基于自抗扰的高速列车升力翼攻角驱动系统同步控制

针对高速列车升力翼中双电机协同控制攻角高精度控制的问题,提出了一种基于改进型自抗扰控制器的新型控制策略。该策略改进位置环,并将交叉耦合结构中的位置误差反馈至电流环,实现高精度控制,从而解决高速列车升力翼系统在实际应用中存在的滞后性以及抗干扰能力弱等问题。通过MATLAB/Simulink仿真验证该方法的快速响应能力、抗干扰能力以及电机同步效果。仿真结果表明,在给予不同负载扰动的情况下,该方法能够极大地提升系统的响应速度,且抗干扰能力与同步效果优异,能够帮助高速列车升力翼实现高精度的攻角变换。

有源钳位四电平能馈变流器预测电流控制

地铁能馈变流器能回收车辆制动能量,实现节能减排。多电平变流器可以降低有源开关的断态电压上升率,有效保护电路元件,提高输出电流的波形质量,一直是中大功率领域研究的热点。模型预测控制算法是应用于多电平变流器的一种控制算法,具有运算简单、速度快和适用性广等优点,在变流器控制领域有广阔的应用前景。目前,能馈变流器的拓扑主要为二电平和三电平,对四电平拓扑的应用关注较少。有源钳位四电平拓扑采用有源器件的T型连接代替钳位二极管,减少了元件数量,降低了系统损耗。在四电平能馈变流器的控制算法方面,载波调制算法仍被广泛使用,模型预测控制算法未能得到应用。在此背景下,提出一种适用于有源钳位四电平拓扑的预测电流控制算法,建立四电平拓扑的数学模型,分析开关状态对直流母线电容电压的影响,建立电流和电容电压的预测模型。通过模型预测控制算法中的代价函数,实现输出电流和电容电压的多目标控制。利用并网仿真模型对所提算法进行验证,在预测控制作用下可以顺利并网,并输出高质量的电流。进行阻感负载实验,能有效跟踪给定电流,维持电容电压稳定,对于负载突变也有较强的鲁棒性。仿真和实验均证明了拓扑模型和控制算法的有效性,展现了其在地铁能馈领域应用的可行性。

结温导向的两电平逆变器寿命优化控制

结温是影响IGBT(Insulated-Gate Bipolar Transistor)寿命的关键因素,为了延长两电平逆变器寿命,提出一种改进的模型预测电流控制(Model Predictive Current Control,MPCC)策略。首先,针对功率损耗产生原理,建立IGBT的损耗因子;其次,考虑三相电流方向和不同功率管的导通情况,在IGBT开关和导通时刻加入不同的损耗因子,控制功率损耗的产生。通过仿真验证,相比传统模型预测电流控制和空间矢量脉宽调制策略,所提方法在保证控制性能的同时降低了功率器件结温,延长了寿命。

辐射下加热腔内自然对流传热特性研究

辐射吸收引发的自然对流现象广泛存在于自然界以及工业领域,为了探究辐射引发的自然对流传热特性,采用理论分析与数值模拟相结合,对由下方入射辐射加热二维方腔内半透明流体所引发的自然对流进行研究。结果表明:同一瑞利数下,流体失稳时间随光学厚度τ 的增加而减小,当τ=20 时,流体失稳时间最短;通过尺度分析推导出当光学厚度τ → 0 时,热边界层厚度与瑞利数及光学厚度之间满足标度率: ,并将数值模拟结果与之对比, RaI数的标度指数基本吻合;同时发现,不同光学厚度下, Nu数随着RaI 数的增加而逐渐增大,随着光学厚度的增加, 中的标度指数β 反而减小;最后采用数值模拟方法,得到了Nu 数与光学厚度及RaI 数之间的标度关系: ,并利用尺度分析方法推导出光学厚度τ → 0 时, Nu数与光学厚度τ 满足: 。

