基于康达效应的高速气流推力矢量喷管

基于康达效应设计了一种高速气流推力矢量喷管,利用其对流体的偏转作用实现主流方向控制。喷管由主通道以及外侧八个独立气室和出口处的康达壁面组成,可通过气室外部的开合情况来实现八个偏转方向的控制。本文对所设计的高速气流推力矢量喷管进行了仿真计算,研究了主流速度、气室开合情况及康达壁面曲率三个参数对主流偏转效果的影响。数值模拟结果表明:(1)主流速度在50~160 m/s时,不同的开合组合的偏转效果有较为显著的差异。(2)气室打开数量为奇数时,偏转效果优于偶数。只有一个气室开口时,偏转效果最优。(3)计算得到三维喷管最优康达壁面的曲率是55.26。本文设计的高速气流推力矢量喷管能够达到较好的偏转控制效果,最大偏转角度可达到85.91°。

基于虚拟电压矢量的双三相直线磁通切换永磁电机容错SVPWM策略

高可靠性是电梯驱动系统的首要指标。针对双三相直线磁通切换永磁(dual-three-phase linear flux switching permanent magnet,DTP-LFSPM)电机单相开路故障,提出一种基于虚拟电压矢量的容错空间矢量脉宽调制策略。首先,基于单相开路故障下的五维变换矩阵计算得到故障后的32个空间电压矢量分布。然后,筛选部分空间电压矢量,以z子空间电压幅值为零且每个扇区产生对称的脉宽调制波形为目标,重构得到12个虚拟电压矢量,相邻的2个虚拟电压矢量都由3个基本电压矢量组成,并用于合成参考电压矢量,不仅可以减少单相开路故障容错控制时的电流谐波,而且具有计算简单,易于硬件实现等优点。最后,搭建DTP-LFSPM电机驱动控制系统仿真与实验平台,仿真和实验测试结果证明所提容错策略的正确性和有效性。

赝矢量的几何本质

本文借助于微分几何中的外积运算、微分形式、Hodge星算子等基本概念,探究了赝矢量的几何本质是微分2-形式,又借助Hodge星算子,给予微分2-形式可以被称为赝矢量的合理解释.通过将叉积运算替换为外积运算,清晰地解释了赝矢量、真矢量及其混合运算规则的逻辑关系,举例说明赝矢量及其运算在力学和电动力学等领域中的应用.特别是,应用赝矢量的运算规则给出了向心加速度是真矢量的合理解释.

一种自适应扩展卡尔曼滤波的永磁同步电机无位置传感器矢量控制

在粗差干扰或噪声统计偏差情况下,扩展卡尔曼滤波(EKF)对永磁同步电机(PMSM)的速度和转子位置估计存在精度下降问题,为此提出一种基于新息序列的自适应扩展卡尔曼滤波算法(AEKF)。首先,将粗差干扰加入系统观测方程中,分析粗差干扰对系统观测精度的影响。其次,为增强算法的抗扰性能,在新息协方差计算中设置加权系数,通过调整临近时刻的新息协方差阵权重,计算出新息协方差值,并更新到卡尔曼增益的计算。最后,建立AEKF数学模型,并对比粗差干扰与噪声统计出现偏差情况下,AEKF与EKF两种策略的观测性能。仿真和实验结果表明,在粗差干扰或噪声统计信息出现偏差情况下,AEKF算法对永磁同步电机转速的观测具备更强的鲁棒性及更高的预测精度。

各非地转Q矢量之间的定量比较

结合“海棠”台风在2005年7月19日08：00～20日08：00再次登陆福建省24h期间所造成的降水过程，在WRF模式成功地模拟了此次降水过程的基础上，利用模式模拟输出结果，通过计算900～600hPaQ矢量散度的气柱平均值、Q矢量散度强迫产生的降水场，定量比较分析了非地转干Q矢量、非地转湿Q矢量及改进的湿Q矢量的诊断能力差异，结果表明：（1）非地转干Q矢量、非地转湿Q矢量及改进的湿Q矢量散度辐合场，对同期模拟雨区都具有一定指示作用，同时，非地转湿Q矢量和改进的湿Q矢量的散度辐合强度都较非地转干Q矢量散度辐合强度强，且改进的湿Q矢量散度辐合强度强于非地转湿Q矢量散度辐合强度，尤其是在主雨区表现的更为明显。相对来讲，改进的湿Q矢量散度辐合场对雨区的反映能力最强。（2）非地转湿Q矢量散度与改进的湿Q矢量散度强迫产生的降水范围几乎相同，且明显较非地转干Q矢量散度强迫产生的雨区范围大，相对来讲，与同期模拟降水场的雨区更接近。改进的湿Q矢量散度强迫产生的降水强度最强，非地转湿Q矢量散度强迫次之，非地转干Q矢量散度强迫产生的降水强度最弱。三种Q矢量散度强迫产生的降水强度都明显弱于同期模式模拟的降水强度，相对来讲，改进的湿Q矢量散度强迫产生的降水强度更接近于模拟的降水强度。（3）三种Q矢量散度场以及强迫产生的降水场之间的差异，充分表明此次台风降水过程中伴有大量的大尺度稳定水汽凝结潜热和对流水汽凝结潜热释放，考虑了水汽凝结潜热加热作用的非地转湿Q矢量与改进的湿Q矢量，对降水反映能力均较非地转干Q矢量有所改进，尤其是后者。

