三端口柔性多状态开关多模式平滑切换控制策略

光伏整县推进和电动汽车快速发展造成配电网末端电压偏高等电能质量问题,基于区域柔性互联的柔性多状态开关(flexible multi-state switch,FMSS)技术成为解决方案之一。针对柔性多状态开关PQ模式与VF模式间切换的波动及冲击性问题,提出在状态跟随控制器之后添加惯性环节,并改进相位预同步环节,可实现FMSS并离网工作模式的平滑切换。针对FMSS直流母线控制端的馈线故障导致系统运行崩溃问题,提出一种引入权值调节的控制策略,可实现系统稳定运行情况下,有功控制和直流母线电压控制的平滑切换。在MATLAB/Simulink环境下搭建了三端口FMSS仿真模型,对提出的控制策略进行了仿真验证,仿真结果实现了任意馈线故障下三端口FMSS无缝转供电功能。最后搭建物理实验平台,进一步验证了所提平滑切换策略的有效性。

球形万向惯性开关设计的关键变量分析

目的深入探究万向惯性开关的动力学特性。方法推导相关数学模型,根据模型结构和运动状态计算出开关的匀加速度灵敏度,在此灵敏度的基础上施加过载,观察关键部件的尺寸公差以及弹簧的预压力设置对运动状态的影响,采用MATLAB和ADAMS等2种软件对比仿真。结果对运动结果起决定性作用的关键变量为大小弹簧的预压力。针对关键零件的公差带来的影响,由仿真和理论计算可知,轴向施加过载时,大弹簧、小弹簧的影响百分比分别为53.09%和18.32%,小球+杆、小球的影响百分比分别为10.39%和1.98%。弹簧的尺寸公差影响约为接电结构尺寸公差影响的5.11~9.25倍;垂直轴向施加过载时,大弹簧的影响百分比为0.81%,小球+杆为3.49%,倍数关系为4.31倍,但影响百分比均较小。结论大弹簧的公差影响最大,其次为小弹簧的公差,然后是球的尺寸公差,最后是杆的尺寸公差。依据模型结构,推导出球形万向惯性开关关键变量的普遍规律,支撑内部接电结构的部件所产生力学效应的影响效果最大,其次为接电结构的尺寸大小。

基于MPSO算法的特定谐波消除技术研究

目的对于级联H桥逆变器的调制,特定谐波消除技术具有开关损耗小,能够消除特定次谐波,变换效率高等优点,但传统粒子群优化算法(Particle Swarm Optimization,PSO)在求解消谐方程组时收敛性差,容易局部最优,提出一种改进的粒子群优化算法(Modified Particle Swarm Optimization,MPSO)。方法该算法用非线性惯性权重取代线性变化的惯性权重,并在非线性惯性权重引入混沌映射以产生随机性更好的随机量,新的惯性权重可权衡粒子的全局搜索和局部搜索能力,使粒子具有后期跳出局部最优的能力;另外,该算法优化了速度和位置的更新机制,以增强算法的收敛速度,并保证粒子在后期仍具有一定种群多样性优势。结果根据级联H桥型逆变器的非线性消谐方程组,在保证输出电压基波的前提下最大化降低目标次谐波,建立适应度函数,将MPSO算法应用于级联H桥型逆变器的SHEPWM,能够在1~1.2的调制度范围内得到优化的开关角,提高收敛精度和求解成功率。通过七电平CHB逆变器仿真平台验证了MPSO算法所求的优化开关角能够有效地消除5次、7次谐波。结论通过使用非线性惯性权重和优化粒子的速度和位置更新机制,可以增加开关角求解成功率,所得解可以有效地消除目标次谐波。

基于模糊控制的储能参与一次调频综合控制策略

针对储能调频控制模式间以临界值方式直接切换造成功率跃变及储能荷电状态(SOC)过高过低,储能出力受限问题,提出一种基于模糊控制的储能参与的一次调频综合控制策略。首先,分析储能虚拟下垂、虚拟惯量和虚拟负惯量控制参数对系统频率响应的影响,确定各控制参数调频优势和稳定变化范围;其次,设计含虚拟负惯量控制的模糊控制器,实现控制模式之间的平滑切换和优势互补,加快频率恢复;最后,采用logistics函数设计SOC反馈控制策略和SOC自恢复控制策略,使储能容量得到更好的保持,提高储能的调频能力。仿真实验验证了所提策略的有效性。

工艺误差下MEMS惯性触发开关的阈值特性研究

为促进MEMS惯性触发开关实现工程化应用,对工艺误差下MEMS惯性触发开关的阈值特性进行了研究。加工了相关MEMS万向惯性开关器件并进行加速度阈值测试,从尺寸与弹性模量两方面分析其误差来源与产生机理,测量器件的结构尺寸与弹性模量,构建一个考虑工艺尺寸与弹性模量的仿真模型并进行仿真精度分析。仿真结果表明,工艺尺寸与弹性模量误差对开关的阈值特性有重要影响,所构建的仿真模型能够较好地预测开关性能。

