基于Hamilton能量理论的发电机汽门与励磁非线性稳定控制器的设计

基于Hamilton能量理论,该文提出了一种新的非线性稳定控制器的设计方法。文中详细阐述了该方法的理论依据并给出了控制器的具体设计步骤。应用此方法设计了发电机汽门与励磁稳定控制器,仿真结果验证了理论分析的正确性与控制律的有效性。由于在控制器设计中未用到任何线性化方法,因而所得控制器充分利用了系统的非线性特性;考虑到Hamilton能量函数实际上是动态系统的Lyapunov函数,因此,该文也给出了一种从能量角度设计电力系统非线性稳定控制器的新方法。

基于Hamilton能量理论的水轮发电机水门与励磁非线性L_2控制

针对水轮发电机控制问题,进行了水门调节与励磁控制双输入设计,使系统达到功角和输出电压稳定性。对于五阶双输入水轮发电机模型,采用Ham ilton能量设计方法,在无外部扰动时,系统达到渐近稳定;有外部扰动时,系统具有有限增益L2稳定性。仿真结果验证了设计方法的有效性。

基于Hamilton能量理论的飞轮储能系统比率一致性控制

基于Hamilton能量理论,提出一种飞轮储能系统比率一致性控制方法。该方法通过对飞轮储能单元转速的调节,实现系统的比率一致性控制,达到飞轮储能系统(FESS)内部功率的合理分配。(a)建立飞轮储能单元端口受控Hamilton(PCH)系统模型,利用PCH系统反馈镇定原理,获得端口受控耗散Hamilton(PCH-D)模型;(b)研究飞轮储能系统的比率一致性控制问题,应用Hamilton能量成型的控制策略实现飞轮储能单元的转速调节,确保所有飞轮储能单元可以按照同一比率进行能量的储存和释放,实现功率的合理分配;(c)通过仿真验证该控制策略的有效性。结果表明:在比率一致性控制下,所有的飞轮储能单元可以按照同一比例进行能量的储存和释放。

基于Hamilton能量理论的含STATCOM的非线性控制器设计

针对含有静止同步补偿器(STATCOM)的单机无穷大系统,对其同步发电机建立实用的数学模型.从能量的观点出发,应用能量函数理论构造Hamilton能量函数,设计了STATCOM接入点电压与发电机励磁非线性控制器.该控制器直接使用系统能量作为储存函数,在平息系统扰动能力和快速稳定性上比其他常规控制器的控制性能优越.设计中完整地保留了系统的非线性控制结构,不需要线性化处理,比各种线性化设计方法具有更好的调节能力和鲁棒性.仿真结果表明,该控制器在系统遭受三相短路故障的情况下,能够比常规PID控制更有效地抑制干扰,更快地满足发电机励磁与STATCOM接入点电压的暂态稳定性.

基于熵产理论的多级液力透平能量耗散机理分析

液力透平作为一种液体余压能回收装置,在小水电建设和能量回收领域得到广泛应用,但其内部能量损失特性不清。以两级径流式液力透平为研究对象,基于熵产理论和Omega涡识别准则分析了各过流部件内能量耗散机理。结果表明:速度脉动和壁面效应是能量损失的主要来源,设计工况下二者总占比为98.03%。叶轮和导叶是透平内能量耗散的主要区域;小流量工况,叶轮损失占比较高;大流量工况下,导叶损失占比较高。叶轮内的能量损失源于叶片前缘分离涡、吸力面回流涡以及叶片尾缘涡等不稳定流动现象,而相对液流角与叶片进口安放角的不匹配是导致叶轮内产生不稳定流动的根本原因;在导叶和导叶Ⅱ-反导叶中,不同流量下导致其能量耗散的因素基本保持一致,叶片前缘失速涡和流动分离等劣态流动引起的动量交换是导致能量损失的主要原因。环形吸水室内流动的非对称性导致导叶Ⅰ各流道内熵产率分布不均匀,而导叶Ⅱ-反导叶通过正导叶的整流减小了冲击效应,各流道内熵产率分布均匀且高熵区较小。

