开关电源的建模与优化设计研究

针对目前无法建立开关电源精确数学模型的情况下，研究一种有效的开关电源工程化设计方法。给出了一种开关电源拓扑结构，详细介绍了采用实验和仿真结果建立基于Matlab环境下的开关电源神经网络模型的方法，以及利用该非线性神经网络模型结合遗传算法理论对开关电源的电路参数进行优化设计的过程。在此基础上研制了开关电源样机，并对开关电源优化模型和样机进行了仿真与试验研究分析。结果表明，采用这种优化设计方法制造的开关电源的动态性能、静态性能均达到了预期指标。     

基于虚拟样机技术的汽车电磁继电器静动态特性研究

基于虚拟样机技术,采用有限元软件联合仿真计算方法,建立了汽车电磁继电器静态、动态特性计算的数学模型。以某型号继电器为例,以MSC.ADAMS和Matlab/Simulink所建立的电路求解模块、电流和电磁力矩插值模块,实现了继电器动态特性的机电耦合仿真求解。试验结果验证了该方法的可行性和有效性。所得的结论对汽车电磁继电器产品的优化设计有重要价值。     

快速电磁斥力机构的有限元分析

为了探讨混合型限流器的关键部件快速电磁斥力机构的动态性能与机构的各个结构参数、斥力线圈中的电流等存在的复杂关系,在对电磁斥力机构基本工作原理深入分析的基础上,得到了计算电磁斥力的数学模型。采用有限元分析和计算的方法,讨论了不同结构参数对电磁斥力机构动态性能的影响,为优化设计提供了指导原则。对原理样机进行了动态性能的测试,试验结果验证了有限元计算结果的正确性。     

变速运行的定子双绕组感应发电机电磁优化设计

文中提出了变速运行时通过电机本体参数与励磁电容同时优化来实现双绕组感应发电机控制绕组励磁调节器容量最小的优化设计策略，推导了控制绕组电流与电机参数的关系式，给出了3/3相双绕组结构的dq轴互漏感解耦的选取原则以及变速运行的磁路设计特点，以此建立了具有航空电源特点的优化设计数学模型，并采用动态全域映射收缩算子的复合形法对一种双绕组感应发电机进行了优化设计。样机设计结果表明，该优化设计策略可以有效地降低控制绕组励磁调节器的无功容量、系统成本和体积。     

步进电动机优化设计方法

本文首次对步进电动机的优化设计技术进行了比较广泛、深入的研究探讨,包括数学模型的建立、计算方法的研究及改进。文中提出了步进电动机双目标、有约束非线性规划的数学模型,采用SUMT技术为各约束条件构造了三种惩罚函数,改进了Hooke-Jeeves法,提出了一种随机方向加速法及“多级优化”的思想。提出的计算模型及设计方法具有较高的计算精度及速度,使步进电动机的优化设计在普通PC机上完全可以实现。本文最后给出了一个优化设计实例,结果使该样机的转矩指标及自然角频率指标(两个目标函数)分别提高了44％及57.4％。     

电压型PWM高频整流器统一数学模型及系统仿真

引用交流电机统一理论中的空间坐标系变换概念,建立了电压型PWM高频整流器系统统一数学模型。基于该模型,提出一种系统动态的仿真结构及相应的仿真算法,并运用于高频整流器系统的仿真分析中。样机实验和仿真分析的结果证明了该统一数学模型的正确性。     

基于单目视觉技术的智能交流接触器三维动态测试与分析技术

在智能交流接触器智能控制系统和平面镜辅助成像技术的基础上,提出了基于单目高速摄像机采集智能交流接触器动态过程的序列图像,进行智能交流接触器三维动态特性测试的方法。从图像序列中检测识别智能交流接触器运动部件的特征标记点,动态跟踪特征标记点的位姿,从而对智能交流接触器动作机构动态过程进行全方位的测试与分析。该测试技术与分析方法对智能交流接触器运动的智能控制、样机优化设计的研究意义重大。     

基于基因控制遗传算法的永磁同步电动机优化设计

介绍了基因控制遗传算法的基本原理和寻优策略,建立了永磁同步电动机的优化数学模型,并结合基因控制遗传算法对一台钕铁硼永磁同步电动机样机进行了优化设计,得出了适应度值随进化代数的变化曲线,电机的有效材料成本显著下降,优化结果表明基因控制遗传算法应用于电机优化设计中能取得较好的效果.     

基于Ansoft的二相混合式步进电机动态性能研究

研究了二相混合式步进电动机的动态性能。在Ansoft环境下建立样机的仿真模型,通过计算不同频率下样机的起动过程,得出样机在正常运行和失步共振状态下转子速度、位置、转矩以及绕组电压、电流等曲线。对样机的矩频特性和电机升频调速过程进行了仿真分析。研究结果为二相混合式步进电机的参数预测和优化设计提供理论依据。     

同步电机动态运行特性仿真研究

根据同步发动机的电磁关系和同步电机动态运行时的特点,建立电动机动态运行时电磁变化规律的数学模型,并对同步电机动态运行特性进行了仿真研究。本文对同步电机优化设计提供了理论依据。     

单绕组磁悬浮开关磁阻电机径向力数学模型

针对现有的单绕组磁悬浮开关磁阻电机在建立数学模型时常忽略磁饱和影响的不足,利用麦克斯韦应力法,结合等效磁路分析法,推导了考虑磁饱和特性的单绕组磁悬浮开关磁阻电机径向力数学模型。以一台样机为例,建立有限元仿真模型,同时对比基于虚位移法推导所得的数学模型,验证数学模型的正确性和优越性,为电机的运行特性分析、本体优化设计以及控制策略研究提供更准确的理论依据。     

