改进星鸦优化算法的无刷直流电机控制研究

针对无刷直流电机双闭环控制系统存在响应速度慢、控制精度低等问题,标准的星鸦优化算法(NOA)收敛速度较慢,研究一种改进星鸦优化算法(INOA)优化PID控制器参数整定策略。利用佳点集初始化种群,丰富星鸦种群多样性;加入随机惯性权重,用于平衡INOA的探索与开发;运用透镜成像反向学习策略对最优解进行贪婪学习,扩充最优解区间。选取4组基准测试函数对INOA性能进行评估,进一步证明改进算法的有效性和可行性。在空载、突加转速和突加负载3种条件下进行仿真实验,仿真结果表明,相较于传统PID控制与模糊PID控制,采用改进星鸦优化算法的PID调速系统转速响应更快、控制精度更高。

无刷双馈电机伺服系统的最大转矩电流比控制研究

针对无刷双馈电机在空载和轻载工况运行时存在定子电流大的问题,提出了一种最大转矩电流比(maximum torque per ampere,MTPA)的控制方法。首先,给出无刷双馈电机以控制电机电流源、功率电机电压源作为供电输入的状态空间模型;其次,通过构造拉格朗日辅助函数并强制控制电机定子电流的导数为零推导出MTPA控制律;然后,将MTPA控制与直接反馈控制(direct feedback control,DFC)相结合实现无刷双馈电机(brushless doubly-fed machine,BDFM)的优化控制;最后,通过仿真验证了所提出的MTPA控制方案可以明显减小无刷双馈电机的定子电流,空载情况下控制电机(control machine,CM)定子电流降低98.3%,功率电机(power machine,PM)定子电流降低66%,加载情况下控制电机定子电流降低57.5%,功率电机定子电流降低54%,明显降低系统铜耗并提高电机运行效率。

电动航空推进系统中的无刷直流电机设计与控制研究

无刷直流电机(BLDC)有着高效率和可靠性等优势,因此在现代电动航空推进系统中广泛应用。与传统的电机相比,BLDC电机具有更佳的性能和较长的运行寿命,这使其成为电动航空领域的首选。本文探讨了电动航空推进系统中无刷直流电机的设计与控制,之后分析了电机控制策略,从基本的六步换向控制到高级的矢量控制和直接转矩控制,展示了通过先进的设计与控制技术优化电机性能的具体方法。

基于改进滑模观测器的无刷直流电机控制研究

为提高无刷直流电机控制的稳定性和可靠性,提出一种基于改进超螺旋滑模观测器的控制方法。采用双曲线函数作为超螺旋滑模观测器的开关函数,避免控制过程中的抖动;采用PSO-GA混合算法改进模糊控制,对超螺旋滑模观测器的输入误差和误差变换量进行在线整定,仿真结果表明,该方法控制下,无刷直流电机的换相信号和霍尔信号的相位误差约为1×10^(-6)s,转速估计误差约为5 r/min。基于改进超螺旋滑模观测器的控制方法实现了无刷直流电机稳定、可靠的控制。

无刷双馈电机研究综述与展望

无刷双馈电机具有结构可靠、变频器容量小等优势,非常适合灵活运行于防爆、易燃等特殊或极端工况,近年来受到广泛关注。该文根据无刷双馈电机的基本工作原理,明确了该类电机的命名原则与规范名称;总结了现有定转子方案的结构及性能特点,综合考虑性能指标与结构工艺,提出了转子双套绕组的发展方向;梳理了无刷双馈电机的稳态等效电路模型及基于各类数学模型的优化设计方法,针对现存难以完整考虑不同转速工况性能的不足,阐明了利用新型同步-异步相串联等效电路进行优化设计的思路;对比分析了经典及新近出现的无刷双馈电机控制系统拓扑和控制策略特点,面向典型电动、发电工况建立了完整的电机及控制系统。最后,对无刷双馈电机的上述理论研究问题及工业应用的发展方向进行了总结阐述,为该类电机的深入研究及加快推广应用提供参考和指导。

