一种感应耦合能量传输系统的软启动控制方法

为解决目前感应耦合能量传输系统启动阶段电流冲击大、启动可靠性较差等问题,提出一种新型软启动控制方法。分析了基于串-串型补偿电路的感应耦合能量传输系统的数学模型,对比分析高频逆变器不同调制占空比与启动特性之间的关系,对系统软启动调节时间长度、占空比调制载波频率等关键参数进行了选取。所提软启动控制方法可较好地抑制启动冲击电流以及软启动调节时间过后的电流振荡现象,并实现高频逆变器在全时间范围内的零电压开关,降低了高频逆变器的开关损耗,进一步提高了系统的安全性和可靠性。基于研制的感应耦合能量传输系统实验样机进行实验,实验结果证明了所提软启动控制方法的有效性。

感应耦合能量传输系统中双边LCC谐振腔恒流和恒压模式的研究

感应耦合能量传输(inductively coupled power transfer,ICPT)系统中补偿网络能够改善系统特性,目前针对谐振补偿网络的输出电流和电压特性没有一种简单易行的分析模型。首先分析了LC电路、??型电路和T型电路实现与负载无关的恒流或恒压输出的谐振条件,并针对高阶无源谐振网络提出一种建模方法,通过将谐振网络等效成2阶LC网络和多级3阶???型电路或多级3阶T型电路的串联,研究其恒流或恒压输出的物理机理。ICPT系统中双边LCC谐振腔实质上是一个9阶谐振网络,基于所提建模方法,分析双边LCC谐振腔输出电流和电压特性。此外,提出仅切换一次系统工作频率便可以实现系统先恒流再恒压输出的方法,且恒流和恒压模式下系统工作频率均满足SAEJ2954标准要求,分别能实现谐振腔输入电压、电流之间的零相角和原边逆变器MOSFETs的零电压开通。搭建3.3kW电动汽车感应耦合能量传输系统的Matlab仿真平台和实验样机,验证理论分析的正确性和可行性。恒流和恒压模式下实验样机谐振腔的效率分别为92.1%和89.7%。

基于多场耦合能量和熵产分析的矿用双盘式磁力耦合器参数多目标优化

传统煤矿机电装备的传动装置存在污染性介质、传递效率低、占地体积大、维护费用高、使用寿命短等缺陷,造成故障发生率高,严重影响机械化采、掘、提、运、通、排等工作的安全高效生产。而矿用双盘式磁力耦合器具备高效调速性、适应能力强、运行成本低等优点,是革命性的节能传动装置。电磁-温度-应力耦合能量作用是一个相当复杂的问题,已成为磁力耦合领域的热点课题之一,针对不同工况下矿用双盘式磁力耦合器的安全运行和高效传动问题,提出基于多场耦合和熵产最小化理论的多目标优化方法。基于矿用双盘式磁力耦合器热力学模型,以综合考虑提高传动效率和散热量为优化目标,以输入电机转速、散热翅片个数、散热翅片长度、气隙长度为参数变量,建立了多目标优化模型。为了减少试验成本,采用有限元法获取各参数变量组合对应的散热量和熵产,并通过物理实验验证其有效性。基于四因素三水平的仿真数据,利用改进的高斯回归模型构建预测散热量和熵产,并对比改进模型与其他两种模型的性能,证明了改进模型在精度和响应时间上的优势;采用多目标粒子群算法,以最小熵产和最大散热量为目标,优化得到参数变量的Pareto前沿。物理试验结果验证了该算法的有效性。

基于Ⅰ—Ⅱ型耦合能量释放率的尺寸效应研究

针对混凝土构件断裂和损伤交织发展的耦合过程,基于Ⅰ—Ⅱ型耦合能量释放率,模拟了不同高度试件起裂情况,对Ⅰ—Ⅱ型耦合能量释放率的尺寸效应现象进行了分析,说明一定范围内可通过限制试件高度控制其起裂情况。