计及采样扰动抑制的电压源逆变器三矢量无模型预测电流控制方法

针对传统电压源逆变器无模型预测电流控制(model-free predictive current control,MFPCC)方法存在电流纹波大、电流梯度更新停滞以及预测性能易受采样扰动影响的问题。该文提出一种计及采样扰动的三矢量MFPCC方法。在一个控制周期应用3个基本矢量,并根据价值函数计算矢量作用时间,降低了输出电流纹波;其次,通过建立不同矢量作用下的电流梯度方程组,实现电流梯度数据的实时更新,消除了停滞现象;再次,分析采样扰动对MFPCC的影响,采用扩张状态观测器估计采样扰动以补偿预测电流控制,抑制其对输出电流的影响。最后,通过仿真和实验,对所提方法的有效性进行了验证。

面向电流源型PWM整流器的双矢量模型预测直接功率控制

电流源型脉宽调制(Pulse width modulation,PWM)整流器因其网侧存在LC滤波器,系统的控制难度增加。传统直接功率控制策略下的整流器功率波形存在脉动,因模型预测控制具有卓越的动态特性以及直观的控制规律,采用模型预测直接功率控制(Model predictive direct power control,MPDPC)对传统控制策略进行改进。首先建立了三相PWM整流器的数学模型,给出了每个采样周期内的功率变化率,并推导出相邻采样周期之间的功率关系,然后给出基于单矢量的模型预测直接功率控制策略,提出了基于双矢量的模型预测直接功率控制策略,并优选出两个电流矢量,计算在一个采样周期内的作用时间,并对其进行修正。最后,在Matlab/Simulink仿真软件验证了所提控制策略的可行性和有效性。

基于扰动观测器的五相永磁同步电机开路和短路容错矢量控制

针对反电动势含有3次谐波的五相永磁同步电机(PMSM)开路和短路故障导致转矩脉动大的问题,该文提出一种基于扰动观测器的矢量控制(DOB-FOC)策略。该策略基于降阶正交变换矩阵在同步旋转坐标系上建立PMSM开路故障情况下的基波模型,将3次谐波反电动势、短路电流等作为扰动信号。在此基础上,设计扰动观测器,观测出以上扰动导致的转矩脉动,将其转化为q轴补偿电流前馈到q轴电流指令中,有效地抑制了故障导致的转矩脉动,并且实现了PMSM在开路和短路故障情况下的平稳无扰运行。仿真和实验结果验证了所提容错策略的有效性。

两种双矢量SINS粗对准方法大俯仰角适应性研究

大俯仰角下捷联惯导粗对准双矢量定姿中,不同矢量组合下,姿态角尤其是方位角对准精确度相差很大,必须慎重选择。对此,给出了2种最常用的粗对准矢量组合模式误差方程,对其主要误差影响因素进行分析。综合传感器误差,利用蒙特卡洛随机打靶方法对全姿态角下粗对准精确度进行仿真,并开展了80°俯仰角转台静态粗对准试验。转台试验中,在惯导陀螺误差约1°/h,加速度计误差约0.1mg情况下,第1种、第2种组合模式方位角粗对准最大误差值分别为20°、7.5°,第2种组合模式约为第1种的1/3;仿真测试中,在惯导陀螺误差约0.1°/h,加速度计误差约1mg,80°俯仰角下,第1种、第2种组合模式下方位角粗对准最大误差值分别为11°与2.2°,前者约为后者的5倍。仿真与试验结果表明,大俯仰角下矢量组合模式是影响惯导姿态角与姿态矩阵粗对准精确度的最主要因素。

