基于OBE和BOPPPS的工业机器人技术课程教学实践

以工业机器人技术课程中的气吸附式手部和内部位置及角度传感器为侧重,进行以产出为导向,并结合BOPPPS教学模型完成了教学实践举例,让学生不仅了解、学习、掌握了相关专业知识,还能领会该课程中所学到的知识在现实中的应用价值及科学探索精神,培养全方面发展的综合型工程技术类人才。

PMSM在改进GA优化APID控制器下的调速控制

为了使得永磁同步电机(PMSM)在瞬态误差较大时能满足高动态响应性能要求,针对PMSM在调速过程中受转速指令变化时影响较大以及在传统模糊PID控制算法中的量化因子、比例因子对专家经验的过度依赖等问题,将遗传算法和模糊自适应PID控制器相结合,改进了一种遗传进化模糊自适应PID控制器。利用遗传算法全局寻优的特点,优化模糊PID控制器的量化因子和比例因子以达到更好的动态响应和鲁棒性。通过实验和仿真结果表明,基于遗传算法和模糊PID控制器结合的控制系统在负载突变下有更好的动态响应性能。

真空管道HTS磁浮系统中振动耗能法电磁制动分析

为了实现高温超导(HTS)磁浮车的无接触的制动,本文提出一种基于振动耗能的电磁制动方法。在永磁轨道与磁浮车的悬浮气隙中增加一层固定在车体上的电磁线圈,以线圈通电的方式改变磁场分布而得到在轨道上方的磁场分布不均衡的效果。磁浮车体的运动方向上的动能将转化到与其运行垂直方向上的阻尼振动耗掉而使车体减速,其阻尼系数通过闭合线圈的方式改变。以真空管道中运行的HTS磁悬浮车为例,用理论分析得出所加电磁线圈的自阻值与外接电阻的阻值之和与耗能的关系,最后在西南交通大学真空管道HTS磁浮系统实验平台上实验验证了该方法的合理性与有效性,为将来的真空管道磁浮交通系统的设计提供参考。

真空管道中高温超导磁悬浮车运行时的振动能耗特性

当真空管道中的气压降到一定值时,其中运行的高温超导磁浮车所受到的空气阻力近似省略。那么磁浮车的运动方向上的动能会因为磁轨道上有接头或其它原因导致轨道上表面磁场的分布不平衡而转移到与运行垂直方向上的振动而损耗掉。对一个已设计好的轨道,其缺陷是不可避免的,文中讨论磁浮车在这种轨道上的动能损耗与磁浮车运行速度的关系。将一定真空环境中运行着的高温超导磁浮车的这种振动近似为弹簧的阻尼振动,然后根据高温超导体的特性及相应测量值来确定其刚度系数与阻尼系数,从而考虑其阻尼振动的动能损耗情况。模拟了三种振动产生方式的耗能情况,与实验结果相符合,表明了能耗规律及其在真空管道运输设计与应用中的参考价值。

双馈风力发电机的无功功率SMC控制

为了在DFIG系统启动时获得更好的功率调节性能,在DFIG机侧引入滑模控制器(SMC)。在无功功率调节电压环节加入基于指数趋近律的动态滑模变结构控制器,仿真结果显示在加入SMC控制器后,有功功率及无功功率的启动调节时间约缩短了1 s,系统稳定性也有所提升,表明该方法有效、合理,适用于工程。

基于预滤波的ADMM图像恢复研究

为了提高图像恢复的PSNR,在ADMM图像恢复算法的基础上,采用预滤波的方法进行研究。在三幅灰度图上通过施加均值滤波、中值滤波和小波重构三种预滤波处理,过程中分别改变计算的点数,结果显示均值滤波、中值滤波和小波重构的PSNR分别达到了28.95、33.24、38.58 dB,均比原ADMM算法有所提高,其中小波重构的效果最明显,表明该预滤波方法适用于ADMM的实际工程应用。

初级级联直线感应电机的无速度传感器矢量控制

为了研究磁浮系统中的恒速驱动及适时速度调节性能,根据Maxwell方程及电机的矢量控制原理,以磁浮系统中的直线感应电动机为研究对象,在其推力与初级绕组中电流矢量关系的基础上,设计了无速度传感器矢量控制器,并利用Matlab/Simulink软件验证控制器的正确性.研究结果表明:当速度在小范围内受扰动时,控制器运用电流内环、电压外环控制方式自动调节整流器的直流母线电压,调节时间小于10 ms;当控制器接收到指令速度时,改变逆变器的频率,该频率改变电机同步速,达到调速的目的,调节时间小于50 ms,表明在工频小于3个周期时,满足磁浮系统的控制要求.

