变负载条件下超声电源有功功率的整定与测量

针对变负载条件下超声电源有功功率测量精度较低与高次谐波干扰的问题,提出一种功率测量方法。该方法采用电容分压与电流互感器采集超声系统中换能器两端的电压与电流信号,经过A/D芯片转换为数字信号后设计带通滤波器滤除高次谐波,通过数字鉴相器得到包含相位差的直流分量,结合改进的有效值计算方法得到变负载条件下的电压电流信号有效值,计算得到有功功率,实现超声系统驱动换能器工作于变负载条件下的功率参数高精度测量。最后通过仿真与实验验证了该测量方案的可行性与正确性。

燃料电池氢气流量控制系统变负载匹配设计与仿真

针对车载质子交换膜燃料电池供氢系统负载工况多变时的氢气流量控制问题,提出一种基于比例减压阀与流量控制阀的氢气流量负载匹配控制系统架构与方法。建立了从高压储氢瓶至燃料电池堆的供氢系统整体模型,基于该模型设计了比例减压阀、流量控制阀与氢气循环泵的控制策略,并就某一型号电堆的变负载工况对系统模型与控制策略进行仿真验证。结果表明:电堆阳极压力可快速跟踪给定压力,响应时间约2~3s;氢气流量可适应负载变化需求,其瞬时超调量与压力响应速度成正相关;稳态时氢气利用率维持在95%以上,供氢过量比维持在1.27以上,供气氮含量维持在5%以下,满足电堆性能需求。

计及设备变负载率特性的综合能源系统“源-荷-储”协同优化调度策略

针对传统综合能源系统忽略设备变负载率特性建模而导致调度方案经济性降低等问题,提出了一种计及设备变负载率特性的综合能源系统“源-荷-储”协同优化调度策略。文章基于对系统“源-储”两侧设备运行特性的研究,建立了设备的变负载率模型,以减少传统恒定效率模型带来的调度误差;引入主从博弈理论分析了综合能源系统供需两侧之间的交互过程,建立了计及设备变负载率特性的供需两侧主从博弈模型,进而证明了所提模型存在唯一博弈均衡,并提出相应求解流程;最后,对某园区综合能源系统进行仿真分析。结果表明:所提策略能够实现综合能源系统“源-荷-储”协同运行,提升供给侧与需求侧的经济效益。

变负载直驱力矩电机位置误差预测模型研究

为提高直驱力矩电机在变外载荷工况下的位置精度,使用基于狼群算法(WPA)优化支持向量回归(SVR)神经网络,建立直驱力矩电机位置误差预测模型。搭建试验台,将磁粉制动器与力矩电机用联轴器连接,利用磁粉制动器对直驱力矩电机施加变化外载荷。以可变外载荷数据和直驱力矩电机运行时电流数据作为输入,以直驱力矩电机位置误差作为输出。实验结果表明:所建立的WPA—SVR预测模型精度高于SVR预测模型,能够有效预测直驱力矩电机变负载下位置误差。

基于STFT-ECA-ResNet18网络模型的滚动轴承变负载故障诊断

针对传统方法处理变负载轴承故障诊断时存在的自适应能力弱,模型泛化性差的问题,提出了一种改进的基于深度残差网络的故障诊断方法。首先,将采集到的一维时间序列信号进行短时傅里叶变换得到二维时频数据,再利用二维卷积神经网络从变换后的数据中提取特征。然后,通过高效通道注意力机制获取通道全局信息并对其权值进行调整,以增强改进网络模型的泛化能力,使其在变负载工况下分类效果得到提高。最后,通过仿真对所提方法进行了验证,结果表明相比传统方法诊断效果改进明显。

变负载条件下多体折展机翼改进自抗扰控制方法

针对多体折展机翼在协调倾转过程中受到气动负载变化、重力换向及受外部干扰的问题,提出基于双曲正切函数与调相补偿结合的改进自抗扰控制策略.通过拉格朗日方程,将单元翼的气动负载作用于质心处,并给出重力项随机体姿态角的偏置,从而建立多体折展机翼的动力学模型.设计改进自抗扰控制器实现折展机翼的期望角度轨迹的跟踪,并选取合理的控制器参数对关节振动进行抑制.仿真结果表明,改进自抗扰控制方法在变负载条件下可以有效实现轨迹跟踪和关节振动的抑制,并在受到外界扰动时具有更小的跟踪误差和更好的动态性能及鲁棒性.

