基于非线性状态估计的风电机组振动建模研究

本文引入振动加速度信号,与SCADA数据结合进行风电机组关键部件的状态监测及故障诊断。实验数据为某风电机组连续6个月SCADA数据,振动建模方法采用非线性状态估计技术,在风电机组故障高发部位——齿轮箱、发电机、主轴承等处加装振动加速度传感器,通过对各部位振动特性的分析,分别建立相应部位的振动模型进行故障监测与诊断,并验证其可行性。研究表明,利用非线性估计的方法建立风电机组关键部位的振动预测模型简单有效,预测精度高,为后续风电机组振动分析提供了新的思路。     

基于充电电压片段的锂离子电池状态联合估计方法

锂离子电池的荷电状态(SOC)、健康状态(SOH)和剩余使用使命(RUL)是锂离子电池安全稳定运行的重要状态参数,本文提出一种基于充电电压上升片段的锂离子电池状态联合估计方法,实现对电池预测起点(SP)到寿命终点(EOL)的较长运行周期内SOC、SOH和RUL的联合估计.该框架在充电阶段进行SOH和RUL估计,在放电阶段进行SOC估计.首先提取电池恒流充电电压曲线片段的上升时间作为健康特征(HF),以HF作为输入,循环容量作为输出,建立最小二乘支持向量机(LSSVM)电池老化模型,对当前健康状态进行估计;采用等效电路模型对该电压区段进行非线性拟合,用拟合参数建立状态空间模型,结合无迹卡尔曼滤波算法进行SOC估计;用高斯过程回归时间序列模型对电池的健康特征序列进行建模,通过循环次数外推预测健康特征的变化趋势,并结合LSSVM老化模型,对RUL进行预测并给出置信区间.实验结果表明,所提方法具有较高的估计精度和较好的稳定性.     

基于非线性预测滤波和UKF的状态估计方法

非线性系统存在建模误差时,UKF的状态估计误差较大,为了提高UKF对非线性系统的状态估计能力,本文将非线性预测滤波(NPF)方法和UKF相结合,提出了一种改进的UKF。首先应用NPF求得模型误差值,得到非线性系统的修正模型,将模型离散化再应用UKF进行状态估计。在仿真实验中分别应用单纯的UKF和改进后的UKF对一个存在模型误差的非线性系统进行状态估计,对它们的估计结果进行了比较和分析,结果表明结合NPF的UKF能够提高非线性系统状态估计的精度。     

基于奇异谱分析的轴承温度趋势预测及其应用

采用奇异谱分析方法对轴承温度信号在相空间进行重构,并利用重构吸引子轨道矩阵的奇异谱特性来分离温度信号的趋势成分,从而得到轴承温度的变化趋势特征.在此基础上开发了水电机组轴承故障预测系统,该系统包括数据采集、趋势分析和故障预测3部分.试验结果表明,该系统能早期预测轴承温升趋势,提取温度信号中的故障特征,对烧瓦故障作出早期预警,可用于水电机组的状态分析、状态评估和故障预测.     

一种时间序列优化的粒子滤波算法

针对预测对象在动态过程中发生结构性变化的时间序列,难以建立一个实时解析变化趋势的模型.本文提出基于时间序列自适应建模的粒子滤波算法(TS-PF).采用时间序列方法动态构建预测模型,并将粒子滤波算法中一系列加权粒子以该模型进行状态转移,运用粒子滤波重采样技术,使预测误差进一步减小,预测精度逼近最优估计.非线性预测系统仿真实验表明基于时间序列自适应建模的粒子滤波算法(TS-PF)比单纯采用时间序列动态建模算法(TS)精度更高,提高了动态目标跟踪的准确性.     

