线性控制系统Nyquist稳定判据的教学方法研究

在自动控制原理学习中,线性控制系统的频域分析法是一个重要的部分,而Nyquist稳定判据是其中一个重点教学内容。为了提高学生对概念的理解,针对Nyquist稳定判据中的定义、开环幅相频率特性图的绘制、虚轴上有开环极点时图形的绘制以及稳定性判断等容易出错的地方进行了详细的讲解。在Nyquist图绘制方面对起始点和终止点相角的确定进行了分析,对曲线的补画也做了全面地总结,并结合实例进行了说明。     

关于系统稳定性判别方法的讨论

在控制和通信系统的分析和设计过程中,研究系统的稳定性是其核心问题。不稳定的系统是不能有效工作的,而只有在系统稳定的前提下,讨论系统的准确性与快速性才有意义。因此从教学的角度,分析几种系统稳定性判据,指出这几种判据的应用场合具有一定的意义,并重点讨论了利用Nyquist准则判别系统稳定性时需要注意的问题,给出了仿真实例,说明Nyquist准则判别方法的科学有效性。     

稳定性判据应用于时延系统时的分析

时延环节是普遍存在于机械系统中,对机械系统的稳定性判断代来困难。本文利用萨奇法、劳斯法、乃奎斯特法,对含时延环节的系统进行了稳定分析,并根据劳斯判据,提出了降阶近似计算方法。     

热声热机板叠式回热器结构数值计算

将热声热机板叠式回热器气体通道看成矩形导管,对回热器结构进行数值计算。通过声波导管理论的推导,对微型热声热机回热器板叠尺寸进行研究,利用高次波在气体通道衰减原理,计算回热器板叠纵向长度。研究结果表明:50kHz的热声热机回热器板叠最小横向长度为3.43mm;横向长度为3.43mm的板叠对于频率分别为20,30,40kHz的3种声源的最佳纵向长度分别为5.9,6.0和6.4mm,最佳纵向长度随声源频率的降低而减小。     

热声热机中液相工质的选择与计算

分析了热声热机中使用的液相工质的选择方法,研究了适合于热声热机 液相工质的热力学性质和热物理性质的计算方法,并对液相工质R218进行了数值计算,计算结果已有的实验结果相符合,计算方法和结果具有令人满意的精度,研究结果可用于低品位热源如太阳能驱动的热声热机的研究与开发。     

热声热机中回热器的数值计算与分析

针对热声热机系统回热器（或板叠）的数值计算。讨论了简单实用的得谐分析方法,并对热声制冷机中的热声板叠进行了数值计算与分析。计算结果为回热器（或板叠）的设计与优化奠定基础,从而保证系统设计的可靠性。     

Experimental investigation of a 500 W traveling-wave thermoacoustic electricity generator

In this paper, an experimental investigation of a traveling-wave thermoacoustic electricity generator, which consists of a traveling-wave thermoacoustic heat engine and a linear alternator driven by that engine, is presented. Using the results of previous theoretical and experimental research, we designed and fabricated a traveling-wave thermoacoustic heat engine and a linear alternator. In the experiments, 450.9 W of electrical power was obtained with a maximum thermal-to-electrical efficiency of 15.03%, and a maximum electrical power of 481.0 W was achieved with 12.65% thermal-to-electrical efficiency.     

热声热机结构动力学分析

利用商业软件ANSYS建立热声热机模型,从结构动力学角度进行模拟研究,对其进行结构静力、模态和谐响应分析。在热声系统的关键位置布置监测点,得到热声系统内部位移、应力和应变等参数随压力和频率的变化关系。研究结果表明:随着充气压力的提升,应力应变基本呈现线性增大的趋势,且峰值点一一对应。随着结构模态的提高,热声热机的应力和应变因位置的不同而存在差异;热声系统的3阶和4阶模态下固有频率接近气体介质的振荡频率;由谐振管内表面布置的监测点所得结果可知,高密度的气体介质的振荡会在回热器中产生振动激励和声激励,并作用于谐振管,使声波和固体介质产生共振和耦合。     

