基于磁特性曲线的杆件拉力测量及影响因素研究

由磁弹基本原理可知,不同拉力作用下杆件材料的磁特性曲线存在差异,据此可发展出一种杆件拉力测量方法。为准确获取磁特性参数与拉力的关系表达式,搭建了力热耦合条件下的磁特性曲线测量装置,并进行了相关影响因素的试验研究。拉力的测量精度与传感器结构及其励磁方式、材料剩磁状态、温度和数据分析过程等多因素密切相关,首先试验对比分析了脉冲、交流两种励磁方式对磁特性曲线的测量精度的影响,表明剩磁状态对脉冲励磁的测量结果影响较大,而交流励磁的重复测量稳定性高,更适合用于杆件拉力测量;其次,通过拟合确定系数、灵敏度等指标对比,讨论了励磁磁场强度选取对磁特性参数与拉力的关系方程特性的影响,得到了一组磁感应强度与纯铁杆拉力的标定方程,其线性拟合确定系数大于0.99,灵敏度为-3.46m T/k N;最后,试验测试了不同温度条件下纯铁杆材料的磁特性曲线,分析结果显示,磁感应强度与温度间存在非线性关系。上述研究为杆件拉力的工程检测提供了试验方法和技术。     

预应力钢绞线磁谐振应力监测试验研究

预应力钢绞线是混凝土结构的关键受力构件,其有效预应力一旦损失严重,将威胁结构安全。为了精准监测钢绞线应力状态,基于磁谐振原理和磁弹效应,提出预应力钢绞线磁谐振应力监测方法。设计了双线圈磁谐振传感器,分析了测试频率选择方法,搭建了钢绞线应力监测系统。为验证该方法的可行性,对不同设计拉力的镀锌钢绞线和涂环氧树脂钢绞线试件进行了应力监测试验。试验结果表明：不同批次的钢绞线对应的感应电压随拉力的变化趋势相似;感应电压和钢绞线应力非线性相关,三次拟合优度R~2均大于0.96,灵敏度可达0.064 79%/kN;依据拟合结果和测得感应电压计算钢绞线应力,得到在高荷载情况下钢绞线应力测试误差集中小于4%,为预应力钢绞线监测提供了新方法。     

基于纵向模态超声导波陷频特性的钢绞线拉力测量新方法

试验发现了钢绞线结构中L(0,1)模态导波存在陷频这一固有声学特性,由此提出一种钢绞线拉力检测新方法。为测试钢绞线中导波陷频特性与拉力的关系,研制了一款柔性低频磁致伸缩传感器,可在30~160 k Hz范围内激励/接收L(0,1)模态导波。在直径17.8 mm和15.2 mm的两种7芯钢绞线上进行导波陷频检测试验,结果表明陷频特征频率与拉力的自然对数值呈良好线性关系,陷频旁侧峰值比随拉力增大而线性增加。试验中1 k N的拉力增量(应力增量约3 MPa)引起的声学参数(陷频特征频率和陷频旁侧峰值比)变化可被检测到并较好的符合标定关系方程。在额定工作载荷内,拉力估算相对误差小于1.5%,这表明新方法具有较高的拉力检测精度。同时,依据试验所得结论,给出了钢绞线结构中L(0,1)模态导波陷频中心频率与拉力关系的修正公式。新方法实施过程简洁,具有很好的工程应用前景。     

基于低分辨率磁滞变化曲线的杆件拉力测量

根据磁弹基本原理可知,不同拉力作用下杆件材料的磁滞回线存在差异,据此提出了一种磁弹拉力测量改进方法。该方法先采用双套筒线圈式磁弹传感器采集不同拉力下杆件磁滞回线信号,并利用磁滞变化曲线衡量力对磁滞回线上每一点的影响,应用小波分析对磁滞变化曲线降维得到不同拉力下的低分辨率磁滞变化曲线特征,输入到神经网络进行训练,从而获得低分辨率磁滞变化曲线与拉力的映射关系。通过实验分析表明,磁滞变化曲线可以从本质上直观地反映拉力对磁滞回线上每一个点的影响。低分辨率磁滞变化曲线特征不仅包含着完整的拉力对磁滞回线每一点影响的信息而且特征维数低。应用基于低分辨率磁滞变化曲线和神经网络的拉力测量方法,无需分析灵敏度曲线和拟合确定系数曲线就可确定反映拉力的特征,可以实现多特征对拉力的拟合。接着,比较了误差反向传播神经网络(BPNN)、径向基神经网络(RBFNN)和利用线性插值样本训练的RBF神经网络对拉力的预测性能,发现利用线性插值样本训练后的RBF神经网络的预测效果,优于BP神经网络和没采用线性插值样本训练的RBF神经网络。最后,将基于低分辨率磁滞变化曲线和采用线性插值样本训练的RBF神经网络的拉力测量方法集成于双套筒线圈式杆件拉力测量装置并应用于实际拉力测量中,其拉力测量误差和确定系数分别达到0.11%和1,达到了实际测量要求,证明了该方法的有效性和可用性。     

