续流能量回收的线圈发射电源系统研究

提升电磁线圈发射效率一直以来都是热点研究问题。在分析线圈发射高速段续流电流损耗问题的基础上,提出一种可对高速段进行续流能量回收的线圈发射电源系统。该系统可回收部分续流能量,降低系统损耗,提升系统效率,并且可以降低发射末端截获效应,提升发射末速度。分析了续流能量回收脉冲电源的工作过程,从能量角度分析了可续流能量回收级数的相关因素,理论分析总损耗相比于典型模型可减少31.05%。搭建了5级线圈发射装置进行实验验证,实验中,续流能量回收电源系统将发射效率由原来的16.95%提高到23.31%,由于截获效应减小,末速度由58.6 m/s提升为62.7 m/s,损耗也相应降低。

一种间歇脉冲式兆瓦级并联逆变器同步控制技术

分析间歇脉冲方式工作的大功率逆变器并联运行控制需求,研究主从脉冲同步控制策略,提出一种分布式控制和主从控制相结合的并联同步控制方法。通过拉氏变换推导环流和回路电感、脉冲差异时间等之间的关系。通过实现主从逆变器间开关器件脉冲差异在s级以下,同时增大环流回路电缆电感,来抑制并联环流。该方法有效地提高逆变器的功率等级,较好地实现逆变模块的功率均分。实验结果表明,该方法能够有效地抑制环流,具有较好的并联均流效果。

一种五相异步电动机直接转矩控制策略

针对三相异步电动机直接转矩控制(DTC)因转矩脉动大而影响调速性能的不足,采用五相电动机来代替三相电动机。推导了五相逆变器电压空间矢量的表达式,分析了其对五相电机定子磁链作用的规律,并以此对电压矢量进行分级,建立了五相电机DTC的开关状态表。针对该表的不足,提出了一种改进方法,该方法具有方便、快速的特点,仿真验证了该方法的正确性。通过与三相异步电动机DTC的对比,证明了该方法应用于五相异步电动机能改善电机的转矩脉动,取得较好的控制效果。

电容驱动型多级感应线圈炮模型简化

针对电容驱动型线圈炮以电流丝法为基础的建模中,由于感应线圈炮驱动回路放电过程存在非线性和受力复杂导致的模型精度差、计算效率低等问题,采用等效电阻和开关函数代替晶闸管开通关断的方法,在实现对过程特性准确模拟的基础上,有效避免晶闸管开关的非线性工作状态对数学模型建立过程产生的影响。将基于有限元获取的电流丝法中电枢与驱动线圈的互感矩阵导入感应线圈炮的数学模型中,结合查表法,简化了受力计算,提高了计算效率,实现了场路模型的有效结合。研究电枢运动时的受力特点,使用位置与速度的最优触发策略。建立发射数学模型与有限元模型进行比较,并进行实验。仿真与实验结果比较相差7%,在实验可接受的误差范围内,验证了该模型的正确性。

中点钳位型H桥级联单相逆变器新型空间矢量脉宽调制方法

通过对中点钳位型H桥级联单相逆变器开关状态分析,得到了27种有效开关矢量。提出一种适用于该拓扑结构的单相空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)方法,该方法将单相一维空间矢量图分为8个区间。根据期望电压矢量幅值和矢量所在区间以及上一个开关周期的终止矢量进行输出脉冲合成类型判断,并基于开关次数最小原则提出3种矢量合成规则。根据伏秒平衡原理对每种脉冲类型的矢量作用时间进行了计算。提供一种兼顾电压均衡、开关次数最小和开关器件均衡利用的冗余矢量使用法则。利用DSP和FPGA芯片实现所提出的算法。仿真和实验验证了提出调制方法的正确性和可行性。

多定子直线感应电机故障模式下的电流过载特性

为了提高可靠性和安全性,长初级双边直线感应电机可以采用多台初级(N 2)上下并联布置共用一个次级的结构形式。针对多定子直线感应电机,对其数学模型进行了深入研究,并基于耦合参数等效电路模型,详细分析了两定子直线感应电机输出电磁推力与输入相电流及工作转差频率之间的函数关系,得到了其单台定子因故障而退出运行,另一台定子维持输出电磁推力不变时其三相电流的过载规律。利用某两定子双边直线感应电动机原理样机进行实验,实验结果与理论分析吻合,验证了理论分析的正确性。

考虑动态边端效应的六相直线感应电机数学模型及矢量控制

针对直线电机动态边端效应导致参数时变、推力下降的问题,以短初级双边六相直线感应电机为研究对象,考虑动态边端效应,详细分析初级运动速度、次级漏感对感应涡流变化和等效激磁电感下降的影响规律。通过涡流损耗计算推导次级等效电阻表达式并利用广义Clack变换解耦,建立六相直线感应电机考虑动态边端效应的数学模型。基于该模型提出一种动态边端效应修正系数在线计算的矢量控制策略,该策略通过直接修正滑差频率和转矩电流,能够补偿动态边端效应造成的推力下降,提高系统的控制精度。通过搭建仿真模型和实验平台,验证了所述理论及所采用控制策略的正确性。