Ⅰ-Ⅱ型耦合能量释放率的影响因素分析

针对混凝土结构断裂和损伤交织发展的耦合过程,结合常见的Ⅰ-Ⅱ复合型断裂,根据损伤能量释放率Y,推导出Ⅰ-Ⅱ型耦合能量释放率K^(D)Ⅰ-Ⅱ,分析混凝土损伤和断裂的耦合作用。其中,耦合型能量释放率K^(D)_(Ⅰ-Ⅱ)ini作为混凝土结构起裂时的固有特性,通过研究不同缝高比、混凝土强度下试件起裂时的K^(D)_(Ⅰ-Ⅱ)ini值,分析缝高比和混凝土强度作为影响因素对K^(D)_(Ⅰ-Ⅱ)ini值的影响,判断起裂时所需要的耦合作用大小。在实际工程应用中,可通过限制缝高比和混凝土强度,控制构件的起裂。

牛支原体能量耦合因子转运蛋白S组件Mb BioY摄取外源生物素的功能分析

牛支原体(M.bovis)感染与生存依赖于外界微环境提供的各类营养代谢因子。开展M.bovis外源生物素摄取的机制研究,将对M.bovis防控具有极其重要的意义。通过对M.bovis PG45 Mb BioY(MBOVPG45_0349)基因进行系统发育分析、分子对接分析,筛选M.bovis PG45 Mb BioY突变株,比较PG45和PG45ΔMb BioY的生物素敏感性,异源构建Mb BioY功能性克隆验证其功能。结果表明,PG45染色体上存在一种崭新的生物素膜转运蛋白,全长996 bp,GC含量30.95%,蛋白长度为332个氨基酸,是由7个跨膜结构域组成的能量偶合因子(ECF)转运蛋白S成分Mb BioY。进一步验证后发现,当M.bovis缺失Mb BioY会影响其生长,表现出生物素代谢营养缺陷的表型。通过异源敲入生物素代谢营养缺陷大肠杆菌MG1655,表明Mb BioY单独存在时,就能够恢复生物素代谢营养缺陷大肠杆菌缺失株的生理功能。初步证明,Mb BioY编码的是能量偶合因子(ECF)转运蛋白的S成分具有摄取外源生物素的能力,该研究结果将补充细菌生物素代谢调控的多样性和复杂性,为M.bovis的有效防控提供独特视角。

太阳能无人机姿态/能量耦合实验教学平台设计与应用

为探究太阳能无人机在飞行过程中飞行姿态与能量状态之间的耦合关系,该文设计了太阳能无人机姿态/能量耦合实验教学平台。该平台可有效模拟无人机俯仰、滚转和偏航姿态,实时测量不同飞行状态时太阳能机翼发电状态的变化,通过单轴转动实验和模拟飞行姿态的多轴转动实验,展示了姿态/能量耦合机理;通过引入最大功率点跟踪控制器,对比分析了不同控制算法的跟踪效果。实验结果表明该实验教学平台可直观展示太阳能无人机的能效特点,帮助学生认知太阳能无人机运动特征与太阳能机翼发电功率的耦合关系,可有效支撑太阳能无人机高能效飞行关键技术实验研究。

活性破片作用后效靶板耦合能量分布特征

为揭示活性破片穿透前靶后,对后效靶板的耦合能量分布特征及机理,开展活性破片毁伤双层靶板弹道枪实验。通过高速摄影记录弹靶作用行为,结合间隔靶毁伤形貌、破片侵靶破碎理论和二次碎片能量分布,建立活性破片作用后效靶板毁伤行为模型。研究结果表明,活性破片在毁伤后靶过程中,动能化学能分别在不同碰撞速度区间内占据主导地位,随碰撞速度增加,活性破片被完全激活,活性破片对后效靶板的毁伤从化学能主导转变为动能主导。

