仿猛禽机器人稳态栖息动力学建模及参数优化

提出了一种在非结构化环境中具备可靠抓握和稳定栖息能力的仿猛禽机器人,求解了具有最小倾覆力矩的腿部最优尺寸,获得了满足倾覆力矩和动量约束的栖息成功参数域,设计了具有强大抓取力并通过自锁保持可靠抓握状态的欠驱动抓握腿爪.上述确保稳定栖息的动力学参数优化设计,以及确保可靠抓握的精巧腿爪结构,为实现仿猛禽栖息机器人在遥感探测、搜救避险、环境监测等非结构化环境中的广泛应用奠定了基础.

动力锂离子电池稳态特性参数Map建模与仿真

提出并实现了一种车用动力锂离子电池稳态特性参数的数学模型,该模型针对混合动力车用8Ah锂离子电池,选取对电池SOC有重要影响的性能参数(电压、电流、温度等),设计相关实验(主要是倍率充放电实验和开路电压SOC关系实验);应用实验数据,通过插值、拟合等方法补充实验缺省数据,建立电池稳态特性参数Map图,用以估算电池的SOC,对建立的Map用实际工况曲线进行仿真。仿真结果表明,应用建立的Map图,对电池稳态SOC查询估算的精度可以达到4%以内。

应用稳态误差分析辨识LuGre模型参数

为精确得到模型的动静态参数,提出了以稳态误差分析为基础的模型参数辨识方法。首先,确立了伺服系统的稳态误差与其输入信号、干扰信号的关系,并以此为基础消除了转矩纹波对摩擦模型参数辨识的干扰;然后,利用稳态误差推导摩擦力矩,采用遗传算法辨识动静态参数;最后,利用辨识后的模型进行摩擦补偿,分析其补偿效果。实验结果表明,补偿后的稳态误差明显减小,匀速运动时由36μm减小到±3μm,匀加速运动时由34μm减小到±3μm,正弦运动时由±35μm减小到±7μm。本文提出的辨识方法能够精确地得到LuGre摩擦模型的动静态参数。基于辨识后的模型可有效地提高伺服系统的跟踪精度。

开关磁阻电机稳态特性的等效磁网络模型分析方法──Ⅰ . 数学模型

本文利用开关磁阻电机的等效磁网络模型，推导出了电机绕组满足的以绕组磁链为状态变量的微分方程，建立了电机稳态运行分析的数学模型。本文成功地将非线性磁参数法的思想从单相电流系统推广到了多相电流系统，对开关磁阻电机的理论研究具有重要的意义。

同步发电机励磁绕组匝间短路故障稳态数学模型及仿真

励磁绕组匝间短路故障会造成发电机励磁电流增大、输出无功功率减小、振动加剧等。为实现故障在线监测与保护,需准确快速计算故障电流等电气量。应用交流电机的多回路理论,基于对故障时定、转子电流稳态特征的分析,得到各回路电流的稳态表达式;根据同频率量相等的原则,将稳态时的微分方程组转化为线性代数方程组,得到励磁绕组匝间短路故障的稳态数学模型;利用高斯消去法可直接求得所有回路电流中各种交、直流分量的稳态解,快速实现故障的稳态计算。对一台12kW、3对极的隐极同步发电机进行了空载时励磁绕组匝间短路实验,稳态仿真结果与实验吻合较好。该方法可比暂态仿真减少90%的计算时间,为同步发电机励磁绕组匝间短路故障的监测与保护奠定了基础。

基于LuGre摩擦模型的轮胎稳态模型参数识别

研究了基于LuGre摩擦模型的轮胎稳态模型参数识别方法,用稳态轮胎试验数据获得了LuGre动态轮胎模型中的参数,得到了模型参数随垂直载荷的变化关系:静态摩擦因数与库伦摩擦因数均随载荷的增加而线性降低;纵向轮胎刚度随载荷的增加而线性增加;而侧向轮胎刚度与载荷的关系呈现非线性。识别出的参数可用于LuGre轮胎模型动态特性的研究。仿真结果表明,LuGre动态轮胎模型不仅具有与魔术公式相似的稳态特性,而且还能反映出转弯制动过程中的轮胎动态响应特性。

