深海AUV无动力垂直下潜运动特性研究

深海AUV(自主水下机器人)采用无动力下潜方式能有效节约能源,但是水平或小纵倾角姿态下潜用时较长,水平偏移大。为提高下潜速度,减小下潜偏移距离,对AUV无动力垂直下潜过程进行研究。使用四元数代替欧拉角得到AUV运动方程,并加入洋流和浮力数学模型,通过Simulink仿真模块建立AUV垂直下潜运动仿真方法,解决垂直下潜产生的姿态角解算奇异性问题。通过设置不同仿真工况,得到AUV垂直下潜运动状态量受负浮力、重浮心距离、舵角、初始纵倾角及环境扰动力的作用规律。结果表明,AUV采用垂直下潜方式,可实现较大的下潜速度,同时减小水平偏移距离;洋流扰动是垂直下潜运动产生水平偏移的主要原因;下潜深度6000 m时,浮力变化扰动导致末端下潜速度减小30%,下潜时间增加21%。

基于USV的AUV布放回收系统设计与实现

为了解决目前布放回收自主水下机器人(autonomous underwater vehicle,AUV)自动化水平低、工作效率低、危险性高等问题,研制了一款基于无人水面船(unmanned surface vessel,USV)的AUV自主布放回收系统。首先,通过分析国内外常用AUV布放回收方式和布放回收系统,设计了AUV布放回收系统,并对其工作原理进行分析;其次,分别从力学分析、数值仿真等角度研究了布放回收系统的动力学、静力学及接触碰撞问题;最后,搭建了系统原理样机并进行了陆上实验和湖上实验,通过实验验证了所设计的布放回收系统稳定可靠、操作简单、通用性好,可以有效提高AUV自主布放回收的效率。所设计的基于USV的AUV布放回收系统具有良好的应用前景。

USV地形测量路径自主规划研究与应用

针对未知近岸海域水上水下地形一体化测量需求,无人水面艇(Unmanned Surface Vehicle,USV)搭载导航雷达、深度计、POS MV、多波束测深仪及激光扫描仪等设备,通过设计在线地图构建及测量路径规划方法,使得USV在未知环境下自主完成地形一体化测量任务。通过离线电子海图获得待测区域初始基准地图,结合雷达、深度计等传感器实时感知的信息,采用一种基于贝叶斯估计方式的占据栅格建图方法,实现对基准地图的修正、更新,进而根据测量需求自适应调节测量路径间距。同时构建测量地图,使用基于神经元激励方法自主实现完全遍历的测量路径规划,兼顾使用A星算法避免路径规划锁死,以获得合理可行的测量路径实时规划结果。USV按照自主规划的测量路径自主航行,多波束测深仪、激光扫描仪实时测量、获取地形云数据后进行无缝拼接,完成未知近岸海域的水上水下地形一体化测量工作。

减速翼对深海运载器近水面运动特性影响分析

为探究波浪和减速翼共同作用对深海运载器近水面出水和垂荡运动的影响规律,采用数值方法,分析不同减速翼张角和海况等级下运载器近水面运动受到的波浪载荷及其运动响应特性,并提出一种函数拟合的短期波浪力时域建模方法。研究结果表明:减速翼对运载器近水面垂荡运动有显著的抑制作用,减速翼张角越大,运载器实现水面稳定所需的垂荡次数越少,垂荡运动周期越短;低海况下运载器状态参数波动范围逐渐减小,高海况状态参数波动范围先减小后增大,在1 T波周期内垂向速度和纵倾角达到极小值,1 T~2 T波周期内纵倾角逐渐回复到90°;正弦和函数和非线性最小二乘法拟合适用于波浪载荷的短期时域建模。

基于数值方法的AUV近水面运动特性研究

为了明确水面回收AUV过程中其自身运动特性,以数值方法作为主要工具,通过控制变量法分析自由液面对AUV运动的影响。建立AUV的近水面运动方程,通过数值模拟PMM,得到AUV近水面运动方程所需的全部水动力系数。最后,通过基于运动方程和CFD方法的水面直航轨迹交叉对比,对所求得AUV近水面运动方程的准确性进行了验证。结果表明,所求得的AUV近水面运动方程准确性良好,可为AUV水面回收过程中的运动控制提供参考。

