基于数字图像处理的柔性水翼形变测量

针对振荡水翼式潮流能发电装置中柔性水翼的形变测量问题,设计了一套基于高速相机的非接触式测量系统,可在不影响水翼水动力学特性的前提下,连续采集水翼运动过程中的图像并计算水翼形变。建立了图像坐标系和水翼世界坐标系的坐标转换模型,给出了相关参数的标定方法和形变的计算公式。提出了一种基于Canny算子的水翼迎流面边缘检测方法,给出了边界的多项式拟合算式,从而可计算出水翼迎流面边缘上任一点的形变。设置了不同实验条件进行了验证,识别出的水翼总长度误差在2%以内,形变量符合实际规律。实验结果表明该方法能够有效测量水翼迎流面边缘上任一点的形变,且具有现场布置简单、不影响水动力学特性的优点。     

磁悬浮陀螺转子信号的局部均值分解降噪研究

磁悬浮陀螺转子电流信号对环境变化高度敏感,信号采样过程中不可避免会引入噪声,针对该问题提出一种基于局部均值分解（local mean decomposition, LMD）,融合豪斯多夫（Hausdorff）距离与阈值降噪（threshold denoising, TD）的算法以减弱噪声干扰。首先对原始信号进行局部均值分解,得到若干乘积函数（PF）分量和一个余量,然后根据各PF分量与原始信号间的豪斯多夫距离判定噪声、信号分量,再对噪声分量进行阈值处理,最后将阈值处理后的噪声分量、信号分量及余量进行叠加得到重构信号,实现陀螺仪转子电流信号的降噪。仿真实验结果表明,重构信号的信噪比相对于原始信号平均提高了12.86 db,均方根误差平均降低了9.25×10^-6 A;实测信号降噪结果表明,该降噪算法对四条导线边的滤波增益分别为40.0%、93.5%、30.8%和50.0%。     

基于 GRU-UKF 的锂离子电池 SOC 估计方法研究

精确估计锂离子电池荷电状态(SOC)是电池管理系统的关键技术之一,直接影响着动力锂电池组的使用效率和安全 性。 锂离子电池特性复杂,其 SOC 无法直接测量,且受电流、温度等因素的影响较大。 为此,提出了一种基于门控循环单元 (GRU)神经网络与无迹卡尔曼滤波(UKF)相结合的组合算法。 该方法利用 GRU 网络获得可测量的电流、电压、温度与锂电池 SOC 之间的非线性关系,并以此作为 UKF 的观测方程。 然后,通过 UKF 估计 SOC 值以提高算法的估计精度。 实验结果表明, 在不同温度以及不同的工况下,本文所提方法的均方根误差(RMSE)和平均绝对误差(MAE)分别小于 0. 51%和 0. 46%,均能提 高 SOC 的估计精度。     

改进的线性自抗扰永磁同步电机转速控制器设计

基于线性自抗扰控制(linear active disturbance rejection controller, LADRC)在永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor, PMSM)转速、电流复合控制中无法应对q轴电流突变和参数整定存在缺陷,提出一种改进的自抗扰控制器。首先,分析常规LADRC在转速、电流复合控制的设计方法,并对其核心参数进行剖析。其次,基于常规LADRC用最速控制综合函数(fhan)代替比例微分(the proportion of differential, PD)进行控制律设计,提高系统控制性能并优化参数配置方式;同时基于该函数特性,设计电流外环控制器,利用电流偏差反馈算法对q轴电流进行限幅控制,避免电流冲击过大损伤硬件。通过搭建实验平台测试,实验结果显示改进的LADRC能有效应对q轴电流冲击,同时具有与传统LADRC相当的抗扰能力,并且对扰动的瞬态响应时间缩短20 ms,表明改进的LADRC具有更高的安全性能和良好的抗扰能力。     

材料氢脆涡流评价的有限元仿真研究*

针对扩散氢在材料内部渗透和聚集引起的氢脆问题,提出了一种基于涡流信号的表征方法。以电化学充氢试样为研究对象,首先基于Fick定律计算了电化学充氢过程中试样的氢分布,然后基于电磁感应原理运用COMSOL Multiphysics建立了不同氢分布状态下材料氢脆的涡流检测有限元模型,通过数值计算分析时谐电磁场激励下试样的感生涡流场分布及检测线圈的电磁场量图,并通过原位拉伸实验定量表征氢脆程度,最后分析了氢脆指数-涡流响应信号之间的关联机制,进行实验验证。研究结果表明,金属材料的氢脆程度与所含氢含量密切相关,时谐电磁场作用下的涡流信号与氢脆程度呈现线性相关,验证了材料氢脆涡流评价的有限元模型的有效性。     

