真空泵用屏蔽电机无传感器残压重投控制策略

针对真空干泵机组故障、生产工艺需要等原因影响真空设备产线在线运行时间的问题,研究真空干泵用屏蔽式感应电机带速重投策略,寻求重投的有利时刻以保证带速重投的成功,对电机断电后的转速和定子失电残压特性展开研究。为此,根据屏蔽感应电机空间向量模型,建立基于电压电流混合磁链观测的无速度传感器估算模型、推导电机断电期间的转速估算方法以及定子失电残压解析式。通过重点研究定子残压和虚拟重投电压间幅值特性和相角特性,确定控制系统的首次重投点和其次重投点。以4 kW真空干泵用屏蔽感应电机机组为例,通过模型仿真和失电残压实验验证了该控制方法在泵类工程中有较好的适用性和准确性,重投阶段的转速稳定时间为0.5 s以内,重投阶段的冲击电流平均减小59.18%。

基于FSM的并联谐振中频电源整流逆变调功控制

并联谐振晶闸管中频双控感应加热电源调功系统由整流和逆变两部分构成。调节整流单元的移相角,改变逆变单元的功率因数角都可影响谐振槽路的中频电压的输出,进而控制输出功率。在分析槽路中频逆变电压同晶闸管整流装置的移相角、逆变单元的功率因数角关系的基础上,提出了基于有限状态机(FSM)的并联谐振晶闸管中频电源整流-逆变调功方案。该方案采用控制层与调度层结构。控制层将中频电压作为闭环控制对象,分别以整流环节和逆变环节作为执行单元,设计具有鲁棒稳定性的移相整流控制器和锁相逆变控制器;调度层采用FSM结构,可根据加热工艺需求实现整流-逆变轮换调功和联合调功。该方案已经应用于多台大功率并联谐振晶闸管中频电源中,其可行性和有效性得到验证。

感应加热过程调频锁相-移相调功复合控制

串联谐振感应加热过程包括调频锁相和移相调功两个控制环节,二者具有较强的非线性和耦合性;在分析逆变频率、输出功率同锁相角、移相角关系的基础上,提出了基于频率分离原理的调频锁相-移相调功复合控制方案,将锁相-调功过程分解为快-慢子系统,并对两个过程分别设计了具有鲁棒稳定性的锁相控制器和移相控制器,解决了感应加热电源的调频锁相-移相调功环节的协调控制问题;将调频锁相-移相调功复合控制方案应用于额定功率20 kW,输出电流40 A的超音频串联谐振感应电源中,验证了该控制方案在确保逆变过程开关器件安全可靠的同时,提高了功率输出的效率;在保证了调功灵活性的同时,又实现了电源的阻抗自匹配。

基于聚焦激波的微结构非接触式激励方法研究

为了解决MEMS微结构非接触式激励的问题,提出了一种基于聚焦激波的非接触式激励方法。该方法的基本原理是利用高压电容空气放电来产生激波,再通过半椭球腔体对激波进行聚焦,从而实现对微结构的非接触式激励。基于该方法搭建了微结构动态特性测试系统,并对矩形等截面和T型单晶硅微悬臂梁的动态特性进行了测试实验,获得了两种微悬臂梁的一阶有阻尼固有频率和阻尼比。实验结果表明:矩形等截面和T型单晶硅微悬臂梁一阶无阻尼固有频率分别为5 912 Hz和2 150 Hz。通过动态测试实验验证了基于聚焦激波非接触式激励方法在MEMS微结构激励上的有效性。

