基于状态反馈精确线性化的双馈异步风机最优控制策略

该文基于微分几何理论,从状态空间的角度出发对双馈异步风机(doubly fed induction generator,DFIG)的机侧变换器和网侧变换器独立设计,通过构造微分同胚变换将其动态模型精确线性化并设计相应的非线性控制律,实现了多目标最优控制。通过仿真验证表明,基于状态反馈精确线性化的双馈异步风机最优控制策略能有效抵御外界风况和电网电压的剧烈变动并快速恢复稳定,呈现优良的抗扰特性。

虚拟同步发电机暂态全局稳定分析与阻尼调制方法

不同于传统的同步发电机,虚拟同步发电机(virtualsynchronousgenerator,VSG)的阻尼可以灵活调整,以增强系统的动态性能。首先建立了VSG系统的动态模型,基于李雅普诺夫理论导出了系统的保守稳定域。其次,基于能量守恒定律,发现阻尼耗散的能量等于阻尼因子乘以相平面中系统轨线和x轴包围的面积。研究结果表明:当每个周期内阻尼耗能大于势能变化量时,每个周期系统不稳定平衡点处的动能会单调递减,VSG系统可以实现全局稳定。由此,进一步提出了确保系统全局稳定性的阻尼调制方法。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真分析验证了所提全局稳定条件的正确性和阻尼调制方法的有效性。

考虑切换动态的功率同步控制单台构网型换流器暂态稳定性分析

针对功率同步控制下的构网型换流器,考虑大扰动下控制模式的切换动态特性,研究构网型换流器的暂态稳定性。首先,建立基于功率同步控制的换流器数学模型,基于切换动力学理论,分别建立恒电压控制模式和限电流控制模式下的切换动态系统方程,将传统基于代数变量的切换模型转换为基于状态变量的切换模型。分析不同控制模式的平衡点稳定性和稳定域,导出不同控制模式间的切换机制,发现系统的“随遇稳定”特性,即系统在遭受大干扰下,可能稳定在恒电压模式也可能稳定在限电流模式。为保证系统在遭受大干扰下能全局稳定至恒电压模式,推导出解析形式的稳定充分条件。基于此,提出2种通过调整饱和电流矢量角度的暂态稳定性提升策略,用于保证恒电压模式下的全局稳定性和提升第一摆暂态性能。数值仿真结果表明理论分析的正确性和所提控制的有效性。

适用于孤岛运行的永磁同步电机自动功率平衡控制策略研究

该文提出两种适用于孤岛运行的基于永磁同步风机的自动功率平衡控制策略。在控制策略Ⅰ中,风机的网侧换流器保持换流器电压的幅值和频率为恒定,转子侧换流器通过PI控制器调整功率参考值进而维持直流电压;在控制策略Ⅱ中,风机网侧换流器利用直流母线电压的动态特性实现电网同步和惯性响应,机侧换流器根据直流母线电压偏差调整有功功率以模拟一次频率控制。这两种策略都可以有效地保证风机的独立运行,无需锁相环和外部电源。特别地,策略Ⅱ突出了节能特性,将直流电容器中的储备能量用于系统惯性支持和负荷需求响应,以降低风机飞车的风险。为了提高策略Ⅱ在暂态期间并网点的电压质量,该文进一步提出维持并网点电压的改进控制方案。基于PSCAD/EMTDC仿真软件建立了单台风机向若干本地负荷供电的典型孤岛运行模型,在负荷突然降低或升高的情形下分析和对比了所提两种策略的有效性。