基于超螺旋滑模观测器的六相永磁同步电机失磁故障重构

针对六相永磁同步电机在复杂运行工况下永磁体容易发生失磁故障的问题,提出一种基于超螺旋算法的永磁体失磁故障重构方法。首先,利用矢量空间解耦坐标变换(VSD)进行降阶和解耦,构建了六相永磁同步电机失磁故障数学模型。其次,以定子电流为状态变量,设计基于超螺旋算法的滑模观测器(STA-SMO),根据滑模等值原理实现转子磁链的实时重构,并采用一种类二次型Lyapunov函数证明了所设计STA-SMO的稳定性。最后通过仿真与实验验证了该方法的有效性,与传统滑模观测器(SMO)相比,所设计的STA-SMO准确地实现了对失磁故障的重构,有效抑制了抖振,且鲁棒性更强。

基于扩展滑模扰动观测器的永磁同步电机新型无模型滑模控制

针对永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)控制系统采用传统PI控制算法时因参数摄动而导致电机控制性能下降的问题,提出一种转速环改进型无模型滑模控制方法(improved model-free sliding mode control,IMFSMC)。首先,建立PMSM在参数摄动时的新型超局部模型。其次,采用一种改进趋近律设计转速环无模型滑模反馈控制器;同时利用扩展滑模扰动观测器(extended sliding mode disturbance observer,ESMDO)估计超局部模型中的未知部分,并通过Lyapunov稳定性理论证明了该控制器和观测器的稳定性。最后,与PI控制以及传统无模型滑模控制的仿真和实验对比,结果证明所提方法能有效改善PMSM在发生参数摄动时的暂稳态性能,降低对电机模型的依赖,提升系统鲁棒性和抗干扰性能。

一种永磁同步电机的有限集无模型容错预测控制算法

针对传统有限集模型预测控制在电机发生参数摄动和永磁体失磁故障时模型失配导致系统性能下降的问题,提出一种用于永磁同步电机(PMSM)电流控制的有限集无模型容错预测控制方法。首先,考虑电机参数不确定性,依据永磁同步电机在参数摄动下的dq轴数学模型,建立基于系统输入和输出的永磁同步电机新型超局部模型。其次,基于新型超局部模型设计PMSM电流环的有限集无模型容错预测控制器,利用滑模观测器估计PMSM新型超局部模型中未知部分h。最后,与传统有限集模型预测控制方法进行实验结果对比,证明了所提方法对电机参数摄动和永磁体失磁故障具有容错性和鲁棒性。

离散统一气体动理学格式稳态辐射输运应用

工程应用中的介质热辐射问题是典型的多尺度问题.基于Boltzmann输运方程建立的各类气体动理学格式,在多尺度瞬态问题中得到了广泛应用.为了克服显式求解方案中CFL条件等的限制,文章通过气体动理学格式实现稳态辐射输运方程的直接求解.SDUGKS格式由离散统一气体动理学格式(discrete unified gas kinetic scheme,DUGKS)的核心思想发展而来,应用于稳态问题计算.将SDUGKS格式进一步拓展到多尺度的稳态热辐射输运计算.SDUGKS格式继承了DUGKS格式沿特征线离散实现的界面重构,并通过隐式增量格式的单元更新实现对辐射强度的较正,采用逐次迭代法将辐射强度渐近收敛到稳定值.选用多组一维和二维不同尺度的辐射传热算例,通过与特定的解析解以及其他数值方法结果对比,检验了SDUGKS的计算精度和计算效率,并论证了它在多尺度问题中的渐进保持性质.

辐射侧加热腔内自然对流传热特性研究

为了明确辐射侧加热封闭方腔内半透明流体的自然对流传热现象及规律,采用有限体积法进行数值模拟研究,分析了瑞利数和光学厚度对流场、温度场以及传热特性的影响。结果表明:与传统侧壁加热腔内自然对流相比,辐射侧加热腔内等温线和流场分布规律不一致;随着瑞利数和光学厚度增加,涡心由中心位置沿直线向辐射入射侧斜上方偏移;随着瑞利数增加,等温线变得更均匀;随着光学厚度增加,等温线变密,努塞尔数Nu与瑞利数Ra_T的标度律指数减小,当光学厚度增加到一定时标度律不再变化,此时传热标度律与传统恒壁温侧加热腔内自然对流相当,满足Nu~Ra_(T)^(0.29)。