基于空耦超声激励的微结构模态频率温度特性研究

为了研究微悬臂结构弯曲振动模态频率的温度特性,首先针对各向异性材料的等截面矩形微悬臂结构建立了其各阶模态频率温度系数的理论模型;然后搭建了包括激光测振单元、空耦超声激励单元和温度控制单元的非接触式微结构动态特性测试系统;最后利用所搭建的测试系统分别对等截面矩形单晶硅微悬臂梁在室温~300℃时的动态特性进行了测试,获得了微悬臂梁前三阶弯曲振动模态频率随温度的变化规律和频率温度系数。研究结果表明,单晶硅微悬臂梁前三阶弯曲振动模态频率随着温度的升高而呈近似线性的减小,并且微悬臂梁前三阶弯曲振动模态具有几乎相同的频率温度系数,其中一阶模态频率的温度系数为-2.18×10-5/℃,二阶模态频率的温度系数为-1.91×10^(-5)/℃,三阶模态频率的温度系数为-2.01×10^(-5)/℃,前三阶模态频率温度系数的测试结果与理论模型预测值的偏差分别3×10^(-7)/℃,3×10^(-6)/℃和2×10^(-6)/℃。

晶闸管强迫换流虚拟仿真实验建模与分析

针对120°导电型逆变器中晶闸管的强迫换流过程复杂,传统硬件实验无法完成测试的现状,研究了晶闸管强迫换流虚拟仿真实验的建模方法。该方法利用Simulink工具箱搭建晶闸管三相桥式串联二极管式电流型逆变器实验模型,仿真分析了交流电动机反电动势和漏阻抗对换流过程产生的影响、换流二极管的临界导通条件和换流电容的充放电过程,测试了反电动势负载条件下三相全桥电流型逆变器的谐波影响。仿真结果表明,该模型能够直观和真实地反映逆变器中晶闸管的强迫换流过程,提供了有效的虚拟仿真实验教学资源。

压电陶瓷驱动的MEMS微结构底座激励方法研究

介绍了基于压电陶瓷底座激励方法的发展现状,总结了激励方法在具体实现方式上存在的问题。压电陶瓷在工作过程中会受到横向剪切力作用,导致压电陶瓷的损坏;弹性底座反复变形会导致微结构脱落。设计了一种由带有球冠状凹槽的上联接块和带有球冠状凸起的下联接块组成的点接触式可动底座结构,并设计了一种由圆柱安装体和三个安装臂组成的弹性底座,制作了基于压电陶瓷的底座激励装置,搭建了微结构动态特性测试系统,并对两种微结构的动态特性进行了测试实验,结果表明改进后的压电陶瓷底座激励装置可以有效的实现对微结构的激励。

“全链条协同”传感器应用技术课教学方法研究

“传感器应用技术”课程是自动化相关专业大学三年级开设的专业必修课,其理论性、实践性和应用性都很强。通过讲述课程的定位及目标,总结出课程的三个教学痛点,针对三个教学痛点提出了“五个三——全链条协同”传感器应用技术课程的教学方法。经过几年的实践检验,此方法不仅解决了三个痛点问题,也提高了学生的综合实践能力、团队合作能力,以及采用辩证法的思维解决实际问题的能力,培养了学生正确的世界观、人生观和价值观。教学有法,但无定法,希望通过教学创新为社会输送更多更有用的人才,使祖国越来越强大。

屏蔽套材料对屏蔽式永磁同步电机电磁场和温度场的影响研究

针对单向耦合法分析屏蔽式永磁同步电机电磁场和温度场时计算精度低的问题,提出了一种磁热双向耦合法。首先,建立了磁热耦合计算模型。其次,采用双向耦合法分析了屏蔽套材料对电机性能的影响,并与单向耦合计算结果进行了比较。最后,建立了电机三维模型,利用有限元软件进行了电磁场和三维温度场分析。研究结果表明所提的磁热双向耦合计算方法可以有效提高电磁场和温度场的计算精度,此外屏蔽套采用不导电不导磁材料可有效提高屏蔽式永磁同步电机效率,降低电机温升。这不仅为屏蔽式永磁同步电机的设计提供了参考,同时对于保证电机高效和可靠运行具有重要意义。

基于改进激活函数的一维卷积神经网络电机轴承故障诊断的研究

提出了一种基于改进激活函数的一维卷积神经网络的电机轴承故障诊断的方法,该方法首先介绍了一维卷积神经网络的结构,然后详细说明了激活函数的改进点,最后通过仿真试验依次采用三种一维卷积神经网络对电机轴承故障进行分类,通过对比发现,此方法具有诊断准确率高、收敛速度快、无需人为提取故障特征等优点。

