高温超导直线同步电机电磁力仿真与实验研究

无铁芯超导直线同步电机(superconducting linear synchronous motor,SLSM)具有推力密度高、工作气隙大等优势,是超导磁浮列车的动力核心。由于会不可避免地受到弯道、道岔、横风和电源谐波等因素的影响,磁浮列车在运行过程中将发生多自由度运动,使电机次级姿态发生滚转或偏移,致使超导直线电机的电磁力性能发生改变,进而影响列车的运行稳定性。针对多变电机次级姿态下高温超导直线同步电机的三维力特性展开研究,首先分析悬浮车体多自由度运动对直线电机次级姿态的影响,并建立计算SLSM三维电磁力的有限元模型;其次,通过搭建超导同步直线电机样机,实验验证模型的有效性;最后,基于该模型研究无铁芯SLSM次级在发生横向偏移、法向偏移、侧滚、俯仰以及偏航条件下的三维电磁力输出特性及其变化规律,为超导磁浮列车运行性能优化提供了理论依据。

基于LQR对直线倒立摆的稳摆控制研究及实现

针对倒立摆的稳摆控制问题,研究设计了一个LQR控制器。首先,考虑摆杆摆动的阻力矩,采用牛顿力学分析方法推导出直线倒立摆的数学模型,建立了其线性状态空间模型,并分析了系统的稳定性、能控性与能观性。通过采用仿真试凑确定加权矩阵Q、R,得到状态反馈增益矩阵K,完成LQR控制器的设计。之后,搭建了以开放式运动控制器为核心的倒立摆实验平台,在计算机上开发了实时人机交互程序,在运动控制器里编写了倒立摆控制算法。最后,进行了仿真与实测实验,验证了所设计的LQR控制器的有效性和可行性。

一种改进的概率霍夫直线检测算法

针对概率霍夫直线检测算法检测速率不高、检测精度易受其他特征和连续间断线干扰的缺点,提出了一种改进的概率霍夫直线检测算法。改进后的算法将注意力集中在直线可能存在的若干个区间,提升了检测速率与精度,在直线检测全过程监控并剔除连续间断线,提升了算法的抗干扰能力。经过100组铝锭边缘线检测的实验验证,改进后算法相较原算法平均检测速率提升至1.77倍,查准率提升至1.45倍,且改进后算法在其他图片上的检测速率和检测效果相较原算法也有明显提升。

基于模糊快速滑模的农用牵引车辆直线路径跟踪控制

为解决无人驾驶牵引式农机在非结构化环境中作业时直线跟踪精度低、上线速度慢、抗干扰能力差等问题,提出了一种基于模糊快速滑模控制的农用牵引式车辆直线路径跟踪控制方法。首先利用车辆运动学模型与参考路径建立牵引车辆直线路径跟踪误差模型,并提出一种基于模糊参数整定的快速滑模直线路径跟踪方法,解决了滑模控制算法的控制器抖振与机具快速上线问题。通过Lyapunov稳定性分析可知,所设计控制方法可保证牵引机具跟踪参考路径,同时铰接角收敛至零。最后,基于Simulink仿真与实车试验对该控制方法的有效性与优越性进行测试。田间实车试验表明,使用本文控制方法时,拖车和挂车最大路径跟踪横向误差分别为0.11、0.12 m,拖车和挂车跟踪误差方差分别为0.0013、0.0015 m^(2);相较于传统基于等速趋近律设计的滑模控制器,上线时间提升约58%,最大跟踪误差减小约66%。

梯形Halbach交替极无铁心永磁同步直线电机特性分析与优化设计

针对无铁心永磁同步直线电机(PMLSM)存在推力波动问题以及磁极结构对永磁体利用率的影响,从结构方面着手,提出一种梯形Halbach交替极磁极结构的无铁心永磁同步直线电机,对Halbach阵列进行优化设计。首先通过有限元法对比在Halbach交替极、双层Halbach磁极与梯形Halbach交替极3种磁极结构中PMLSM的电磁性能,分别对气隙磁场谐波成分、空载反电动势、电磁推力以及推力体积比进行计算与对比。其次,采用等效磁化强度法定性分析磁极结构对电机出力性能的影响,并引入Kriging模型,结合多目标优化算法对关键参数进行优化以提高电机平均推力和推力体积比,降低推力波动,得到3个优化目标的Pareto前沿。最后,通过仿真分析验证设计方法的有效性以及电机性能的改善。结果表明:梯形Halbach交替极磁极结构永磁体利用率更高,具有实用价值;梯形Halbach交替极PMLSM能够有效抑制推力波动并保持在7%左右,适用于高精确度加工设备。

