基于传递函数分析的双馈风力发电系统动态建模方法研究

以双馈风力发电系统(doubly-fed induction generator based wind energy conversion system,DFIG-based WECS)为例,利用小信号分析法推导出由风机、双质量块传动链构成的动力与传动系统通用传递函数方程。动力与传动系统传递函数的零极点位置、稳定性与系统参数及系统运行工作点相关。该传递函数可进一步分解为扭转分量和非扭转分量。传动链参数仅对扭转分量造成影响。在此基础上,建立了考虑动力传动、电机、变流器、控制等环节的风力发电系统传递函数模型。模型综合了各环节参数,可直观反映系统参数对系统响应的影响,有助于深入了解系统动态行为。算例及时域仿真结果证明了所提出传递函数模型的准确性和高效性,可为系统参数设计研究提供理论依据。

广义高斯分布的卷积传递函数多通道非负矩阵分解

基于卷积传递函数的多通道非负矩阵分解(CTF-MNMF)在长混响环境的盲源分离中取得了较好的性能,但该算法的分离性能依然受到声源模型的限制。因此提出了基于广义高斯分布(GGD)的CTF-MNMF算法,通过将域参数引入NMF中并利用广义非负矩阵分解(GNMF)建模GGD的非负尺度因子,提高了声源模型捕捉信号离群值的鲁棒性,进而提高了声源估计的准确性。采用基于辅助函数的优化策略给出分离矩阵和非负矩阵参数的更新公式。仿真结果表明所提算法在语音和音乐两种信号的分离实验中均取得了比GGD-ILRMA、WPE-ILRMA和CTF-MNMF更好的分离性能。

黑土区水蚀坡耕地土壤穿透阻力时空变异特征及传递函数

[目的]为探明侵蚀坡耕地黑土硬度的时空特征及关键驱动因素。[方法]基于典型水蚀坡耕地110个样点土壤穿透阻力动态监测及其相关因素的测定,在阐明土壤穿透阻力时空特征的基础上,利用多元线性回归(MLR)和随机森林(RFR)模型分析土壤穿透阻力的影响因素,并进一步构建其传递函数。[结果]土壤穿透阻力时空变异性受土层深度、水分条件及农事活动等因素的综合影响,耕作层土壤穿透阻力空间上的异质性显著低于亚表层,变异系数分别为17.4%和26.3%。随土壤由湿变干和距离翻耕的时间增加,空间异质性呈增强趋势。土壤侵蚀影响土壤穿透阻力,强烈侵蚀区土壤穿透阻力高于沉积区,特别是在湿润条件下,差异更为显著(p<0.05)。与自然林地相比,所研究坡耕地73%样点的土壤穿透阻力增加,尤其在强侵蚀区。土壤含水量、容重和有机碳(SOC)是土壤穿透阻力的主要影响因素,Pearson系数分别为-0.69,0.58,-0.54,三者共同解释土壤穿透阻力88%的变异。RFR模型在土壤穿透阻力预测中表现优于MLR模型,在生长季均值的预测中,R^(2)可达0.91,RMSE仅为91.2 kPa。[结论]研究结果加深对侵蚀背景下黑土硬度空间分异特征的理解,为黑土压实管控提供理论依据。

正弦型中频面形误差对光学传递函数的影响

中频面形误差(MSFSE)会导致光学系统发生小角度散射,影响系统性能。为了在光学设计和光学加工中制定合理的中频面形误差公差,就中频面形误差对光学系统调制传递函数(MTF)的影响进行了量化研究。在衍射受限条件下,推导出正弦型中频面形误差对光学系统MTF的影响的表达式并对其进行分析,然后通过光学设计软件仿真验证理论推导结果。假设光学系统光瞳上带有正弦型中频面形误差,对光瞳函数进行傅立叶变换,然后平方得到点扩散函数(PSF),再对PSF进行傅立叶变换得到光学系统的光学传递函数(OTF),对OTF取模,即可得到中频误差影响下的MTF表达式。将该式与衍射受限条件下无中频误差的光学系统MTF进行对比,得到中频误差对光学系统MTF的量化影响。理论计算结果表明:正弦型中频误差会使光学系统的MTF在不同空间频率处产生不同的损失,损失值随空间频率呈周期性变化;峰谷值(PV)分别为0.030μm、0.095μm、0.159μm和0.223μm的中频面形误差,导致的光学系统MTF的最大损失比例分别为0.89%、8.80%、23.48%和43.31%;随着中频误差PV的增加,MTF的损失值呈非线性快速增加。软件仿真结果与理论计算结果吻合。