无刷双馈电机稳态数学模型和运行特性分析

为了深入研究笼型转子无刷双馈电机(brushless doubly-fed machine,BDFM)的稳态特性,从耦合电路出发,给出了BDFM的基本方程式,进而分析并得到了BDFM电流、有功功率、无功功率、电磁转矩和功率因数的数学模型。在此基础上,通过Matlab对1台样机进行了仿真,获得了BDFM的矩角特性、矩频特性、功角特性、无功特性、功率因数特性和V形曲线,并利用数学模型分析了BDFM的能量转换。结果表明:BDFM的各种稳态特性均可表示为控制绕组电压、频率和功角这3个变量的函数,所提出的模型简化了BDFM稳态特性的分析方法,为进一步研究BDFM的稳定性和控制策略奠定了理论基础。

静态同步串联补偿器稳态特性分析与详细数学模型的建立

通过数学推导得出了静态同步串联补偿器(SSSC)的功率传输特性及包含交直流系统的详细数学模型。数学模型对SSSC的交流部分和直流部分分别进行分析和数学建模,并通过交、直流侧功率守恒将二者联系在一起。利用EMTDC提供的元件库,搭建了含单机无穷大系统及SSSC装置的仿真系统。SSSC装置包括二电平、六脉冲电压源逆变器及其SPWM脉冲发生回路。利用EMTDC中的控制模块构建了典型的PI控制回路,实现对线路潮流的实时控制。仿真结果验证了SSSC功率传输特性及其数学模型的正确性。

利用试验模态参数建立轮胎非稳态侧偏模型

在对轮胎垂直特性和稳态侧偏特性建模的基础上,利用由轮胎模态试验提取的试验模态参数建立了轮胎非稳态侧偏模型。该模型考虑了印迹的动态变形和胎宽的影响,对印迹进行离散化并初步计入了速度对非稳态特性的影响,推导出侧向力和回正力矩关于侧向位移和摆动角的传递函数的解析公式,可以计算不同载荷下的非稳态特性,计算结果与文献中的试验结果相符。建模和计算结果说明利用试验模态参数可以方便地建立轮胎的非稳态模型,并可以直接计算出不同工况下的轮胎动态特性。

基于稳态模型的CA6GV发动机参数标定优化

概述了基于稳态模型的发动机标定优化方法。针对采用可变进排气凸轮相位技术的CA6GV发动机,系统地介绍了如何通过调查试验、试验设计、数据采集、统计建模和标定优化等阶段来完成该机性能模型建立和优化过程。结果表明,采用该技术可在很短的时间内优化系统控制参数,使发动机性能达到较高的水平。

考虑三维残余变形的主动脉生理稳态建模

目的 考虑三维残余应力场,计算主动脉壁各个微观组分在生理稳态下的预拉伸。方法 将主动脉壁理想化为双层厚壁圆管。基于三维张开角实验计算血管壁的三维残余应力场,获得平均血压下在体应力的分布特征,进而拟合获得血管壁各微观组分在生理稳态下的预拉伸。根据在体测量得到的猪主动脉内压-半径关系构建反问题,以主动脉生理稳态为参考状态,在整合三维残余应力场的同时实现主动脉在体材料参数的反演识别。结果 未考虑残余应力时,中膜平均应力大于外膜;考虑残余应力时,外膜应力大于中膜,外膜对中膜起保护作用。考虑残余应力时,中膜各组分预拉伸小于未考虑残余应力时,而外膜各组分预拉伸大于未考虑残余应力时;生理稳态下,主动脉外膜内胶原纤维的预拉伸大于中膜内胶原纤维的预拉伸。以生理稳态作为参考构型在体识别主动脉材料参数,所得各组分占比与组织学实验结果一致。反之,以无加载零应力构型作为初始构型在体识别材料参数,所得外膜中弹性蛋白的占比被严重高估,与实验结果不符。结论 残余应力对主动脉壁各微观组分的预拉伸及生理稳态力学状态影响显著,故准确建立主动脉壁的生理稳态需要充分考虑残余应力的影响,材料参数的在体识别也需要充分考虑残余应力的三维特性和层特异性。

可控硅换流过程瞬态电压数学模型及其保护参数设计

分析了可控硅整流装置中换流过程瞬态电压的产生机理及其相应的保护方法,建立了换流过程中瞬态电压数学模型,并给出了针对可控硅整流装置换流过程产生的瞬态电压保护电路参数的设计方法及具体计算实例.

