热烈祝贺南京航空航天大学赵淳生院士研究团队再次获得国家技术发明二等奖

南京航空航天大学教授、中国科学院院士赵淳生领导的研究团队,继2004年＂新型（旋转）超声技术＂项目荣获国家技术发明二等奖之后,2013年,以其＂大行程、高精度、快响应直线压电电机＂项目再次荣获国家技术发明二等奖。该项目以直线压电电机为研究对象,在动力学建模、优化设计等关键技术方面取得以下突破：1．建立了定／动子接触动力学模型,提出了瞬态／稳态的运行特性的预测方法,为提高电机的快速响应提供了有效途径。2．揭示了定子／动子接触频率与速度、推力的关系,发明了单定子多驱动足直线电机,其推力／质量、最大速度、输出效率比原来单足式电机提高1倍多。     

U型无铁心永磁直线电机样机设计与研究

设计了一种在大行程精密定位台中运用到的U型无铁心永磁直线电机。在分析该电机定子磁路和动子绕组的设计特点的基础上,采用Maxwell 2D Transient求解器模块,对电机磁路特性和电机在空载与负载两种工况下主要特性进行分析,得到了电机空载反电动势、电机磁链、定位力特性和电磁推力。通过对电机进行理论和有限元分析,在此基础上设计制造了试验样机,避免了传统设计方法的盲目性、高成本、周期长的弱点。     

用于精密定位平台的直线超声电机的异步并联

提出了直线超声电机异步并联的概念以提高精密定位平台驱动单元的位移分辨率、输出力及速度.基本原理是若干定子(或振子)在一个振动周期内交替驱动动子(或转子),使实际的驱动频率成倍提高,可以获得更好的输出性能.分析显示,提高定子与动子之间的接触频率可以提高输出力和速度,改善瞬态响应特性,并可避免同步并联方式下定子的相互干扰问...     

面内弯纵型直线超声电机的驱动与摩擦分析

分析了直线超声电机定子的质点切向运动和法向运动，认为等速点（定子质点的横向分速度与动子运动速度相等的点）将椭圆运动接触弧对动子的作用分成了驱动部分和阻碍部分。通过对定子的纵向伸缩振动分析，得知定子质心随着定子的振动而发生颤动，质心的颤动使定子两端的受力不是一个定值，并使定子的驱动足对动子进行跳跃性地驱动，电机定子对电机动子进行跳跃式驱动和粘滑摩擦受到材料刚度、预压力、定子振幅等多种因素的影响。文中的摩擦机理分析也可为其他类型的超声电机的驱动与摩擦分析提供参考。     

斜动子与塔形定子构成的单驱双动超声电机

针对两相超声电机对模态频率一致性要求高及单相超声电机难于实现双向运动等问题,提出了一种单相驱动双向运动斜动子塔形直线超声电机。动子相对于塔形定子倾斜安装,利用塔形定子的面内对称模态或面内弯曲模态为工作模态,通过切换工作模态改变定子驱动足运动轨迹相对于动子的倾斜方向,实现动子正、反向运动。在分析电机工作原理及设计原则的基础上,推导了电机运行的导轨倾角适用范围,对设计制作的原理样机进行了模态实验和机械特性测试。实验表明,在导轨倾斜角为35°,激励电压为500 V,预压为力4.5 N的条件下,面内对称振动模态工作时的最大空载速度为79 mm/s,最大输出力为0.5 N;面内弯曲模态工作时的最大空载速度为756 mm/s,最大输出力为0.8 N。     

高速加工机床直接驱动进给系统动态分析及关键技术

直线电机直接驱动方式是高速精密机床进给系统的一种理想驱动方式,它将直线电机的定子和动子分别安装在机床床身和工作台上,取消一切机械传动环节,大大提高进给系统的伺服性能。根据直接驱动进给系统的控制模型,分析了系统动态刚度的计算方法和主要影响因素,提出了提高动态性能的方法,并介绍了直线电机伺服进给系统的关键技术。     

一种动磁式直线振荡电机的设计与分析

针对横向磁通式双定子动磁式直线振荡电机推力较小的问题,分析了该电机的工作原理,建立了动力学模型,探究了其动力学特性,基于三维有限元方法建立了电机的有限元模型,探究了气隙厚度、永磁体长度、永磁体厚度、动子位置、内定子厚度等参数对电机力性能的影响。在此基础上,优化了电机结构参数,并设计了适用于制冷压缩机的大推力方案。研究结果表明,电机的运动呈现正弦规律,永磁体长度等结构参数对电机力性能影响较大,参数合理优化后,输出总推力能达到700 N以上,满足压缩机大推力应用需求。     