声学结构单元传递函数的建立方法及应用

基于三维有限元的时域仿真法,探讨了建立声学结构单元传递函数模型的一般方法。所建立的声学单元传递函数由结构参数高精度表达,能简化一般声学结构设计问题的流程。首先,建立了两种声学结构单元,仿真其幅频特性,并结合试验测量,验证幅频特性曲线的准确性,而后基于幅频特性曲线拟合传递函数,选择精度最高的零极点匹配方案,确定拟合传递函数的最优型式。结果表明,匹配7个极点和无零点来拟合膨胀腔单元的传递函数,匹配2个极点和2个零点来拟合亥姆霍兹共振腔单元的传递函数,拟合精度最高。然后,分析声学单元的结构参数对幅频特性的影响,并基于拟合传递函数的最优型式,通过数值仿真和拟合计算,建立由结构参数表达的声学结构单元传递函数模型。最后,构造了由膨胀腔和亥姆霍兹共振腔构成的复合声学结构,通过单元传递函数的组合计算,获得声学结构的总传递函数,并与COMSOL仿真结果比较,验证所建立声学单元传递函数模型的正确性,它能准确描述声学结构的传递损失特性。

基于深度学习的活塞式造波机传递函数获取

活塞式造波机广泛应用于波浪水槽中,但由于造波边界的复杂性,其造波传递函数的推导较为困难。基于深度学习技术,提出一种可适用于任意形状活塞式造波机的传递函数获取方法。通过收集造波过程中的流场数据训练神经网络,建立造波机运动速度与造波过程流场变量之间的映射关系,从而拟合出该造波机的传递函数,通过引入流体质量守恒约束项,提高神经网络的物理可解释性;并通过基于OpenFOAM的数值波浪水槽与自主搭建的物理波浪水槽,开展规则波、孤立波与畸形波的造波模拟,验证该传递函数的有效性。结果表明,深度学习能够降低活塞式造波机的传递函数推导难度,并使造波机能实现不同类型波浪的水槽造波。

高阶声学相对传递函数的参数化辨识

针对声学相对传递函数的模型阶次高以及辨识数据信噪比低的问题,文章运用频域系统辨识方法,建立了一种相对传递函数的高精度参数化辨识方法。首先建立变量带误差辨识框架,采用周期扫频信号作为声源激励,给出声学相对传递函数的极大似然算法。然后使用正交福赛斯(Forsythe)多项式解决高阶系统带来的雅克比矩阵条件数过高的数值问题,并建立了极大似然方法所需初始值的生成策略。最后通过仿真算例和实验测试,验证文中方法在混响声场下辨识声学相对传递函数的有效性。

板翅式换热器传递函数动态模型及参数确定方法

飞机综合环控/热管理系统迫切需要建立快捷高效的换热器动态仿真模型,以满足先进控制系统设计需求。基于此,针对板翅式换热器动态模型,提出一种包含2个延迟环节和4个一阶惯性环节的传递函数矩阵形式,并从换热器机理模型出发,利用拉普拉斯变换推导模型中4个时间常数的计算公式,提出基于换热器效率的传热热阻计算关系式的辨识方法,解决了主要模型参数设置难题。以板翅式换热器为研究对象,在Simulink仿真平台搭建其传递函数动态模型,并与AMESim仿真平台搭建的机理模型进行对比分析,结果显示:2种模型所得空气和冷却水出口温度分别随入口温度和质量流量阶跃变化的动态响应曲线吻合很好,其中,4种工况空气和冷却水出口温度最大稳态偏差分别为0.034℃和0.029℃,当冷却水入口质量流量阶跃变化时,空气出口温度动态响应相对偏差最大,为9.27%,当空气入口质量流量阶跃变化时,冷却水出口温度动态响应相对偏差最大,为7.03%。

鬼像影响下的调制传递函数计算模型

为了探究鬼像对成像系统性能的影响,构建了二次反射产生的鬼像影响下的调制传递函数(MTF)的计算模型。本文首先介绍了在近轴近似下的鬼像分析与描述的方法。接着,从调制传递函数的定义出发,考虑鬼像在像面处的照度对像面调制度的影响,构建了鬼像影响下的MTF计算模型。通过对一系统进行实例计算,并与仿真结果进行对比,均方误差最大不超过0.049373,进而验证了该模型的准确性。同时针对误差较大的结果进行了详细分析,明确了该计算方法的适用范围。研究结果表明,利用近轴近似的方法计算鬼像影响下的MTF在大多数情况下是真实准确的,该研究在光学系统的鬼像分析方面做出了有益探索。

