基于交流电场驱动的微流体运动特性模拟研究

为研究在交流电场驱动下微沟道中流体的运动特性,采用有限元的方法建立了非对称电极驱动流体的数学模型.微管道高为40μm,出口在交流微电极以后100μm处,通过多物理场耦合软件研究了交流微电极对数、驱动电压、频率与微沟道出口平均速度之间的关系,其中交流微电极对数、驱动电压与出口速度成正比,对于几何尺寸一定的微管道,在特定频率下可以得到最大出口速度.实例中微管道在1V电压下,最佳驱动频率为3500 Hz,可获得的最大出口速度为9.6×10-8 m/s.     

MEMS近红外光谱仪微镜驱动控制系统研发

针对微机电系统（MEMS）近红外光谱仪中MEMS微镜驱动系统的耦合与复杂扰动问题,提出了一种基于扰动观测器（DOB）与模型预测控制（MPC）的复合控制结构。通过分析MEMS微镜的驱动工作原理,建立MEMS微镜偏转角与驱动电压的传递函数模型,设计了MPC以消除系统耦合,通过分析系统扰动模型,设计了DOB实现对系统内部与外部扰动的集中监测。仿真研究与实验测试结果表明：基于DOB MPC复合结构的MEMS微镜驱动控制系统,既可以有效抑制系统的外部扰动,又可以抑制由模型失配和变量耦合导致的内部扰动。     

磁力耦合机电产品电磁-结构多场联合仿真方法研究

针对磁力耦合机电产品分析和计算仅局限于单一场,无法充分反映产品电磁-结构耦合工作特性的问题,提出了一种电磁-结构多场联合仿真方法。基于结构动力学方程和麦克斯韦电磁场方程分析了激活装置输出电压,通过电磁仿真获取磁力参数,结合Adams动力学模型开展电磁-结构多场联合仿真。通过激活装置磁力矩和输出电压测试,结果表明,电磁-结构联合仿真方法计算误差可控制在5%以内。本文提出的电磁-结构联合仿真方法可提高磁力耦合机电产品计算精度,对磁力耦合机电产品性能研究具有参考价值。     

MEMS密闭腔内微气流的挤压膜阻尼效应研究

针对MEMS密闭腔内微气流与压电驱动机构的耦合振动,综合采用空气挤压膜阻尼效应和能量法进行理论分析。根据等温雷诺方程求解气体压力分布,进而计算微气流挤压膜阻尼能,将其代入能量方程,与压电-硅膜的耦合动能、势能、压电电场能进行能量耦合,将由能量方程确定的压电-硅膜-微气流耦合作用下的位移振形待定系数λ′与无气流影响下的压电-硅膜耦合振动位移振形待定系数λ对比后,找到了增加的阻尼项,微气流对驱动结构振动位移的影响正是通过该阻尼项体现的。研究可为微流体的驱动及协调控制提供相关理论基础及控制策略。     

光控平面阵列建模与计算机仿真

光延时相控阵能够明显地改善普通相控阵雷达系统的带宽,然而大多数的研究和实验系统均基于光控线阵,故对光控面阵的分析和研究有着重大的现实意义.针对在平面阵列的行、列上中同时使用子阵延时、单元移相的光延时波控技术的二维扫描光控面阵,建立了光控平面阵列的数学模型,通过该数学模型完成了光控平面阵列方向图及其在不同的子阵划分和不同指向角下的计算机仿真,仿真结果表明光控平面阵的行、列子阵划分方式和指向角对阵列带宽均存在重大影响,这为进一步研究光控平面阵列奠定了重要基础.     

微流控芯片中电渗流的数值模拟与仿真研究

从电渗流形成的基本理论入手,推导了电场和流场双物理场耦合的控制方程.运用多物理场数值计算分析软件建立了长为1000μm,宽为100μm的二维流道,在微流道中间250~750μm的区域施加了直流电压,并在数值模拟中还原了微流道内壁和微流体的物理属性,计算得出了各段流体的速度场,进而得出了各段流体的流型.通过二维流道压力分布分析了微流道中各段产生不同流型的原因.对微流控芯片中的电动流动的功能原理分析及优化设计具有借鉴意义.     