一种基于网格的图像测量系统高精度标定方法

提出一种图像测量系统高精度标定方法,设计一种网格靶标,给出了图像分块处理和平行直线拟合方法的靶标特征点提取方法,并采用了一种基于靶标的摄像机位置调整方法。采用两步法对图像测量系统进行标定,首先进行线性标定,然后进行多项式拟合畸变校正。实验结果表明畸变校正后标定精度达到0.18像素,具有较高标定精度。     

磁致伸缩与磁弹一体化传感器的研制

为开发具有缺陷检测与应力测量双功能的单体传感器,设计出一种包括静态偏置磁路和内、外层感应线圈的一体化传感器结构,可工作于磁致伸缩与磁弹传感器两种模式。结合磁致伸缩与磁弹基本理论,以能量转换效率和应力测量灵敏度为指标,采用有限元仿真法对一体化传感器的偏置磁场进行优化选取。一体化传感器的试验测试结果表明,传感器工作于磁致伸缩传感器模式时,可在直径6.3 mm钢杆中激励产生L(0,1)模态超声导波并有效检测出宽度和深度均为1 mm的槽型缺陷,增加外层感应线圈的驱动直流可对静态偏置磁场强度进行补偿以使接收的缺陷回波信号幅值增加,提高传感器的缺陷检测能力;工作于磁弹传感器模式时,随激励信号幅值增大,传感器的应力测量灵敏度和测量结果线性度均有提高,其中测量结果线性拟合确定系数最高达0.992 4,表明一体化传感器可用于高精度应力测量。     

光强非线性响应下的光致热弹光谱光强修正

提出了基于光强非线性响应的光致热弹光谱光强修正方法,实现了激光光强的准确修正。控制DFB激光器工作于波长调制模式,设置激光调制频率为16 369.75 Hz,通过光纤放大器增强其出射光强非线性项的幅值,光束经多次反射池后汇聚于石英音叉根部激发光热信号,采用数字锁相放大器解调得到对应的谐波信号,通过多项式拟合谐波信号背景,反演得到与浓度及光强分别对应的谐波信号。实验结果表明,当光强从22.03 mW变化至3.16 mW,谐波信号背景幅值与光强具有良好的线性关系,线性相关系数大于0.998,归一化后的谐波信号幅值波动小于0.37%。针对甲烷测量,系统在较大的浓度范围内具有良好的线性响应,谐波信号信噪比表明系统的最低检测限达0.22×10-6。该研究为光致热弹光谱的光强修正提供了一种新的方法,可有效提高LITES系统在长期测量应用中的稳定性。     

基于LPFSA与阶次跟踪的变速齿轮箱状态评估

针对变速齿轮箱时变故障检测问题,提出了一种基于局部多项式拟合稀疏算法与阶次跟踪的变速齿轮箱编码器信号瞬态特征提取算法.首先提出局部多项式拟合稀疏算法,从原始编码器信号中提取与齿轮故障相关的时域瞬态特征.然后应用阶次跟踪技术将时域非平稳瞬态特征转化为角度域的平稳瞬态特征.同时,为了解决公式化局部多项式拟合和稀疏性优化问题...     