采用改进回归型支持向量机的滚动轴承剩余寿命预测方法

为准确评估滚动轴承运行状态、预测其性能退化趋势以及剩余寿命,提出一种改进回归型支持向量机(SVR)的滚动轴承寿命预测方法。提取轴承信号的时域和时频域特征,通过主成分分析(PCA)方法将特征指标融合成一个归一化综合指标来表征轴承运行状态;利用特征指标和综合指标构建训练和预测向量数据集,结合差分进化灰狼群算法(DEGWO)确定最优惩罚参数和径向基函数(RBF)核参数并构建回归型支持向量机模型;将预测数据集输入到DEGWO算法优化的SVR模型中得到轴承状态评估指标的预测值,实现轴承剩余寿命的预测。利用IEEE PHM 2012数据集验证所提方法的有效性,并将其结果与灰狼群算法(GWO)优化的SVR、网格搜索算法(GSA)优化的SVR和长短期记忆神经网络(LSTM)模型所得结果进行对比分析。仿真结果表明：与其他方法相比,采用所提方法得到的轴承剩余寿命预测均方误差分别降低了44.74%、66.67%、77.27%,决定系数则分别提高了7.25%、20.72%、11.94%,该结果说明了所提方法在轴承剩余寿命预测应用方面的优越性。     

基于状态空间的惯性测量组合剩余寿命在线预测

实时准确的剩余寿命预测能够为惯性测量组合的维护策略安排提供有效的决策支持。由于反映惯性测量组合退化状态的性能指标不能直接监测或直接测量带有噪声,因此需要构建状态空间模型预测惯性测量组合的剩余寿命。考虑到惯性测量组合的性能退化指标随时间呈现非线性特征,首先采用基于非线性漂移的Brown运动(Brownian motion,BM)建模其退化状态,然后基于构建的状态空间模型,利用期望最大化(expectation-maximization,EM)算法和Kalman滤波(Kalman filter)实时估计和更新退化状态和模型未知参数。并且将状态估计的分布函数引入剩余寿命的预测过程,近似得到了剩余寿命分布的解析形式,实现了剩余寿命的实时预测与更新。最后,对惯性测量组合的剩余寿命实时预测问题进行了实验分析,结果表明该方法具有较高的预测精度与较小的预测不确定性。     

基于GA-BP算法的旋转控制头轴承温度预测

旋转控制头轴承组件要承受很大的动载荷,由于摩擦力的作用,使轴承发热和磨损非常严重,极易发生轴承温度过高而导致轴承失效。针对旋转控制头轴承温度影响因素多、精确计算困难、不易测量等特点,提出了一种基于遗传算法优化的神经网络(the optimized algorithm of BP neural network based on genetic algorithm,GA-BP)进行旋转控制头轴承温度预测的方法,利用某无外挂冷却润滑泵站式旋转控制头台架实验数据进行训练和测试,并与传统神经网络模型(BP)进行对比。结果表明,GA-BP预测模型实现了控制头轴承温度预测过程的自适应控制,预测得到的轴承温度与期望值之间的线性相关度达到0.991 48;通过95%置信区间以及平均、最大、最小绝对百分比误差的对比得到,GA-BP模型在逼近能力、收敛和泛化能力上都要优于BP预测模型。GA-BP预测模型预测精度高、稳定性好,对掌握轴承运行状态,优化旋转控制头冷却润滑方式和结构。提高旋转控制头的整体性能有重要指导意义.     

空间自由活塞斯特林发电机启动温度研究

为确定空间自由活塞斯特林发电机的启动温度,提出一种结合动力学模型预测启动温度的简单方法.首先建立了包含热力学和动力学的发电机线性模型,利用根轨迹技术并依据系统的不稳定性判定方法预测发电机的启动温度.运用该模型分析了实验样机的启动温度以及配气活塞板簧刚度和外负载对启动温度的影响,并进行实验验证.结果表明:发电机的启动温度与配气活塞板簧刚度成正相关关系,而与外负载成负相关关系,模拟结果与实验有较好的一致性.但由于模型的理想化,模拟结果存在误差且该误差随着热端温度的升高而增加.此外,利用该模型预测发电机的运行频率,结果表明误差低于5.9%.     