基于微电极的交流电热效应粒子驱动理论与仿真分析

交流电热效应对实现微流体的驱动和微流体中粒子的操控具有便捷高效等优势。采用对称、非对称平面电极、对称双面电极及螺旋叉指电极，利用有限元方法对其电场、温度场、流场和粒子浓度场进行了强耦合仿真计算，并分析了所施加电压和电导率对局部流速及温度梯度的影响。进而，比较了不同几何类型叉指电极在相同激励下对微流体的驱动能力。结果表明，在只改变电压或电导率的情况下，电压与局部流速及温度梯度的平方成正比，电导率与局部流速及温度梯度呈线性关系；在相同激励下，四种叉指电极的局部流速和温度梯度大小依次为非对称电极、对称电极、双面电极和螺旋电极。实现了对多种典型几何形式微电极的交流电热效应仿真分析，可为优化利用该效应及相关的生物传感器设计提供参考。     

基于复合静电驱动结构的硅微机械扭转微镜

为了改善硅微机械扭转微镜的机电耦合特性,降低器件的驱动电压并提高其工作可靠性,提出了几种新颖的基于复合静电驱动结构的硅微机械扭转微镜.提出的硅微机械扭转微镜将垂直扭转梳齿静电驱动结构、侧壁平行板电容静电驱动结构有机结合,实现了两种静电驱动方式的复合驱动,同时设计了内外双镜面结构,通过内外双镜面结构,实现了微镜的差动复合驱动,理论分析、模拟仿真与测试结果表明,通过上述两个方面新颖的设计,新结构显著降低了器件的驱动电压.同时为了提高器件的工作可靠性,在设计折叠梁柔性支撑结构时,将梁的不同位置设计成不同的厚度,对于硅微机械扭转微镜扭转过程中容易疲劳的梁部分加大了其厚度,从而在不影响器件扭转性能的前提下,明显提高了器件的可靠性.利用有限元方法对器件的力学特性和机电耦合特性进行了系统的仿真,获得了影响器件机电特性的关键结构参数.器件基于SOI晶片,采用表面硅工艺与体硅工艺相结合的方式加工制造,采用SOI晶片显著降低了微镜镜面的表面粗糙度,提高了其光反射能力.最后利用原子力显微镜对微镜镜面的表面粗糙度进行了测量和分析,实验结果表面微镜表面具有16nm的表面粗糙度,完全可以满足光学应用的需要.     

大位移压电陶瓷驱动器的有限元分析

为研究压电陶瓷驱动器的驱动效能,制作了大位移压电陶瓷驱动器.基于压电陶瓷材料的机电耦合特性,应用动力学有限元分析方法,将大位移压电陶瓷驱动器离散成一系列四面体单元,分别进行了力学和电学分析.根据压电陶瓷的基本压电方程,耦合了位移模式与电场模式的有限元模型,建立了压电陶瓷驱动器的有限元动力学模性.利用有限元分析软件ANSYS中的直接耦合场进行分析求解,分析结果与试验测量值取得了良好的一致,证实了利用压电陶瓷双晶片弯曲变形,制作的大位移压电陶瓷驱动器结构设计的合理性.该分析方法对压电陶瓷驱动器的设计、制造与测试具有理论指导意义.     

光致硅微悬臂梁形变理论研究

研究了硅悬臂梁的光致应变效应的基本理论.从力学和半导体物理学基本理论出发,考虑了光生载流子的空间分布以及载流子表面复合,提出了一种新的光致悬臂梁弯曲的模型和计算光致应变效应引起的悬臂梁弯曲量的方法.模型更为合理的解释了光致悬臂梁弯曲的根本动力,其计算结果和实验测量结果与文献报道相比更为接近.研究为基于光致应变效应的硅悬臂梁传感器打下了理论基础.     