基于随机森林模型的叶片质量不平衡故障诊断

风力发电机叶片出现质量不平衡时若照常工作,不仅会影响经济效益,严重时还会直接损坏叶片等设备,引发安全事故。为此,使用RFECV特征筛选算法进行特征值提取,之后采用随机森林模型进行训练与预测。实验结果显示,将RFECV特征筛选算法应用于随机森林模型,可实现叶片质量不平衡故障诊断并提高模型泛化能力。利用新方法进行叶片质量不平衡故障诊断,可为风机长期稳定运行在正常工况做出贡献。

高温宽粒径氧化铝颗粒辐射特性研究

基于Mie散射理论研究了温度分布为400~1000℃,粒径分布为0.1~20.0 mm的单个氧化铝颗粒的辐射特性参数。研究发现,当温度处于400~1000℃时,直径为3.0 mm的氧化铝颗粒已基本满足大粒子辐射特性,而0.1~3.0 mm的氧化铝颗粒衰减效率因子、散射效率因子、吸收效率因子随粒径的增加而急剧衰减,散射反照率随粒径的增加而急剧增加。基于最小二乘法对温度分布为400~1000℃,粒径分布为0.1~3.0 mm的氧化铝颗粒辐射特性效率因子进行拟合,拟合优度达到0.999以上,表明可以利用此非线性回归方程对此温阈、粒阈氧化铝颗粒辐射特性效率因子进行较精确的计算。

配置点谱方法求解一维圆柱梯度折射率介质中的辐射传热

发展一种配置点谱方法,计算包含半透明各向异性散射介质的圆柱系统中的辐射传热.介质具有梯度折射率,并且散射反照率随空间位置变化.通过与精确解或其他方法的结果对比,验证配置点谱方法的准确性.结果表明:配置点谱方法仅采用少量的节点数就可以得到准确的辐射热流量.

基于气体动理学方法的多尺度稳态热辐射计算

随着航空发动机燃烧室内燃气温度的提升,高温区域的热辐射问题将会变得更为重要,同时由于高温气体辐射导致辐射特性的剧烈变化,将会呈现出多尺度的现象,增加了辐射计算的难度。文章通过稳态离散统一气体动力学格式(SDUGKS,Steady Discrete Unified Gas Kinetics Scheme)的思路实现稳态辐射问题的求解,SDUGKS格式通过特征线差分离散的方法实现单元界面的重构,通过某种迭代格式来实现单元数据的更新,这一过程实现了对网格内部的辐射特性的有效模拟,该过程可适用于任何具体的辐射尺度。因此就可以在任意网格条件下实现多尺度问题的计算。文章引入了修正的延迟修正法(Deferred-correction,DC)实现单元数据更新,对单一尺度和多尺度问题进行了计算,在单一尺度问题中,验证了SDUGKS格式求解稳态辐射问题的正确性,进一步构造多尺度问题进行求解,论证了SDUGKS在多尺度问题计算中的渐近保持性质和准确性。

间断谱元法分析圆柱坐标系内非均质辐射传热

在非均匀高温介质中,辐射能束的传输路径会发生弯曲;并且,圆柱坐标系下辐射传递方程存在角向微分项。这都将导致辐射传递过程的分析和求解变得更加复杂。本文利用间断谱元法数值稳定、易于适应复杂区域、能够捕捉单元边界物理量的大变化、且在单元内实现高阶离散的特点,构建一种圆柱坐标系下非均匀介质内辐射传热模型。在求解过程中,将计算域离散成相互独立的单元,在单元内利用高阶谱配置点离散,并且在单元边界上通过施加迎风格式的数值通量来传递上下游信息。通过与多组文献结果对比分析,验证了间断谱元法求解圆柱坐标系下非均匀介质内辐射传热问题的正确性和有效性。并分析了间断谱元法的收敛速度,以及介质折射率分布、光学厚度和壁面发射率对辐射传热的影响。