低复杂度永磁同步电机三矢量固定开关频率模型预测电流控制策略

针对传统永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)三矢量模型预测电流控制(three-vector model predictive current control,TV-MPCC)存在开关频率不固定和计算复杂的问题,提出一种固定开关频率TV-MPCC策略。利用前一周期的零电压矢量和参考电压矢量所在扇区来快速筛选所需最优电压矢量和次优电压矢量,避免了无效枚举计算,从而降低了开关频率和计算复杂度。引入系统d和q轴电流差参数,计算各电压矢量的作用时间,确保电压矢量作用时间恒大于零和开关频率固定。以三相两电平电压型逆变器驱动的表贴式PMSM为被控对象,通过仿真和实验对传统TV-MPCC策略和所提三矢量固定开关频率模型预测电流控制策略进行对比研究,仿真和实验结果表明,所提策略在保证系统稳态和动态性能的基础上,在固定和降低开关频率的同时,降低了计算复杂度。

基于反推控制的永磁同步电机稳定性单矢量控制策略

针对永磁同步电机传统单矢量控制需遍历所有基本矢量且忽略控制稳定性的问题,该文提出基于反推控制的永磁同步电机稳定性单矢量控制策略。首先,在建立dq0坐标系下永磁同步电机数学模型的基础上,推导设计常规反推控制器;其次,根据反推控制器获取的控制电压确定最优电压矢量所在扇区,并通过数学推导证明每个扇区内必有一个稳定的基本电压矢量可供选择,提出通过基本电压矢量对应Lyapunov函数导数值两两比较的最优基本电压矢量选取方法;然后,对选取包括最优基本电压矢量在内的不同基本电压矢量时的控制性能进行对比分析;最后,对提出的控制策略进行仿真和实验验证。结果表明,在驱动恒转矩、恒惯量负载和变转矩、变惯量涡簧负载的多个场景下,该文提出的控制策略均能有效追踪参考转速,并且与传统模型预测电流控制相比,所提控制策略的稳定性更强、输出量波动更小。

基于STM32的无位置传感器无刷直流电机矢量控制系统

针对无刷直流电机在方波控制时效率低、转矩脉动大,以及位置传感器降低系统稳定性等问题,基于32位MCU STM32F103C8T6设计了一套无位置传感器矢量控制系统。该系统利用滑模状态观测器对电机转子位置及转速进行精确估计,并采用电流与速度双闭环矢量进行控制。测试显示,与传统方波驱动相比,电机运行噪声明显变小,且电流波形具有较高的正弦度。适用于空调、助力自行车等对噪声比较敏感的电器,同时成本低廉,有较高的市场应用价值。

微光学系统矢量衍射成像的分析与模拟

本文利用瑞利—索末菲矢量衍射公式经适当推理导出微光学系统矢量衍射像点光强度分布的解析计算式,探讨了矢量衍射成像的原理与技术。模拟实验表明,微光学系统的矢量衍射成像,不但要考虑横向场通常还要考虑纵向场,并讨论了波长和偏振态对成像的影响,有助于促进微光学衍射理论与成像技术的发展。

微光学系统矢量衍射成像中畸变的衍射机理与计算

用瑞利—索末菲矢量衍射公式导出微光学系统矢量衍射像点光强分布的计算式,探讨矢量衍射成像中畸变的衍射机理与计算。模拟试验表明微光学系统矢量衍射成像不但要考虑横向场还要考虑纵向场,畸变校正要进行位置校正,光强也要做适当校正,有利于微光学成像系统的像差分析与处理。

矢量电子地图在线更新方法研究

以“天地图·浙江”为研究对象,研究矢量电子地图数据的在线更新技术.使用Mapbox矢量瓦片技术提升大规模矢量数据的渲染效率,利用Redis缓存在高存取量方面的优势实现矢量瓦片的高效调度,基于矢量数据节点捕捉技术提高要素在线编辑的效率,利用Rocket MQ消息队列保障多并发环境下的系统稳定性,研发了电子地图在线更新模块.以浙江省某县级市作为试点地区进行要素更新实践,验证了电子地图在线更新技术方法的高效性.