摩擦驱动型压电叠堆直线电机的工作机理

以一种典型的摩擦驱动型压电叠堆直线电机结构为例,对摩擦驱动型压电叠堆直线电机的振动摩擦驱动机理进行研究.结合电机系统的振动脱离模型,分析了电机定子与动子脱离的力学条件,进而分析电机结构参数和工作参数对椭圆运动和振动脱离性能的影响.对原理样机进行了试验研究,结果表明,压电叠堆的激励电压、激励频率和电机的预压力对电机的振动脱离性能有显著影响.     

新型行波直线超声电机的结构与有限元分析

提出了一种新型行波直线超声电机结构,该电机利用2个固有频率接近的面内弯曲模态叠加形成沿周向传播的行波,从而驱动动子做直线运动。首先,基于有限元法建立了考虑定、动子三维接触的整机动力学模型,对定子结构尺寸进行设计;其次,通过该模型分析了定、动子之间的接触力传递过程、电机的驱动机理、电机稳定运行时驱动足的椭圆运行轨迹、电机的启停特性以及不同输入参数下电机的输出性能等动力学特性;最后,试制原理样机,搭建实验平台对电机性能进行测试。研究结果表明：该电机工作原理可行,机械输出性能良好;所建立的有限元模型合理,使用该模型能预测电机的性能,并进一步指导电机的设计及优化。     

摩擦驱动型压电叠堆直线电机的工作原理

以一种典型的摩擦驱动型压电叠堆直线电机结构为例,对摩擦驱动型压电叠堆直线电机的振动摩擦驱动机理进行研究。结合电机系统的振动脱离模型,分析了电机定子与动子脱离的力学条件,进而分析电机结构参数和工作参数对椭圆运动和振动脱离性能的影响。对原理样机进行了试验研究,结果表明,压电叠堆的激励电压、激励频率和电机的预压力对电机的振动脱离性能有显著影响。     

异步电动机转差频率的矢量控制仿真

通过异步电动机在MT坐标系下的数学模型和异步电动机转差频率矢量控制原理和控制框图,来确立交一直一交电压源型转差矢量控制变频调速系统,利用Matlab对转差频率矢量控制系统进行仿真,从而证明转差矢量控制系统的合理性,为异步电动机的矢量控制提供了一个有益的参考     

变速恒频双馈风力发电最大功率跟踪控制

为了充分有效地利用风能,发出较高的电能质量,在分析了风力机最大风能捕获机理和双馈电机数学模型基础上,提出了一种基于定子电压定向下变速恒频双馈发电机最大功率跟踪矢量控制策略。为了说明控制策略的有效性,在风速阶跃变化下,利用Simulink建立了双馈发电系统仿真模型及定子电压定向矢量控制模型。仿真结果表明,该控制策略能够快速准确控制风力发电系统进行最大功率跟踪及变速恒频控制。     

高频群脉冲电解加工中IGBT反向尖峰电压的数学模型

在高频群脉冲电解加工电源的研究中发现电源的核心元件IGBT在关断瞬间会出现反向尖峰电压,由于对他的适当 控制对提高电解加工的精度和加工产品的表面质量起着至关重要的作用,针对这个问题我们建立了反向尖峰电压的数学模 型。本文就此数学模型进行了介绍,同时阐述了该模型的建立对抑制反向尖峰电压的作用。     

液压型风力发电机组低电压运行特性分析

以液压型风力发电机组为研究对象,分析机组在低电压工况下的运行特性。结合低电压穿越要求,完善并分析液压型风力发电机组工作原理。建立电压跌落时风力机、定量泵-变量马达液压调速系统以及发电机的暂态数学模型。以数学模型为基础搭建MATLAB/Simulink仿真平台,并在不同跌落深度下分别对三相电压等幅跌落、两相对地短路故障和单相对地短路故障进行低电压运行特性仿真分析。研究结果揭示了不同故障下机组低电压运行的特性规律,其中电流过载与电磁转矩产生脉振是机组低电压运行的重要表征现象。研究工作将为该机型低电压穿越控制提供一定的理论基础和技术手段。     

直驱永磁同步风电机组不对称故障穿越的研究

在分析不对称电网电压条件下直驱永磁风力发电机组并网逆变器数学模型的基础上,提出了正负序双电流闭环控制策略,完成风力发电机组在电网发生不对称故障下的不脱网运行.在PSCAD/EMTDC环境下建立基于IGBT背靠背变频器的1.5 MW永磁直驱风力发电系统仿真模型,仿真结果证明该控制策略的可行性.     