CCD型光学多通道分析仪波长的标定

研究了最小二乘拟合方法在CCD型光学多通道分析仪波长标定中的应用。标定的光源采用低压汞灯,标定过程分别采用最小二乘法中的2次拟合和线性拟合(1次拟合)。通过测量低压汞灯和低压钠灯光谱,将2次拟合和线性拟合(1次拟合)的结果作比较。结论表明,用2次拟合比线性拟合结果更精确。     

基于非量测畸变校正的摄像机标定方法

为了保证镜头畸变系数标定的一致性和简化视觉测量中摄像机的在线标定过程,建立畸变分离的摄像机模型,提出基于非量测畸变校正的摄像机线性标定方法。基于共线点的透视投影不变性,采用大量共线特征点对定焦镜头的畸变参数进行一次标定,摄像机内部参数可以由校正畸变后的特征点进行线性标定。该方法将畸变参数从摄像机模型中分离出来,不需要将畸变参数纳入到摄像机模型中进行多次重复标定。试验结果表明,畸变分离摄像机模型很好地符合了定焦摄像机的成像规律,基于非量测畸变的摄像机参数线性标定方法与传统的非线性优化标定方法的标定精度相当,标定速度提高近3倍,对于简化摄像机标定过程,提高视觉测量的便捷性,拓宽机器视觉的工程应用具有重要意义。     

光伏反激并网微型逆变器THD性能仿真研究

针对光伏反激并网微型逆变器的输出功率随着太阳能电池输出功率不断地变化,且在逆变器的输出功率比较低时并网输出电流的总谐波失真(THD)指标不能满足并网要求的问题,研究利用PI准谐振控制器对光伏反激并网逆变器进行了并网控制。通过运用状态空间平均法建立了光伏反激并网微型逆变器的数学模型,基于该数学模型建立了仿真模型,对传统的PI控制器与PI准谐振控制器的控制性能进行了仿真分析。研究结果表明,在不同输入电压、负载条件下,采用PI控制器的逆变器输出并网电流的THD较大,不能满足并网要求;而采用PI准谐振控制器时THD均小于5%,能满足并网要求,从而验证了新控制方法的有效性。     

基于虚拟仪器的电力谐波失真测量系统设计

该文基于虚拟仪器介绍了一种便捷的电力系统谐波失真测量方法。利用电压互感器和NI myDAQ采集卡采集实际电网信号,在LabVIEW2017中配置DAQ助手、频谱测量模块和失真测量模块。该设计能够快速并且较准确地测量出实际电网的信噪比和总谐波失真。     

基于总谐波畸变最小原则确定基波周期的新方法

在整周期采样的FFT算法的基础上，提出了确定基波周期的总谐波畸变（THD）最小的方法，并作了误差分析。实际应用证明，该方法用于工频信号的谐波分析，可有效降低测量误差。     

Measuring harmonic distortion in electrical power networks – New approach

Standard specification for power network quality diagnostic systems requires synchronization of sampling rate to the network frequency in every 10 s in order to ensure high accuracy of harmonic analysis. The total harmonic distortion (THD) cumulates measurement errors, therefore it is the most sensitive parameter to the frequency synchronization. This paper investigates two main effects putting impact on the THD computation accuracy. The first is the effect of the base clock rate of sampling hardware and the second is the practical deviation of network frequency during the 10 s synchronization period. The relative accuracy of THD calculation is examined in different real practical solutions and different synchronization methods are discussed and assessed. Theoretical proof and practical demonstration are given to show the needs of special synchronization methods in certain measuring circumstances.     

级联多电平变换器的新型混合PWM技术

提出了一种级联多电平变换器的新型混合PWM技术。该技术以载波层叠PWM与载波移相PWM为基础,通过结合载波层叠PWM中的载波分布以多个层叠小三角载波代替载波移相PWM技术中三角载波来实现调制。分析研究了在相同开关频率下的采用载波移相PWM技术、载波层叠PWM技术、传统混合PWM技术以及所提出的PWM技术在五电平和七电平级联H桥变换器中的性能。结果表明在整个调制比范围内,该技术不仅整体的线电压的总谐波失真(THD)值更小,而且在相同调制度下该技术对输出线电压和线电流基波幅值有显著提高。仿真试验结果论证了该技术对谐波性能优化以及对直流电压的利用率提高。新型混合PWM技术能应用于不同电平的级联多电平变换器而保持原有性能。最后,通过实验证明了理论分析与仿真研究的正确性。     

利用交流升压方法抑制弧焊逆变电源的输入电流谐波

传统的逆变焊接电源的输入电流含有丰富的谐波分量。将大功率谐波抑制技术引入焊接逆变电源,首次提出一种交流压方式的三相功率因数校正电路。这种电路将升压电感放在整流器的交流侧,与3个星形接法的双向功率开关一起构成交流升压电路。对交流升压方式的三相功率因数校正电路进行了谐波抑制性能的理论分析,并通过计算机仿真和硬件试验,表明这种电路很容易实现总谐波畸变率小于5%的谐波抑制效果。     