不平衡电网下无刷双馈风电系统的虚拟同步发电机控制

无刷双馈发电机(brushless doubly-fed reluctance generator,BDFG)在风力发电领域有着广阔的应用前景。基于虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)的无刷双馈风电系统具有一定的电网频率支撑能力,但在电网电压不平衡工况下运行性能较差。提出了一种不平衡电网工况下无刷双馈风电系统的虚拟同步发电机策略,来降低不平衡的电网电压对BDFG系统的影响;其核心思想为使用原有BDFG-VSG来控制正序分量,在功率绕组正向同步旋转坐标系下使用基于降阶广义积分器(reduced order generalized integrator,ROGI)的直接谐振控制调节负序分量。详细分析了电网电压不平衡对BDFG各电量的影响,据此提出了5种可供选择的优化目标,最后通过仿真验证了该策略的有效性。所提出的策略可抑制不平衡电网工况下BDFG的各电量中的负序分量或二倍频分量,无需计算负序电流的参考值,对电网具有友好性。

盾尾刷-油脂腔密封系统油脂逃逸规律研究

油脂逃逸导致油脂腔内压力降低,由此诱发的盾尾密封系统漏水、漏浆等安全责任事故屡屡发生。研制盾尾刷密封系统油脂逃逸的单元体试验装置,采用逐级加压将油脂注入盾尾密封系统油脂腔内,每级压力持续420 s,记录不同盾尾间隙及不同油脂锥入度工况下腔内的密封油脂开始逃逸时的油脂注入压力值、以及逃逸后储油装置中密封油脂的稳定损耗速率,最终获得了盾尾密封系统的油脂逃逸规律,并总结了盾尾油脂的逃逸模式。研究结果表明:1)油脂逃逸速率主要受油脂锥入度和油脂压力的影响,根据油脂逃逸规律变化曲线,油脂逃逸速率可以分为不逃逸、低速逃逸、快速逃逸3个阶段。油脂不逃逸至低速逃逸的油脂压力称为油脂逃逸压力,油脂低速逃逸与快速逃逸之间的油脂压力值为油脂腔内外压差控制值;2)建立了油脂逃逸速率和工程中油脂消耗量的对应关系,结合工程中每环盾尾油脂允许消耗量可实时判断盾尾刷密封性能;3)当油脂锥入度小于286.4(1/10 mm),盾构姿态与管片姿态控制良好时(盾尾平均间隙为75 mm),在水土压力及同步注浆压力基础上最大可增加0.3 MPa的油脂压力,提出的油脂腔内外压差控制值可指导实际工程盾尾油脂压力设定最大值;4)油脂逃逸模式可划分为无逃逸、非均匀逃逸和均匀逃逸3种模式并得出其发生条件。该研究对于指导盾尾密封性的设计及施工有着基础性的意义。

盾尾刷更换时液氮冻结温度场及冻结参数影响的数值模拟分析

为合理确定高水压下液氮冻结止水更换盾尾刷的冻结设计参数及掌握温度场变化规律,结合某过江通道长距离盾构掘进过程中盾尾刷更换时的液氮冻结止水工程,利用ADINA大型有限元分析软件建立液氮冻结止水及盾尾刷更换数值模型,模拟温度-时间变化曲线与现场实测数据对比,验证模型的合理性,并对土层、去路液氮温度、冻结管长度、冻结管间距、冻结方式进行敏感性因素分析。结果表明:1)冻结效果随土层的不同而发生改变,在卵石层、砾砂层、粉细砂层3种土层中,粉细砂层的冻结效果最差,卵石层最好;2)在有限的冻结时间内,去路液氮温度的不同,只影响土体从开始冻结至越过0℃完成相变这期间的降温速度,不影响完成冻结以后的土体降温速率;3)冻结管长度对土层冻结的影响较小,可以采用较短的冻结管,以降低施工成本和液氮消耗量,但不能过短,应保证其纵向有足够的支撑范围,经计算分析,当冻结管长度为1.52 m时,能在轴面处满足2.0 m的冻结壁厚度要求;4)冻结管间距对冻结效果影响大,冻结管越密,冻结速度越快,效果越好;5)在相同条件下,双环预埋冻结管液氮冻结效果优于管片上直接打孔液氮冻结。