基于锁定放大技术的真空度检测系统

针对中低真空环境真空度测量精度低的问题,在定温电桥再平衡法的基础上,提出一种交流定温锁定放大真空度检测方法。定温电桥的失调电压信号经过前置放大、带通滤波后进入相敏检测环节,利用锁定放大技术对采集到的失调电压信号进行处理。该方法能够提高检测系统的信噪比,使失调电压的测量精度获得提升。电桥的定温控制在XC866单片机中实现,采用继电反馈临界比例度法完成控制参数的自整定。最后,搭建了交流定温锁定放大真空度测试实验平台,并对真空检测的数据进行处理和标定。实验结果表明,交流定温锁定放大真空检测系统在10-1~103Pa范围内,真空度测量误差不超过15%,验证了所设计方案的有效性和可行性。

真空泵用屏蔽式永磁同步电机电磁场-温度场互相迭代计算方法

真空泵用屏蔽式永磁同步电机发热严重,因此在设计阶段准确预测其温度对于真空泵系统的安全稳定运行具有重要意义。针对当前电机电磁场-温度场双向耦合计算方法只能考虑温度对电机材料物理性质参数的影响,提出了一种电机电磁场-温度场互相迭代计算方法。该方法不仅能够考虑温度对电机损耗和永磁体磁性能的影响,还能够考虑温度对电机部件材料导热能力和散热能力的影响,使电机电磁场和温度场预测更加符合实际情况。以一台1.5 kW屏蔽式永磁同步电机作为研究对象,基于提出的方法对电机的电磁性能和温度特性进行分析,并将分析结果与电磁热双向耦合计算结果进行了对比。此外还利用提出的互相迭代法分析了环境温度对电机温升的影响。该研究不仅可以为屏蔽式永磁同步电机优化设计提供理论依据,还可以为其运行安全性和可靠性提供参考。

基于战争策略算法优化回声状态网络的时间序列预测

为了解决回声状态网络(ESN)储备池参数难以确定的问题,提出一种基于战争策略优化算法(WSO)的回声状态网络模型(WSO-ESN).该模型利用战争策略优化算法中攻击和防御两种流行的战争策略更好地实现整个模型在全局探索和局部开发上的平衡,替换弱士兵策略提高其鲁棒性使WSO算法在确定ESN参数时更准确.此外,还引入了呈指数变化的权重更新机制提高算法的收敛速度进而更快地确定储备池参数.实验结果与粒子群优化算法(PSO)、蜣螂优化算法(DBO)、金豺优化算法(GJO)等对储备池参数优化方法进行比较.结果表明,基于战争策略优化算法的回声状态网络模型具有更快的训练速度和更高的预测精度.

交流定温电桥正交锁定放大真空度检测系统设计

针对中低真空环境高精度测量领域,提出了交流定温电桥正交锁定放大真空度检测方案。以电阻式真空规管作为桥臂构成定温电桥,并采用可调幅400 Hz交流信号激励。交流定温电桥的失调电压采用双相正交锁定放大技术进行精确提取。为使交流定温电桥保持在动态平衡状态,设计了PI调节器,并通过临界比例度法完成了校正环节的参数整定。仿真和实验表明,交流定温电桥正交锁定放大真空度检测方案可以在1×10^(2)~1×10^(5)Pa范围内,将真空度测量误差控制在10%以内,验证了该方案的有效性和可行性。

感应加热动态负载阻抗匹配及功率因数角控制

负载阻抗匹配是确保感应加热电源高效率工作的必要措施。匹配的前提是确保感应加热电源始终处于准谐振状态。采用不对称型触发信号控制串联谐振逆变过程,提出了一种感应加热过程动态阻抗匹配控制方案。针对频率跟踪过程,设计了功率因数角控制器,实验结果验证了串联谐振加热电源动态阻抗匹配及功率因数角控制方案的有效性和可行性。

