新型窑炉燃烧器的数值模拟与实验研究

基于两相流随机分离模型和流场组织原理,设计了一种新型窑炉燃烧器。气相模型采用Eulerian方法、煤粒相采用Lagrangian方法,对新型窑炉燃烧器流场特性进行数值模拟,研究燃烧器结构、煤粉粒子粒径、配风比对燃烧器温度场、速度场、碳氧化物、燃烧效率的影响。结果表明,煤粉粒径的增大使炉膛温度场升高,但过小的煤粉粒径也会使温度得到加强;二次风采用旋流喷入,强化了气相流的混合效果;同时三次直流风有效地防止炉壁的高温腐蚀和降低了壁面的结渣。对设计的新型窑炉燃烧器进行热态温度场实验研究,实验结果与仿真结果吻合。

基于前馈的风力发电机组变桨距控制

针对变速变桨(Variable Speed Variable Pitch,VSVP)风力发电机组如何抑制反馈信号滞后引起的输出功率波动进行研究。在研究了传统PID反馈控制和基于测量风速前馈控制的基础上,提出了有效风速估计的前馈与传统PID反馈结合的变桨距控制策略,通过卡尔曼滤波与牛顿-拉夫逊算法进行有效风速估计,根据估计的有效风速给出合适的前馈桨距角,实现动态前馈补偿。以2 MW变速变桨风力发电机组为验证对象,基于Bladed软件平台对前馈控制策略与传统的变桨控制策略进行仿真比较。结果表明:相对传统的变桨距控制,提出的变桨距控制使风力发电机组能够在额定转速下保持稳定的电功率输出。

变速变桨距风力机功率控制策略

针对风力机运行区域特点,提出变速变桨距风力机功率控制策略。以风力机专业设计软件Bladed为工具,对风力机功率控制策略进行仿真研究;结合C++语言对Bladed进行二次开发,设计其外部控制器;外部控制器和Bladed进行数据交换,控制风力机功率输出,优化风力机性能。仿真结果表明:在额定风速以下,外部控制器能够追踪最大功率;在额定风速以上,外部控制器能够使输出功率幅值小于采用内置控制器时的输出功率幅值,并使输出功率值稳定在额定值附近;在全负荷最优控制阶段,外部控制器能够根据风速的变化迅速做出调整,实现控制平滑过渡。外部控制器的功率控制性能更优,验证了所提功率控制策略的正确性和可行性。

斜齿轮–平行轴转子系统模态耦合特性分析

以一个两对斜齿轮耦合的三平行轴转子系统为研究对象,考虑静态传递误差、齿轮几何偏心的影响建立了全自由度通用齿轮啮合动力学模型,并考虑转子系统的影响,建立了平行轴系齿轮转子系统有限元模型,其中转子系统采用梁单元来模拟,齿轮之间的耦合作用通过啮合刚度矩阵和阻尼矩阵来模拟。通过修改啮合刚度矩阵研究了无耦合、单轴弯扭轴摆耦合、轴系弯弯耦合、轴系扭扭耦合、轴系弯扭耦合、轴系弯扭轴摆耦合的系统模态变化规律,采用模态应变能确定了系统各阶主导模态,研究结果可为齿轮及转子系统设计提供参考。

变速风力发电机组的多变量桨距控制策略

针对大型双馈式变速变桨(variable speed variable pitch,VSVP)风力发电机组在额定风速以上如何保持输出电功率稳定和降低风轮转速波动的控制技术进行研究。在研究了传统变桨距控制策略的基础上,提出非线性转矩控制结合以独立变桨作为主体因素的多变量控制策略,并基于Bladed软件平台开发的外部控制器对该控制策略与传统的变桨控制策略进行仿真比较。结果表明:相对传统的变桨距控制,提出的变桨距控制使风力发电机组能够在额定转速下保持稳定的电功率输出,同时也能减小齿轮箱转矩尖峰。