EBAPS的调制传递函数测试系统

电子轰击有源像素传感器(electron bombarded active pixel sensor,EBAPS)是一种新型的真空-固体混合型微光夜视器件,而调制传递函数(modulation transfer function,MTF)作为EBAPS的性能参数之一,能够反映成像系统对不同频率成分的传递能力,但目前国内缺少相应的测试手段。因此,为了表征并评价EBAPS的成像质量,基于像增强器狭缝法测试MTF的原理,设计并搭建了一套EBAPS的MTF测试系统。通过驱动EBAPS器件,利用USB接口将采集到的数据传输至上位机进行图像分析,对狭缝图像进行处理获得线扩散函数(line spread function,LSF),经离散傅里叶变换后得到相应的调制传递函数曲线。在狭缝靶标处照度为2×10^(-2) lx时,一定范围内随着电压升高,EBAPS的MTF先升高后降低,且在外加-1 000 V时取得最大值。在光成像模式下,微调狭缝与传感器成像面的相对位置,连续5次测试得到几个重要频率点的MTF值的标准差均低于0.01,稳定性较好。

基于分片传递函数法的声振耦合

强耦合条件下,复杂系统的有限元分析受到自由度的影响计算成本高昂。虽然模态叠加技术能减少耦合系统的自由度,但基于忽略不同子系统间高阶模态和低阶模态耦合作用的假设,若使用非耦合模态可能导致收敛性差。基于无阻尼声振耦合方程,本文采用分片传递函数法(Patch transfer function method,PTFM)将耦合面处理成一系列独立的分片,每个分片上所属单元节点值的平均值定义为分片传递函数,通过使用连续性关系计算耦合系统的分片传递函数。将耦合矩阵的求逆简化为源点到响应点的传递函数,可以快速计算耦合系统响应值。分别利用直接耦合法(Direct coupling method,DCM)和分片传递函数法计算板和空气声腔耦合模型,验证分片传递函数法的有效性,并讨论了分片传递函数的算法原理和计算误差。

基于传递函数分析的汽车动态载荷预测方法

基于整车两自由度振动模型进行动态载荷传递函数分析,在获得整车参数或状态改变后的簧上和簧下传递函数比,提出了基于传递函数比的汽车动态载荷谱预测方法;采用基于虚拟试验场的耐久性载荷谱提取方法,对所预测的载荷谱进行了验证。结果表明:提出的方法可以有效预测汽车在不同载重状态下的动态载荷谱,但由于质量变化会引起汽车悬架系统的阻尼特性发生变化,导致载荷谱仿真值比预测值有所滞后。

基于传递函数计算的三环控制UPS系统设计

本文主要研究不间断电源(UPS)的控制设计,对不间断电源的电路拓扑进行理论分析,在传统双环控制基础上引入了电压平均值外环,设计一种三环控制的UPS系统,建立系统的传递函数,计算PI参数,并在MATLAB中搭建仿真模型,验证模型及参数的正确性,同时与实验结果相比较。结果表明传递函数计算出的PI值对实际应用具有参考作用,三环控制的UPS系统输出波形质量提升。

钻孔应变对气压和潮汐响应的传递函数与机理

灵敏度高(优于10-9)和频带甚宽(零到数百赫兹)的钻孔应变仪自1968年被成功研制以来,便为探赜地震前兆、震源物理、断层滑动、火山活动和构造运动等动力学机制提供了新视角。在半个多世纪的观测与探索过程中,其重要的理论价值和巨大的应用潜力已渐露峥嵘。

干涉仪仪器传递函数噪声容限分析与优化

在高精度平面干涉仪系统评价标准中,仪器传递函数(Instrument Transfer Function,ITF)已经逐渐成为干涉仪性能的重要评价指标,它准确地反映了光学系统对于测量形貌不同空间频率的分辨能力。然而,ITF测试过程中的实验环境要求较为严格,干涉仪系统噪声会导致测试结果产生较大失真。为了能够准确表征干涉仪系统的性能,通过仿真分析与实际实验结合的方式,将仿真干涉图引入不同量级的高斯随机噪声,探究了噪声对于ITF测试结果的影响,提出测试误差的评价指标ITF_(RMS)值,分析了干涉仪系统的噪声容限,依据评价指标提出了几种不同的ITF测试优化方法,并搭建实验系统进行分析验证。实验结果表明,在未优化的ITF测试流程中,所搭建的干涉仪系统ITF测试的ITF_(RMS)值为0.1112,而优化后同样噪声量级的干涉仪系统所得ITF_(RMS)值则分别降至0.0693,0.0367,0.0579。此结果证明了优化方案的可行性,该方案能有效抑制干涉仪系统ITF测试过程中的噪声干扰影响。