基于气学理论与线粒体能量学关系探讨胃肠动力障碍疾病的病理机制

气学理论与线粒体能量学之间存在共性,气与能量同为万物之原,二者均以先后天之精(气)为生成原料,并以升降出入为运动形式。胃肠动力障碍疾病的发生与气虚脾胃运化不足、气滞脾胃运化不畅有关,基于气学理论与线粒体能量学的相关性,认为线粒体能量供应不足及流动异常均会导致胃肠动力障碍,其病理机制为与能量供应不足相关的缺氧、肠上皮细胞减少、肠道菌群失调和线粒体基因、核基因异常,以及与能量流动异常相关的线粒体膜变化和三羧酸循环、氧化磷酸化障碍。

面向高速铁路列车转向架环境监测的能量收集器理论研究

针对高速铁路列车转向架环境监测可靠电源的问题,提出了一种新型双自由度电磁式水平振动能量收集器。首先确定转向架环境下能量收集器的工作工况,后改进单自由度电磁式水平振动能量收集器的动磁体结构部分,提出双悬浮磁体耦合弹簧的一体式结构。建立理论模型并对双自由度电磁水平振动能量收集器进行动态响应分析。在同等输入激励下,双自由度电磁式水平振动能量收集器相比于单自由度电磁式水平振动能量收集器工作带宽提升了800%,最大功率输出提升349%。通过调节弹簧起始长度实现双自由度电磁式水平振动能量收集器工作频带范围与目标工况相吻合,调节间距为12mm时,该收集器工作带宽为9~62Hz,最大输出功率为4.63mW,与高速铁路列车转向架场景下的工作带宽相吻合。

能量理论在家校合作新模式中的运用与探究

家校合作作为学生成长的重要渠道,其模式变革对学生发展和教育公平有着重要影响。通过对中国典型城市进行调研发现,“双减”政策施行后家校合作正在形成“多方面、同方向”的新模式,家校合作满意度大大提升,家校合作渠道愈渐丰富;与之相反的是,部分家长焦虑情绪不降反增,教师负担纾解之策有待优化。为修复教育生态,本文以阿玛蒂亚·森(Amartya Sen)的能量理论为基础,分析“双减”政策下的家校合作新模式,构建路径模型,通过促进家庭与学校间的能量流动与扩散,以期发挥家校合作的协同育人作用,为促进教育公平提供建议。

基于能量守恒框架下的波动力学理论研究

基于波动力学的基本概念,提出了在能量守恒框架下建立波动力学方程的新思路与方法.首先,回顾了用牛顿第二定律推导波动力学方程,同时回顾并分析了利用Hamilton变分原理,推导了在连续介质中的Lagrange方程、Hamilton正则方程,以及相应的波动力学方程;其次,在能量守恒的框架下,建立了连续介质的Lagrange方程、Hamilton正则方程和波动力学方程,并证明其结果与利用经典力学推导的结果的一致性,特别地,澄清了用Hamilton变分原理建立保守系统下连续介质的Lagrange方程和Hamilton正则方程时在边界条件应用时的一些模糊认识.在能量守恒框架下建立一系列动力学方程,为我们在不涉及泛函求极值的变分原理等基础上刻画和表述复杂介质中波动现象的演化规律提供了另一种途径,也深入探讨了最小作用原理的物理本质.最后,在能量守恒的框架下给出了建立黏弹性介质中的波动力学微分方程的应用.

砂土中能量桩单桩水平承载特性模型试验研究

为探究能量桩单桩水平承载特性,针对砂土中能量桩在水平荷载下的承载特性进行研究,基于模型试验,分析了水平荷载作用下能量桩在制冷和加热过程中的桩顶位移、桩前土压力以及桩身弯矩等的变化规律。研究结果表明:制冷会引起能量桩桩顶水平位移略微增大,增量为0.48%D(D为桩体直径),而加热会引起较大的桩顶水平位移,达到了2.38%D;制冷和加热在初始阶段会引起桩前土压力增大,初始增长阶段结束后,土压力变化较小,多为缓慢增长或基本不变。相较于初始土压力,制冷和加热结束时的土压力基本呈增长趋势,仅个别埋深处土压力减小。制冷过程中,埋深0%L~40%L(L为有效桩长)范围内的弯矩增大,埋深40%L~100%L位置处的弯矩变化较小;加热过程中,埋深0%L~60%L范围内的弯矩均有所增大,0%L~40%L位置处的弯矩增大最为明显。制冷和加热过程中均在20%L处产生了最大弯矩,最大弯矩的增加量分别为9.93%和10.32%。进一步基于圆孔扩张理论提出了弯矩计算的理论解,并与试验结果进行对比分析,理论计算值与实测值较为吻合。