热声热机谐振管截止频率选择机理

通过波导管理论的推导,对热声热机中谐振管的截止频率选择机理进行研究,导出谐振管中传播一维平面波的频率传播范围,阐述热声热机谐振管中一维平面波的传播机理,即谐振管截止频率选择的理论依据。理论研究结果表明:对于同样等效直径的矩形谐振管,其截止频率远大于圆形谐振波导管的截止频率;对于等效半径为2 mm的微型热声制冷机的谐振管,当声速为343 m/s时,谐振管的截止频率为50 248 Hz,实际的工作频率5 500Hz,远小于谐振管的截止频率;在热声热机谐振波导管中只存在一维平面波传播,有利于合理布置热声热机的其他部件,达到优化热声热机的目的。     

过冷沸腾中热声振荡驻波自激形成的实验研究

借助工程信号处理的时域和频域方法,详细分析了竖直管内过冷沸腾中热声振荡特性,获得了热声振荡驻波自激形成与主流过冷度的关系．实验表明,当主流过冷度较大时,过冷沸腾声振荡具有多频性;随着过冷度的下降,多频的声振荡逐渐在管道长度方向上发展为具有单一高频的热声驻波;当过冷度下降到致使加热面接近饱和沸腾时,空泡群脉动所致低频压力波动将取代高频热声振荡驻波．在此基础上,提出了验证热声振荡驻波形成与否的相关判断原则,它可方便地应用于过冷沸腾传热工况的诊断之中．     

高频正弦波振荡器调测之探索

正弦波振荡器广泛用于各种电子设备中 ;本文对正弦波振荡器调测的理论依据、调测方法以及调测过程中出现问题的排除方法进行了探讨     

乃奎斯特(Nyquist)稳定性判据新公式及其应用

对乃奎斯特稳定性判据进行了较深入的研究,指出了原乃奎斯特判据在推导及应用方面的不足,从而推导出乃奎斯特稳定性判据的新公式。借助于此公式,可以明确地判定某线性定常系统是属于渐近稳定,还是临界稳定,还是发散不稳定。本文给出具有代表性的一些例题,说明如何利用稳定性判据新公式判定某一线性定常系统的稳定性。     

具有时滞的Logistic模型的Hopf分支的频域分析

运用频域法研究了一类具有时滞的Logistic模型.选择时滞τ为分支参数,得到了:当时滞τ通过一系列的临界值时,Hopf分支产生,即当时滞τ通过某些临界值时,从平衡点处产生一簇周期解,最后,用数值模拟验证了分析结果的正确性.     

高频驻波热声热机的数值研究

以1/4波长驻波热声热机为研究对象,建立了平行板叠结构回热器以及异形板叠结构回热器的数值模型,采用Fluent软件分析了这两种结构回热器产生的压力、速度以及流场.研究结果表明:异形板叠结构回热器自激振荡达到饱和所需的时间比较短,压力幅值比较高;非线性声场的扰动,导致不同时刻回热器冷热两端温度分布不稳定,相比平行板叠结构回热器,异形板叠结构回热器温度梯度比较小,有利于低品质热源的应用;针对板叠结构回热器,改变平板的结构,有利于实现热声系统的匹配;异形板叠结构回热器周围的流场明显强于平行板叠结构回热器,有利于流固之间的耦合,提高了热声转换的效率.     

广义一维势热声发动机微循环的性能分析

对热声发动机中的工质粒子进行量子力学行为分析,得出粒子处在不同一维势场条件下时的广义量子热声发动机微循环分析模型;运用此模型推导出广义量子热声发动机的性能参数表达式。研究结果表明：要使热声发动机性能达最优,必须对声场进行控制,使其能够在回热器中建立起一维无限深的或谐振的势阱条件。