质子交换膜燃料电池热管理系统建模及故障仿真

文章以质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)系统为研究对象,分析系统中各组成部件的工作机理,在MATLAB/Simulink软件中搭建了燃料电池电堆电压、阴极、质子交换膜、阳极以及温度的数学机理模型,同时使用Simulink/Simscape物理建模平台搭建热管理系统的物理模型,将两种模型集成为完整的PEMFC系统仿真模型。在所搭建的热管理系统模型中注入典型故障:散热器风扇故障和冷却液流量不足故障,对各故障模式下的燃料电池性能进行了分析。仿真结果表明:PEMFC系统模型结果与试验结果基本一致,验证了模型的合理性;通过对热管理系统故障进行仿真,可以清楚地了解故障发生的机理,为其故障诊断提供了参考依据。

离散制造生产系统模块化仿真建模方法研究

针对离散制造生产系统,提出一种模块化仿真建模方法,将模型实体与逻辑控制程序分开,通过模型生成器识别基础数据库,实现快速构建仿真模型。选取悬挂式热处理生产系统为研究对象,基于AutoMod仿真建模验证了该方法的有效性,并对该生产线进行仿真优化,得到的仿真结果可作为悬挂式热处理生产系统改造的决策依据。模块化仿真建模方法不仅可以为生产管理者在决策过程提供依据,而且对类似的生产系统或物流系统仿真分析具有参考价值。

特定湍动激励-响应类型二次非线性系统双谱分析仿真建模

自然界存在一类特定湍动激励类型二次非线性系统,属于一种特殊的非高斯信号系统,其特征是输入信号谱由湍流波动产生,而且这种湍流波动信号功率谱分布接近高斯分布.本文从拓展Choi等(1985 J.Sound Vib.99309]和Kim等(1987 IEEE J.Ocean.Eng.OE-12568)的工作入手,对以海浪激励-系泊船舶响应和充分发展湍流为代表的特定湍动激励-响应类二次非线性系统,基于双谱分析技术进行系统仿真,并对仿真系统进行了扩展的、系统的建模分析,并首次应用完备迭代法(2020 Phys.Scr.95055202)进行模型求解,计算了线性传递函数与二次非线性传递函数.所得结果均符合预期.相干分析表明,随机海浪-船舶摇动系统二次相干性远大于线性相干性,但近高斯输入型充分发展湍流的线性相干性更大.反算验证或与真实系统的对比表明,本文的湍流仿真手段与系统建模方法准确性好,求解算法效率高,可以有效应用于与湍动激励相关的二次非线性系统的模型描述与系统分析.

射频异构集成微系统多层级协同仿真建模与PDK技术综述

作为后摩尔技术的可选路径之一,基于异构集成工艺实现的集成微系统具有高集成度、低成本、高性能等优点,引起学术界和工业界的广泛关注。异构集成微系统设计是以系统为中心的多层级协同设计,对传统以晶体管为中心的设计方法和设计流程带来新的挑战,同时对设计环境的开发带来新的要求。本文对射频集成微系统设计中所需的基础器件/结构建模方法、多工艺混合工艺设计套件(Process Design Kit,PDK)技术、以及电路-模块-系统多层级协同仿真等技术最新进展进行综述。

综合能源系统下虚拟储能建模方法与应用场景研究综述及展望

为了促进多能耦合互补和实现可再生能源就地消纳,综合能源系统已成为多领域的研究热点。考虑到能源设备及网络的多样性、复杂性以及多种能源时间尺度的差异性,根据能量平衡原理,对系统内具有可调特性的源、网、荷进行储能化建模,并构成虚拟储能系统参与到综合能源系统的优化调度中。为了准确把握虚拟储能的研究重点,首先介绍了虚拟储能的定义、逻辑架构和技术内涵;其次针对综合能源系统源、网、荷端设备或网络,总结和归纳了4种虚拟储能建模方法和特性指标;然后重点分析了虚拟储能在4种典型场景的具体应用;最后展望了虚拟储能未来的发展方向。

