电路级虚拟维修系统中等效电路模型建立方法

介绍以SPICE仿真软件为仿真引擎构建电路级虚拟维修(Virtual Maintenance in Circuit Class,VMCC)系统时建立数字器件等效电路模型的方法。利用该方法建立的数字器件等效电路可以模拟实际电路数字器件的功能,解决了数字器件难以仿真的问题。该方法已经成功应用于电路级虚拟维修原型系统。     

微机械系统建模与仿真技术研究

简要分析了微电子机械系统建模仿真的原因,指出了微电子机械建模仿真需要克服的四个方面技术难题,即尺度效应、开发快速的表面力计算方法、多物理场耦合分析、宏模型的建立,为微电子机械系统的建模仿真指明了研究方向.详细分析了微电子机械系统建模仿真的技术关键,多物理场耦合计算的理论方法和器件及系统宏观模型的建立,介绍了用于MEMS系统级模拟仿真的宏模型建立的几种方法,最后结合硬件描述语言VHDL-AMS提出了建立微电子机械系统模型实现系统级模拟的方法.     

静电致动硅膜板的宏模型建立方法

器件宏模型技术是MEMS系统设计和系统级仿真的关键技术。为了建立静电致动硅膜板的宏模型,在模态有限元分析的基础上,利用多维非线性函数拟合方法,将由数值计算得到的板的动能、弹性能和电容写成以模态广义坐标表示的解析式。导出双模态坐标下的静电微板的动力学特性方程,即宏模型。利用该宏模型研究了器件的静态、动态特性,并与有限元计算结果比较。表明,用模态坐标表达的动态宏模型能够考虑残余应力、大变形、静电力等非线性因素的影响,大大地减少了计算费用,而且具有足够的仿真精度。     

基于异构宏模型的MEMS系统级建模方法

针对含复杂结构的MEMS器件,提出基于异构宏模型的系统级建模方法,即将基于解析法和基于数值计算的宏建模方法结合起来提取复杂器件的参数化宏模型,在此基础上实现MEMS系统级仿真。以z轴加速度计为例,在Saber中进行其系统级的时域、频域仿真,将仿真结果与有限元分析进行了比较,其仿真时间小于3min,相对误差小于3%,表明该方法能够快速有效地实现复杂结构MEMS器件的系统级仿真。     

基于自由度缩减方法构造MEMS器件宏模型

器件宏模型是MEMS系统级仿真的关键.着重介绍了各种基于对器件结构经空间离散后得到的系统矩阵进行变换来构造低维近似系统矩阵的模型自由度缩减(MOR)方法,论述了各种提取线性系统宏模型方法的优缺点,接着阐述了非线性系统模型自由度缩减方法的研究现状,并对MEMS宏模型的研究发展方向提出了一些建议.     

MEMS模拟仿真研究和发展现状

介绍微机电模拟和仿真的一些基本特点 ,概括MEMSCAD的体系结构 ,以及等效电路法建立宏模型的方法和用ANSYS进行耦合场分析 ,并指出今后有待研究的几个问题。     

微结构的大转角非线性动态行为的宏建模方法

针对微结构的大转角非线性动态行为,提出采用欧拉参数法对用传统欧拉角度法描述的微结构动力学方程进行线性化,以避免MEMS器件的系统级仿真不收敛和提高仿真速度.以大转角扭转微镜为例验证了方法的有效性.用硬件描述语言Mast编程建立了组件模型,使用组件模型构建了系统级模型并进行了仿真分析.分析表明,两种方法的仿真精度与有限元方法比较相差都在2%以内;与欧拉角度法比较,使用欧拉参数法仿真速度快3倍以上;说明使用欧拉参数法能够在不显著损失精度的前提下更加有效地描述微结构的大转角非线性动态行为.     

应用集总参数的微机电系统等效电路建模方法研究

微机电系统(MEMS)的多物理域耦合的特性使得系统建模仿真极为困难.而利用唯象不可逆热力学的相关概念,能够将复杂的MEMS系统分解为多个子系统,并以统一的热力学共轭变量的方式描述各子系统组件模型.由广义Kirchhoffian网络理论,搭建MEMS系统级模型.基于集总参数方法的等效电路方法就是其中一种合适的组件模型表达方式.使用能量变分法建立机、电系统端口变量之间关系的基本方程,获得机械变量与电域变量的转换矩阵,从而建立等效电路模型.模型易于在电系统仿真器中使用,适合于工作平衡点处的小信号仿真.     