基于响应面法的三相开关磁阻电机阶梯气隙的优化设计

开关磁阻电机的高转矩脉动影响了该种电机的直驱应用,本文以直驱电动工具为应用背景,对开关磁阻电机的阶梯气隙进行优化设计,以降低其转矩脉动。首先给出了开关磁阻电机基于均匀气隙的电磁设计方案,以该方案为基础,研究了电机转矩脉动、单位相电流所产生平均转矩值随阶梯气隙的变化关系,然后将响应面法与遗传算法相结合对开关磁阻电机的阶梯气隙进行了优化设计研究,最后进行了样机试制、样机性能测试实验及样机的实际电动工具工作实验,实验结果表明了样机电机的良好性能及阶梯气隙优化设计的效果。     

链式STATCOM并网LCL滤波器参数的优化设计

分析了级联H桥变流器拓扑下STATCOM的LCL滤波数学模型,研究LCL滤波参数对STATCOM系统的稳定性、滤波特性、补偿效果和阻尼损耗的影响,提出一种链式STATCOM输出LCL滤波器电感比线性优化的新方法。在降低系统阻尼损耗的同时,对LCL参数进行优化设计和选择,使得STATCOM系统输出特性满足设计要求。最后,通过搭建电压10 kV、容量6 Mvar链式STATCOM的试验样机,验证了该方法的可行性和优越性。     

基于反馈线性化控制的级联H桥SVG的控制

级联H桥静止无功发生器(SVG)在两相同步旋转dq坐标系下的数学模型是多变量、非线性、强耦合的。通过非线性状态反馈变换使SVG实现状态反馈线性化,SVG降阶为线性系统,从而实现有功和无功分量的解耦。首先判断该系统数学模型是否符合状态空间精确线性化的充要条件,若满足条件则确定输出函数,对SVG系统电流环进行状态空间精确线性化,并对系统进行稳定性分析。为了验证控制策略的稳态和动态性能,搭建MATLAB仿真模型和10 k V实验样机。仿真和实验样机的实验结果表明:采用所提算法,SVG无功补偿精度较高、稳态特性好、动态响应较快。     

三铁柱磁饱和电抗器的建模与特性研究

针对三铁柱磁饱和电抗器的特点,导出了该电抗器的数学模型。在此基础上,利用磁路分段法建立了电抗器的仿真模型。在Matlab软件环境下对样机进行了仿真,得出了该样机的谐波特性、控制特性和响应时间,仿真结果与理论分析一致。     

三铁柱磁饱和电抗器的建模与特性研究

针对三铁柱磁饱和电抗器的特点,导出了该电抗器的数学模型。在此基础上,利用磁路分段法建立了电抗器的仿真模型。在Matlab软件环境下对样机进行了仿真,得出了该样机的谐波特性、控制特性和响应时间,仿真结果与理论分析一致。     

无线供电式音圈电机的磁路优化设计

针对音圈电机在长时间往复运动容易发生故障的缺陷,提出一种取消供电引线,利用电磁感应原理进行非接触电能传输的新型音圈电机结构。本文对新型音圈电机的供电结构进行了数学模型推导分析,并且通过有限元优化分析软件对不同永磁体分布方式和结构尺寸参数下的气隙磁密进行分析,提出了相应的优化思路。最后完成对永磁体磁路结构和供电磁路结构的尺寸优化设计,令该新型结构可以满足设计要求并制作了一台样机验证了该优化结果     

基于混合人工鱼群算法的磁保持继电器优化设计

采用一种混合人工鱼群算法,对磁保持继电器进行优化设计。该算法在优化早期,利用鱼群算法的快速收敛能力,确定阶段最优解;优化后期,在该阶段最优解的基础上,应用遗传算法的全局极值搜索能力,求取全局最优解,从而大大提高求解速度和寻优精度;编制了磁保持继电器的动态优化计算程序,并以某型号磁保持继电器为例进行了优化设计;最后,利用Adams对优化样机进行了验证。仿真结果表明,优化后的磁保持继电器具有更加良好的动态特性和综合经济指标。     

磁共振成像系统中匀场电源参数优化设计

在匀场电源中,存在LC输出滤波器与负载电感谐振造成系统不稳定和阻尼电阻带来阻尼损耗大的问题。通过建立系统的数学模型推导了控制信号到输出电流的传递函数,由传递函数得到谐振频率和阻尼系数的表达式。在此基础上,提出了一种根据谐振频率和阻尼系数的约束范围来对滤波器和控制环路参数进行优化设计的方案。该方案降低了阻尼损耗,同时具有良好的动态性能和稳态性能。最后,搭建了一台48 V/5 A的实验样机。实验结果表明,系统在跟踪频率为100 Hz、幅值为5 A的梯形参考电流下,延时时间仅为60μs,阻尼损耗仅为4.4 W,验证了理论分析的正确性。     

基于ADAMS的自动转换开关操作机构优化研究

自动转换开关是为了确保重要用电设备可以得到可靠持续供电的重要电气装置。利用虚拟样机技术,在ADAMS中建立自动转换开关操作机构的动力学模型,并对其合分闸过程进行动态仿真、优化设计,从而得到了有效减小电磁铁驱动力的方法。