惯性往复振动机械多刚体模型及稳态频率分析

建立惯性往复振动机械的多刚体模型和动力学方程,假设机械的稳态工作频率恒定,求解动力学方程得到作用于偏重上的力矩表达式,表达式含有工作频率项和二次谐波项,结合偏重驱动电机的机械特性和系统的动力学方程分析表明,该类机械的稳态工作频率不是常数,而是以其二次谐波频率微幅波动,结论与工程测试结果一致;并提出要获得系统的精确解和进行启动过程的瞬态分析,必须建立机电耦合数学模型.     

惯性往复振动机械自由振动阻尼的试验研究

以TQLZ惯性往复振动筛为研究对象,采用自由振动法分别测得金属螺旋弹簧和橡胶弹簧支承时的阻尼率.结果表明,自由振动时机械的阻尼主要是支承弹簧材料的内摩擦阻尼,所以橡胶弹簧支承时的阻尼远大于金属螺旋弹簧支承时的阻尼,且橡胶弹簧支承时的阻尼值接近有关文献推荐的阻尼值,而金属螺旋弹簧支承时的阻尼值过小,会使机械在启动或停车过程中产生较大的共振振幅.     

圆柱类转子构件在流体中的振动阻力研究

依据流体力学的粘性阻力理论,以运动的转子构件--圆柱体为主体,利用矢量分析方法,导出了圆柱体在流体中横向振动时受到的流体阻力解析表达式.分析结果表明圆柱体在流体中横向振动时受到的阻力包括惯性项和阻尼项两部分,其动特性系数不仅与流体性质及圆柱体的结构尺寸有关,而且还与圆柱体的振动角速度有关.同时发现,惯性项中除了包括圆柱体在理想流体中横向振动时受到的惯性阻力外还增加了与粘性有关的部分;而阻尼项则由与粘性有关的两部分组成,其中一部分与流体密度有关,而另一部分与流体密度无关.导出的公式可用于转子系统的流固耦合动力学有限元建模,同时对流体机械及潜液机械构件的动力学设计具有一定指导意义.     

惯性往复振动机械支承刚度和偏重参数的设计

建立惯性往复振动机械的力学模型和动力学方程,采用频率响应法求动力学方程的稳态解;通过激振频率和系统质量的波动对振动体振幅的影响分析,以及频率比与隔振系数和偏重参数的关系分析,提出该类振动机械合理的下限频率比;同时考虑到弹性支承在系统重力作用下的静变形应大于振动体的最大振幅,从而给出支承刚度和偏重参数设计的理论依据和方法,并通过算例进一步阐述设计方法的应用.     

惯性往复振动机械支承刚度和偏重参数的设计

建立惯性往复振动机械的力学模型和动力学方程,采用频率响应法求动力学方程的稳态解;通过激振频率和系统质量的波动对振动体振幅的影响分析,以及频率比与隔振系数和偏重参数的关系分析,提出该类振动机械合理的下限频率比;同时考虑到弹性支承在系统重力作用下的静变形应大于振动体的最大振幅,从而给出支承刚度和偏重参数设计的理论依据和方法,并通过算例进一步阐述设计方法的应用.     

直驱气浮平台工作模态的分析方法及实验验证

直驱气浮平台是集气浮支承、伺服驱动及机械结构为一体的精密运动系统,它具有较复杂的振动性能,一般通过模态分析得到机械结构的振动性能,但在工程应用中,我们更需要获得驱动作用下平台工作时的振动性能。为简单、快捷、准确地分析平台工作状态的振动性能,本文提出一种机电耦合的振动分析方法,即将驱动系统的伺服特性和气浮支承的气膜特性均等效成弹簧阻尼单元,建立机电耦合仿真模型,基于该模型分析得到平台工作状态下的振动模态。为验证该方法,采用LMS模态测试仪对平台进行模态测试,试验结果同仿真结果较一致,基于此方法分析计算得到的振动模态最大偏差为8.16%;模态实验表明所提出的机电耦合模态分析方法可以准确地分析平台工作状态的振动特性。     

轧机主传动机耦合系统瞬态响应计算机仿真

针对轧机主传动机电耦合系统扭振的瞬态响应求解提出了一种计算机仿真方法。首先建立了轧机机电耦合系统的物理模型,在此模型的基础上建立数学模型;然后将此数学模型用状态方程表达,确定系统各种模型参数广义质量矩阵「Ｍ」,广义刚度矩阵「Ｋ」,广义阻尼矩阵「Ｃ」和初始条件,最后应用Ｌ上阶龙格－库塔法,计算出瞬态响应的仿真结果,将各种仿真曲线显示在屏幕上或打印出来。使用Ｔｒｕｅ－Ｂａｓｉｃ语言编制实现四阶龙格－库     