MEMS器件与电路共同仿真原型系统

为了预测MEMS器件与电路组成的完整MEMS系统的行为,建立了一个支持MEMS器件与电路共同仿真的原型系统。首先,根据MEMS系统级仿真与模拟电路仿真的共同特性,提出了MEMS器件与电路共同仿真的原理和方法,并依托国产电路仿真平台Zeni VLG建立了共同仿真原型系统的框架结构;然后,分别根据修正节点分析方法和模拟电路行为级建模方法开发了该共同仿真原型系统所必需的两个参数化模型库。通过一个跷跷板式微加速度计分别与其开环电路和闭环带载波电路的共同仿真对原型系统和模型库进行了测试,与国外商业软件Saber对比,开环仿真结果相对误差为2.1%,表明提出的原型系统能够有效进行MEMS器件与电路共同仿真,并且具有较高的精度。     

电子设备虚拟维修中电路仿真模型的构建与应用

利用SPICE和VC++平台,对电子设备虚拟维修系统中电路仿真模型的构建及其应用进行了研究。首先采用建立等效电路等方法解决了SPICE模型库器件模型不足的问题;其次使用Multisim和SPICE相结合的方法建立了电子设备电路仿真模型;最后选取SPICE3F5为仿真引擎,使用VC++平台,实现了对电子设备电路仿真模型的实时仿真和对仿真结果数据的实时读取。构建电路仿真模型并将其应用于虚拟维修系统,为电子设备虚拟维修系统的顺利实现打下了技术基础。     

Multidisciplinary simulation for driving performance analysis of an escalator system

An electric motor coupled with a gear train generates driving torque to move step band and handrail band together with passenger load for operation. Therefore, understanding of electric motor dynamics and its influence on escalator system in transient and steady state is very important for both product development and service operation in compliance with safety code requirement. A multidisciplinary escalator simulation model in complete system-level is introduced based on multibody dynamics technology including 3-phase induction motor, gear train inside of machine gearbox, step band, handrail band and all other drive chain bands. Torque from 3-phase induction motor is considered in the system model by the flux linkages equations derived from d-q axis equivalent circuit. The verified simulation model compared with Thévenin’s equivalent circuit model is used to investigate driving performance of an escalator system in different passenger load condition.     

压力容器-管路-安全阀系统变保真度仿真模型研究

针对能源工业领域中常见的压力容器-管路-安全阀系统(以下简称:压力系统)开展了系统级变保真度模型的研究。从提高模型的仿真效率同时保证计算精度的角度出发,分别基于等效压力点方法、特征线理论和CFD技术对压力系统中的压力容器、连接管路和安全阀进行了元件级模型的构建和系统级模型的耦合。为了验证提出的建模方法的准确性,结合已有的实验结果进行了模型的精度验证,结果表明,构建的系统级变保真度模型具有较好的压力系统动态特性仿真能力,能够对压力容器和管路内的压力波动以及弹簧式安全阀的动态响应进行准确的计算。     

空气轴承节流器阵列气膜压强的等效电路建模

对于空气轴承中气膜的复杂湍流运动,无法直接用解析法求解其雷诺方程。针对计算流体力学(Computational fluiddynamics,CFD)方法计算大规模节流器阵列气膜压强分布所需时间较长的问题,提出一种结合节流器单元气膜等效电路建模与分段非线性插值的气膜压强分布解析计算方法。在CFD仿真得到单元气膜压强分布的基础上,建立以线性电阻网络表示的多端口单元气膜稳态等效电路模型,确定了其中的模型参数。通过对单元气膜进行区域划分,借助PSpice电路仿真得到的关键点电位数据,确定气膜压强的分区段插值函数,从而计算得到单元气膜承载力,与CFD仿真结果相比误差为3.7%。通过16个单元的互联建立4 4阵列等效电路模型,可快速计算出阵列气膜的承载力。与CFD仿真相比,4 4阵列等效电路模型的计算误差为8.74%,而计算速度提高三个数量级以上。     