基于决策树算法的高任务可靠性惯性开关设计准则挖掘

针对目前弹用惯性开关导通不稳定即任务可靠性普遍较低的问题,综合考虑重锤、弹簧等17组设计属性参数,基于交叉验证法构建样本数据,提出了基于决策树算法的高任务可靠性惯性开关设计准则挖掘模型。该模型根据实际加工产品参数进行数据挖掘,并采用Spyder软件画出决策树图,从而确定高任务可靠性惯性开关设计准则为:当重锤重量设计小于等于0.002g时,可保证惯性开关具有高任务可靠性;以基尼系数为评价指标,确定惯性开关任务可靠性的主要影响因素;采用动力学分析的方法,验证主要影响因素的准确性。最终得出结论:重锤重量是影响开关响应阈值的主要因素。通过此研究能够有效地挖掘惯性开关高任务可靠性的设计准则,极大地提高了惯性开关的导通率,为惯性开关的发展提供理论支撑。

基于功率匹配和自适应惯性的VSG预同步控制方法

虚拟同步发电机(VSG)从离网向并网模式切换时需要进行预同步控制。针对VSG预同步并网后的稳定性问题,提出一种基于功率匹配和自适应惯性的VSG预同步控制方法。所提方法将电网电压的幅值和频率作为VSG输出电压的参考值,然后根据本地负载功率调整其输出功率参考值,使VSG输出电压的频率和幅值与电网电压同步,最后采用相位偏差的反馈控制实现相位同步。所提方法使得VSG并网后稳态工作点对应的输出功率与并网前一致,避免了VSG并网后出现的功率跃变现象。考虑到VSG在非理想情况下并网后出现的功率振荡,引入自适应惯性实现同步过程的振荡抑制。基于MATLAB/Simulink构建了VSG预同步并网仿真模型,结果表明:所提方法可保持VSG并网前后稳态输出功率一致且非理想情况下并网后的振荡时间可减少约60%,验证了所提方法的有效性。

用于MEMS惯性开关的微弹簧有限元动力学分析

设计水平和垂直方向两种驱动形式MEMS(micro-electro-mechanical system)惯性开关,应用ANSYS10.0有限元软件对其中的镍质微弹簧结构进行实体建模和动力学模拟分析,得到其在动载荷下的应力分布情况和端部位移响应曲线,并比较静动载荷下结构参数对微弹簧水平和垂直方向上弹性常数(klevel和kvertic)的影响规律。文中的有限元动力学分析方法为较准确地评定类似MEMS微弹簧弹性常数提供一条有效途径,具有工程实际应用价值,特别是为动载荷下工作的惯性类微器件中弹簧的进一步优化与加工提供重要依据。

基于非硅衬底的微机电系统惯性开关的研制

以非硅表面微加工技术为基础,在玻璃衬底上设计和制造一种简单可靠并有反向冲击保护的单向一次触发微机电系统(Microelectro-mechanical system,MEMS)惯性电学开关。该设计采用连体蛇形弹簧将可动电极(质量块)悬空固定,用挡块作为反向冲击保护,其敏感方向为平行于衬底面的水平方向,整个器件使用成本较低而又方便的叠层电镀镍工艺制作。通过对弹簧-质量块系统运动过程的理论分析和有限元仿真,研究器件阈值加速度与其质量块厚度的关系,并用落锤试验对封装器件的阈值加速度以及峰值为100g(g=9.8m/s2)半正弦冲击下的响应进行了测试,得到该微开关的阈值加速度分布在58g～72g,基本符合预期设计的60g阈值加速度要求,响应时间约为10–4s量级,与有限元仿真结果吻合较好。

微机电系统惯性电学开关的设计与制作

基于非硅表面微加工技术,给出了微机电系统惯性电学开关的一种新式设计,该设计采用两端悬空固定的多孔弹性梁作为固定电极,由连体蛇形弹簧连接悬空的质量块作为可动电极,可动电极位于支撑层和弹性梁之间,该结构在保证微开关具有足够灵敏度的同时,可有效提高两电极间的接触效果和器件的抗冲击保护。使用成本较低的多次叠层电镀镍的方法制作了设计的微型惯性开关,并对其元器件进行了试验测试,结果表明:开关在100g加速度作用下的响应时间和接触时间分别约为0.40ms和12μs,与有限元动力学仿真结果吻合较好,表现出较高的灵敏度和良好接触效果。

基于计算机仿真的引信惯性开关结构设计

以某火箭弹惯性开关为研究背景,介绍一种基于计算机仿真的设计和调整引信零件结构参数的方法,并对该方法进行了验模试验,验模结果表明该设计方法的计算结果与试验结果十分接近。

