基于动态性能空间的优化控制方法设计

相同零点、极点在根轨迹平面的不同位置表现出不同的动态性能，表明系统性能与零点或极点本身无关，完全由其所处的位置决定。从经典控制理论的根轨迹平面出发，借助数理分析中的“场论”概念，以定位精度和控制稳定性作为系统动态性能的描述量，尝试建立动态性能指标与根轨迹平面坐标之间的函数对应关系；并据此通过在根轨迹平面绘制等振荡线和等精度线，实现动态性能空间的构建。应用该动态性能空间，对六阶线性跟踪系统的实数极点和复共轭零点、极点进行全局优化。灵敏度、补灵敏度函数及动态响应结果显示：该优化设计方法可以较好地解决系统定位精度与控制稳定性之间的矛盾，满足精确动态跟踪要求，效果远优于P ID控制器。     

基于多因子考虑的地区电网电采暖负荷预测分析

冬季电采暖可以有效促进新能源的消纳,减少弃风、弃光现象。然而,大规模电采暖设备产生的谐波会影响电网质量,因此有必要对电采暖负荷进行分析和预测,以利于电网调度及安全运行,缓解电力系统负荷调峰和调频压力。为预测电采暖负荷,以某地区电采暖实际负荷为例,分析了影响电采暖负荷变动的4个因子即稳定负荷因子、气象敏感因子、随机负荷因子、日期类型因子,得出电采暖负荷变动主要影响因子为日期类型因子和气象敏感因子。因此,建立考虑日期类型的分别基于平均温度和基于人体舒适度的最小二乘法拟合预测模型。预测结果表明,两种模型都获得了较高的预测精度,可以用于地区负荷预测。     

计及齿轮全柔性的风电机组传动链有限元建模及扭振特性分析

大功率风电机组传动链关键部件柔性直接影响机组扭振特性及疲劳寿命,提出考虑齿轮柔性与啮合柔性的传动链有限元建模及扭振特性分析。首先,基于实际双馈风电机组传动链结构、材料属性与几何参数,考虑齿轮箱内齿轮柔性与齿轮啮合柔性,结合叶片、轮毂、主轴和发电机转子,建立风电机组传动链多柔体有限元模型。其次,基于有限元模态分析理论,提出一种基于矢量位移云图筛选扭振频率的分析方法,获取计及齿轮全柔性影响的风电机组中、低频范围的扭振模态,并与不同传动链模型结果进行比较,验证该文所建模型的有效性。最后,分别分析不同齿轮柔性和齿轮啮合柔性对传动链扭振频率和模态的影响。结果表明,该文所建模型不仅能反映传动链扭振固有的低频频率,而且能反映弯扭耦合产生的中频扭振频率,且相比齿轮啮合柔性,齿轮柔性系数影响传动链高频扭振特性明显。     

电网短路故障下双馈风电机组传动链扭振疲劳可靠性分析

双馈风电机组电气故障扰动引起的电磁转矩波动易造成轴系传动链扭振疲劳,有必要研究电网短路故障对机组传动链扭振疲劳可靠性的影响.首先建立考虑关键部件柔性的传动链有限元模型,通过模态分析获取传动扭振模态.其次基于集中质量法,建立机电耦合模型,以电网短路故障为扰动因素,仿真分析电网短路故障下电磁转矩动态响应.最后将电网短路故障...     

悬臂压电叠层复合梁的弯曲振动固有频率

压电叠层复合梁是一种三叠片对称结构。这里以压电陶瓷-金属-压电陶瓷复合结构为研究对象,给出了悬臂式对称压电复合结构的压电振子弯曲振动共振频率表达式,并建立了相应的有限元模型;计算分析了压电陶瓷-金属复合梁弯曲振动的固有频率值与几何尺寸之间的关系,并与相应的有限元模态分析结果进行了比较。结果表明,两种分析方法得到的压电振子的固有频率值基本符合,计算公式和模型是精确有效的;压电叠层复合梁愈细长则表达式的计算结果愈准确。     