熵理论视角下网络文学正能量的生产与传播

按照熵理论,网络文学系统的混乱将进一步增加,为了对抗网络文学生产与传播中的熵增现象,必须持续由外界提供能量,达到有序的熵减状态。从管理视角出发,熵减状态既需要通过治理来抑制混乱和无序,更需要激励正能量作品的生产与传播,达到更高状态的熵减。本文探讨管理者为何、如何激发网络文学平台、作者及网络文学编辑、读者相关主体的积极性,扩大网络文学正能量作品的生产与传播,助力网络文明建设。

基于Hamilton系统理论的直流配电系统镇定控制

随着分布式发电及电动汽车的大规模接入,直流配电系统中的随机因素日益增加,直流源荷设备的随机性扰动以及交流线路参数、滤波电容参数的不确定性都会影响到系统的稳定性。建立了直流配电系统随机动态模型,提出了基于Hamilton系统理论的随机稳定控制方法,设计了预反馈控制律及镇定控制器,搭建了仿真及实验系统,并对比了加入镇定控制器前后的系统动态特性及稳定性,仿真和实验结果表明,所设计的镇定控制器能够抑制随机扰动产生的振荡现象,提高系统的动态特性及稳定性。

基于无轨道密度泛函理论的金属钠板系统能量泛函

使用OF-DFT计算了金属钠板的基态密度和功函数,并通过大量数值实验,确定了对于金属钠板获得准确基态性质所需的vW动能泛函.结果表明,金属钠板获得准确基态性质所需的vW动能泛函比重为0.4,该动能泛函比重能适用于不同的交换关联势.

基于哈密顿能量理论的发电机励磁与ASVG协调控制

针对含有先进静止无功发生器(ASVG)的单机无穷大系统,建立了4阶非线性状态空间数学模型.基于Hamilton能量函数理论,设计了ASVG安装点电压与发电机励磁的新型非线性协调控制器.数字仿真结果表明,在系统遭受到较大干扰的情况下,所设计的控制器可同时满足发电机励磁与ASVG装设处电压的暂态稳定性要求.

基于Hamilton理论的船舶柴油发电机组控制策略

为验证一种新型控制器在船舶柴油发电机组工况切换和并网发电时的控制效果,通过研究船舶电站系统的非线性数学模型,然后基于Hamilton能量理论,设计柴油发电机组的非线性调速励磁协调控制器,最后设计船舶电站仿真系统对所提方法进行验证。仿真结果表明:Hamilton协调控制器在空载启动、负载突变和并网发电的过程中能更好地保持系统的稳定性,因此,Hamilton协调控制相比于传统的比例积分和微分(Proportion Integral Differential,PID)控制器具有更好的控制效果,具有一定的工程应用价值。

基于能量法的隧道穿越引起既有管线变形研究

针对隧道穿越引起既有管线变形的问题,本文出发点并非沿用力学平衡,而是从系统能量入手。将既有管线视为Euler-Bernoulli梁,并搁置于可考虑地基连续变形的Pasternak地基上。参考Rayleigh-Ritz法给出位移函数,写出地基梁系统各部分的功能表达式,建立关于管线变形的总势能方程。依据最小势能原理对其进行变分运算并求解,推导得到计算管线变形的理论解析。分别利用有限元软件的模拟结果和已发表文献中实际工程的监测数据验证所提方法的合理性。进一步对既有管线抗弯刚度、新旧结构穿越角度以及地层损失率展开参数分析。研究结果表明,随着既有管线抗弯刚度和新旧结构穿越角度的增大,既有管线的变形减小;而随着地层损失率的增大,既有管线的变形也随之增大。所提方法可快速评估隧道开挖对既有管线的影响。