基于要素稠度的电子海图矢量瓦片组合构建方法

为进一步提升基于WebGIS技术的电子海图在前端的加载效率,对海图矢量瓦片的划分方法进行深入研究。在考虑要素空间分布稠度的基础上,提出一种海图瓦片的组合格网划分方法。在四叉树划分过程中引入矢量瓦片数据阈值将其改造成非平衡四叉树,作为瓦片划分的第1阶段,在瓦片划分至单瓦片最大数据量小于数据阈值后,通过融合变异系数的二叉树对瓦片进行第2阶段的划分。将组合格网法、原始均匀格网法和改进均匀格网法生成的矢量瓦片数据与试验结果进行对比。研究结果表明,在瓦片第3~第9层级范围内,相对于2种均匀格网法,基于要素稠度的组合格网法生成的矢量瓦片在同一层级的标准差更小,矢量要素在瓦片上的分布更加均衡,在同一视窗范围内,组合格网法生成的瓦片加载时间更短。

基于磁感的变压器和感应电机等效矢量磁路分析

电机学等传统电机理论对变压器和感应电机的工作机理分析多采用等效电路的方法,将实际磁量等效为电量来表示,在一定程度上让二者的分析变得复杂化。可是,传统磁路理论中仅有磁阻元件,难以定量表征磁通与磁动势之间存在的相位差和铁心中的损耗等,进而成为分析的瓶颈。为此,该文引入新的磁路参数——磁感,并利用磁阻和磁感双元件构成的矢量磁路理论,建立适用于变压器和感应电机分析的等效矢量磁路,推导了不同工况下的磁路方程,并以变压器为例,从磁路角度绘制了相量图。对变压器和感应电机在不同工况下的主要特性进行定量计算,通过实验结果验证了分析方法的有效性。相较于等效电路分析方法,该文所提的等效矢量磁路分析方法省去了匝数归算、频率归算等过程,因而概念清晰、计算简洁。该文研究不仅为电机等电磁装备的分析设计提供了全新的方法,而且有望推动《电机学》教材的改革,降低电机学相关内容的学习难度。

基于扩展电压矢量的三矢量模型预测电流控制策略

针对传统永磁同步电机模型预测电流控制策略中矢量作用方向、幅值局限导致控制系统稳态特性不佳的问题,提出一种改进的三矢量模型预测电流控制策略。首先,引入虚拟矢量来扩展电压矢量控制集为系统提供更灵活的控制选择。其次,根据无差拍控制原理获得参考电压矢量,并判断出参考电压矢量在扇区的具体位置。以电压矢量为价值函数的基础元素,并对参考电压矢量与有效电压矢量做差分析。根据设计出的筛规则获得最优有效电压矢量,简化了电压矢量筛选过程。通过实验结果表明,对比于传统的模型预测电流控制,本文所提出的控制策略显著地减少了电流与转矩脉动,另外在电机转速方面呈现出更加平滑的速度曲线与更小的超调量,提高了电机的动态响应性能与控制能力。

星下点观测的星载卫星导航反射信号海面风矢量极大似然估计

该文针对星载全球导航卫星反射计(GNSS-R)镜面反射信号对海面风向不敏感导致海面风向反演难问题,分析非镜向海面散射信号特征,提出星下点非镜向观测模式,定义该模式下海面风矢量敏感特征观测量,在此基础上提出基于星载GNSS-R海面风矢量极大似然估计(MLE)反演算法直接利用两颗及以上导航卫星的星下点非镜向散射信号进行海面风矢量的反演,并提出风矢量搜索算法提高反演效率。通过搭建星载GNSS-R仿真平台验证算法的可行性和评估算法性能。结果表明:所提算法可直接利用非镜向独立观测模式下的多颗导航卫星散射信号反演得到海面风速和风向;多星观测可消除观测几何导致的模糊解从而将海风风向4个模糊解降至2个模糊解,但无法消除海浪谱的对称性导致的海面风向模糊解。在2~25 m/s的风速内,当信噪比(SNR)大于11 dB时,3星观测的风速均方根误差(RMSE)优于2 m/s,风向的均方根误差优于15°。

基于虚拟电压矢量模型预测转矩的船舶推进电机控制研究

针对船舶电力推进系统中六相永磁同步电机所采用传统直接转矩控制技术(DTC)仅采用最外围电压大矢量,会产生较大谐波电流并导致转矩波动大的问题,提出基于虚拟电压矢量合成的模型预测转矩控制策略(V-MPTC),利用α-β子空间中同向的大矢量和中矢量与z_(1)-z_(2)子空间中反向的小矢量和中矢量恰好对应原理,通过适当地调节一个PWM周期内大矢量和中矢量的占空比,可以使z_(1)-z_(2)子空间中的合成电压矢量幅值为0,实现对电机谐波电流和转矩脉动的抑制。同时为了便于硬件系统实现,进行电压矢量中心化以及采取提前2步的预测方法。仿真结果表明,采用V-MPTC控制策略使系统响应速度有所提高,启动转速超调降低,转矩脉动从0.15 N·m降至0.04 N·m,谐波畸变率从68.92%降至10.85%,验证了该方法在船舶电力推进系统中可提高其控制性能。