不对称电压暂降下最大功率输出的MMC协调控制策略

针对柔性直流输电系统交流侧不对称电压暂降下,模块化多电平换流器（modular multilevel converter,MMC）运行时出现的功率波动、三相电流不平衡等问题,提出了不对称电压暂降下最大功率输出的MMC协调控制策略。该策略根据不对称电压暂降下MMC系统运行特性随调节参数的变化规律,以抑制有功功率波动与输出三相平衡电流的协调控制为目标,构建了线性加权解析式确定调节参数,在保证MMC输出电流峰值在最大限制范围内时,输出最大有功功率。该策略既拓展了有功功率输出能力,又提升了系统的整体控制保护性能。仿真和实验结果验证了所提方法的有效性。     

直流微电网分布式储能系统精确电流分配策略

在孤岛直流微电网中,需要采用储能系统（energy storage system,ESS）来维持发电和负载消耗之间的功率平衡。为了避免分布式储能单元（distributed energy storage units,DESU）的过度充放电,针对不同容量的分布式储能单元设计了基于自适应虚拟阻抗的荷电状态（state of charge, SOC）均衡策略。同时,提出了精确电流分配方法来消除不匹配线路电阻对SOC均衡的影响。通过所提方法,具有较高SOC的DESU在放电期间可向直流微电网提供更多的功率,反之亦然。此外,根据系统特征方程分析了所提方案的稳定性。最后,通过基于实时数字仿真系统（real time digital simulation,RTDS）的算例结果验证了所提控制策略的有效性。     

基于神经网络的双闭环伺服系统自适应控制

针对双闭环伺服系统中传统自抗扰控制（ADRC）控制器待整定的参数较多且整定过程较复杂的问题,设计了一种基于径向基函数神经网络的ADRC控制器。考虑到组合控制律的独立性,设计线性状态误差反馈进一步降低参数整定复杂性。径向基函数神经网络将扩张状态观测器中的非线性误差增益作为其权值系数,在线辨识出被控对象的Jacobian信息,利用神经网络的自学习功能实现了ADRC的参数在线自整定。以永磁同步电机(PMSM)作为被控对象,通过MATLAB进行仿真。仿真结果证明,此控制策略有效地优化了伺服系统的静态性能和动态品质,实现了控制系统的高动态和高精度。     

一种轴向风冷结构对高速永磁电机转子温升的抑制研究

在变频器驱动方式下,高速永磁电机具有较大的转子涡流损耗,由于其转子的散热能力较差,易使永磁体温升较高,而发生不可逆失磁现象。采用机壳水冷结构可以有效地带走电机定子侧的热量,但是对于高速永磁电机的转子部位,水冷结构的冷却效果有限。以一台15 kW、30 000 r/min的高速永磁电机为例,设计了一种风、水混合冷却结构,基于流固耦合的计算方法分析了水速、风向以及不同风道截面积对电机永磁体部位温升的影响,并得出了相对的最优值。与仅采用水冷结构相比,增加该风冷结构可使永磁体温升降低了18.1 K,该结构可对大功率高速永磁电机的冷却系统设计提供一定的参考。     

含MMC的交直流输电系统短路电流统一求解方法

针对含模块化多电平换流器(MMC)的交直流输电系统短路电流水平校核问题,在考虑MMC的运行方式和控制系统的基础上,建立了MMC交流侧故障模型。在对比分析了同步机电源和MMC输出短路电流的机理后,通过近似求解并网点(PCC)处电压将MMC交流侧故障模型简化为电流源模型以实现PCC处电压和MMC输出电流之间的解耦。对支路进行合理编号并筛选出电源支路和待求短路电流所在无源支路,基于电网络理论将联络节点构成的无源网络用混合参数表征,经推导得到了含MMC的电网短路电流计算的统一求解方法。不同工况下的仿真结果表明,通过建立各控制策略下的MMC交流侧故障模型,所提算法能准确统一求解不同MMC交流侧故障下的短路电流,可用于含MMC的交直流输电系统的设备选型和保护系统设计。