结合面法向接触阻尼能量耗散弹塑性分形模型

结合面法向接触阻尼能量耗散建模时,只考虑微凸体弹性变形时的储能和塑性变形时的耗能是不完全的,因为微凸体存在弹塑性变形情况。通过引入微凸体加卸载模型,分离了处于弹塑性变形的微凸体的能量储存与耗散,建立了更加符合实际情况的结合面法向接触阻尼能量耗散及其损耗因子模型。通过仿真发现,结合面法向接触阻尼能量耗散及其损耗因子随着分形粗糙度参数的增大而增大,随着分形维数的增大先减小后增大,且在1.2附近出现最小值;结合面法向接触阻尼能量耗散随着法向接触载荷的增大而增大,损耗因子随着法向接触载荷的增大而减小;考虑弹塑性过渡机制情况下法向阻尼能耗低于仅考虑弹性和塑性机制情况下的法向阻尼能耗。

对旋轴流通风机叶轮内不可逆能量损失机理

随着节能降耗成为当今世界的迫切需要,提高通风机能量转换效率越来越受到重视,已成为通风领域内关键问题。掌握叶轮内不可逆能量损失演化机制是实现能量高效转化的前提与基础,但目前尚缺乏针对叶轮内不可逆能量损失机理方面的研究。为此,以对旋轴流通风机为研究对象,采用数值模拟和实验方法获得了不同流量工况下通风机内部流场。基于熵产理论,建立了通风机叶轮内不可逆能量损失理论模型,明确了叶轮内不可逆能量损失与空间流场参数的内在关系,实现了叶轮内不同类型能量损失的定量分析,结合叶轮内流动特征,明确了能量损失空间演化规律和产生原因。研究结果表明,熵产方法计算叶轮内不可逆能量损失是可靠的,直接黏性耗散损失和壁面摩擦损失是能量损失的重要组成部分,而湍流耗散则是引起能量损失的主要原因,达到总能量损失的60%~80%;对于前级叶轮,湍流耗散引起的能量损失在1.0Q_(BEP)流量工况(Q_(BEP)为最优工况流量)达到最小,而后级叶轮能量损失随流量的降低而增大。能量损失主要集中在Span=0.6~1.0(Span为叶展方向轮毂至机壳的无量纲距离)区域,在1.0Q_(BEP)工况达到总能量损失的70%;叶顶间隙泄漏流和叶片前缘溢流引起的螺旋旋涡、叶轮内回流、叶片压力面和吸力面流动分离以及叶片后缘尾迹都将导致能量损失产生,其中流动分离和尾迹引起的高能量损失区域较小,能量损失相对有限,而旋涡和回流显著影响叶轮内流体流动,最终导致叶顶附近区域出现大量能量损失。

基于数据驱动信息间隙理论的风光水储聚合商多元市场竞标决策模型

随着电力系统中可再生能源(renewable energy sources,RESs)比例不断增加,新能源参与能量市场和备用市场在技术上和经济上的重要性不断凸显。研究了含有风、光、水、储资源的RES聚合商在日前市场、备用市场及实时平衡市场等多个市场的综合竞价策略。针对北欧顺序交易市场框架,提出了一套考虑备用资源和波动补偿耦合的数据驱动信息间隙理论(data-driven information gap theory,DIGDT)决策模型解决RES聚合商的多阶段竞价优化问题。在DIGDT中采用基于置信区间的模糊集构造方法(confidence interval-based ambiguity set,CIAS)估计风、光的预测误差,通过机会约束对水电和储能(batteryenergy storage,BES)补偿出力偏差的可能性进行建模,并考虑备用资源与补偿容量的多时间尺度耦合。在备用市场中,利用基于备用调用场景的随机优化确保日前备用计划的可行性。通过案例分析验证了所提出模型的有效性。

振动能量回收减速带建模与动力学特性研究

为了开发应用振动能量回收减速带,分析振动能量回收减速带参数与汽车悬架参数的耦合特性机理。首先分析了液压式振动能量回收减速带的工作原理;其次,研究了减速带的动态模型激励函数,并建立二自由度车辆—换能器模型,并从换能器的作用机理入手,通过复模态理论分析车辆—换能器的振动模型动力学特性;最后,依据振动能量回收减速带与汽车悬架系统的耦合动力学模型,对采用不同参数的振动能量回收减速带对汽车运动特性的影响进行了分析;并从回收能量潜能大小的角度分析了汽车悬架参数对振动能量回收减速带运动特性的影响。为振动能量回收减速带的设计提供了理论参考。