数模—动模混合仿真系统的接口建模与稳定性分析

为满足现代电力系统实时仿真的发展需求,数模-动模混合仿真系统结合实时数字仿真和物理动态模拟仿真的优点,成为现代电力系统研究的重要仿真方法。接口系统是混合仿真系统设计中的核心与难点。为了深入分析混合仿真系统的稳定性,对接口系统各个组成环节进行建模得到系统开环传递函数,分别根据劳斯判据和奈奎斯特判据研究开环传递函数中不同参数对系统稳定性的影响。理论推导表明接口系统中滤波器截止频率、接口延时和阻抗模拟比对系统的稳定性影响较大,并通过所搭建的混合仿真系统进行实验,实验结果表明不同参数对系统的稳定性影响与理论推导一致。

综合能源系统建模与仿真:综述、思考与展望

建模和仿真将真实系统及其物理性质抽象化为适当的数学形式,并采用数学方法求解以模拟真实系统行为或性能。为综合能源系统在各时间尺度的物理过程建立恰当的数学模型并进行仿真验证,是分析系统运行规律、优化运行策略以及评估运行性能的基础。文中围绕电气热综合能源系统建模和仿真问题,首先介绍了电、气、热子系统和耦合设备的机理模型,总结了建模的研究进展与技术难点。进一步,从仿真框架、算法以及改进策略3个方面介绍了综合能源系统仿真技术所取得的研究进展。特别地,总结了仿真算法中数值法、半解析法、解析法的原理、应用现状及其难点。最后,围绕现存技术难点,从建模和仿真算法2个方面对未来研究进行了展望。

高比能二次锂电池电极材料的储能系统配电网运行建模与仿真研究

对于包含储能系统的配电网运行建模与仿真,传统方法由于缺少对储能系统变量增补约束,导致建模后储能系统的电热转换效率较低。为此,提出高比能二次锂电池电极材料的储能系统配电网运行建模与仿真研究。依据储能系统在配电网中的运行特性,建立储能系统等效电路,并以高比能二次锂电池电极材料的储能系统的经济性指标构建电网运行模型,同时对其加以变量增补约束,以动态描述配电网的运行过程。实例应用结果显示,所提方法能够有效提高储能系统的电热转换效率,建模结果更加可靠。

计及悬浮系统影响的高速磁浮直线同步电机建模方法

为提高高速磁浮直线同步电机模型精度,基于电磁铁模块磁共能重构,提出一种计及悬浮系统影响的分布参数建模方法.首先,建立高速磁浮列车电磁铁模块的有限元模型,利用有限元数值分析获取电磁铁模块在不同工况下的磁共能数据,通过对磁共能进行傅里叶级数展开及多项式拟合构建磁共能的解析模型;其次,根据磁共能解析模型推导电磁铁模块的磁链、电压和推力方程;然后,根据列车编组数量和电磁铁模块数量分别建立左右两侧直线同步电机的数学模型,并通过运动学方程计算高速磁浮列车位置和速度;最后,通过硬件在环仿真系统进行实验验证.试验结果表明:本文所提建模方法与传统建模方法相比,推力波动幅值增加超过6.8%;并且所提方法可以准确表征悬浮系统对牵引控制的影响,当励磁电流谐波幅值增加0.5、1.0、2.0 A时,推力波动幅值分别最大增加54.3%、26.2%、83.7%;当励磁电流谐波频率为5、10、20 Hz时,推力的谐波频率最大达到5.14%,21.75%和14.17%.

基于MTRDL的自动飞行系统模式需求建模与验证方法

在民机自动飞行过程中,自动飞行系统模式转换是影响安全的重要因素,随着现代民机机载系统的功能与复杂度的快速增长,在需求阶段对自动飞行系统模式转换的安全性分析和验证成为重要的挑战.飞行模式转换的复杂性不仅体现在自动飞行过程中必需的多重飞行模式之间的交互关系,还体现在模式转换与外部环境之间复杂的数据与控制交联关系,这些交联关系同时隐含了飞行模式转换的安全性质,这些特征提高了形式化方法的应用难度.提出一种领域特定的建模验证框架:首先,提出面向自动飞行系统模式转换的领域需求建模语言MTRDL和基于该语言扩展于SysML上的建模方法;其次,提出基于安全需求模板的安全性质辅助规约方法;最后,通过对某机型的若干条目化需求的实例研究,证明所提方法在自动飞行系统模式转换需求验证中的有效性.