分布式可再生能源发电并网的无功优化研究

提出了基于杂交粒子群优化算法的分布式可再生能源并网的无功优化算法,从网损和静态电压稳定裕度两个角度出发,构建了含分布式发电系统的配电网无功优化的数学模型.在美国PG&E 69节点配电系统上进行效验.结果表明,该算法收敛性好、精度高;分布式电源并网后能有效降低系统的有功网损,提高电压稳定性,对分布式电源并网运行具有一定的...     

Observer‐based control of a photovoltaic DC–DC buck converter: HDS approach

In this paper, a new observer‐based controller is proposed for a photovoltaic DC – DC buck converter; both photovoltaic (PV) voltage and current regulation are considered. In order to deal with the complex and nonlinear PV mathematical model and adapt it to the control purpose, a hybrid PV current observer model is proposed; three modes are defined and the stability of the observer is discussed using the hybrid dynamical system approach (HDS). The observer‐based controller is designed for both voltage and current regulation of the PV system; the closed loop of the full system stability is demonstrated through Lyapunov analysis. Experimental results are also presented showing the feasibility of the proposed observer‐based controller.     

电熔镁砂产品单吨能耗混合预报模型

产品的单吨能耗是反映电熔镁砂熔炼过程产品产量和能耗的综合生产指标. 通过分析炉内电热转换关系,利用能量守恒原理建立了产品单吨能耗模型. 针对模型的未知非线性和参数时变等综合复杂性提出了由基于机理分析的单吨能耗主模型和 基于神经网络的补偿模型组成的产品单吨能耗混合预报模型. 其中神经网络补偿模型用于补偿模型的未知非线性和参数不确定性对于预报模型准确性的影响. 采用某电熔镁砂熔炼过程实测数据验证了所建立的混合预报模型是有效的.     

Modelling and simulation of matrix converter under distorted input voltage conditions

Matrix converter is an energy conversion device which directly connects a three-phase voltage source to a three-phase load without dc-link components. Therefore, the output of the matrix converter is directly affected by the disturbance or imbalance in the input voltages. Many researchers have made an effort to overcome this problem in recent years. In this paper, the behaviors of the matrix converter controlled with the optimum-amplitude Venturini method are investigated and a novel compensation technique based on fuzzy logic controller is proposed to eliminate the undesirable influences of the input voltage under the distorted input voltage conditions. The proposed technique is based on closed loop control of the three-phase output current to enhance the output performance of the matrix converter. The mathematical model of the proposed system is developed. The simulation of the development model is performed in Matlab&Simulink. Some results demonstrating validity of the proposed compensation technique are presented.     

Operation mode control of a hybrid power system based on fuel cell/battery/ultracapacitor for an electric tramway

This paper focuses on describing a control strategy for a real tramway, in Zaragoza (Spain), whose current propulsion system is to be replaced by a hybrid system based on fuel cell (FC) as primary energy source and batteries and ultracapacitors (UCs) as secondary energy sources. Due to its slow dynamic response, the FC needs other energy sources support during the starts and accelerations, which are used as energy storage devices in order to harness the regenerative energy generated during brakings and decelerations. The proposed energy management system is based on an operation mode control, which generates the FC reference power, and cascade controls, which define the battery and UC reference powers in order to achieve a proper control of the DC bus voltage and states of charge (SOC) of battery and UC. The simulations, performed by using the real drive cycle of the tramway, show that the proposed hybrid system and energy management system are suitable for its application in this tramway.     