塔式起重机负载能量耦合下消摆控制方法仿真

由于塔式起重机的启动和制动过程对吊绳影响较大,致使吊钩上负载发生一定的摆动,无法快速将负载运送到目标位置,降低了工作效率。现提出一种负载能量耦合下的塔式起重机消摆控制方法。构建塔式起重机结构图,对其分析后得到动力学模型和其对应能量函数;加强壁架小车与负载间的能量耦合,求导能量函数;计算吊钩负载与目标位置间的误差信号,选取另外5种不同的误差信号,将求导后的能量函数与误差信号结合起来,得到控制塔式起重机旋转的驱动力,在加入一定控制增益后,实现塔式起重机消摆控制。对所提控制方法展开性能实验测试,结果表明,所提控制方法可在最短的时间内,完成精度最高、效果最好、最稳定的消摆控制,使吊钩负载可以稳定的运送到目标位置。

基于算力-能量全分布式在线共享的5G网络负荷管理策略

5G与边缘计算等信息基础设施海量部署造成运营商用电成本上升,需推动边缘网络与电网的能量互动以节能降本。现有研究重点关注边缘网络参与日前经济调度,未考虑可再生能源和网络流量双重随机性造成的网络能量供需不平衡问题。针对强随机环境下的网络负荷管理问题,提出面向虚拟化边缘网络的能量实时管理策略。首先,以网络用能成本最小化为目标,构建联合网络资源管理、储能充放电与能量共享模型。其次,针对未来网络信息未知无法直接求解的问题,提出基于随机对偶次梯度法的在线管理策略。然后,针对资源共享涉及运营商隐私问题,提出全分布式的计算资源与能量协同共享算法。最后,仿真验证表明,所提在线算法在无需先验知识的前提下有效减少了5G边缘网络的用能成本。

计及信息-能量耦合节点重要度的主动配电网灾后孤岛划分方法

针对自然灾害导致的主动配电网连锁故障问题,提出了一种计及信息-能量耦合节点重要度的主动配电网灾后孤岛划分方法,以实现对重要节点的持续供电。基于电力网络与电力通信网的耦合关系,以电力网络为基础网,构建分布式信息物理系统的网络架构,并结合能量流与信息流二者的业务特征,通过主客观相结合的赋权方法得到耦合节点的重要度;基于全局信息发现模型,通过局部信息交换获取全局信息以完成孤岛划分模型输入参数的获取,满足灾后的通信需求;通过控制自动开关设备、分布式电源(DG)和储能的开关状态,将主动配电网划分为多个由DG或DG与储能协同供电的微电网,以实现等效恢复负荷的最大化。通过算例仿真验证了所提方法的有效性。

有源植入系统的磁耦合能量传输参数优化

有源植入式医疗设备的金属外壳在磁耦合能量传输应用中,由于涡流效应而限制了磁耦合能量传输的效率,且带来装置发热问题。针对该问题,该文建立含金属介质的磁耦合能量传输的等效电路模型,提出以接收效率为优化目标的系统设计方法,并用于可充电脑起搏器的研制。根据等效电路模型,接收效率取决于接收线圈匝数、负载阻抗和阻抗匹配参数;较高的等效负载阻抗会带来接收线圈最佳匝数增加,同时导致传输功率、传输效率和接收效率增加;电容串联补偿时,最佳补偿电容在较大值时获得,电容并联补偿时,最佳补偿电容在较小值时获得。动物试验结果表明,所研制的可充电脑起搏器在无温度控制下,最高温度多数分布在36~38℃,满足临床使用要求。

多能耦合互补的冷热电联产微网优化运行

针对化石能源日益短缺的现状,我国已将可再生能源供暖作为区域能源规划的一项重要内容。冷热电多联供微网(CCHP)因其环保经济的特点,受到了极大的关注。但CCHP系统复杂的能源流,对其运行优化带来了挑战。建立了以系统运行成本最小的目标函数和加入氢储能设备的CCHP优化运行数学模型。基于算例的仿真结果和对比分析表明:加入燃料电池和储能设备能有效提高CCHP系统供能的灵活性以及运行经济性。

超磁致微致动器能量耦合转换有限元分析

根据超磁致材料(giantmagnetostrictivematerial,GMM)磁-机耦合能量转换的本构关系,采用有限元(FEM)耦合迭代方法,设计了超磁致微致动器,研究了超磁致介质的力学特性(应力、应变)与磁学特性(磁场强度、磁感应).对算法的考察分析表明,不同类型负载下FEM耦合迭代算法均具有良好的收敛性能.将FEM耦合迭代计算的理论结果与实验结果作了比较,两者比较吻合.对不同预压力下器件的响应特性进行了分析,结果表明,在6MPa预压力下,致动器具有较好的线性和较大的应变量,二者取得较好的折中.