修正的平均风速和最大风速法在风速分布估计中的应用

为解决平均风速和最大风速法在风速分布估计中误差较大、精度不高的问题,在现有的平均风速和最大风速法的基础上,将其估计的时间段划为若干小段,采用平均风速和最大风速法对每小段进行估计后,对每小段中的平均风速和形状参数用正交多项式作最小二乘曲线拟合,得到了更具代表意义的Weibull分布形状参数,从而得出了高精度的风速分布。实验结果表明,该方法涉及的参数量少,运算速度快,有利于提高风电场风能评估效率。

多目标模糊综合评价的装配序列优选方法

为了对装配序列进行合理评价,确保装配序列优选结果的正确性,提出一种装配序列多目标模糊综合评价方法.通过调研及专家知识构建装配序列多目标评价指标体系,并定义各指标的量化方法;用模糊层次分析法评估各指标间的相对关系,以获取较准确的装配序列指标权重;根据评价指标的量化方法计算可行装配序列各指标的初始值,并结合指标相应权重使用消除和选择转换法综合评价不同装配序列的优势值和劣势值,根据优势值和劣势值排序结果,从正反两方面综合选择出最佳装配序列.以某企业机床传动系统X轴装配序列优选过程为例,验证了该方法的有效性.结果表明,可行装配序列综合评价结果合理,优选出的方案具有较好的精度和效率.装配序列多目标综合评价方法计算过程简单,实用性强且评价结果合理,可用于一般机械产品的装配序列设计过程.

倾斜轴颈滑动轴承混合热弹流研究

为了研究重载工况下滑动轴承混合润滑行为,综合考虑轴-润滑介质-轴承-环境之间的耦合热传导效应,建立考虑轴颈受载倾斜的滑动轴承混合热弹流(mixed-TEHD)数值计算模型。模型预测出轴颈受载倾斜及对中状态下的润滑界面油膜压力、油膜厚度、接触压力、摩擦因数、热(弹性)变形以及轴承温度场。研究结果表明:轴颈在受载倾斜状态下,油膜压力、弹性变形、油膜厚度沿轴向呈非对称分布,接触压力集中于轴承末端;轴颈在受载倾斜状态下,轴承圆周方向与轴向温度分布的不均匀性比对中状态的严重,温度比对中状态时的大,同时,沿油膜最高温度处的圆周方向截面与轴向截面内热变形分布具有非对称性,其热变形也明显大于对中状态时的大;在混合流润滑阶段,轴颈受载倾斜对接触载荷、摩擦因数、轴承最高温度以及最大热变形的影响较大。

微型汽车操纵稳定性的人-车动力学耦合效应

为研究驾驶人体与汽车之间的动力学耦合作用对微型汽车操纵稳定性的影响,将驾驶员模型通过弹簧-阻尼单元与汽车座椅相连,建立了基于人-车动力学耦合的6自由度操纵动力学模型;在参数识别获取人-椅界面的刚度-阻尼参数的基础上,应用数值解法,通过Matlab/Simulink对该动力学模型进行了仿真计算,分析了人-车动力学耦合作用对不同整车质量微型汽车阶跃转向的瞬态和稳态影响.结果表明:人-车动力学耦合明显影响了微型汽车侧倾响应,增大了其稳态值、峰值以及超调量,并且汽车结构尺度和整车质量越接近驾驶人体,影响越明显;而对横摆角速度影响较小,主要表现在增加了微型汽车的不足转向趋势,使瞬态响应波动增大.

基于元动作单元的数控机床运动精度映射

为使数控机床精度设计有定量的理论数值供参考,从运动的角度出发,建立了基于元动作单元的数控机床运动精度映射模型.采用"功能(Function)-运动(Motion)-动作(Action), FMA"的结构化分解方法得到元动作单元,并结合多体系统理论对数控机床拓扑结构进行了描述;运用旋量理论对数控机床误差建模,建立数控机床空间运动误差模型,并用螺旋理论得到空间运动误差综合值;以制造成本、空间运动误差螺距及其大小为设计准则,构建了运动精度映射模型,并应用NSGA-Ⅱ遗传算法对数控机床运动精度进行映射.对某国产加工中心进行运动精度映射求解,说明了该模型的可行性和有效性.