电磁-机电暂态混合仿真在多能源系统动态建模中的应用研究

热力网络是多能源系统的重要组成部分。电网和热网建模机理和时间尺度存在较大差异,传统电力系统暂态仿真程序难以直接应用于电-热多能源系统动态仿真。根据电-热类比方法,采用基本电气元件构建了热力管道热路和水路等效电路模型。同时,基于查表法构建了计及设备运行特性的空气源热泵等效电路模型。为提高仿真效率,进一步提出了基于电磁-机电暂态建模框架的电-热多能源系统动态仿真方法。电网采用机电暂态建模,热网采用电磁暂态建模,空气源热泵模型作为接口模型,完成电网模型和热网模型之间的数据交互。电网模型与热网模型均采用毫秒级及以上仿真步长,实现了高效的多能源系统动态仿真。最后通过算例分析验证了所提模型和仿真方法的有效性。

末端反蜂群作战仿真建模方法研究

无人机蜂群作战作为一种改变战场态势的新型战法,在近年来的局部战争中大放异彩。针对当今世界军事强国的无人机蜂群技术发展和相关新型作战概念开发,围绕我军末端防空反蜂群作战当前的能力短板与现实需求,以应对新型无人机蜂群饱和攻击为研究目标,参考体系工程仿真建模研究方法,对反无人机蜂群作战仿真建模方法进行研究,提出了涵盖顶层作战概念、作战活动、组织关系和系统层级结构等视图模型的反蜂群作战概念图像,同时设计了反蜂群体系仿真架构、体系仿真实验流程和体系仿真效能评估方法,为末端反蜂群作战仿真建模提供一定的参考。

基于OBE理念的控制系统建模与仿真课程教学改革

依据成果导向教育(OBE)理念,本文对“控制系统建模与仿真”的课程思政、教学内容、教学方法、教学手段、资源建设和考核模式等方面进行了教学改革与探索。课程目标达成情况的直接和间接定量评价结果表明,控制系统建模与仿真课程改革实践达到了预期目标,提升了自动化专业学生的控制系统建模与仿真能力,符合工程教育专业认证及新工科背景下人才综合能力培养的素质教育要求。

液黏调速系统传动机理建模与仿真分析

液黏传动作为一种新型的流体传动技术,其具有结构紧凑、重量轻、效率高、能实现无级调速等优势。然而由于其内部结构复杂、模型的结构和参数受温度影响较大,时变的参数导致模型的参数难于精确获取等因素,因此采用机理对其建模仿真十分困难。针对上述问题,以AMESim软件为平台,基于液黏调速机理建立了包括液压控制模型、轴向动力学模型、旋转动力学模型和负载模型在内的液黏调速系统综合模型,并建立了油膜刚度/阻尼与厚度、润滑油压和转速差的关联模型,进行了不同输入转速下的仿真与试验数据对比,结果表明液黏调速系统一体化多参数模型可以表现出实际工作中大迟滞、非线性的工作特性,在带排状态下输出转速等参数与实际效果接近,准确度达到92.39%,为液黏调速系统的结构优化、性能评估和精准控制提供验证平台。

某型飞机投水作动系统建模与同步性仿真分析

提高某型飞机投水舱门的同步性是保证灭火任务顺利完成的关键。为了开展多参数对收放作动筒同步性影响的研究工作,首先,基于投水灭火流程和投水作动系统液压原理,通过AMESim的液压元件库、逻辑库和状态机,建立了投水作动系统仿真模型。其次,通过连续投水工况仿真模拟,进行投水作动系统方案的功能性能分析,从而验证了仿真模型符合某型投水飞机工况性能要求。最后,通过批处理模式探究各敏感参数对多投水舱门收放作动筒的同步性影响。仿真表明:投水作动系统仿真模型可以实现多系统、多模式等不同任务和功能的仿真分析,电磁阀流量、负载、舱门作动筒活塞杆直径和管路直径对多缸同步性有着明显影响。