转矩波动下电动轮系统机电耦合振动特性

针对转矩波动下电动轮系统机电耦合振动问题,推导了d/q轴坐标系下考虑永磁体磁场谐波的永磁同步电机电磁转矩数学模型以反映轮毂电机转矩波动特征。基于电动轮扭转和纵向耦合振动方程分析了电动轮系统固有特性,考虑电流闭环的影响,并集成转矩模型和振动方程建立了电动轮系统机电耦合模型。基于机电耦合模型分析了耦合对转矩波动和系统振动特性的影响规律,结果表明:电机转子的转速波动在电动轮旋转模态频率处会对电机转矩波动产生负反馈削弱效果;机电耦合主要会改变电动轮耦合系统第三阶模态阻尼比进而影响振动特性,而且阻尼比随磁链的增加而线性增加,随电感的增加而下降直至趋于稳定。因此,合理选取轮毂电机电磁参数对抑制电动轮系统振动有一定的意义。     

反共振振动筛支撑弹簧阻尼的设计与研究

以反共振理论为基础,建立反共振振动筛的数学模型,并对其进行动力学分析求解.将质量比和固有频率比代入系统稳态振幅表达式,最后得到系统阻尼率与稳态响应的关系式.根据筛箱和电机架支撑弹簧的不同组合方式,得到不同的阻尼率与稳态响应的关系曲线.根据实际工程特点以及阻尼率和系统一阶共振振幅的关系,确定最佳的弹簧组合方式,也就确定了反共振振动筛支撑弹簧阻尼.     

新能源采用MGP并网的小干扰稳定分析

新能源以日益增高的比例接入电网将带来惯性和阻尼不足的问题,影响新能源电力系统的稳定运行。本文就该问题提出一种基于同步电机的解决思路,即电机对(motor-generator pair,MGP)系统。介绍了新能源采用MGP系统并网的结构和应用场景;建立了基于电机经典模型的小干扰状态方程,通过变换使该方程具有和传统发电机方程相似的形式,更加直观的考察了MGP的惯性和阻尼水平;在此基础上进一步推导了励磁电压恒定时的小干扰状态方程,解释了MGP的阻尼来源。最后,在三机九节点系统中采用模态分析法,对风电在不同渗透率下采用MGP系统并网前后的系统功角振荡模态进行对比分析。结果表明,MGP系统能够为高比例新能源电网提供充足的惯性、阻尼振荡和隔离风电对小干扰稳定的不利影响。     

Power Control Based on State Space Strategies for Grid-Oriented Inverters with LCL Filters

面向LCL型并网变换器的状态空间功率控制策略研究

陆春宇,花为,胡铭觐

（东南大学 电气工程学院,南京 211189）

摘要：

针对带LCL滤波器的网侧变换器三阶数学模型,分析了其复杂动态特性及可能影响系统稳定性的谐振问题。为实现LCL型系统的有源阻尼谐振抑制及提升电流调节性能,提出一种考虑参数整定的状态空间电流调节策略,相关参数基于模型等效方法计算获得。相比于传统有源阻尼方法,本文将扩展状态观测器与电流控制策略相结合,有效避免了额外传感器的使用,同时结合滤波策略的同步锁相环能够有效抑制电网电压。最终,基于上述策略构建的双闭环功率调节器能够有效提升功率控制的动态性能及稳态精度。仿真结果验证了调节策略的有效性。

关键词：LCL型并网变换器,状态空间电流控制,同步锁相环,闭环功率控制

     

亏损阻尼系统的模态灵敏度分析算法

提出了亏损振动系统的模态灵敏度分析的算法。首先将N维向量空间中描述的亏损振动系统转入2N维广义状态空间中,再利用广义状态向量及其伴随向量系的解耦性能,解耦广义状态空间中的灵敏度控制方程,并利用移频技术求解广义状态向量的灵敏度;其次建立了2N维广义状态向量与N维亏损系统模态向量之间的联系;最后将广义状态向量灵敏度算法平移至模态向量,从而建立了亏损振动系统模态向量灵敏度分析的移频算法。该算法可用于拥有各种类型Jordan块的亏损系统,结构紧凑,应用灵活,具有较强的工程应用性。数值算例的结果说明了该算法是可行且有效的。     

Modeling and simulation of non-linear dynamic process of the induction motor system with fluctuating potential loads

The induction motor system with fluctuating potential loads is a non-linear complex electro-mechanical system. With beam pumping motors as an example, this paper proposes a multiple factor non-linear mathematical model to study the operating performance of the induction motor system. This model consists of non-linear time varying electromagnetic field equations, mechanical wave equations of sucker rods and non-linear coupling equation of reducer and four-bar linkage. The equations are numerically solved by combining time-step finite element method (TS-FEM), finite difference method (FDM), a linear dimension reduction method and the Newton-Raphson method. Simulation results, which are validated by experiments, reveal the influence of the fluctuating potential load on magnetic field distributions, stator and rotor currents, the input power and the power factor. The model and simulation results provide theoretical and technical supports for subsequent researches on model simplification and energy saving technologies.     