真空管道HTS磁浮列车实验系统环形加速器设计

在真空管道高温超导磁浮实验系统中,采用圆环形单边长初级直线感应电机驱动磁浮列车做高速环形运动,为了提高驱动系统的效率和功率因素,降低系统能耗及电源容量,直线电机采用分段供电技术。本文针对真空管道高温超导磁浮实验系统的高速运行,分析研究了直线电机分段供电原理及列车的安全运行状况,设计完成了用于真空管道高温超导磁浮实验系统的环形分段供电加速器,并对加速器的响应速度和安全监控功能进行了测试,结果表明该加速器具有较高的响应速度,控制系统能对小车的运行状态做出准确的判断和保护,为真空管道高温超导磁浮交通系统的应用提供设计参考。

真空管道磁浮列车救援动力学仿真分析

未来真空管道磁浮列车设计速度将在100-300 m/s,对于如此高速运行的列车系统,其救援方案必须完善,否则将会留下安全隐患造成重大的人员伤亡和严重的经济损失。而在诸救援中列车制动失效和管道失压将是未来真空磁浮列车安全运行首要研究的因素。本文以牛顿第二定律为依据,通过对分析模型得到的基本关系方程的推导、求解,从而推导出列车在拦阻索减速制动过程中,其拦阻位移、拦阻力和列车初速度三者之间的基本关系式,同时也推导出管道失压过程中,列车安全运行所需相邻闸门之间距离、管道阻塞比和真空度三者之间的关系式.在MATLAB环境下对以上关系式进行仿真分析,我们得到制动失效时拦阻力、列车初速度和拦阻位移三者之间的优化值;同时也得到管道失压时相邻真空闸门之间距离、管道真空度和管道阻塞比三者之间的优化值。以上仿真优化值将为真空管道列车系统设计提供理论依据。

真空管道HTS侧浮系统中线性电机起动特性研究

为了使真空管道高温超导(HTS)侧浮列车获得更高的起动推力和运行加速度,提高列车高速运行时的稳定性,以真空管道HTS侧浮列车驱动系统为研究对象,建立了直线电机2D仿真模型,在此基础上,采用有限元软件仿真和设计实验,对不同次级下的电机起动推力及法向力特性进行了研究.研究结果表明:不同次级材质及厚度对列车运行有着明显影响,当列车以较高同步速度运行时,选择厚度为2 mm左右的工业纯铝作为电机次级,列车能获得较高的起动推力和加速性能,同时铝次级的低密度特性降低列车总重,并在悬挂方向上提供一定的悬浮力,提高了列车运行的稳定性.

超导磁悬浮转向架设计

从超导磁悬浮列车特有的属性要求出发,设计了转向架的基本结构框架。主要由侧梁、横梁、空气弹簧、杜瓦、位置传感器以及直线电机等构件组成。由置于液氮低温容器中的超导块材,及永磁导轨构成的悬浮系统支撑车体以及转向架的重量。同时,使用空气弹簧减震,以保持车体平稳运行。文章利用材料力学计算应力变形,并且用ANSYS软件建模进行模拟分析。

自动循迹机器人控制系统的设计

循迹机器人是智能机器人领域内非常重要且被广泛研究的一种智能移动装置,国内许多重要的比赛都以循迹机器人为核心进行开展的。本文设计的智能循迹避障机器人的控制系统主要由四个模块组成:最小系统模块、循迹模块、避障模块、电机驱动模块。该机器人能在规定的场地上按指定路线行走,实现各种直走、转弯、调头、加速、减速、爬坡、探测障碍的能力。

基于TC35i的无线信息采集传输终端设计

为提高无线信息采集传输系统的实用性能,设计了一种绿色节能无线信息采集传输终端系统。该系统采用TI公司超低功耗微处理器MSP430FG4618作为控制核心,以风能与太阳能作为系统电源,使用温度、图像、压力等传感器对远程目标相关信息进行采集,并通过西门子TC35i模块接入GSM网络,向接收端发送采集信息。

基于NLWT系数增强的随机失活CNN电机运行状态检测

为了快速有效地从热像仪采集的温度数据中识别出电机的运行故障,本文根据随机失活、非线性小波变换系数增强(NLWTCE)和卷积神经网络算法相结合对电机图像进行识别.首先根据热像仪采集的数据建立电机的图像数据集,通过非线性小波变换(NLWT)将数据进行图像增强,然后构建改进的卷积神经网络(ICNN)模型,将提取的特征作为最终的识别特征来进行图像识别,最后根据与正常电机图像作比较,识别出故障的电机图像,实现了有效、准确的识别故障电机图像与正常电机图像.实验结果表明,改进的卷积神经网络模型不仅具有较高的识别准确率,也进一步简化了提取图像特征的复杂过程.该方法的有效性和合理性得到了验证,并适用于工程运用中.