基于随机载波PWM的开关磁阻电动机谐波频谱展开研究

为解决开关磁阻电动机(SRM)固有的振动和噪声问题,在SRM的速度控制中使用了随机载波脉宽调制(RCPWM)进行了谐波频谱扩展。将两种RCPWM,即单随机载波脉宽调制(SRCPWM)和多随机载波脉宽调制(MRCPWM)运用到SRM速度控制中的电流环,其能够有效地将电压谐波分散到更宽范围的频谱上。谐波频谱展开性能可以用谐波展开因子(HSF)和总谐波畸变(THD)进行评估。通过Matlab/Simulink软件搭建了四相8/6极SRM速度控制系统。仿真结果表明,相较于普通PWM和滞环控制,RCPWM能够显著提升SRM的谐波频谱展开能力,而SRM的振动和噪声与电压谐波有着直接的关系,因此可以达到减小SRM振动和噪声的目的。     

ADAPTIVE FEED-FORWARD COMPENSATOR FOR HARMONIC CANCELLATION IN ELECTRO- HYDRAULIC SERVO SYSTEM

Since the dead zone phenomenon occurs in electro-hydraulic servo system, the output of the system corresponding to a sinusoidal input contains higher harmonic besides the fundamental input, which causes harmonic distortion of the output signal. The method for harmonic cancellation based on adaptive filter is proposed. The task is accomplished by generating reference signals with frequency that should be eliminated from the output. The reference inputs are weighted by the adaptive filter in such a way that it closely matches the harmonic. The output of the adaptive filter is a harmonic replica and is injected to the fundamental signal such that the output harmonic is cancelled leaving the desired signal alone, and the total harmonic distortion （THD） is greatly reduced. The weights of filter are adjusted on-line according to the control error by using least-mean-square （LMS） algorithm. Simulation results performed with a hydraulic system demonstrate the efficiency and validity of the proposed adaptive feed-forward compensator （AFC） control scheme     

Hierarchical control strategy for a three-phase 4-wire microgrid under unbalanced and nonlinear load conditions

This paper proposes an improved hierarchical control strategy consists of a primary and a secondary layer for a three-phase 4-wire microgrid under unbalanced and nonlinear load conditions. The primary layer is comprised of a multi-loop control strategy to provide balanced output voltages, a harmonic compensator to reduce the total harmonic distortion (THD), and a droop-based scheme to achieve an accurate power sharing. At the secondary control layer, a reactive power compensator and a frequency restoration loop are designed to improve the accuracy of reactive power sharing and to restore the frequency deviation, respectively. Simulation studies and practical performance are carried out using the DIgSILENT Power Factory software and laboratory testing, to verify the effectiveness of the control strategy in both islanded and grid-connected mode. Zero reactive power sharing error and zero frequency steady-state error have given this control strategy an edge over the conventional control scheme. Furthermore, the proposed scheme presented outstanding voltage control performance, such as fast transient response and low voltage THD. The superiority of the proposed control strategy over the conventional filter-based control scheme is confirmed by the 2 line cycles decrease in the transient response. Additionally, the voltage THDs in islanded mode are reduced from above 5.1% to lower than 2.7% with the proposed control strategy under nonlinear load conditions. The current THD is also reduced from above 21% to lower than 2.4% in the connection point of the microgrid with the offered control scheme in the grid-connected mode.     

弱电网条件下的单相频率自适应锁相环

为消除直流偏置和谐波畸变对基于二阶广义积分器( SOGI )的单相频率自适应滤波器锁相环跟踪精度的影响,提出了一种级联结构的弱电网条件下的单相频率自适应锁相方法.分析了输入直流偏置对SOGI２ 路正交输出信号的影响,以及 SOGI 锁相环的频率跟踪特性.设计级联结构的双二阶广义积分器( DSOGI )锁相环,前级 DSOGI 消除单相电网电压采样信号中的直流偏置,生成 ２ 路正交电压信号,后级DSOGI 分离出 ２ 路正交信号中的基波正序分量,并抑制电网谐波畸变对锁相环相角与频率检测精度的影响.功率硬件在环实验装置上的实物实验验证了所提锁相方法的有效性.