柔性销轴式人字齿星型轮系均载特性

为研究人字齿星型轮系各路功率分流载荷分配机理,提高齿轮箱承载能力,采用节点有限元法建立柔性销轴式齿轮涡扇发动机人字齿星型轮系动力学模型.研究当量啮合误差下星型轮系动态均载性能,分析误差激励、销轴结构、工况参数对系统均载特性的影响.结果表明:齿轮偏心误差使中心齿轮振动轨迹偏离原点,是造成不均载的主要原因;系统均载系数随误差增加呈线性增加,且制造误差的影响大于安装误差;柔性销可以明显改善系统均载性能,在4种星轮柔性销轴中Montestruc改进的柔性销均载性能最佳;系统的均载系数随输入转速增加呈增大趋势,共振会导致系统的均载性能急剧下降;均载性能随系统承载功率增大而变好,且功率变小,柔性销对系统的均载性能改善的优势更加明显.

一种新的稀疏分类融合方法及其在机车轴承故障诊断中的应用

针对高速列车轴箱轴承的健康状态监测中存在的故障数据不充分,单个分类器故障识别精度不高的问题,提出基于K-SVD重构残差的稀疏分类融合诊断方法。该方法利用K-SVD分解后的重构误差表征训练样本在每种故障模式下的分类趋势,根据样本的重构残差分布估计各K-SVD分类器的混淆矩阵并计算相应的可靠性矩阵,再结合D-S证据融合理论对测试样本在各K-SVD分类器下的故障识别结果进行融合分析,得到最终诊断结果。该方法在动车轴箱轴承故障试验中的应用结果表明,提出的新的稀疏分类融合方法较单一特征分类器、传统的投票融合法的识别精度有显著提高,即使是在小样本情况下其容错性、稳定性也较好,解决了高速列车轴箱轴承故障诊断中单传感器检测精度低、单一域特征信息不足即证据冲突情况下分类信息难以有效融合的问题。

概率语言环境下考虑专家心理行为的QFD方法

为解决传统质量功能展开(QFD)在实际运用过程中存在关于顾客需求和工程技术之间的关系评估,顾客需求权重的确定和工程技术的优先级排序等方面的固有缺陷,提出一种概率语言环境下考虑专家心理行为的QFD方法.运用概率语言连乘层次分析法(PL-MAHP)确定顾客需求初始权重,针对顾客需求之间的关联关系,运用模糊认知图(FCM)对顾客需求进行推理分析并获取其最终权重;为有效地处理QFD团队专家评估信息中的模糊性和不确定性,使用概率语言术语集(PLTS)表征顾客需求和工程技术之间的关联强度,并将交互式多属性决策(TODIM)拓展到概率语言环境中,依据各个工程技术的全局占优度来最终确定工程技术的重要度,充分考虑了专家心理行为对工程技术的优先级排序的影响.在电动汽车产品开发实例中运用本文方法结果表明,该方法能合理有效地确定最终重要度.与现有其他方法对比分析,验证了本文方法的优越性.

考虑性能依赖的元动作单元多态可靠性分析

为研究单元之间相互作用所引起的性能依赖给多态系统可靠性造成的影响.利用功能-运动-动作(FMA)分解理论将多态系统分解成多个元动作,以元动作单元为研究对象,运用非齐次马尔科夫模型描述元动作单元的多状态演变过程;通过设定状态转移系数将状态转移率与依赖特性相关联,构建新的状态转移矩阵,再运用Kolmogorov微分方程求得多态单元处于各状态的概率,并利用向量通用发生函数建立考虑单元性能依赖特性的多态系统可靠性分析模型,讨论了不同依赖情形下的模型特点;以国内某卧式加工中心的分度转台系统为例验证了单元依赖特性对系统可靠性的影响.结果表明:具有依赖特性单元的状态转移率会随着对应自立单元的性能退化而改变;与单元相互独立的多态系统相比,在单元处于高性能状态时,具有单元依赖特性的多态系统可靠度更高;在单元处于低性能状态时,具有单元依赖特性的多态系统可靠度更低.研究结果可为机械系统可靠性设计和产品维修周期设计提供相应的理论依据.