基于PZT的振动发电元件结构参数的优化设计

振动发电元件是一种三叠片对称悬臂梁结构,即压电陶瓷-金属-压电陶瓷复合结构。针对长度为33 mm的压电叠层复合梁,采用ANSYS有限元建模方法,分析了开路电压随压电陶瓷层宽度、长度、厚度尺寸变化的响应关系。研究表明,存在一定的厚度比将使叠层复合梁的开路电压出现最优值,该结论可为叠层复合梁结构尺寸参数的优化提供依据。     

具有可变增益恒压特性的双线圈无线电能传输系统补偿网络设计与分析

为了实现具有恒压特性的双线圈无线电能传输(WPT)系统中补偿网络的优化设计,该文在变压器T网络模型基础上定义等效耦合系数k_r与等效变比n₁,为双线圈WPT系统的高阶补偿网络设计与分析提供一种新方法。首先建立变压器T网络等效模型,给出具有恒压特性的串联-串联(S-S)型双线圈WPT系统元件参数表达式。其次结合等效耦合系数与等效变比,提出具有可变增益恒压特性的串联/并联-串联(SP-S)型与串联/并联-串联/并联(SP-PS)型双线圈WPT系统的补偿网络参数确定的新方法。在此基础上,考虑寄生电阻对系统传输特性的直接影响,以WPT系统的电压增益稳定性与传输效率为指标,得出不同等效参数下传输特性表达式,推导出在线圈偏移情况下最佳等效参数k_r与n₁的表达式,为WPT系统的补偿网络的优化设计提供理论依据。最终通过实物实验验证所提系统的恒压输出特性及其参数设计方法的正确性和有效性。     

磁耦合谐振式无线电能传输系统传输特性研究

针对磁耦合谐振式无线电能传输(MCR-WPT)系统中线圈参数和负载电阻改变对系统传输性能造成的影响,利用两线圈结构的MCR-WPT等效电路模型,推导了系统输出功率和效率表达式,分析了线圈互感、负载电阻与系统输出功率和传输效率的关系,以及线圈线径、匝数与互感的关系;借助COMSOL有限元仿真软件建立线圈三维模型,并搭建多组两线圈MCR-WPT实验系统对理论分析结果进行了验证.研究结果表明:通过增大收发线圈线径和匝数,可以提高系统输出功率和传输效率,但与线圈线径相比,线圈匝数对传输效率的影响更为明显,而且随着匝数的增加,系统会在更远的传输距离处取得输出功率最大值;随着负载电阻不断增大,系统输出功率和传输效率都呈现先增加后减小的趋势,证明了系统的输出功率和传输效率均存在最大值,但系统输出功率和传输效率达到最大值时的最佳负载不同,即不存在可使输出功率和传输效率同时取最大值的最优负载电阻.     

Lamb波频散特性的数值仿真研究

Lamb波频散特性是进行超声波损伤检测的前提,采用窄带脉冲信号作为激励信号产生Lamb波,并在matlab环境下采用二分法对Lamb波的瑞利-兰姆频率方程进行了数值仿真,绘制了Lamb波在复合材料层合板中传播的频散特性曲线并分析了其特点,为超声波无损检测提供了重要的参考依据。     

位移载荷下折叠式压电振子的疲劳分析

在位移载荷下,为了预测粘结层厚度对折叠式压电振子的疲劳寿命,该文对粘结层进行理论分析,建立了一种折叠式压电振子的有限元模型,分别在85.5 Hz、105.8 Hz及153.2 Hz 3种不同的工作模式下,施加正弦位移载荷,并进行了模型静力分析,将分析结果传输到nCode DesignLife软件进行疲劳分析。结果表明,在粘结层厚为0.07 mm时,弹性层和压电层所受应力值最小;由疲劳寿命分析可知,结构发生破坏集中在压电陶瓷层,在105.8 Hz时,压电层的疲劳寿命次数为5.317×107;在85.5 Hz、153.2 Hz时,压电层的疲劳寿命次数分别为8.82×106和1.624×106。因此,在折叠压电振子实际应用中,需综合考虑粘结层厚度、位移载荷及压电陶瓷的疲劳寿命,才能实现最大的电能输出。