不平衡磁拉力作用下无刷双馈电机的转子振动特性研究

无刷双馈电机长时间运行会出现转轴弯曲、轴承磨损等状况,导致气隙动偏心,并因此产生不平衡磁拉力,影响转子系统动力学特性。为了研究由不平衡磁拉力引起的转子振动特性问题,建立Jeffcott转子动力学模型,得出考虑不平衡磁拉力作用下转子系统的振动微分方程组,并对其自由振动响应进行了计算。以某型号无刷双馈电机的样机尺寸为例,分析气隙动偏心状态下电机气隙长度、转子材料及几何尺寸等对电机振动特性的影响,并利用Runge-Kutta法对振动微分方程组进行分析,结果表明:当转子动偏心率较小时,利用该转子系统的振动微分方程组计算出的解析解与数值计算结果吻合较好,转子的一阶振幅误差仅为0.2%,二阶振幅误差为2%,具有较高的精度且计算较为简便,为电机的高可靠运行提供理论支撑。

拍瓦激光驱动纳米刷靶高品质质子束的产生

超强激光加速产生的高能质子束源在基础物理研究、材料科学、生物医疗等领域具有广泛应用前景。基于激光聚变研究中心的SILEX-II装置,开展了高对比度飞秒激光驱动纳米刷靶质子加速实验研究。采用等离子体镜技术进一步提升激光对比度,有效降低了预脉冲对纳米刷靶结构的影响。相比于平面靶,采用纳米刷靶质子截止能量提高到1.5倍,质子束产额增加近一个量级,成功验证了超高功率密度下纳米刷靶对激光离子加速的增强效果,并且有效提升了质子束空间分布的均匀性。研究结果为高品质质子束源的产生和应用提供了技术途径。

盾尾刷更换时不同冻结加固方案温度场数值对比分析

更换盾尾刷时,防治盾尾渗漏是盾构隧道施工过程重难点.针对管片上放射性直接打孔一圈(方案1)、盾尾冻结管+预埋冻结管管片(方案2)和设置2根环形冻结管(方案3)更换盾尾刷时三种不同的冻结加固方案,分别建立数值模型对比分析各方案形成的冻土幕温度场的发展规律.结果表明:三种方案最终形成的冻土幕可有效防治盾尾渗漏,所形成的冻土帷幕体积方案3>方案2>方案1;盾尾间隙交圈密封时间分别为17天、2天和5天,该处冻结效果方案2>方案3>方案1;方案1改进措施为一圈放射状冻结管尽量靠近盾尾间隙布设,方案2和3在实际工程中均可采用;在盾尾刷更换时冻结加固方案建议采用方案3.

基于定子电流法的绕线转子无刷双馈发电机偏心故障研究

绕线转子无刷双馈电机在船舶轴带发电以及风力发电等领域中具有良好的应用前景。转子偏心是一种常见的机械故障,威胁着现代化工业体系的稳定运转,因此实现其状态检测和故障诊断非常关键。由于无刷双馈电机具有特殊的定、转子绕组结构以及复杂的气隙磁场,因此传统的故障检测方法无法直接用于该类电机。该文通过定子电流法提取了功率绕组电流的特征频率分量作为故障指标,实现对静偏心、动偏心以及混合偏心的无创诊断。建立故障电机的时步有限元模型,并通过详细的故障机理分析,得出不同类型的偏心故障可能导致的特征频率信号。最后,以一台2/4对极无刷双馈电机为例,并通过有限元仿真、样机试验验证解析法的结论,为绕线转子无刷双馈电机偏心故障的精准检测提供了理论依据。