引入控制变量的车身噪声传递函数优化研究

为解决车辆整备车身噪声传递函数优化中消除某噪声传递函数声压级峰值时易引发新的噪声声压级峰值的问题,提出引入控制变量的车身噪声传递函数优化方法。以某车型驾驶室为研究对象,构建优化模型,以驾驶室结构板件厚度为变量,利用所提出的算法对涉及的参数进行迭代优化。结果表明,该方法有效降低了目标频带内的噪声传递函数声压级峰值。

黄河下游冲积平原试验区土壤水分特征曲线的传递函数研究

黄河下游冲积平原区是我国重要的粮食生产基地和工业集聚地,该地区土壤水力学参数的获取,对于保障用水安全和指导农业生产具有重要意义。为建立黄河下游冲积平原区的土壤水分特征曲线传递函数(PTFs),以河南省兰考县闫楼乡作为黄河下游冲积平原试验区,基于多元非线性逐步回归和单因素扰动方法,建立了包气带土壤水分特征曲线的PTFs,并分析了影响因素敏感性。研究结果显示,实测土壤水分特征曲线以及土壤理化性质参数呈现较强变异性,所建立的PTFs精度良好,具备应用推广价值。多元回归结果表明,土壤颗粒组成是本文PTFs的主要影响因素,其中黏粒含量对PTFs最为敏感,砂粒含量次之,粉粒含量最弱。在其余5个土壤理化特性中,对PTFs的相对敏感的因素是pH值和分形维数。研究表明,土壤物理化学性质与土壤水分特征曲线模型参数的关系复杂,并非一般线性或单调关系。尽管土壤物理化学性质参数可以提高PTFs精度,但土壤颗粒组成是影响土壤水分运动的根本原因,其作为构建PTFs的关键因素不可忽略。在实际应用中,PTFs使用者可根据所掌握数据的实际情况,结合影响因素敏感性,决定影响因素的取舍。

基于优化传递函数的机床微进给控制方法仿真

高强度运行环境下,数控机床往往要求较高的加工精度,为了提升机床微进给控制性能,提出一种基于优化传递函数的机床微进给控制方法。对机床微进给架构的驱动部分建模分析,获取驱动部分的传递函数与传动部分的传递函数,根据传递函数分析机床稳定性。将机床微进给全局滑模控制和内模控制有效结合,在高强度运行环境下建立一种全新的机床微进给控制器,通过新控制器实现高强度运行环境下机床微进给控制。仿真测试结果表明,所提方法可以有效降低机床运行能耗,提高工件加工效率,降低控制误差,说明上述方法可以取得预期控制效果。

基于机舱传递函数影响风电机组功率特性的分析

随着大容量机组越来越普遍,叶片扫掠面积越来越大,机舱传递函数对风电机组运行效率的影响越来越明显。在风电机组功率曲线的分析工作中,不仅要考虑以往影响风电机组未达到理论功率曲线的因素,同时要分析机舱传递函数的影响。

基于机组与测风塔数据的机舱风速传递函数关系建模方法比对研究

基于某风电场机组SCADA数据和测风塔实测数据构建机舱风速传递函数(NTF)。选择线性方法(标准方法、VR、VS、SS)、由风速分布特点衍生的曲线方法(WBL)、时间矩阵方法(MTS),共计三类方法,6种函数模型,探究不同函数模型的拟合效果,并将拟合后的结果数据与激光雷达实测数据进行对比验证,同时与国际电工委员会(IEC)提出的方法进行比对。验算结果表明:线性分析模型中,相比于IEC标准推荐的函数模型,VR、SS函数模型从总体数据出发,考虑到风速散点图中的偏离点,其拟合效果会较为优异;对于WBL模型,基于风速风特性角度,其函数分布特点能够涵盖住样本散点图中的偏离数据点。因此在实际工程项目中,可考虑优先应用WBL模型进行仿真计算,线性模型中推荐VR、SS函数模型。