横向磁通永磁直线电机电磁振动特性分析

横向磁通永磁直线电机的电负荷与磁负荷相互解耦,且各相之间相互解耦,易于实现模块化和多相化,因此在石油开采领域有着良好的应用前景。首先,该文基于磁场调制原理,对横向磁通永磁直线电机的径向电磁力波进行了推导计算,得出对径向电磁力波影响最大的因素为轴向气隙磁通密度分量与径向气隙磁通密度分量,在此基础上对径向电磁力波的时空特性与频谱特性进行仿真计算,得出电枢磁通密度对电机径向电磁力波的频谱特性的影响;然后,考虑到电机实际运行中可能出现的次级偏心问题,揭示偏心度的大小对径向电磁力波幅值的影响,并对比不同偏心度下的电机径向磁拉力与轴向磁拉力,定量分析偏心度对不平衡磁拉力的影响;最后,为避免共振,利用有限元软件对电机的初级进行了模态分析与谐响应分析,结果表明低速状态下横向磁通永磁直线电机的额定运行频率较低,不会引起初级的共振,适合用作往复式潜油电泵的驱动电机。

永磁直线同步电机改进预测电流控制

永磁直线同步电机(PMLSM)预测电流控制(PCC)时存在易受参数变化和延迟以及负载扰动影响,为此提出基于二阶超螺旋滑模观测器(STSMO)的改进型PCC。首先,建立包含不确定性的PMLSM动态数学模型。然后,为了补偿参数变化以及延迟的影响,采用二阶STSMO估计下一周期的电流和参数变化造成的扰动电压,估计值用以计算下一周期的给定电压,以提高电流跟踪精确度,通过李雅普诺夫函数证明观测器的稳定性。同时,采用基于改进指数趋近律的自适应滑模控制器(ASMC)对速度进行跟踪,将状态变量和滑模面加入到指数趋近律中,不仅削弱了电流抖振,且进一步提升了系统的鲁棒性。半实物仿真实验结果表明,与传统PCC相比,提出方法能有效地抑制不确定性对系统影响,使系统具有更好的跟踪性能和鲁棒性。

应用型电子直线加速器用C波段大功率速调管研究与开发

为满足C波段应用型直线加速器功率源要求,研制了一支C波段大功率速调管。通过对电子枪结构模拟计算并利用正反向组合式聚焦线圈调整过渡区磁场,完成了电子光学系统设计,电子注通过率达到100%,电子注波动率为4.8%。综合应用一维至三维计算程序对注-波互作用段开展参数优化及PIC仿真,最终确定了6个谐振腔的速调管方案。腔体加工冷测调配后焊接形成整管,并开展了高功率测试,在电子注电压为115 kV、电流为79.6 A条件下,馈入频率为5712 MHz、功率为100 W的信号时,该速调管可输出的峰值功率为3.52 MW,增益为45.5 dB,效率为38.5%,达到了预期研制目标。

基于PSD的分离式长导轨直线度测量方法研究

利用分段拼接测量方法能够将PSD激光准直测量系统测量范围扩大,相较于传统长导轨直线度测量方法,该方法可同时适用于连续型导轨和分离式超长导轨的直线度测量。首先,在(-5~+5) mm测量范围内,通过激光干涉仪分别测得激光准直测量系统的接收靶在水平和竖直方向上的位移,误差均优于±(1μm+1%H)。然后,在40 m范围内与激光准直测量系统的直线度测量精度进行对比,二者水平方向直线度误差相差0.06 mm,竖直方向直线度误差相差0.13 mm。最后,在70 m分离式超长导轨上,测得水平方向直线度为0.50 mm,竖直方向直线度为0.53 mm。该方法可迅速定位和调整直线度误差极值点位置,能够较为有效地解决分离式超长导轨的直线度装配调试问题。

变长分段直线感应电机数学建模

变长分段直线感应电机参数具有不连续、快速时变及强耦合特性,这给电磁暂态建模带来挑战。该文引入3种时变因子推导出具有参数时变特性的变长分段直线感应电机数学表达式。通过分析变长分段直线感应电机定子与动子的电磁耦合特性及时变因子与状态变量之间的耦合关系,建立定子、动子及时变因子相互解耦的数学模型。仿真结果表明,该数学模型计算的电压、电流和速度与有限元计算结果差别小于6%,验证了数学模型的准确性。硬件在环实验结果表明,在高速工况下数学模型可以准确模拟系统的电磁暂态特性,验证了数学模型的解耦能力及数值运算稳定性。