新能源逆变系统中VSG控制时随机激励的谐波抑制研究

虚拟同步发电机通过模拟同步发电机的外特性,为系统提供惯量及阻尼支撑,使逆变系统能安全稳定运行。由于新能源逆变系统中非线性负荷的存在,系统的输出谐波受到污染,影响输出的电能质量。为优化系统输出,本文结合VSG控制算法,在有噪声的系统PWM调制波中引入一个随机激励,再和载波比较而生成驱动信号。通过电压功率谱密度对其谐波分布情况进行分析。仿真结果显示,采用随机激励的方法对VSG逆变器的输出电压波形有一定程度的改善,与引入随机激励前相比,输出的A、B、C三相电压的总谐波因素(THD)分别降低了11.32%、11.60%和11.42%,表明了本方法的合理性及有效性并适用于工程应用中。

PMSM的新型趋近律滑模调速控制器设计

针对永磁同步电机(PMSM)矢量控制系统由于时滞现象导致的d-q轴电流脉动大、速度响应慢等问题,设计一种积分型滑模(SMC)速度控制器。其中,基于幂次趋近律提出一种新型趋近律,并通过Lyapunov函数验证其稳定性。然后,在电机实验中,提出从微观的角度进行d-q电流与电机速度的相图绘制,进一步验证控制器的有效性。数值仿真和实验表明,与传统SMC控制器相比,该控制方法能够减小电流脉动,提高系统的调速稳定性和响应速度。

单块磁悬浮系统磁体和超导体的厚度优化

研究了磁铁厚度和YBCO超导体厚度对悬浮力的大小及系统动态特性的影响,通过分析得出磁悬浮系统中磁体和超导体厚度的最优值。通过悬浮力测试系统测得超导块尺寸为φ30mm×18mm时四块不同厚度的磁体的悬浮力以及磁体尺寸为φ30mm×10mm时六块不同厚度的YBCO超导体的悬浮力的大小;并在振动实验台上测试了上述情况下的振动特性。对动态曲线进行频谱分析,最终得出最优组合,从而对磁悬浮系统的磁体和超导体厚度进行了优化。

基于改进线性同余算法的随机参数的生成研究

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)器件的结温是导致其失效的重要因素。为了抑制IGBT的结温,本文在IGBT器件中引入一种新型随机脉冲宽度调制(RPWM)策略,其结温的上升和波动会有效地降低。通过线性同余算法产生伪随机数,引入马尔科夫链算法与之相结合,使产生的随机序列的随机性得到强化,进一步抑制对IGBT的结温效果。实验结果表明:IGBT器件在给定的时间段内运行时,采用该新型随机PWM策略比未采用时IGBT器件的结温温度要低3.56 K,表明基于引入马尔科夫链的线性同余法的随机PWM策略能较好地抑制IGBT的结温。

基于小波变换CNN的电机运行状态识别研究

针对电机运行状态的特征提取与有效识别问题,本文结合小波变换和卷积神经网络改进了电机的运行状态识别方法。首先,将热像仪采集的电机数据图像经过小波变换转换,得到系数矩阵;其次,将处理后的小波系数矩阵输入到改进的卷积神经网络模型进行特征提取;最后,利用反向传播不断调整结构的网络参数,建立最合适的网络模型,从而实现对电机的运行状态进行识别。实验结果表明,本文所提出的方法对电机运行状态识别的准确率达到98%,证明了该方法的可行性与有效性,并应用于工程中。

随机PWM控制时IGBT的开关损耗分析

在绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块中引入随机脉宽调制(PWM)控制时,开关损耗会得到有效降低。为分析这种控制方式作用于IGBT时其开关损耗降低的原因,针对其导通和关断过程中的开关损耗状况和在IGBT模块内部的能量损耗状态以及产热特性的基础上,利用焦耳热原理对采用随机PWM技术时IGBT开关损耗会降低的过程进行了分析。对随机占空比、随机载波和随机死区3种随机PWM建立的统一的损耗数学模型进行研究。通过实验验证该分析方法能较好地表达出IGBT模块中的开关损耗的温升抑制规律,进而从焦耳热角度揭示了IGBT模块产生的开关损耗机理,表明此分析方法可应用于实际工程中。