基于固定时间扰动观测器的四旋翼无人机轨迹跟踪控制

针对六自由度小型四旋翼无人机在轨迹跟踪控制过程中,单一控制器构成的控制系统存在外部未知干扰,系统的鲁棒性以及轨迹跟踪精度容易产生较大的波动问题,该文章提出了一种基于固定时间扰动观测器的全闭环控制方案,即针对位置与姿态的双闭环控制;首先利用固定时间理论设计了两个扰动观测器,在固定时间内对扰动做出估计并进行补偿;在此观测器对扰动值的精确估计基础之上,设计了两个具有扰动补偿能力的非线性跟踪控制器;李雅普诺夫稳定性理论证明了所述方法的有效性;仿真实验中,为对比所述控制方法的有效性,同时采用传统单一控制器构成的无人机控制系统进行对比分析;在无人机质量为m=1.44 kg、环境重力加速度为g=9.8 m/s^(2)以及其他模型参数一致的前提下,进行大量的仿真实验验证了所提出的基于固定时间扰动观测器的扰动补偿控制系统,能够保证小型四旋翼无人机六自由度受到复杂外部干扰时准确估计出外部干扰值,并实现无人机进行高精度轨迹跟踪控制,且轨迹跟踪精度与抗扰性能皆优于传统单一控制器构成的无人机控制系统。

基于二阶滑模控制的定频Buck数字电源设计

为了解决Buck型数字电源在大的动态负载范围下存在输出电压超调、误差收敛慢的问题,本文提出二阶滑模控制器与线性跟踪微分器(TD)相结合的方法。利用电压误差的二阶导数作为附加滑模面,提高控制器阶次,优化控制器的动态性能,同时针对传统微分器易受采样噪声影响导致高阶滑模控制器应用困难的问题,利用高阶线性跟踪微分器来得到信号的各阶导数。最后搭建了基于STM32G474的控制平台,实验结果表明,相比于传统的滑模控制器,改进后的二阶滑模控制器具有更强的鲁棒性,动态性能更好,具有较高的实际应用价值。

基于三闭环的直流伺服火炮跟踪控制系统设计

采用基于电流环、转速环和位置环的三闭环直流伺服系统以实现实时火炮跟踪控制系统,该控制系统使用工程近似处理法,从内到外逐级设计ACR、ASR和APR,并通过MATLAB对模型进行实时仿真。结果表明,所设计的三闭环直流伺服系统既能提高系统的控制精度、稳定性和抗负载干扰能力,还能限制电机启/制动过程中以及堵转状态时的最大电流,提升了控制系统动静态性能。

GCr15轴承钢在电化学-机械加工中的电化学特性

GCr15轴承钢的高硬度特性造成其加工过程中刀具磨损快、加工品质不稳定等问题。电化学-机械加工方法在加工高硬度且能导电的材料方面具有独特优势。采用极化曲线法、电化学阻抗谱和莫特−肖特基曲线测试,考察了GCr15轴承钢在NaCl、NaClO_(3)和NaNO_(3)三种电解质溶液中的自腐蚀电位,以及电解质的类型与浓度对GCr15轴承钢电化学特性的影响。结果表明:GCr15轴承钢在NaCl电解液中不存在钝化区,在NaNO_(3)和NaClO_(3)电解液中存在稳定的钝化区,而质量分数为20%的NaNO_(3)电解液更有利于形成稳定的钝化区。在稳态钝化电位区间内形成的钝化膜的厚度和阻抗因钝化电位不同而不同,如何使其更有利于材料的电化学-机械加工有待进一步研究。

“理论-创新-产业”一体化教学模式探索与实践

针对本科生培养模式中理论与实践的教学衔接不畅等问题,本文以工科类本科生的培养为例提出“理论-创新-产业”一体化协同教学模式,即理论学习、创新创业、产业应用等三环节内在统一协同的人才培养模式。在本科生培养过程中践行这一教学模式,对提高大学生学习兴趣、培养学生理论联系实际和综合知识运用能力具有至关重要的作用。