静电陀螺静态漂移误差模型系数的UKF标定方法

针对静电陀螺漂移误差特性,采用一种新的非线性建模方法UKF(Unscented KalmanFilter)对ESG漂移系数进行了标定.该方法基于UT(Unscented Transformation)原理,在保持陀螺漂移模型非线性基础上,使高斯随机变量在非线性方程中传播,实现非线性模型参数的估计.试验结果表明,与最小二乘法和扩展Kalman滤波比较,这种非线性建模方法能够对ESG漂移误差模型进行准确的标定.     

汽车多刚体操纵稳定性模型及稳定性分析

运用多刚体动力学罗伯森-维登堡法充分考虑悬架系统的作用,建立了两轴汽车六自由度操纵稳定性模型.在此基础上,运用Hurwitz定理分析汽车的操纵稳定性,得出汽车具有稳定行驶性能的两个必要条件:汽车后悬架弹簧有效距离的平方与后悬架单侧弹簧刚度乘积大于前悬架弹簧有效距离的平方与前悬架单侧弹簧刚度乘积;汽车后轴所载质量与前轮胎侧偏刚度的乘积大于前轴所载质量与后轮胎侧偏刚度的乘积.     

水轮发电机推力轴承的广义热弹性流体动力润滑性能分析

本文以二维雷诺方程、能量方程、三维热传导和三维热弹位移边界积分方程为基础,用边界元法求解油膜压力、瓦体温度场和瓦面热弹位移,编制了一个较完善的热弹性流体动力分析软件.利用这一软件,计算了托盘支承双层水冷可倾瓦轴承的热弹性流体动力性能,研究了载荷、转速、隔热层或热阻、水冷瓦、油池温度和托盘变形等因素对轴承性能的影响.结果指出,重载时轴瓦的热弹变形将导致工作条件恶化,接触热阻或隔热层对于改善瓦的变形是有利的,水冷瓦可以降低瓦温并改善瓦的变形,油池温度对各项性能有较大影响,托盘变形的影响很小.     

基于Simplorer的三相开关磁阻起动/发电系统建模研究

在分析开关磁阻起动／发电系统（SRS/G）运行机理的基础上，提出了一种基于Ansoft/Simplorer的SRS/G系统建模方法．该方法利用Simplorer的电路元件库搭建SRS／G的功率变换器及其外围电路，根据SRM小信号分析模型进行比例积分（PI）参数整定和参数优化，电机起动时采用转速外环PI调节加内环电流斩波、发电时采用电压外环PI调节加内环变开通角的控制策略对SRS/G系统进行了仿真分析．仿真结果与样机试验结果的比较验证了模型的正确性．该模型修改容易、直观性强，便于对不同的控制策略进行特性分析，为研究和设计SRS/G控制系统提供了一种有效的工具．     

推广卡尔曼滤波法应用于同步机参数估计和电力系统动态等效

本文提出一类用推广卡尔曼滤波技术，在线估计同步机参数和电力系统动态等效的方法。在电机参数估计中，对不同运行方式下的估计效果，初值设置对收敛的影响，量测参量的选择作了探讨。在动态等效计算中，采用一简单确定性的单机无穷大系统去动态等效一未知的两机系统。分析了不同运行方式下动态等效的效果，并对等效主特征根和原型主特征根作了验证，这一方法可为在线测试参数，状态观测和动态等效提供手段。     

高温高湿试验箱加湿器PLC控制系统设计

本文采用S7 - 300 PLC和WINCC组态软件设计了高温高湿试验箱加湿器控制系统,应用PID调节原理来控制加湿器的湿度变化,使用循环水控制方法避免加湿器出现缺水干烧现象,通过上位机监控画面显示加湿器运行状态,记录加湿器的运行数据,实现了加湿器的自动控制.     