基于代理模型的水下滑翔机机翼设计优化方法

在复杂工程系统的概念设计优化中,高精度数值分析方法得到广泛应用,将高精度数值分析与优化方法有机结合,对设计空间展开全面搜索与寻优,已经成为现代设计优化方法的重要发展方向。以水下滑翔机的概念设计为研究对象,引入代理模型,控制高精度分析试验的数量,有效地化解精度与效率之间的矛盾。将参数化几何建模、网格划分以及流体数值模拟分析集成为自动分析流程,并以此为基础采用试验设计理论,构建代理模型,解决水下滑翔机机翼的多目标设计优化问题。给出基于代理模型的设计优化过程,并系统地比较几种试验设计方法的适应性,重点讨论多项式响应面和径向基函数代理模型,所得代理模型相对误差小于2%。采用梯度寻优方法与遗传算法在给定设计空间内进行全面搜索,获得机翼的最佳平面构形,水下滑翔机的升阻比提高6.76%,俯仰力矩的绝对值由0.2760N·m降低为0.0015N·m,提高水下滑翔机的运动性能。

正交解码电路和捕获单元在转角和转速测量中的应用

介绍了TMS320F2812的正交解码(QEP)电路和捕获单元的工作原理,在此基础上设计了用于测量转速和转角的接口电路,提出的测速方法确保了计时和脉冲计数的同步。实验结果表明,该方案准确、可靠,有一定的抗干扰性,适用的测速范围大。

新型电机控制芯片TMS320F2812

TMS320F2812是基于TIC×28内核的32位定点数字信号处理器。其优化的事件管理器、快速灵活的中断管理、多标准的通讯端口、高效率的C/C++编译程序、独特的"IQmath"程序库和专用程序包为电机调速系统提供了更加灵活、高效的控制方案。本文详细介绍了其芯片结构及功能特点。

带槽道桨水下机器人阻力特性的数值分析

自治水下机器人在低速航行时,单靠操舵方式难以保证其机动性。特别是作业过程中需要进行水下悬停定位时,经常会使用槽道桨。槽道桨在载体上形成贯穿式的孔洞结构,影响水下机器人直航过程中的阻力特性。本文借助流体动力数值仿真计算软件CFX,对槽道孔洞尺度改变、轴向位置改变时,水下机器人航行阻力所受到的影响进行了数值分析。数值分析得到的结论,对水下机器人槽道桨的工程设计和优化具有参考价值和指导作用。

TMS320F2812在变频调速系统中的应用

TMS320F2812是基于TIC28×内核的32位定点数字信号处理器,其优化的事件管理器、快速灵活的中断管理、多标准的通讯端口、高效率的C/C++编译程序、独特的“IQmath”程序库和专用程序包,为电机调速系统提供了更加灵活、高效的控制方案。详细介绍了其体系结构和新特性,并设计了基于TMS320F2812的双PWM自控变频双馈电机矢量控制系统。

钢丝绳的受力特性及弯曲疲劳寿命分析

钢丝绳是起重设备的重要部件,在工程设备中应用广泛,然而对其受力特性及疲劳寿命的深入研究较少。分析了钢丝绳的受力特性,基于起重机的载荷状态级别及载荷谱系数,考虑钢丝绳的反向弯曲等因素,对钢丝绳的弯曲疲劳寿命进行了探讨,并给出了提高钢丝绳疲劳寿命的措施。