无刷励磁机旋转整流器二极管开路故障的轴电压特征研究

内转子式三相无刷励磁机旋转整流器二极管单管开路故障发生频率较高且不易直接监测,可能诱发多个二极管故障的连锁效应,严重影响发电机组的安全可靠运行,根据故障在轴电压中形成的特征谐波进行在线监测是一种新型检测方法。首先分析了旋转整流器二极管单管开路故障时励磁机电枢磁动势特征,利用气隙磁导法得到交链电枢转轴交变磁通表达式,进而预测二极管开路故障后,励磁机轴电压中将出现Pωr/2π整数倍频率的谐波。最后以一台5.8 MW的三相无刷励磁机为例进行有限元仿真,结果与理论预期相符,证明了轴电压信号可用于内转子式无刷励磁机的旋转整流桥二极管开路故障在线监测。

不同槽配比下绕线式无刷双馈电机性能对比研究

无刷双馈电机由于结构简单、可靠性高、变频器容量小等优点在恒频变速发电领域受到广泛关注,其定转子的槽数配比对电机性能与振动具有一定程度的影响。为探究这一问题,该文以绕线式无刷双馈电机定转子磁势分析为基础,推导不同槽配合的电磁力波对比以及槽配合对电机性能的影响,给出3种符合要求的槽配比方案,计算出各方案转子绕组谐波,并进行对比分析;利用有限元法对48/36槽、42/36槽与36/30槽3种方案在相同要求下的负载性能进行研究,导出定子齿部电磁力,对电机进行振动响应分析对比;最后,通过样机试验,验证有限元仿真的正确性,同时试验结果也证明所选槽配合下电机具有振动形变量小、转子电流小、系统输出电压和效率高、饱和程度低等优点。

滚轮毛刷钝化机对硬质合金刀片切削刃一致性的影响

常用的滚轮毛刷钝化设备在抛光钝化硬质合金刀片切削刃时存在切削刃圆弧半径及大小不均匀问题。文章基于滚轮毛刷钝化设备的工作原理,从毛刷运动及毛刷磨损两个方面分析造成硬质合金刀片切削刃钝化圆弧半径及大小不一致的原因,通过对设备运动方式进行数学建模,计算得知:产品进入毛刷和离开毛刷期间,产品自转的圈数不是整数,则会造成产品某一个角或者某一条切削刃加工时间更长;同时毛刷磨损的不确定性也会造成实际加工时间的差异,造成切削刃圆弧半径及大小不一致乃设备设计的缺陷,不可避免。

纤支镜下刷检薄层液基细胞学检查在肺癌诊断价值的研究

目的:研究纤支镜下刷检薄层液基细胞学检查(LCT)在肺癌诊断价值。方法:选取2023年4月到2024年3月间江门市新会区人民医院呼吸与危重症医学科首诊患者80名,所有患者均采用传统支气管镜活检、刷检涂片细胞学检查和刷检LCT检查的方法。传统刷检涂片细胞学检查(CS)为对照组,支气管镜刷检LCT检查为液基组,支气管镜活检为钳检组。对比各组对肺癌诊断阳性率,分析液基组及对照组对肺癌组织类型的检查情况,对比两组对肺癌组织类型的检查结果。结果:液基组对肺癌诊断的阳性率为40.00%(32/80),较对照组的25.00%(20/80)明显更高(P<0.05)。但液基组与钳检组比较,差异不显著(P>0.05)。LCT对肺癌鳞癌诊断的符合率为83.33%(10/12),对腺癌的诊断符合率为42.86%(6/14),对小细胞癌的诊断符合率为75.00%(9/12)。CS对肺癌鳞癌诊断的符合率为41.67%(5/12),对腺癌的诊断符合率为66.67%(8/12),对小细胞癌的诊断符合率为35.71%(5/14)。液基组对于肺癌组织类型为鳞癌以及小细胞癌的符合率较对照组更高(P<0.05),但两组对腺癌的符合率比较,差异不显著(P>0.05)。结论:应用纤支镜下刷检LCT检查在肺癌的诊断价值较高,且值得在临床诊断过程中给予推广。