完全能量耦合精馏塔的设计、模拟与优化

本文针对完全能量耦合精馏塔,基于Fenske-Underwood-Gilliland方程建立了完整的简捷设计方法,得到了各塔的实际理论板数、适宜的进料和侧线液相采出位置以及各塔回流比等参数。并在此基础上通过严格模拟,对完全热耦合精馏塔的中间组分分配比β、气相分割比Rv和液相分割比Rl等参数进行了优化,得出了它们对再沸器热负荷的影响规律。

无线电引信电磁辐射能量耦合路径研究

目的为了确定外界电磁能量究竟如何进入到引信电路内部,针对无线电引信的电磁能量耦合路径进行系统研究。方法通过对多种引信进行不同形式的连续波、强电磁脉冲电磁辐照效应试验,对比引信天线、孔缝、弹体、电源模块等部位的能量耦合可能性。分析连续波、强电磁脉冲电磁环境对无线电引信作用的耦合规律。结果确定了电磁信号类型和引信接地结构是影响电磁能量耦合通道的关键因素,揭示了前门耦合是连续波电磁辐射环境的最主要方式。结论弹体或引信前端与电路共地的金属部件是强电磁脉冲辐射环境的主要能量路径,从而为无线电引信抗电磁性能加固的实施提供了有益参考。

行星际磁场北向时太阳风－磁层的能量耦合

利用量纲分析法研究太阳风磁层的能量耦合问题。得到了在考虑磁层对太阳风的粘滞作用情况下，行星际磁场北向时的太阳风－磁层能量耦合函数，并首次在耦合函数中引入太阳风温度变量，在此基础上得到了一般情况下的太阳风－磁层耦合函数．

激光与固体靶面烧蚀等离子体的能量耦合计算

强激光辐照下固体靶表面迅速汽化产生靶蒸气等离子体,激光穿过等离子体区到达固体靶表面的过程就是激光束与等离子体的能量耦合与交换过程。采用具有五阶精度的WENO差分格式和简易等离子体状态方程模型对激光与等离子体相互作用的复杂物理过程进行了数值计算,分析了激光束能量在等离子体区中的吸收、屏蔽效应等动态耦合规律以及激光支持等离子体前驱冲击波传播。数值模拟结果表明:激光能量是支持靶面等离子体运动的唯一原因,能量屏蔽效应对激光与等离子体能量耦合有很大影响,通过控制激光脉冲宽度,可以合理调节屏蔽效应的影响。

微波炉阻抗匹配和能量耦合的研究

研究了微波炉的阻抗匹配和能量耦合,用CST对耦合窗及腔体建模,并用矢量网络分析仪进行测试,得出了一种阻抗匹配和能量耦合的研究方法。在测定微波炉功率时,采用1000g水负载,温度初始值为10℃,负载面积占腔体面积的16%以上,使测出的功率更准确。

强爆炸光辐射作用下材料的能量耦合特性

为了获取强爆炸光辐射作用下材料的能量耦合特性,发展了强爆炸辐射源参数以及光辐射传输的物理模型和计算方法,计算给出了不同条件下目标位置处的光辐射谱特征。利用材料光谱反射率测量方法,结合光辐射耦合系数计算方法获取了几类材料的能量耦合系数。结果显示:金属、陶瓷材料的光辐射耦合系数相对较小,而碳纤维环氧复合材料的耦合系数可达0.92;采用实际光辐射能谱计算的耦合系数比近似6000 K黑体谱的结果要高,最大约14%。以铝材料为例,光辐射耦合系数随当量及爆心距离增加均表现出逐渐减小的趋势,但总体变化幅度不大。