直线倒立摆变论域模糊PID控制系统研究

针对传统的直线倒立摆PID控制器参数整定方法主观性强,系统响应性能不佳等问题,提出了一种基于变论域模糊PID参数整定方法用于直线倒立摆系统的控制。首先采用机理建模法建立了直线倒立摆数学模型,其次利用MATLAB/Simulink搭建了直线倒立摆双闭环控制模型,设计了变论域模糊PID控制器与PID控制器对比分析,最终在某公司的直线倒立摆上实现了基于变论域模糊PID控制的直线倒立摆稳摆控制。通过仿真与实验结果分析,相较于PID控制器,采用变论域模糊PID控制器对直线倒立摆系统控制具有较好的稳定性与更强的抗干扰性。

驻波型直线超声波电机接触特性有限元建模与分析

超声波电机接触摩擦是影响电机性能的关键环节,建立超声波电机的接触模型对电机性能优化具有重要作用。现有对驻波型超声波电机接触问题的研究,大多采用解析法,需要采用较多的简化假设,难以准确反映电机实际结构及真实接触情况。针对这一问题,采用有限元法,对驻波型直线超声波电机接触特性进行建模和分析。首先,考虑定子复合结构,建立定子三维有限元模型,分析定子在外加电压作用下的振动响应,得到定子振动位移表达式。在此基础上,考虑定子与动子的结构和接触特点,建立定、动子接触三维有限元模型。基于所建立的模型,分析了定、动子的接触状态、接触压力分布,并研究了驱动电压大小和预压力变化对接触特性和电机性能的影响。最后,搭建试验测试平台,测量了电机的输出特性,并与理论计算值进行对比,对比结果验证了所建立的定、动子三维有限元接触模型。

基于直线检测的航向角误差校正方法

提出了一种基于直线检测模型的多传感器数据融合航向角随机误差校正方法,旨在提高农林环境下低成本传感器组成的定位平台的精度。该方法通过调整直线检测阈值来实现状态的动态调整,以提高导航系统的鲁棒性和精确性。再将多传感器数据通过卡尔曼滤波融合,实现航向角随机误差的校正。试验结果表明,该方法在不同路径和速度下能有效降低航向角误差提高定位精度。在直线行进试验中,本方法的定位精度保持在5cm以内,航向角误差在5°以内。在矩形行进试验中,本方法的轨迹与差分RTK方法相近,平均误差仅为2.7cm,标准差为3.9cm。这一航向角校正方法为农业机械和车辆环境中的自主操作提供了有力支持。它能够适应不同的环境条件,提高导航系统的性能和测量准确性。

突发性聋耳石器损伤情况及眼性前庭诱发肌源性电位与主观视觉垂直线相关性分析

目的 观察突发性聋患者耳石器损伤情况及其对预后的影响,探讨眼性前庭诱发肌源性电位(ocular vestibular evoked myogenic potential,oVEMP)与主观视觉垂直线(subjective visual vertical,SVV)的相关性。方法 选取2021年10月至2022年3月广西医科大学第二附属医院耳鼻咽喉头颈外科收治的单侧突发性聋患者66例,根据是否伴发眩晕,分为不伴眩晕组38例和伴眩晕组28例;根据耳石功能是否正常,分为耳石功能正常组37例和耳石功能异常组29例。选取同期30例无耳科疾病健康志愿者为对照组。治疗前后分别行纯音听阈、oVEMP、颈性前庭诱发肌源性电位(cervical vestibular evoked myogenic potential,cVEMP)及SVV检查,分析结果及oVEMP与SVV相关性。结果 伴眩晕组oVEMP、cVEMP、SVV异常率均高于不伴眩晕组、对照组,差异均有统计学意义(P<0.05);不伴眩晕组耳石器功能异常率均高于对照组,差异均有统计学意义(P<0.05)。突发性聋患者oVEMP与SVV无相关性,差异无统计学意义(P>0.05)。治疗后,不伴眩晕组总有效率高于伴眩晕组,差异有统计学意义(P<0.05);耳石器功能正常组总有效率高于耳石器功能异常组,差异均有统计学意义(P<0.05)。结论 突发性聋患者存在一定程度的耳石器功能损伤,突发性聋伴眩晕患者预后较不伴眩晕者差,耳石器功能对突发性聋患者的预后有一定的评估价值,oVEMP与SVV作为相对独立的两项耳石器功能检查,二者可相互补充,不能相互替代。