引信MEMS机构可靠性强化试验方法

MEMS机构具有体积小、批量生产、成本低等优点,非常适合引信的发展要求,但其可靠性问题限制了其应用且目前还没有标准化的可靠性试验方法。针对此现状,提出了将强化试验方法引入引信MEMS机构的可靠性研究。确定了可靠性强化试验的内容为温度循环、随机振动和冲击试验,分别参照GJB548B、GJB573A等国家军用标准设计了试验剖面。MEMS惯性开关试验结果表明:所设计的可靠性强化试验方法能够快速有效地激发惯性开关的潜在缺陷,暴露其薄弱环节,对下一步的改进工作具有指导意义。

低g值微惯性开关中阿基米德平面螺旋梁的设计

针对低g值微惯性开关对微弹簧的系统刚度达到(0.1~10)N/m数量级的要求,设计了一种阿基米德平面螺旋梁结构的微惯性开关。根据材料力学中的卡氏定理和线弹性理论,推导了阿基米德平面螺旋梁的弹性系数计算公式,并与ANSYS有限元仿真分析结果进行了对比。基于推导的弹性系数计算公式设计了一种三根阿基米德平面螺旋梁支撑的动作阈值5.5gn的微惯性开关,并采用SOI硅片以及玻璃-硅-玻璃键合技术进行了加工,在离心转台上对开关实际动作阈值进行测试,并将测试值与设计值进行对比。结果表明,采用推导到的阿基米德平面螺旋梁弹性系数计算公式计算结果与ANSYS仿真结果相近,基于推导的弹性系数计算公式设计的三根阿基米德平面螺旋梁支撑的微惯性开关动作阈值设计值与实测值相近,单根阿基米德平面螺旋梁弹性系数约0.8 N/m,能够满足低g值微惯性开关低刚度的要求,推导的弹性系数计算公式能够用于基于阿基米德平面螺旋梁的低g值微惯性开关的设计。

惯性释放在汽车飞翼门slam分析中的应用

为评估汽车飞翼门开关门疲劳性能,利用惯性释放方法对车门进行slam分析.分析表明,惯性释放方法能快速、有效地再现车门slam过程中的应力响应,有利于在汽车开发前期预估车门结构性能,提高设计水平.

刚体转动惯量实验中时间测量的改进方法

对传统的刚体转动实验仪时间的测量方法进行了改进,提高了实验测量的精度,拓展了实验内容.同时也可以作为开放、设计性实验.

基于功率追踪曲线切换的双馈风电机组惯性控制策略

提出了一种双馈风电机组惯性响应的控制策略。首先指出双馈风电机组惯性控制的特点,由于其惯性控制在风机功率追踪模块中进行,因而与风力机的输出功率特性相关;然后,对曲线切换惯性响应的形成原理和整个过程进行了详细说明;最后,在仿真软件中进行了双馈机组曲线切换惯性控制的仿真分析,验证了所提出惯性控制策略的有效性和实用性。

非硅MEMS惯性开关可靠性研究

非硅MEMS惯性开关具有体积小、成本低、可批量生产以及强度和导电性能较好的优点,但其可靠性问题制约了其应用领域。通过开展非硅MEMS惯性开关的可靠性实验(包括温度循环实验和随机振动实验),找出其主要失效模式为分层。通过对失效部位进行分析,并利用有限元方法分析器件上的应力分布,研究了相应的失效机理。研究结果表明:引发惯性开关分层失效的主要原因是层间产生疲劳效应,温度循环应力会使惯性开关各层间由于热膨胀系数失配而产生疲劳,而振动应力则直接加载在惯性开关上而使其产生疲劳;惯性开关中铬层与铜层之间最易发生失效,而分析表明该层间界面处热应力最大;经历温度循环实验和振动实验的惯性开关相较只经历一种实验的样本更容易失效,进一步说明了温度循环应力会使开关层间发生疲劳,而振动应力则会引起应力集中而加速分层失效。

引信惯性球电触发开关方向敏感性

针对弹簧压球结构的引信惯性球电触发开关方向敏感性问题,应用刚体静力学理论建立了引信惯性触发作用时不同方向角下惯性球对预压簧的作用力表达式。分析表明,为提高惯性球电触发开关触发灵敏度,应尽量增大惯性球质量和滑套球窝锥角,并减小滑套和弹簧质量以及各运动副间的摩擦系数。惯性球电触发开关应成对相向布设,以消除触发时不利方位的影响。而惯性球质心应尽可能靠近弹的质心设置,以防止弹空中旋转引发弹道炸。

微惯性开关设计技术综述

微惯性开关作为微惯性传感器中的一类特殊器件在设计方面因应用背景的差异存在多种技术方案。通过描述惯性开关的工作原理和分类,介绍了国内外微惯性开关的研究概况,针对线性低g值微惯性开关闭合接触力小,触点接触弹跳,硅基导电性较差等共性问题进行了分析和讨论,提出了引入静电力或磁力以增大接触力,采用柔性接触结构以实现平稳接触,采用硅金属化工艺以实现良好的导电性等解决办法,可供微惯性开关结构设计时参考。

集成开关型霍尔传感器在测量物体转动惯量中的应用

介绍集成开关型霍尔传感器的优点、特性测量及其在物理实验和自动化监测中的应用。