可转位浅孔钻非稳态加工的数学模型

以刀体上装有两个等边不等角六边形硬质合金可转位刀片的浅孔钻为例,用向量矩阵法分析了可转位浅孔钻的几何参数。根据浅孔钻的加工特征将其分成稳态和非稳态两个工作状态,将非稳态加工分为钻入五个阶段和钻出三个阶段,并分别对其相应的几何参数的计算建立了数学模型。为对浅孔钻进行进一步力学建模、对其所受切削力、切削热的研究,对浅孔钻结构的改进、使用等打下了必要的基础。

双馈电机数学模型及其稳态性能分析

介绍了基于三相坐标系情况下,双馈电机及其循环变流器的数学模型。在所建数学模型的基础上,给出了应用所建数学模型计算得到的双馈电机稳态运行特性波形。同时对波形进行了频谱分析,指出了电压谐波成分对双馈电机稳态性能的影响情况。

锅炉汽包水位非稳态数学模型及水位控制策略的研究

锅炉汽包水位是现代电厂锅炉安全运行的重要监控参数。依据质量和能量平衡,建立了汽包水位非稳态数学模型;通过编程计算,对炉内燃煤量扰动造成的动态特性进行了分析,并提出了水位控制的方法,对汽包锅炉的安全运行和控制具有参考意义。

动载非单油叶轴承非稳态非线性油膜力数学模型

对椭圆轴承油膜区做了适当假设,在考虑了轴径中心的周向和径向扰动速度对油膜区影响的条件下导出了可用3个动态参数表示的椭圆轴承非稳态非线性油膜力的一般公式,并导出了短轴承非稳态非线性油膜力的解析表达式。指出椭圆轴承中用到的处理方法可用于处理三油叶等多油叶轴承。

无刷绕线型异步电动机的数学模型及稳态特性分析

根据异步电动机的双轴理论 ,导出无刷绕线型异步电动机的数学模型 ,并对稳态特性进行了仿真计算、样机实验对比及分析 ,得出该电机的控制规律。

质子交换膜燃料电池稳态模型及仿真

质子交换膜燃料电池(PEMFC)发电装置具有高能效,低噪音,常温启动和环境友好等特点。文中将对PEMFC进行稳态建模,使模型能正确反映电堆的实际输出性能。PEMFC实验模型主要是通过实验方法,建立描述电池输出特性(输出电压与电流密度关系)的经验公式。为了提高模型的精度,以便模型能更好地反映真实的PEMFC电对性能,则需要对模型的参数进行优化。通过不同的Matlab优化函数对所建模型进行参数辨识,比较得出其中结果较好的对模型进行仿真,以验证模型的正确性。

基于一维稳态传热的纯金属热型连铸模型化分析——模型描述与参数定义

热型连铸是一种将定向凝固和连续铸造技术结合起来的近净成形(near-net-shape)新技术,在新材料开发与加工中获得了日益广泛的应用。根据热型连铸的基本原理和工艺特点,基于一维稳态传热分析,对纯金属热型连铸过程进行了模型化处理,定义了当量热导率和当量换热系数等模型化的工艺参数,获得了以固液界面为位置坐标原点的铸坯轴向温度分布解析解,可以对铸型温度、拉铸速度、温度梯度、固液界面位置、当量热导率和当量换热系数之间的关系进行求解。给出了模型的物理数学描述和解析解;以纯锌为例阐述了根据实测温度分布曲线和固液界面位置确定当量热导率和当量换热系数的方法;以纯铜为例计算了固液界面位置、铸型温度和拉铸速度之间的匹配关系,计算结果与实验数据相符。

基于激光点热源非稳态传热模型测固体材料热物性参数

提出一种基于激光点热源非稳态传热模型测各向同性固体材料热物性参数的新方法.引入镜像热源理论修正绝热边界对测点温升的影响,建立数学模型,利用数值解法结合计算机编程计算材料导热系数和热扩散率,并研制了热物性测试系统.利用真空泵获得试样容器内的低真空环境,由激光发生器发射激光束加热试样一角,温度传感器测量试样上表面温度,通过无线信号发射单元监测温度变化情况.对硼硅玻璃(Pyrex7740)、大理石、硅藻土耐火砖、硅砖和锆质砖进行热物性综合测试.结果表明:前4种导热系数相对较低的试样的测试值与参考值的相对偏差最大不超过2.76%,测试精度较高.导热系数相对较大的锆质砖的测试值与参考值的相对偏差达到了6.38%,测试精度较低.测试系统不确定度分析也表明,被测试样导热系数越大,测试值与真值间的可信度越低,本装置更适用于导热系数小于3.0 W/(m·K)的固体材料.