优化平板载荷试验装置对地基极限承载力特征值的影响

常规的原位试验平板载荷装置在确定地基极限承载力时误差大、精确度不高,导致所确定极限承载力不符合实际值;因此试验装置的优化改进对试验数据的精确度影响甚大。在平板荷载试验装置方面做了很大改进,将原位试验改进前后的试验数据得到的承载力值与承载力系数与经典的极限平衡法(Vesic经验公式及修正)计算极限承载力大小作对比,并结合潜在滑移场理论所确定极限承载力及土样的承载力系数,得到了优化试验装置对地基承载力特征值的影响。     

涡流发生器对重型货车气动减阻特性的影响

为了解涡流发生器对重型厢式货车气动减阻特性的影响，以某国产重型厢式货车为研究对象，基于计算流体动力学的数值模拟，研究涡流发生器的形状、布置位置、高度以及间隙比对厢式货车的减阻效果，并分别从速度流线结构、湍动能分布和压力分布等方面探讨其减阻原因。结果表明：涡流发生器的形状、布置位置、高度以及间隙比对重型厢式货车气动阻力的影响较大。其中叉形涡流发生器位于货厢后端时的气动阻力系数最小，其值为0.699 6，相对于货车原始模型的减阻率为11.7%，因此叉形涡流发生器是最佳的涡流发生器造型。加装涡流发生器减小了货车尾部涡流区的面积和强度，使尾部气流延迟分离，进而减小了货车前后压差阻力。     

基于UML的CASE平台的代码自动生成

为进一步推广UML这一主流面向对象方法的建模标准的实际应用,研究基于UML软件开发过程的可视化CASE平台的体系结构,探讨面向对象的通用代码生成机制.设计了目标语言C++的代码生成结构,分析了模型中各种建模元素与生成的源代码之间的映射关系,提出了代码生成器由模型检查子系统、模型属性设置子系统和代码生成子系统3部分构成.最终实现了基于UML可视化CASE平台的C++源代码的自动生成.     

黑龙江大宗作物估产模型： 以水稻、大豆、玉米为例

建立黑龙江省的大宗作物的估产模型,对于及时掌握该省的农情有积极作用,同时可以为其他区域的估产建模提供方法参考。首先计算了趋势单产、农业气候指标、遥感类指标、种植波动指标。然后,针对3种作物(大豆、玉米、水稻)进行估产分区,在各分区内联合使用随机森林和留一法筛选建模变量。最后,统计基于留一法建立的所有模型的平均绝对相对精度(mean absolute relative precision, MARE)的最大值、最小值、均值和均方根误差,以此来反映最终建模的精度和稳定性。结果表明：针对大豆、水稻和玉米,黑龙江分别被分成了3、3和4个估产子区;变量筛选的结果显示趋势单产的重要性>归一化植被指数(normalized difference vegetation index, NDVI)距平的重要性>积温距平的重要性>Z指数的重要性;除玉米1区以外,针对3种作物建立的模型的最终MARE均小于10%,且所有模型的MARE的方差均小于0.05%。所建模型能够准确预测不同农业气候状况下的作物单产,可以为精细化筛选变量进行估产建模提供方法参考。     

柱面共形阵列天线WSF算法DOA估计性能分析

天线是无线电通信及探测系统的重要组成部分,在未来航天飞行器、移动通信以及声纳领域中,共形阵列天线的广泛应用将极大地提高系统的整体性能。在建立三维柱面共形阵列天线导向矢量数学模型的基础上,将经典高分辨DOA(Direction Of Arrival)估计方法——WSF(Weighted Subspace Fitting)算法应用到柱面共形阵列天线中,并详细分析推导WSF算法在柱面共形阵列天线中的估计方差和克拉美-罗界(Cramer-Rao Bound,CRB),通过计算机仿真实验分析了WSF算法在柱面共形阵列天线中的估计效果,给出了WSF算法在柱面共形阵列天线中DOA估计性能的评估。实验表明WSF算法的DOA估计方差随着信噪比和阵元个数的增加逐渐达到CRB。