电动车用交流异步电机宽速域控制策略

针对异步电机转速控制中传统电压型磁链观测方法引起的直流偏移问题,设计了通过截止频率实时调整的饱和反馈低通滤波磁链观测器。为解决传统弱磁计算不准确问题,提出了一种恒压弱磁控制方法,有效地实现了恒转矩区和弱磁区的平稳调速。在建立基于转子磁场定向的交流异步电机矢量控制数学模型的基础上,制定了一种综合考虑恒转矩区和弱磁区的基于MRAS系统的转速控制策略。对所提出的控制策略进行了仿真与实验,结果表明系统获得了良好的控制效果,验证了算法的合理性和有效性。     

变频泵控预应力张拉设备的自适应模糊PID张拉力控制

为提高预应力张拉设备对工程现场的适应性与可靠性,设计了一种基于变频电机驱动定量泵的张拉力控制系统。基于该液压系统建立其数学模型,针对该变频液压控制系统的非线性与参数时变性,提出了应用自适应模糊PID控制算法解决常规PID控制的适应性问题,并基于专家经验给出了模糊集及模糊整定规则,选取了合理的PID参数论域取值。利用MATLAB/Simulink对该控制系统进行了仿真研究,通过实验对该算法的控制效果进行了验证。由仿真与实验结果可知,自适应模糊PID控制能够减小超调量,缩短调整时间,能够有效提高张拉力变频泵控系统的动态响应与稳态性能。     

Investigation into electrochemical micromachining (EMM) through response surface methodology based approach

Electrochemical micromachining (EMM) could be used as one the best micromachining technique for machining electrically conducting, tough and difficult to machine material with appropriate machining parameters combination. This paper attempts to establish a comprehensive mathematical model for correlating the interactive and higher-order influences of various machining parameters, i.e. machining voltage pulse on/off ratio, machining voltage, electrolyte concentration, voltage frequency and tool vibration frequency on the predominant micromachining criteria, i.e. the material removal rate and the radial overcut through response surface methodology (RSM), utilizing relevant experimental data as obtained through experimentation. Validity and correctiveness of the developed mathematical models have also been tested through analysis of variance. Optimal combination of these predominant micromachining process parameters is obtained from these mathematical models for higher machining rate with acuuracy. Considering MRR and ROC simultaneously optimum values of predominant process parameters have been obtained as; pulse on/off ratio, 1.0, machining voltage, 3 V, electrolyte concentration, 15 g/l, voltage frequency of 42.118 Hz and tool vibration frequency as 300 Hz. The effects of various process parameters on the machining rate and radial overcut are also highlighted through different response surface graphs. Condition of machined micro-holes are also exhibited through the SEM micrographs in this paper. Pulse voltage pattern during electrochemical micromachining process has been analyzed with the help of voltage graphs. Irregularities in the nature of pulse voltage pattern during electrochemical micromachining have been observed and the causes of these irregularities are further investigated.     

无刷双馈风力发电机的最大风能追踪控制策略

基于无刷双馈风力发电机(BDFM)特殊的结构特点和工作原理,从转子参考轴d-q模型出发,构建BDFM在同步参考系下的数学模型。通过对控制绕组进行交流励磁,对变速恒频无刷双馈发电机的有功和无功解耦控制,最终实现最大风能的有效捕捉。     

Resonance frequency and quality factor tuning in electrostatic actuation of nanoelectromechanical systems

In an electro statically actuated nanoelectromechanical system (NEMS) resonator, it is shown that both the resonance frequency and the resonance quality (Q) factor can be manipulated. How much the frequency and quality factor can be tuned by excitation voltage and resistance on a doubly—clamped beam resonator is addressed. A mathematical model for investigating the tuning effects is presented. All results are shown based on the feasible dimension of the nano resonator and appropriate external driving voltage, yielding up to 20 MHz resonance frequency. Such parameter tuning could prove to be a very convenient scheme to actively control the response of NEMS for a variety of applications.