锅炉燃烧系统变分模态分解建模方法研究

建立准确的燃烧系统模型是实现锅炉燃烧优化的基础。针对现有建模方法多步预测精度不足的问题,提出一种锅炉燃烧系统变分模态分解(VMD)建模方法。该方法将传统单个模型的预测方式转换为基于数据分解的混合模型预测方式。首先,采用VMD将输出信号分解为多个规律变化的平稳序列,以降低数据的复杂度。然后,针对每个模态信号,利用在线最小二乘支持向量机算法和时间序列预测算法分别建立预测模型。最后,通过合成得到最终的预测结果。仿真结果表明,该方法有效提升了燃烧模型的单步和多步预测精度,可以为实现锅炉闭环燃烧优化控制奠定良好基础。该方法有助于解决常规燃烧系统建模方法中只关注单步预测误差而忽视多步预测误差的问题。

电力系统建模与仿真课程思政的探索与实践

通过深入挖掘电力系统建模与仿真课程思政元素,设计和完善相应教学模式与方法,将课程思政与专业内容有机融合,提升学生专业知识、文化素养、职业道德、创新能力,强化学生工科思维培养,实现理论知识与道德修养共同进步,努力将其培养成德才兼备、全面发展的技能型人才。

SRS-SafeSec:安全相关系统一体化安全建模分析方法

随着工业控制系统接入互联网,安全相关系统传统的功能安全领域面临来自信息安全的威胁与挑战,然而现有的威胁建模方法对于信息安全和功能安全的融合分析不足。对安全相关系统的冗余结构进行信息安全威胁分析,确定安全相关系统的信息安全约束,提出安全相关系统的一体化威胁模型SRS-SafeSec。实验中分别使用SRS-SafeSec方法和STPA-SafeSec方法对光气反应仿真系统进行威胁建模,比较建模方法的完备性与融合性,实验结果表明SRS-SafeSec具有更好的完备性。

光伏发电系统中阴影效应的建模与抑制方法研究

光伏发电是一种清洁、可再生的能源利用方式,具有广泛的应用前景。然而,在实际运行中,光伏发电系统常常受到阴影遮挡的影响,导致发电效率下降和系统稳定性降低。目前,光伏发电系统中阴影效应的建模存在一些技术缺陷,如模型精度不高、计算复杂度高、实时性差等。为解决这些问题,本文提出了一种基于先进建模技术和优化算法的阴影效应抑制方法。该方法首先通过阴影检测和定位技术,准确地识别出阴影的位置和范围;然后采用阴影补偿算法,对受阴影遮挡的电池板进行电流和电压的补偿;最后通过系统优化算法,对实际案例进行数据分析,证明了该方法可以有效地降低阴影遮挡对光伏发电系统的影响,提高其发电效率和稳定性。

基于MBSE的柴油机系统设计建模方法

随着国防武器装备对动力要求越来越高,柴油机系统复杂度急剧提升,传统的以文档为核心的系统工程方法已经无法有效满足柴油机高效、准确、可靠的研制需求,为此,在柴油机研发过程中引入基于模型的系统工程(MBSE)方法。提出了基于RFLP的MBSE的柴油机系统建模流程,及支撑该流程运行的柴油机模型体系,在此基础上,以柴油机某研制任务为例,以模型为核心,给出了基于MBSE系统建模过程及模型实例,对柴油机需求分析建模、柴油机功能建模、柴油机系统架构分析与综合进行了阐述,体现了基于模型的设计方法在柴油机研制过程需求早期验证、功能快速仿真、数据可追溯方面的优势,从而有效提高研发设计效率。