多定子直线感应电机模型及间接矢量控制算法

针对多台定子(N≥2)上下并联布置共用一个次级结构的多定子直线感应电机,采用电压/电流空间矢量及其向量形式建立电机等效电路模型及其控制器模型。借助于控制器模型中电机次级动子板输出的机械功率,得到多定子直线感应电机输出电磁推力的计算表达式,并推导出适用于多定子直线感应电机的间接矢量控制方程。将该模型和控制算法应用于某型轨道交通列车试验线,实验结果表明,列车启动阶段速度超调量不超过1.10%,验证了理论分析的正确性。

汽轮机自动调节传递函数与动态特性研究

将汽轮机的调节系统框图,逐一拆解成各数学模型进行研究。利用传递函数的特性及劳斯-赫尔维茨稳定判据来分析汽轮机的动态特性。调整其中主要的四个参数,不等率δ、油动机时间常数Tμ、蒸汽容积时间常数Tρ与转子时间常数Tα等,考察对其稳定性的影响。仿真结果与理论分析相吻合。

一种基于位置观测器的电机PID控制策略

提出一种带位置观测器的电机控制策略,该方法可以避免信号突变时对系统动态品质的不良影响,从而提高了伺服电机的控制品质与鲁棒性。电机的伺服控制系统是一个闭环系统,比较常用的一种控制方法是基于PID算法的位置控制,由给定的目标位置或速度来控制电机,将检测到的位置与预定的位置进行比较,将偏差的比例、微分和积分线性组合,即可得到控制量。相比之下,采用带位置观测器的控制方法,能够有效避免微分环节可能带来的瞬时冲击。

多级同步感应线圈发射器电枢内部强磁场屏蔽与优化

该文解决了多级同步感应线圈发射器电枢内部的强磁场分布以及屏蔽优化问题。首先,分析在发射过程中电枢内部无屏蔽时的磁感应强度分布和电磁性能;然后,对屏蔽体采用单层导磁和导电材料以及三层组合的方式在不同厚度时的屏蔽效能和电磁性能作了对比;最后,对组合屏蔽方案在不同位置以及不同厚度时进行优化。仿真结果表明,磁感应强度较高时,单层导电材料的屏蔽效能要优于导磁材料,磁感应强度较低时相反;组合屏蔽方案时,在电枢的前部由于磁感应强度低而使屏蔽效果较优。该文提出优化方案:屏蔽体的位置位于电枢前部,组合方案为0.5mm铜、0.5mm铜以及2mm低碳钢Steel_1008,屏蔽前后磁感应强度分别为0.3303T和0.155 2T,屏蔽效能为6.560dB。

电磁式鱼雷发射过程的建模与仿真

以电磁式鱼雷发射装置为基础,构建了鱼雷发射的动力学模型,对水体压强变化、活塞及鱼雷的运动过程进行分析,根据数学模型应用Matlab进行初步的仿真计算,明确系统中各个物理量的变化规律,验证了本模型的数学合理性和物理过程描述的准确性。从仿真结果来看,本模型基本符合文中阐述的原理。

基于精细建模下单级线圈发射装置的堵驻分析

为分析线圈内部的应力变形状况,根据线圈绕组的不同形态,建立了两种极端情况模型简化模型和匝间局部折弯模型。通过分析电枢在堵驻工况下简化模型线圈内部应力变形,发现线圈内部与电枢距离最近的导线绕组存在应力和径向位移最大,得出通过限制内层位移可减少整体变形的结论。通过分析匝间局部折弯模型,得出了线圈内部匝数间的迅速过渡及输入输出端口处会导致线圈绕组应力集中,会对电枢产生较大侧向干扰力。绕组平滑过渡可减少层内过渡应力集中,但无法解决层间过渡区域应力集中的结论。针对上述问题,又建立了第3种通过铜管切割、焊接而成的螺线管线圈绕组优化模型,不仅可以解决在过渡时自身应力集中问题,同时去除了加工残余应力,可优化材料配置,提升加工精度和强度,有利于增强驱动对电枢的正向推力,减少对电枢的侧向干扰。

多级线圈发射装置位置触发控制系统研究

多级线圈发射装置的放电时序,需要根据电枢运动位置进行触发控制。使用光电传感器检测位置存在易受环境干扰与异物遮挡等问题。基于差动变压器与运算放大器组成自激振荡回路的方法,设计了一种结构简单、适用于线圈发射装置的位置检测装置。分析了电路原理,并采用低阶因子叠加拟合高阶系统的方法,分析了器件参数对系统的影响并设计电路。通过仿真软件对检测装置电路进行了仿真,并对装置功能进行实验验证。在有限元仿真软件中将检测电路模型与多级线圈发射装置模型结合,进行触发控制,仿真验证了基于位置检测电路的触发控制方法的有效性。

基于光电传感和轨迹观测的多级感应线圈炮触发控制研究

多级同步感应线圈炮的定子线圈和电枢之间耦合量随二者相对位置变化,使得控制线圈炮达到大能级和高速度输出有很大挑战。本文设计了一种30级同步感应线圈发射检测控制系统,并发射过程中定位、测速进行了分析、仿真与试验验证。该装置在发射体布置黑白条纹,线圈级间布置光电传感器。光电传感器探测条纹输出位置正交编码,可以转换成发射体位置。构建Luenberger观测器观测出发射体速度,构建一种观测器频率分析方法,得到267 Hz的观测频率最适合当前系统。通过30级线圈发射试验对本文研究进行了检验,发射末速度达到了210 m/s,整个装置效率达到34.7%。这表明本文提出的光电传感器和轨迹观测方法可以有效用于多级线圈炮的触发控制,能够满足高速高加速应用场景。