孕穗期干旱胁迫下外源γ-氨基丁酸对寒地粳稻籽粒氮素形成及产量的影响

为探究孕穗期干旱胁迫下外源γ-氨基丁酸(GABA)对寒地粳稻籽粒氮素及产量形成的调控效应,以东农425和松粳6为试验材料,设置6个GABA浓度(0,0. 25,0. 50,1. 00,2. 00,4. 00 mmol/L),以正常灌溉为对照(CK),分析孕穗期干旱胁迫下外源GABA对寒地粳稻籽粒干物质量、全氮含量及氮代谢酶活性的影响。结果表明,与对照相比,孕穗期干旱处理下寒地粳稻产量、产量构成因素、籽粒干物质积累量(除齐穗后7 d)显著降低;籽粒谷草转氨酶(GOT)和谷丙转氨酶(GPT)酶活性降低,籽粒谷氨酰胺合成酶(GS)活性升高(齐穗后7,14 d),籽粒全氮(除松粳6齐穗后21～35 d)和内源GABA含量(齐穗后7,14 d)显著升高。与干旱处理相比,施用不同浓度GABA能够显著提高寒地粳稻籽粒产量、产量构成因素以及籽粒干物质积累量、氮代谢关键酶活性、全氮和内源GABA含量,随着喷施GABA浓度的增加,东农425和松粳6的产量、产量构成因素、籽粒干物质量积累、氮代谢关键酶活性、全氮和内源GABA含量均表现为先升高后降低,通过回归分析得出,孕穗期干旱胁迫下东农425和松粳6喷施外源GABA的最适浓度分别为0. 54,1. 22 mmol/L。

水下机器人粘性类水动力数值计算方法研究

通过对通用流体动力学仿真软件CFX的研究,提出了一套水下机器人粘性类水动力的数值计算方法.该方法采用标准k-ε湍流模型计算位置力系数,采用标准k-ω湍流模型计算旋转力系数及其它耦合水动力系数.对“CR-02”6000 m自治水下机器人的计算表明,通过这种方法获得的水动力系数具有较高的精度,可以满足水下机器人方案设计阶段的操纵性设计、运动预报和仿真等需求.

水下机器人耐压壳体结构优化

基于响应面法对水下机器人耐压壳体结构优化,以耐压壳体结构5个尺寸为优化变量,借助ANSYS求解结构应力响应数值,利用组合试验缩小优化变量范围后进行响应面试验设计,优化约束条件为耐压壳体强度和稳定性满足要求,目标函数为壳体质量最小,利用Design-Expert试验设计软件进行响应面优化求解,将结果与利用1st Opt数值计算软件得到优化数值对比,最终优化结果为耐压壳体质量降低15.52%,且壳体满足强度和稳定性要求,达到优化目的。

回转形AUV水下通用对接装置的设计与实现

自主式水下机器人(autonomous underwater vehicle,AUV),尤其是回转形AUV,是海底探测、海洋地貌观察和军事海洋学研究的重要工具,但其续航能力一直是限制其完成远距离和长时间工作的关键问题。目前已研制出的水下对接装置只能与特定尺寸的水下机器人完成对接,通用性较差。为了解决不同尺寸回转形AUV的能源补充及数据上传下载的问题,介绍了目前存在的水下对接形式,并在此基础上设计了一款通用性水下对接装置。该装置采用水下灯光导引方式对AUV进行导引定位,当AUV进入对接装置后通过导流罩对AUV进行导向,最终采用丝杠滑台装置夹持固定AUV。该装置可以为不同尺寸的回转形AUV补充能源并提供数据上传下载服务,提高了AUV的续航力、数据收集能力,扩大了巡航范围。最后在水池中对该水下对接装置的灯光引导、夹持装置进行了测试,验证了该水下对接装置整体的可靠性及可行性。结果表明该装置结构简单,通用性较强,稳定可靠,对水下对接装置的总体设计具有一定的借鉴和指导意义。

失速型风力发电机组软并网技术研究

介绍了异步风力发电机组软并网原理,分析了基于晶闸管进行软并网的控制过程。软并网系统由反并联晶闸管、控制电路及其保护电路组成,中央处理器采用Atme1 89C51单片机。当晶闸管两端施加反向电压时可以自然关断,通过调节晶闸管的导通角即可调节发电机定子电压。控制加在发电机定子上的电压按阶梯波的形式从某一较小的初值逐渐增加到全压状态,从而使风力发电机组并网电流控制在一定范围内,大幅降低并网时的冲击电流。根据S48/750风力发电机参数建立了Simulink仿真模型,对失速型异步风力发电机组的并网过程进行了仿真。所设计的系统在750 kW机组上做了软并网实验。仿真和实验结果表明,采用晶闸管软并网系统可以有效抑制冲击电流,使失速型异步风力发电机组平稳并网。