基于InMPE和MFO-SVM的变负载滚动轴承故障诊断

由于在变负载工况下,提取滚动轴承故障特征较为困难,且其故障识别准确率也较低,为此,提出了一种基于插值多尺度排列熵(InMPE)和飞蛾火焰优化支持向量机(MFO-SVM)的滚动轴承故障诊断方法。首先,在粗粒化时采用三次样条插值代替传统多尺度排列熵(MPE)中的线性插值,设计了InMPE算法,利用美国凯斯西储大学(CWRU)轴承数据集,分析了不同序列长度、嵌入维数和负载对InMPE的影响;然后,使用飞蛾火焰算法(MFO)优化了支持向量机(SVM),构建了基于InMPE和MFO-SVM的故障诊断模型;最后,搭建了轴承故障诊断试验台,制作了变负载工况下滚动轴承故障特征样本集,对基于InMPE与MFO-SVM的故障诊断方法的有效性和先进性进行了验证。研究结果表明:在变负载工况下,采用基于InMPE与MFO-SVM方法所得的故障识别准确率达到了98.5%,而采用传统MPE方法所得的故障识别准确率为95.9%;在噪声背景下,采用基于InMPE与MFO-SVM方法所得的识别准确率为92.4%,优于后者的80.0%准确率;证明基于InMPE与MFO-SVM的方法能有效识别出滚动轴承的故障信息,且对噪声具有较好的鲁棒性。

仿人柔性关节耦合建模及变负载振动抑制

针对仿人柔性关节负载突变引起的关节振动问题,提出一种基于状态观测器的转矩补偿控制方法.通过控制电动机输出与扰动力矩等值的转矩增量,使关节力矩快速平衡变化后的负载力矩,缩短弹性元件被动适应负载变化的振荡过程.设计了估计负载扰动转矩和电动机转速的状态观测器,并利用Lyapunov函数证明其收敛性;建立基于比例积分-积分比例(PI-IP)转速调节器的驱动系统控制结构,并将观测器的输出前馈输入到转速调节器中,提高系统抗干扰能力.仿真结果表明,与比例积分微分(PID)控制和关节力反馈比例微分(PD)控制相比,所提方法能够在负载变化后的0.6 s内使电动机转速恢复稳定,并在1 s内实现关节振动抑制,关节转速调节时间分别缩短了约1.8 s和0.9 s,有效提升系统动态调节能力.最后,通过在一体化柔性关节测试平台上的实验,验证了所提方法的有效性.

配变负载三相不平衡判断方法的设计

为了解决三相不平衡的问题,创新性地结合历史数据与自适应特征融合,设计了一种基于历史数据与自适应特征融合的配变负载三相不平衡判断方法。通过配变系统历史负荷事件的识别及配变设备状态识别,采集配变负载历史数据。根据变压器附加损耗和线路损耗的三相负载电路,计算了配变负载的相间不平衡损耗系数。根据三相负载的有功电流和无功电流,分析配变负载的谐波电流。根据配变系统的电压幅值,获取三相不平衡的补偿电流。通过优化三相负载自适应特征权值,计算了配变系统输出电流和三相负载直流电容、电压,实现了配变负载的三相不平衡判断。试验结果表明,该方法能够有效检测出各节点三相电压和电流,对配变负载三相不平衡电压和电流的判断精度达到了85%以上。该方法实际应用性能较佳,提高了配变负载三相不平衡判断精度。

变负载工况下滚动轴承故障分类识别方法研究

针对变负载工况下单尺度CNN提取滚动轴承健康状态特征不充分的问题,提出了一种DSCNN-BiLSTM诊断模型。该模型基于粗粒度化和平均池化层的理论基础,通过双尺度卷积神经网络结合双向长短时记忆网络,对滚动轴承振动信号进行空间维度特征和时间序列特征的提取,实现端对端的滚动轴承故障诊断。通过设置2种不同变负载工况实验,采用DSCNN-BiLSTM模型进行滚动轴承故障特征提取,平均准确率分别达到了97.55%和98.07%,有效提高了在变负载工况下的滚动轴承故障诊断准确率,为滚动轴承健康状态识别提供了关键技术。