放疗直线加速器设备的维修研究

为了提高放疗直线加速器的应用效能,围绕此设备的维修展开分析。首先介绍放疗直线加速器,明确此设备的效能。其次总结设备经常面临的几种故障,并提出操作人员严格按照设备错误提示与警告进行维修、综合分析故障成因、加强观察、其他维修建议四点故障维修建议,最后总结设备使用方法与注意事项,为今后该设备的应用以及故障维修积累经验,以期能够进一步推动我国医疗卫生行业的现代化发展。

基于激光PSD的导轨直线度测量研究

针对航天型号导轨装配时直线度测量存在受导轨结构特征、导轨长度、装配位置等条件限制导致的测量效率问题,对基于激光PSD(Position Sensitive Detector,位置敏感器件)的导轨直线度测量方法进行了研究,设计了由PSD接收器、测距模块、信号处理单元及运动单元组成的自动化测量系统,使用激光跟踪仪作为标准器对系统的测量精度进行验证,测量精度优于±0.1 mm,测量效率提高5倍,经软硬件适用性改造后,亦可适用于多种大型导轨的空间直线度、宽度等尺寸测量。

基于虚拟电压矢量的双三相直线磁通切换永磁电机容错SVPWM策略

高可靠性是电梯驱动系统的首要指标。针对双三相直线磁通切换永磁(dual-three-phase linear flux switching permanent magnet,DTP-LFSPM)电机单相开路故障,提出一种基于虚拟电压矢量的容错空间矢量脉宽调制策略。首先,基于单相开路故障下的五维变换矩阵计算得到故障后的32个空间电压矢量分布。然后,筛选部分空间电压矢量,以z子空间电压幅值为零且每个扇区产生对称的脉宽调制波形为目标,重构得到12个虚拟电压矢量,相邻的2个虚拟电压矢量都由3个基本电压矢量组成,并用于合成参考电压矢量,不仅可以减少单相开路故障容错控制时的电流谐波,而且具有计算简单,易于硬件实现等优点。最后,搭建DTP-LFSPM电机驱动控制系统仿真与实验平台,仿真和实验测试结果证明所提容错策略的正确性和有效性。

多尺度直线位移测量实验系统的开发与应用——以“机械工程测试技术”课程为例

为促进国家级一流本科课程“机械工程测试技术”的建设,开发了一套多尺度直线位移测量实验系统,包括直线位移台、采集控制器、测量分析软件。直线位移台通过步进电机带动丝杠移动检测板改变被测位移,设计了专用的传感器安装支架,可安装多种位移传感器。设计了采集控制器,实现电机控制、数据采集、供电等功能。基于LabVIEW软件开发了位移测量分析软件,可以进行多种位移传感器的灵敏度分析和信号采集分析。该实验系统已用于实验教学,且教学效果良好,可以锻炼学生分析和解决复杂测试问题的能力。

工程车辆直线电机馈能悬架能量回收分析与参数优化

目的为了回收工程车辆在行驶过程中由于路面不平度引起的车身振动能量,同时解决馈能悬架系统的动力学性能和馈能性能不协调问题,方法首先,提出一种直线电机与减振器并联的馈能悬架系统结构,通过建立馈能悬架系统的二自由度动力学模型,利用天棚控制提高车辆的平顺性;其次,以悬架减振器阻尼作为优化设计变量,结合直线电机式馈能悬架的馈能性能、平顺性和安全性建立优化目标函数,采用遗传算法控制策略对馈能悬架的馈能性能进行优化,以获得全局最优解,解决馈能悬架的平顺性和馈能性能的协调问题;最后,通过MATLAB/Simulink对馈能悬架系统性能进行仿真。结果仿真结果表明:与被动悬架相比,天棚控制下的馈能悬架车身加速度、轮胎动载荷、悬架动行程均方根值分别减小25.40%,17.76%和32.58%;利用遗传算法对馈能悬架的动力性能和馈能协调性能优化,优化后馈能悬架的动力学性能相比优化前有一定恶化,但与被动悬架的动力学性能相比提高显著,而蓄电池平均回收能量提高了15.22%,馈能性能提高显著。结论本文提出的直线电机和减振器并联结构的馈能悬架系统装置能够回收工程车辆悬架系统的振动能量,采用遗传算法协调控制策略能够兼顾馈能悬架的动力学性能和馈能性能,并使馈能性能得到显著提高。

直线压缩机及关键技术研究进展

介绍了小型低温制冷机用直线压缩机的结构和动力学理论,结合国内外近20年来的文献和报道,总结了国内外主要研究单位的直线压缩机研究进展。对影响直线压缩机的关键因素如磁路设计、支撑结构、间隙密封技术进行了总结,最后指出当前小型低温制冷机用直线压缩机的未来研究趋势。