孕穗期干旱胁迫对寒地粳稻籽粒氮素形成及产量的影响

为探究孕穗期干旱胁迫对寒地粳稻籽粒氮素形成及产量影响,以水稻松粳6(不耐旱型)和东农425(耐旱型)为材料,通过盆栽控水方式于孕穗期不同梯度干旱处理(土壤水势分别为:0、-10、-25、-40 k Pa),20 d后恢复正常管理。结果表明,与对照相比,轻度干旱胁迫下(土壤水势为-10 k Pa)籽粒氮代谢关键酶(GS、GPT、GOT)活性显著升高,东农425增幅高于松粳6;重度干旱胁迫(土壤水势为-40 k Pa)下酶活性显著降低,东农425降幅小于松粳6,品种间差异显著。干旱胁迫可提高籽粒蛋白质及各组分含量,籽粒清蛋白、球蛋白含量升高主要受GS、GPT和GOT活性变化影响,醇蛋白含量升高与籽粒GS活性关系密切,谷蛋白含量变化主要受籽粒GPT、GOT活性影响。孕穗期干旱胁迫显著降低寒地粳稻产量,随土壤水势降低,产量降幅逐渐增大,东农425降幅显著低于松粳6,产量降低主要影响因素是穗粒数、结实率和千粒重。文章从氮代谢关键酶调控角度分析孕穗期干旱胁迫对寒地粳稻籽粒灌浆过程中蛋白质及各组分含量和产量影响,为揭示干旱胁迫下寒地粳稻产量及品质形成机制提供理论依据。

灌溉方式耦合氮肥运筹对寒地粳稻产量形成影响

为探究灌溉方式耦合氮肥运筹条件下寒地粳稻干物质积累及产量形成规律,以东农425和松粳6号为试材,设置3种灌溉方式(W1正常灌溉;W2轻干湿交替灌溉;W3重干湿交替灌溉)和3种氮肥运筹(基肥蘖肥穗肥粒肥分别为6310(N1)、5311(N2)、4321(N3)),研究灌溉方式耦合氮肥运筹对寒地粳稻干物质积累与转运、花粉粒育性、籽粒灌浆特性、产量及产量构成因素影响,为寒地粳稻丰产、高效栽培提供指导。结果表明,灌溉方式耦合氮肥运筹对上述指标存在显著互作效应。与W1相比,W2和W3处理下两粳稻品种干物质转运率和贡献率提高,籽粒灌浆速率增大,灌浆时间缩短,提前达到最大灌浆速率时间,有效穗数、穗粒数和花粉粒育性降低。W2处理下两粳稻品种千粒重提高,东农425干物质积累量和输出量无显著差异,结实率和收获指数提高,而松粳6号干物质积累量、输出量、结实率和收获指数显著下降;W3处理下两粳稻品种千粒重、干物质积累量、输出量、结实率和收获指数下降。两粳稻品种根冠比均随干旱胁迫程度加剧而增大。在相同灌溉条件下,与N1相比,东农425和松粳6号均表现为N2有效提高干物质积累及转运能力、有效穗数、穗粒数、结实率、千粒重、收获指数、花粉育性和最终产量,为最佳氮肥运筹方式;N3处理下有效穗数、穗粒数、千粒重、产量有所提高,结实率、收获指数、茎鞘物质转运率和贡献率均降低。综上,东农425以W2N2为最佳耦合方式,松粳6号以W1N2为最佳耦合方式。

失速型风电机组软并网控制新算法

在介绍软并网控制系统的基础上,针对失速型风电机组的特点提出了一种简单、可靠的数字触发新算法——双余算法。该算法计算简便,具有较快的响应时间、良好的适应性和抗干扰能力,占用系统资源少,便于现场调试。以此算法为基础设计的软并网控制系统,应用在新疆达坂城风电场F3号等机组上,收到了非常满意的效果。该软系统对提高风力发电机运行的可靠性和并网成功率,减轻风力发电机并网冲击电流有很大的作用。

基于相位法和有功分量法的小电流接地选线

煤矿小电流接地系统发生单相接地故障率很高,现有的选线方法往往都有一定的局限性。通过分析,总结了几种常用故障选线方法的不足,利用模糊综合评判与信息融合技术对多种选线方法进行综合应用方法,提出了一种新颖的选线方法——基于零序电流相位法及有功分量法。通过PSCAD仿真,结果表明:融合了多种判据的综合评判故障选线模式是一种更加全面、可靠的方法,能够正确选出故障支路所在。