为语义Web提供合理的逻辑基础, 弥补了传统描述逻辑作为语义Web逻辑基础的不足.     

基于机械/电气坐标系变换的无轴承永磁同步电机建模

无轴承永磁同步电机具有两套定子绕组, 即转矩绕组与悬浮力绕组. 通过分析这两套绕组之间的磁链交链情况, 提出机械/电气坐标系变换方法, 基于该方法推导出无轴承永磁同步电机转矩绕组与悬浮力绕组的磁链方程与电压方程. 在分析无轴承永磁同步电机内各部分洛仑兹力作用的基础上, 给出无轴承永磁同步电机电磁转矩方程. 在分析无轴承永磁同步电机各部分径向力数学表达形式的基础上, 得出无轴承永磁同步电机径向悬浮力方程的完整形式. 最后给出了实验系统控制框图和部分结果. 该数学模型为无轴承永磁同步电机的仿真研究、实验波形分析及结构设计提供了理论依据.