有限元法计算异步电机不同转速的等值电路参数

提出一种能够精确计算异步电机等值电路参数及其稳态性能的方法,该方法基于场路耦合的伪静止复数涡流有限元模型,铁芯饱和以及集肤效应直接在场中计及,不须考虑转子的转动,利用不同滑差时的磁场分析结果就能计算相应的等值电路参数,诸如端环,斜槽等三维效应可以通过传统的方法加以考虑。实验结果证明了该方法的有效性。     

基于锂电池等效电路模型的阻抗曲线拟合算法

近些年利用电池阻抗谱(EIS)估算锂电池状态的研究取得了较大进展。本文提出了一种EIS等效电路模型参数提取算法,用于分析提取不同状态下的电池等效电路参数,具有简单、不易发散的优点。首先通过结合模型的物理意义计算获得等效电路模型参数初值,然后利用等效电路与EIS之间的映射关系进行迭代,从而实现了参数的提取。对比理论参考值,提取的关键参数的误差低于4.4%。为了获得锂电池在不同荷电状态下的EIS数据,利用电化学工作站在恒温状态下测量选用的磷酸铁锂电池,利用算法编写的软件实现等效电路参数的提取。通过对比不同荷电状态下的等效模型参数,在一定程度上验证了利用EIS快速估计锂电池状态的可行性。     

基于电路模型的复合材料多钉连接载荷分配新方法

提出了一种新的计算复合材料多钉连接载荷分配方法,即将电路模型应用到复合材料多钉连接结构载荷分配估算中,多钉连接结构中的载荷、柔度和变形分别等效于电路模型的电流、电阻和电压。在新模型中材料的胡克定律转化为电学中的欧姆定律,变形协调方程等效于电学中的电压平衡方程。该方法使复杂的多钉连接模型变成了一些由简单的串联和并联电路组成的简单模型。对n排单列连接结构的电路模型进行分析,总能找到n-1个独立的闭环电压平衡方程和一个电流平衡方程,联立这n个方程就能够计算出各个钉上的电流大小,也就是相应的载荷值。在某些支路上添加恰当的电源,还可以模拟复合材料多钉连接结构的间隙或者过盈量。通过与试验结果对比,发现该方法能较好的预测出复合材料多钉连接载荷分配。     

基于电化学阻抗谱的锂离子电池等效电路模型参数辨识方法

针对常用的等效电路模型参数辨识软件在使用时需用户多次手动调整初始参数,不利于阻抗谱车载应用的问题,提出了一种无干预的等效电路模型参数辨识方法。根据电化学阻抗谱各特征成分与等效电路模型不同电路环节相对应的规律,通过分段拟合的方法自适应地获取阻抗谱拟合的初值,进而实现了等效电路模型参数辨识。通过解析不同老化状态、荷电状态、温度下的阻抗谱,发现该方法与常用参数辨识软件的结果保持一致,从而为阻抗谱在线应用提供了基础。     

基于等效刚度仿真应力的螺钉强度校核

为解决系统级仿真中螺钉连接难以覆盖的难题,提出利用理论计算获得连接螺钉的轴向刚度与剪切刚度。通过等效刚度模型表征螺钉的承载特性,建立了带简化螺钉的系统级有限元模型,准确地获得了系统连接中螺钉部位的支反力。通过搭建冲击试验环境,测试相同部位的应力水平并加以比对,反向佐证了连接部位的支反力与实际情况相符。采用第四强度理论对螺钉的强度与寿命进行校核,结果表明设计合理可行。该方法具有一定的工程应用价值,可供同类项目借鉴。     

Systematic experimental based modeling of a rotary piezoelectric ultrasonic motor

In this paper, a new method for equivalent circuit modeling of a traveling wave ultrasonic motor is presented. The free stator of the motor is modeled by an equivalent circuit containing complex circuit elements. A systematic approach for identifying the elements of the equivalent circuit is suggested. The Levenberg-Marquardt parameter estimation algorithm is used to model the alteration of the admittance after placing the rotor on the stator. Thereafter, theoretical assessments and experimental measurements are used to account for the speed reduction that is caused by placing the rotor on the stator and applying the load torque. Finally, the effects of temperature changes and the resultant response of the motor are computed. Results of the experiments and measurements are used to verify and validate the precision of the new modeling method.