联合感知矩阵优化的穿墙MIMO阵列稀疏成像方法

采用压缩感知理论的穿墙稀疏成像恢复算法需要感知矩阵满足有限等距性质(RIP),最直接的验证方法是判定感知矩阵的相干系数是否较小。针对现有的穿墙多输入多输出(MIMO)阵列稀疏成像方法没有验证感知矩阵是否满足RIP性质而容易出现重构失败并导致成像模糊的问题,提出一种联合感知矩阵优化的穿墙MIMO阵列稀疏成像方法。该方法首先依据配置指标将阵元配置为两端发中间收和分时复用的模式,既能使感知矩阵的相干系数最小,又能获得均匀而不冗余的等效虚拟阵元;然后,从中选取部分能够满足感知矩阵相干系数最小的虚拟阵元组合,使用可分离逼近结构稀疏恢复算法充分考虑扩展目标信号的结构稀疏先验信息对其进行稀疏成像重构;最后,选取成像性能指标较好的一组作为成像结果。仿真和实验结果表明,该方法降低了运算量和虚拟阵元间的干扰,节约了硬件成本,提高了算法的稀疏重构性能,获得了高分辨的穿墙扩展目标成像。

Longhole waterjet rotary cutting for in-seam cross panel methane drainage

In order to improve the efficiency of gas drainage before and during longwall extraction,a waterjet rotary cutting system has been developed for in-seam cross panel methane drainage.The purpose of the water rotary cutting system developed was to create artificial fractures along the gas drainage boreholes.During the design of the system,it was perceived that the nozzle geometry is one of the key factors,affecting cutting capacity.Therefore,we studied the structural and geometric parameters of the nozzle and optimized its performance during laboratory tests and numerical simulation.Underground trials conducted in a coal mine,indicate that production of gas drainage before and after cutting significantly increased by up to three times.The advantages of waterjet assisted gas drainage method has been identified as:1) increasing gas drainage efficiency,2) a possible development of a gas drainage fractured network within coal seams associated with panel extraction,and 3) reducing the risk of exceeding gas limits during longwalling.

基于数字全息的三维物体轮廓融合技术研究

针对圆柱坐标下多孔径拼接技术中坐标变换方程求解复杂,使得圆柱坐标系下的多孔径拼接困难的问题,采用粒子群算法来求解非线性方程组,将非线性方程组转化为优化问题求解,建立了求解拼接参数的目标函数,在保证求解精度的同时,大大简化了求解过程的复杂性。通过计算机模拟测量了一圆柱体面形,拼接误差达到10-10mm,验证了其收敛性和精确性,最后采用数字全息中倾斜光照明方法获得螺母的轮廓进行了拼接,证明了这种算法对回转类物体的测量是切实有效的。

基于工业互联网的钢管产线关键设备健康管理

针对钢管产线设备管理中的薄弱环节,提出了基于工业互联网的钢管产线关键设备健康管理体系架构,通过关键设备在线状态监测诊断、控制系统工艺参数、生产现场视频、现场点检、离线检测的整体融合,推进设备管理由事后维修、计划维修向预测性维护迈进,实现数字设备智能运维。结果表明:通过设备故障预测及预测性维护,平均为每条钢管生产线在6个月内减少非计划停机时间近96 h,对于关键设备的故障漏报率为0,误报率低于5%,有效降低了点检人员的工作量,设备故障停机率降低18%,生产作业率提高15%。应用应力波分析技术对穿孔机、连轧机等关键机械设备实施状态监测,利用现场丰富的生产数据,建立了设备健康状态在线监测诊断模型,对设备在多种工况下表现出的故障特征信息进行综合分析,通过数据异常报警、故障诊断及预测性维护,实现了钢管生产线关键设备故障预测及健康管理。

基于数字全息的回转类机械零件三维显示

提出了一种针对弱漫反射物体在重建平面内的重建像位置预标记法。利用物体上某个特定区域的镜面反射光作为物光,获得全息图,对+1级重建像所在区域进行预标记;不改变物体位置,对物体上的漫反射面发出的物光进行全息记录,在原预标记区域提取弱漫反射物体的重建像。改变照明光倾角方式,并结合FIMG4FFT方法,获取特定视角下的物体三维轮廓。获得多个视角的三维轮廓后,提出利用粒子群算法将非线性方程组的求解问题转化为优化问题求解拼接参数,实现圆柱坐标系下的多视角物体三维轮廓拼接。误差标定实验证明最大相对测量误差为5.6%。所提方法成功地对螺纹表面进行多视角三维轮廓获取、拼接,实现了回转类零件的三维全息显示。