垂直变速变负载直线电机控制系统研究

以飞行器动导数实验装置上的直线电机为研究对象,针对电机在垂直方向上的变负载、变频率正弦振荡运动情况,通过理论与仿真分析,整定控制系统参数以获得较高的动态控制精度。推导直线电机动力学方程,建立直线电机的矢量控制模型;通过理论推导和MATLAB/simulink仿真对控制系统的参数进行整定;再通过实验对参数进行验证。实验结果表明:该方法得到的参数具有较高参考价值,并通过实验探究了速度和负载变化对电机跟随误差的影响规律。

变负载ICPT系统电能与信号反向同步传输方法

为满足感应耦合电能传输(inductively coupled power transfer,ICPT)系统在实现电能正向无线传输的同时,对副边电路状态信息的采集与反向传输,基于ICPT系统电能耦合传输通道,提出了一种在负载变化情况下,电能与信号反向同步传输ICPT系统,并对其控制方法进行了深入研究。该系统在副边增加信号调制电容,检测负载大小以确定具体的信号调制方案,通过切入与切出该调制电容以改变原边电流波形包络,进而将数字信号调制到系统中,这样原边在发射电能的同时接收来自副边的状态信息,最后通过设计信号解调机构,复原信号。首先介绍了ICPT系统电能与信号同步传输原理,在此基础上,提出电能与信号反向同步传输ICPT系统;然后,通过对该系统进行建模分析得到负载变化情况下不同的信号调制策略,并对系统变负载情况下系统特性进行了分析和研究;最后,针对理论分析进行了仿真与实验验证,实验实现了ICPT系统在电能正向传输情况下的信号的反向低误码率传输。该研究结果可以为ICPT系统电能与信号反向同步传输系统的设计与研究提供参考。

基于EEMD-Hilbert包络谱和DBN的变负载下滚动轴承状态识别方法

负载在滚动轴承的运行过程中通常是变化的,针对变负载下滚动轴承不同故障位置及不同性能退化程度多状态识别困难的问题,提出一种基于集合经验模态分解–希尔伯特(ensemble empirical mode decomposition-Hilbert,EEMD-Hilbert)包络谱和深度信念网络(deep belief network,DBN)的滚动轴承状态识别方法。该方法首先对滚动轴承各状态振动信号进行EEMD,然后选取敏感本征模态函数(intrinsic mode function,IMF),并对其进行Hilbert变换求取包络谱。最后将各状态振动信号的IMF包络谱按顺序构建新的高维数据,输入到经遗传算法优化各隐藏层节点结构的DBN中,实现变负载下滚动轴承的多状态识别。实验结果表明:在运用DBN进行滚动轴承10种状态识别过程中,训练数据采用某种负载,测试数据选用其他负载的情况下,EEMD-Hilbert包络谱比时域或频域幅值谱能更好地体现出滚动轴承不同负载下的多状态特征;且DBN相对浅层学习的支持向量机和BP神经网络算法,具有更高的识别率,各数据集识别率均达到92.5%以上。

基于无监督特征对齐的变负载下滚动轴承故障诊断方法

针对滚动轴承实际工作中缺少某种负载数据,使得源领域数据与目标领域数据属于不同分布,以及目标领域样本不含标签的问题,提出一种多域特征构建和无监督特征对齐的滚动轴承故障诊断方法。该方法利用变分模态分解结合奇异值分解获取振动信号的时频特征,再结合振动信号时域、频域特征构建多域特征集;引入迁移学习中能够实现无监督领域适应的子空间对齐(subspace alignment,SA)算法并进行改进,提出将核映射方法与SA算法相结合。将训练数据和测试数据映射到相同高维空间,在高维空间的子空间进行特征对齐,以增加数据类间区分性,实现不同负载下源领域特征向目标领域特征对齐。实验研究表明,与部分降维方法及无监督迁移学习方法相比,所提方法在目标领域无标签的情况下,能够利用滚动轴承已知负载数据识别出其他负载数据对应的状态,并具有较高的故障诊断准确率。