振动系统PID零极点配置理论

为实现振动系统闭环零极点的任意配置同时避免振动系统成为奇异系统,该文提出将积分反馈引入经典动柔度振动控制方法的主动振动控制方法。首先将PID输入反馈引入多自由度线性系统自由振动方程,经拉普拉斯变换,由Sherman-Morrison公式得到闭环系统柔度矩阵。由于此时闭环系统为正定系统,若预设零极点均自共轭且具有负实部,即可由Moore-Penrose广义逆求得PID输入反馈零极点配置理论增益向量解。同时提出系统可配置极点数目、传感器及反馈增益合理配置的概念及其计算方法。最后给出数值实例以验证该理论闭环极点、零点及零极点分配的准确性及有效性。

面向动作层的三维质量屋优化模型

为解决数控机床多关键质量特性的复杂控制问题,以元动作理论为基础,对传统的二维质量屋(HouseofQuality,HOQ)进行拓展,建立一种基于影响因素维、元动作单元维以及关键质量特性维的三维质量屋(Three-dimensional House of Quality,THOQ)优化模型.采用蚁群聚类算法(Ant Colony Clustering Algorithms,ACCA)对动作层关键质量特性的影响因素进行筛选,并结合证据推理递归理论(Evidence Reasoning Recursive Theory,ERRT)建立了影响因素自相关矩阵、各个元动作单元关键质量特性与影响因素之间的关联矩阵和元动作单元性能耦合矩阵,基于质量控制成本约束和开发时间约束建立以关键质量特性波动度为目标函数的优化模型,优化得到影响因素的最优值,使动作层关键质量特性波动值最小.以某数控机床的分度转台运动为例进行优化,并通过实验对比验证了该模型的合理性和有效性.

2种风力机变桨系统单神经元比例–积分–微分控制策略的比较与分析

针对风力机变桨系统非线性的特点,提出采用单神经元比例–积分–微分(proportional integral differential,PID)进行控制。分析了单神经元PID控制器的特点,建立了数学模型。将单神经元PID算法进行改进,得到改进的单神经元PID控制器。仿真结果表明:2种单神经元PID控制器构成的系统均可实现无超调,具有系统稳定性好的特点;改进单神经元PID控制器较单神经元PID控制器的响应速度更快;2种单神经元PID控制器比常规PID控制器的鲁棒性更强。

汽车发电机定子建模及结构优化

通过振动噪声台架测试,发现发电机在中低转速下的36阶次电磁噪声问题突出。因此,定子结构的准确建模及结构优化是电磁振动噪声分析和控制的基础。首先对汽车发电机的定子进行自由模态试验,得到模态参数。建立定子冲片的整体式铁心模型后,采用等效法对线圈进行简化并建立4组定子模型。利用ANSYS软件对所建立的模型进行模态仿真,对比试验结果确定了定子的建模方法。模态结果和噪声试验显示,36阶次电磁噪声是由定子的共振导致。对定子铁心模型进行结构优化,结果表明,定子的模态特性得到了有效的改善。

多轴工业机器人离散惯性参数辨识

针对进行详细的动态特性与能耗分析以及基于惯性力与重力补偿的精确控制时需要获取离散惯性参数的问题,提出了一种辨识模型及方法,研究了多轴工业机器人离散惯性参数的一次性整体辨识。为了解决超定的离散参数辨识线性方程组容易近似奇异导致最小二乘解不可靠的问题,基于观测矩阵奇异值分解与有效秩,给出了一种扩展的线性方程组的最小二乘解公式。最后,对KUKA KR60-3机器人的动力学参数进行了辨识。结果表明,离散参数对应的力矩预计结果与传统最小参数对应的结果几乎一致,且与实验结果基本相符,验证了所提辨识模型和方法的可靠性。