无刷伺服电动机非接触位置检测方法

为实现无刷伺服电动机转子位置检测的小型化和高可靠性,将非接触磁旋编码器应用于无刷电动机转子的角度检测。在分析磁旋编码器工作原理和应用特点的基础上,论述了磁旋编码器与无刷电动机数字控制器的接口及通信方式;设计了小型化传感组件,以TMS320F2812型DSP为核心构建实验平台进行无刷电动机的驱动与控制测试。实验结果表明,非接触磁旋编码器用于无刷伺服电动机的转子位置检测,具有测量精度高、响应速度快、体积小等优点。非接触与数字控制器配合使用时,可获得良好的控制效果。

基于Kriging代理模型的无刷双馈发电机转子优化设计

无刷双馈发电机由于其自身没有电刷、滑环等结构特点,因此被认为是最有希望成为风力发电系统的主流发电机之一。无刷双馈发电机是依靠转子的磁场调制机理实现机电能量转换,其转子的耦合能力是影响电机性能的重要因素。因此本文提出了一种串联笼条辅助磁障转子的新型转子结构,分析了该种转子不同结构参数对电机性能的影响,并提出一种基于Kriging代理模型的多目标差分进化算法的无刷双馈发电机转子优化设计方法。首先建立该种新型转子的参数化模型,通过Kriging代理模型建立优化变量与优化目标之间的响应关系,再利用多目标差分进化算法找到最优的变量组合,最后通过有限元仿真对电机的性能进行分析。

无刷直流电机控制实验仿真教学平台设计

针对无刷直流电机控制实验现有调制方式带来的上下桥臂开关管开关损耗不均匀、或总开关损耗大、或控制复杂、或成本高的问题,提出一种新型交替单斩调制方式,通过每隔360°电角度周期对上下管进行交替单斩,可实现上下管损耗一致,且总损耗小、控制简单。并采用MATLAB/Simulink软件,分别建立了基于传统单斩调制方式和基于交替单斩调制方式的无刷直流电机转速电流双闭环控制系统仿真模型;采用MATLAB/GUI软件,开发了两种调制方式下的控制系统可视化虚拟仿真实验教学平台。仿真结果表明了新型交替单斩方式的有效性和教学平台的实用性,在满足实验教学开展的同时,也引导了学生的创新思维。

有压差下全接触刷式密封迟滞特性数值研究

刷式密封迟滞特性引起的泄漏问题、摩擦磨损问题及流动换热问题较为突出。刷式密封迟滞特性数值模型呈现接触对多、刷丝大变形的特点,存在非线性程度较高、收敛性较差的问题。提出了基于有限元软件ABAQUS的刷式密封迟滞特性求解模型,考虑刷丝之间接触、刷丝与背板接触、刷丝与转子之间接触,引入阻尼提高模型收敛性。在数值计算与实验结果、理论计算对比验证的基础上,研究了刷丝自由端长度、刷丝直径、刷丝倾斜角度以及上下游压差对迟滞特性和接触力最大值的影响程度。研究结果表明:随着上下游压差、直径的增大,刷式密封迟滞特性呈现增加的趋势,而刷丝倾角的增加导致迟滞特性呈现递减的趋势,刷丝自由端长度的改变对迟滞特性的影响较小;刷丝直径是影响刷丝与转子之间接触力最大值的主要因素,刷丝倾斜角度对接触力最大值有一定程度影响。上述研究为分析刷式密封迟滞特性提供了理论依据,为降低迟滞特性提供了参考。