变负载工况下高速永磁电机转子动力学特性试验研究

设计搭建了由动静压混合气体轴承支承的45 k W高速永磁电机转子试验平台,基于该试验平台开展了接入不同额定负载工况下,轴系受到变不平衡磁拉力的动力学特性试验。共进行5次试验,供气压力均为0.80 MPa,接入额定负载分别为0 k W,15 k W,30 k W,60 k W,145 k W。接入额定负载增大,相同转速下轴系受到不平衡磁拉力增大,低频涡动出现转速提前,当接入额定负载为60 k W,145 k W时,转子单一低频涡动频率发展为双低频振动特性,并出现碰摩降速现象。试验结果表明增加电机额定负载,轴系受到不平衡磁拉力增加,造成低频涡动出现转速降低,稳定阈值降低,且在大额定负载下,单一涡动频率发展为双低频振动频率,出现轴系的碰摩失稳故障特性。

变负载法研究热声发动机的声功输出特性

为提高热声发动机的驱动能力并为有效负载的设计提供参考,对一台行波热声发动机的声功输出特性进行了研究.应用变负载法,对该热声发动机的声功输出进行了精确测量.分析得到声功输出与热声发动机压比、加热功率和加热温度之间的相互影响关系.通过改变阀门开度和气库容积大小,分析了负载的阻力和空体积对声功输出和系统热效率的影响.结果表明,在输入功率为2.3 kW,充气压力为2.6 MPa,工作频率为51 Hz时,该热声发动机获得了122 W的最大声功输出.为设计与热声发动机系统具有良好匹配的热声制冷机及其他有效负载奠定了基础.

基于模糊神经的柔性臂变负载控制方法

基于奇异摄动将单连杆柔性机械臂动力学模型分解为慢、快变子系统,传统方法分别采用PD控制和最优控制能取得较好控制效果,但负载不确定时,控制效果并不理想。提出对于慢变子系统,采用模糊神经、PD控制相结合的控制方法,对于快变子系统,采用模糊神经、最优控制相结合的控制方法。当负载变化时,采用模糊神经控制器根据实际负载对PD参数及最优控制参数进行调整,达到更优的控制效果。分别采用传统方法及本文提出的改进方法在变负载条件下作了仿真实验,结果表明后者的控制效果明显优于前者。给出了慢、快变子系统模糊神经控制器在变负载条件下训练参数的获取方法。

变负载工况下微生物燃料电池响应特性

变工况运行时微生物燃料电池(MFC)的响应特性是揭示其运行规律的重要因素之一,对于指导MFC的实际应用有重要意义。分别针对以50、100、400和1000Ω启动的双室型MFC,以电池的电压响应和性能参数为评价指标,研究了MFC的启动特性和启动完成后MFC对负载变化的响应特性。结果表明,启动电阻越小电池启动越慢,但其最大功率密度越大。与MFC-50和MFC-100相比,MFC-1000和MFC-400对50Ω负载响应的时间较长,且其负载电压均表现出先急剧下降后缓慢上升的特征。经过较长时间的适应期后,所有电池的最大功率密度均可达到2000mW.m-2以上。此后,当上述MFC的负载切换为原培养电阻时,其响应时间明显缩短且电池最高功率密度不再发生变化。

杆式应变天平变负载动态建模和分段动态补偿

杆式应变天平安装在飞行器模型中,用于测量飞行器模型在风洞实验中所受的空气动力和力矩。模型相当于天平的负载。为了研究负载对天平动态特性的影响,通过改变天平上的配重砝码质量,进行不同负载下的天平动态标定实验。采用OE模型描述在不同负载下,天平各通道的数学模型。根据模型得到动态特征参数。通过曲线拟合,表示天平特征参数与负载质量之间的变化规律。为了保证在不同负载下,天平均具有较好的动态响应性能,提出依据负载变化的分段动态补偿的思路,实现对不同负载实验数据的动态补偿,取得较好效果。

变速变负载无轴承永磁同步发电机悬浮力及发电性能研究

针对普通发电机轴承磨损严重的问题,提出一种无轴承永磁同步发电机。首先分析了无轴承永磁同步发电机的悬浮原理和发电原理;其次,推导了感应电压表达式,利用麦克斯韦张量法建立悬浮力和电磁转矩的数学模型并验证其正确性;再次,运用参数化分析法设计并优化了发电机结构,仿真结果验证了发电机具有良好的悬浮力和电磁性能;另外,将设计的样机进行试验,验证了该发电机具有良好的动态性能;最后针对发电机常见的变速、变负载的问题,基于有限元仿真分析了其对发电机运行性能的影响。仿真结果说明该发电机在特殊工况下具有良好的悬浮性能。研究表明提出的新型发电机具有良好的动静态性能可以稳定运行。