多起重机节能混杂系统模型及其仿真*

为了保证多起重机节能系统中设备的正常运行并取得较好节能效果,构造多起重机节能系统的等效电路,针对系统复杂难以建模问题,引入混杂系统理论,建立基于混杂自动机的电网整流装置模型,将离散事件活动周期图建模方法推广至混杂系统构建受控功率源的活动周期图模型,从而得到系统整体模型。仿真研究了系统直流母线的功率和电压,验证了所建模型的合理性。为更深入地开展多电机节能系统的研究提供仿真平台。     

Speed planning and energymanagement strategy of hybrid electric vehicles in a car-following scenario

The development of intelligent connected technology has brought opportunities and challenges to the design of energy management strategies for hybrid electric vehicles. First, to achieve car-following in a connected environment while reducing vehicle fuel consumption, a power split hybrid electric vehicle was used as the research object, and a mathematical model including engine, motor, generator, battery and vehicle longitudinal dynamics is established. Second, with the goal of vehicle energy saving, a layered optimization framework for hybrid electric vehicles in a networked environment is proposed. The speed planning problem is established in the upper-level controller, and the optimized speed of the vehicle is obtained and input to the lower-level controller. Furthermore, after the lower-level controller reaches the optimized speed, it distributes the torque among the energy sources of the hybrid electric vehicle based on the equivalent consumption minimum strategy. The simulation results show that the proposed layered control framework can achieve good car-following performance and obtain good fuel economy.     

抗电感干扰的软启动电路平滑过渡控制仿真

为提高软启动电路平滑过渡控制的稳定性,提出一种基于电压自均衡直接耦合抗电感干扰的软启动电路平滑过渡控制方法。采用子模块串联支撑调节方法调节软启动电路的等交直流变换稳态性,并构建软启动电路的模块化多电平控制结构模型,根据模型提取系统的扰动数据,将模型结合直流最大可控功率调制方法设计抗电感干扰电路。通过电压自均衡直接耦合调节,避免系统发生暂态能量变化;对软启动电路平滑过渡进行控制,以抑制软启动电路的超低频振荡,完成软启动电路的平滑过渡控制。仿真结果表明,采用上述方法进行软启动电路平滑过渡控制的稳定性好,电路系统的振荡抑制能力较强,提高了抗电感干扰能力。     

微电网的电流均衡/电压恢复自适应动态规划策略研究

含多类型分布式电源的微电网已经成为了未来电力系统的重要发展方向,其中风能和光能在降低化石能源消耗和二氧化碳排放等方面有着极大优势,考虑二者之间强互补性的协同调度已被广泛研究.但风/光协同调度的微电网多关注分钟级的调度或优化问题而非风/光波动下秒级的实时电流按容量比例精准分担,简称电流均衡,而精准电流均衡有助于可再生能源的高比例消纳.因此,本文提出了基于自适应动态规划的微电网电流均衡和电压恢复控制策略.首先,构建包含风电整流型电能变换器和光电升压型电能变换器的广义风光拓扑同胚升压变换器模型,其提供了后续控制器设计的模型基础.其次,本文将电流均衡和电压恢复问题转化为最优控制问题,基于此,每个能源主体的目标函数转化为获取最优控制变量和最小电压/电流控制偏差,进而转化为求解哈密顿?雅克比?贝尔曼(Hamilton-Jacobi-Bellman,HJB)方程问题.基于此,提出了基于贝尔曼准则的分布式自适应动态规划控制策略以求取HJB方程的数值解,最终实现电流均衡和电压恢复.最后仿真结果验证了所提分布式自适应动态规划控制策略的有效性.     

基于模糊PID的混合储能技术在微电网中的应用

基于成本和控制效果考虑,单一的储能元件无法抑制全频段的功率波动,普通的协控制策略又无法实现实时调节参数以适应微电网随环境的变化,本文提出将基于模糊PID的混合储能的技术应用到微电网中,先从系统的构成和工作原理出发,分析混合储能技术在微电网中的应用,而后根据系统的构成和数学模型提出基于模糊PID的协调控制策略,并将此策略应用到光伏系统的仿真中,根据仿真结果的对比分析,系统的输出功率波动得到更好的抑制,储能元件有更好的运行特性,体现了该种方法的优越性。