六相双Y绕组同步电动机矢量控制仿真研究

根据六相双Y绕组同步电动机在船舶综合全电力推进系统中的应用的技术需求,分析了六相双Y绕组同步电动机的特点,结合基于气隙磁链定向的矢量控制原理,建立了六相双Y绕组同步电动机基于dq坐标系下和MT坐标系下的数学模型.结合MATLAB/Simulink仿真软件,实现了六相双Y绕组同步电动机带推进负载情况下的矢量控制仿真研究.仿真结果表明,该数学模型的建立对六相双Y绕组同步电动机运行的稳定性能和过渡过程的分析具有一定的参考价值.对其他的多相同步电动机的运行分析和研究具有一定参考价值.     

应用遗传算法的多机系统阻尼控制器协调优化

应用李雅普诺夫方程和遗传算法相结合的方法对电力系统中多机系统阻尼控制器参数进行了协调优化。目标函数定义为线性二次型性能指标,选取合适的权重矩阵和ISE判据准则,使得发电机转子角的偏差变化量最小。系统的线性化模型和状态矩阵通过SSAT获得。新英格兰10机系统的仿真结果表明该方法是有一种有效的参数优化方法,优化出的参数对不同的运行方式具有良好的鲁棒性,极大地提高了系统阻尼,增强了系统稳定性。     

多相Y绕组同步电动机数学模型研究

多相电动机有着广泛的应用,建立数学模型对研究其特性非常重要.分析了多相Y绕组同步电动机的特点,建立多相Y绕组同步电动机基于dq坐标系下的数学模型.通过研究多相电机各相磁场、电压和电流的关系,获得了该电机简化的数学模型,该模型可作为不同相数Y绕组同步电动机的通用数学模型.利用Simulink进行了计算机仿真,通过对六相双Y同步电动机的起动过程进行的仿真,验证了简化模型与完整模型描述物理模型的一致性.该模型的建立对多相同步电动机运行稳定性能和过渡过程的分析具有一定参考价值.     

基于摇摆台装置模拟综合减摇系统的方法研究

以船舶-减摇鳍-减摇水舱综合减摇系统为研究对象,分析了引入减摇鳍和减摇水舱后方程的特点,并依据摇摆台模拟船舶横摇运动的原理对综合减摇数学模型进行分析,确定用摇摆台模拟综合减摇系统的方法.针对摇摆台物理模型和综合减摇系统数学模型的特点,确定了减摇鳍扶正力矩的引入方法、摇摆台-水舱模型横摇阻尼力矩系数计算方法以及摇摆台-水舱物理模型的传递函数,使综合减摇数学模型在实验台上实现.通过对比分析综合减摇实验台装置的仿真波形和综合减摇系统理论数学模型的仿真波形以及二者仿真统计数据,可以看出基于摇摆台装置模拟综合减摇系统的方法是可行的,可为综合减摇实验研究提供理论基础.     

一种简单Hamilton系统的叉形分岔

利用Hamilton正则方程建立了由1个刚体、3个支座和2根弹簧组成的简单Hamil—ton系统的数学模型,并讨论了系统的实际结构与数学模型之间的差异;利用Lyapunov第一近似理论分析了系统的平衡态的稳定性,研究了系统的分岔．研究结果表明,刚体的转角受到支座、弹簧的3种限制：当弹簧刚度、自然长度、刚体重量和刚体中心与中间支座的距离满足一定条件时,系统只有1个平衡态,而且平衡态是稳定的;当弹簧刚度、自然长度、刚体重量和刚体中心与中间支座的距离不满足这一条件时,原来的平衡态变为鞍点而失去稳定性,同时分支出2个对称的平衡态,并且这2个平衡态是稳定的;系统发生叉形分岔．     

谐调盘片结构在干摩擦阻尼影响下的稳态响应研究

采用动柔度法建立一般的带有B-B型和B-G型两类干摩擦副的谐调盘片结构的动力学模型,并且应用谐波平衡原理进一步得到系统稳态周期响应幅值和相角的非线性代数方程组。最后,通过拟牛顿迭代算法对一个简化的谐调盘片结构数学模型进行数值仿真,给出其频响特性,着重分析干摩擦阻尼的影响作用。     

Coupling dynamic equations of motor-driven elastic linkage mechanism with links fabricated from three-dimensional braided composite materials

A motor-driven linkage system with links fabricated from 3-dimensional braided composite materials was studied. A group of coupling dynamic equations of the system, including composite materials parameters, electromagnetism parameters of the motor and structural parameters of the link mechanism, were established by finite element method. Based on the air-gap field of non-uniform airspace of three-phase alternating current motor caused by the vibration eccentricity of rotor, the relation of electromechanical coupling at the actual running state was analyzed. And the motor element, which defines the transverse vibration and torsional vibration of the motor as its nodal displacement, was established. Then, based on the damping element model and the expression of energy dissipation of the 3-dimentional braided composite materials, the damping matrix of the system was established by calculating each order modal damping of the mechanism.