基于MATLAB_App Designer电力电子虚拟仿真实验系统设计

根据MATLAB_App Designer提供的界面布局功能,运用MATLAB_Simulink搭建电力电子仿真模型,设计了一套人机交互式电力电子技术仿真实验系统。该系统包含典型的电力电子仿真模型和实例,可以帮助学生和工程技术人员学习电力电子电路的工作原理,分析和研究参数设置对电路电压、电流等波形的影响,有利于提高学习者对电力电子技术的研究和设计能力。

面向“新工科”建设的项目导向MATLAB教改实践

由于简单、直观等优点,MATLAB已是本科阶段大多数工科学生需要掌握的技能之一。在此基础上,为顺应“新工科”建设,课程组在MATLAB教学过程中,采用基于项目导向的编程训练,通过给学生指定或让学生自拟研究题目的方式,引导学生查阅相关资料,了解所选研究题目的背景与研究动态;再利用掌握的MATLAB编程技能、工具箱和专业知识,完成研究题目。实现将课程教学与专业知识深度结合的教学目的,既培养学生针对问题的计算思维和编程能力,又促进学生对专业知识的深入理解和掌握,为学生今后开展相关研究奠定工程实践基础。

强化工程案例教学,促进研究能力培养——以“MATLAB与化工数值计算”课程为例

为了更好地培养学生基于科学思维和工程实践的研究能力,以大量真实化工案例剖析为驱动,将工程案例教学法有机融入“MATLAB与化工数值计算”各个教学环节,通过工程案例教学架构设计、工程案例教学群组开发、工程案例教学方案实施以及工程案例教学考核评价等多种教学方式来不断强化学生利用先进技术方法和工具解决化学化工过程复杂工程问题的专业综合能力,有效助力我国能源化工行业“工业4.0”的升级与改造。

青皮核桃采摘机械臂设计与仿真

针对大多数核桃种植区采摘核桃仍为人工采摘,效率低下、用工多等问题,设计了一种机械臂和末端执行器协作的采摘装置。首先,采用SolidWorks建立虚拟样机,对末端执行器进行受力分析并且利用ANSYS Workbench中的Static Structural模块对末端执行器关键部件进行静力学分析,得到手指最大应力为17.69 MPa,能够完成果实抓取任务。然后,采用D-H法对机械臂建模,使用MATLAB软件的机器人工具箱(Robotics Toolbox)进行建立机械臂数字模型,并对其进行工作区间分析和轨迹规划仿真。结果表明,所选机械臂和末端执行器能够满足设计要求。

基于DIC的露天矿山微差爆破模型试验及数值模拟

随着电子雷管在露天矿山台阶爆破中的全面使用,微差爆破技术得到进一步发展,如何通过调整孔间延时提高炮孔之间相互作用力,成为矿山爆破技术的研究重点。基于混凝土模型模拟露天矿山微差爆破,建立高速摄影技术与数字图像相关(DIC)试验系统,基于全场微应变、高速摄影技术和数值模拟对不同孔间延时条件下的炮孔间裂纹发展过程进行了研究。结果表明:爆炸载荷下模型表面裂纹附近的应变持续时间约为3 ms,孔间延时为3 ms时下一个炮孔起爆能够提高炮孔之间的相互作用力;通过数值模拟展示了测点的压力分布特征,在孔间延时为3 ms时测点压力最大,验证了模型试验的准确性;利用MATLAB对数值模拟结果分析发现,孔间延时为3 ms时其破碎程度最佳,与模型试验结果具有较好的一致性;使用高速摄影技术结合DIC方法为研究炮孔之间的相互作用力及裂纹扩展提供了新思路。

MATLAB在“张量分析”课程教学中的应用

张量分析是一种重要的数学工具,它在相对论、电磁场论和连续介质力学等诸多学科都有着广泛的应用。掌握这种数学工具,已成为从事相关科学研究的必备基础。然而,张量分析中非欧几里得空间局部切标架的存在,增加了张量计算和分析的复杂性。学生在学习“张量分析”课程时面临着抽象概念和复杂公式的理解上的困难。本文提出利用MATLAB工具在绘图、脚本编程和符号推导等方面的强大功能,从旋度分析、坐标变换和定理辅助证明这三个方面,并结合MATLAB脚本代码,展示MATLAB工具辅助于该课程教学的重要作用。教师借助该工具开展课程教学,将帮助学生有效提高对张量分析知识的理解。学生掌握了该课程的基础知识后,便能进一步使用MATLAB的张量工具箱或Pytorch深度学习库进行张量运算操作。

基于BP神经网络算法的异步电机故障诊断系统研究

为了确保电机安全可靠地运行,研究了BP神经网络算法对异步电动机进行故障诊断。通过MATLAB平台,分别使用附加动量因子和自适应学习率两种梯度下降法进行网络训练,搭建故障诊断BP网络模型。以MSE值为指标优化最佳隐含层节点数、动量因子与学习率,并通过遗传算法来优化BP网络的初始权值,对故障测试样本进行仿真测试。结果表明,GA-BP网络模型比MF-BP和AG-BP的MSE值更低,仅为0.009163,优化后的诊断预测结果与目标值几乎没有差别。基于遗传算法改进的故障诊断系统模型能够满足异步电动机故障诊断的应用需求。

置换蒸煮终点Kappa值软测量的设计与实现

针对纸浆置换蒸煮过程中数据采集困难、缺乏工艺终点Kappa值在线测量仪表的现实问题,本课题分别用RPLSR、RBF和RPLSR-RBF 3种算法建立了Kappa值软测量模型,并用MATLAB对建立的模型进行了仿真分析。结果表明,相比于使用单一RPLSR或RBF算法建立的模型,RPLSR-RBF算法建立的软测量模型精度较高、相对误差较小。此外,本课题设计得到了Kappa值在线软测量系统实现框图和工作流程图。

二维核磁共振评价页岩流体饱和度实验仿真

二维核磁共振(2D NMR)T_(1)-T_(2)测量在页岩油勘探中具有重要优势,但其数据处理与解释过程复杂,涉及抽象的理论知识。设计了一套基于Matlab图形用户界面的2D NMR T_(1)-T_(2)谱储层流体识别与饱和度评价实验仿真。仿真系统包括地层T_(1)-T_(2)谱模型构建、回波数据正演、回波数据反演以及流体识别与饱和度评价模块。通过输入不同参数,模拟得到页岩地层的T_(1)-T_(2)谱模型、回波数据、T_(1)-T_(2)谱反演结果以及页岩储层流体识别与饱和度评价结果。实验以直观、实用的方式向学生展示了基于2D NMR T_(1)-T_(2)谱的页岩储层流体识别与饱和度评价过程,增强学生对NMR数据处理与解释方法的理解,提高NMR教学效果。

基于压电材料的主动吸声仿真方法研究

主动控制仿真软件很少,大部分控制问题都采用MATLAB自编程进行计算或搭建试验台进行试验,前者仿真结果不可靠,后者需要消耗大量的经费。针对这种问题,该文采用一种新的仿真方法,对圆形和方形压电陶瓷片的主动吸声降噪性能进行对比研究。仿真步骤分三步。第一步,在ANSYS动态分析中获取压电陶瓷片前的两个聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride,PVDF)压电传感器在当前载荷步下产生的声压和质点振动速度。第二步,将第一步得到的声压和质点振动速度信号导入MATLAB,分离入射声波和反射声波,利用MATLAB自带的最优控制算法计算出需要施加的控制电压。第三步,在ANSYS中将MATLAB计算出的控制电压施加到压电陶瓷片的两端,再次进行动态分析,得到下一个载荷步的两个PVDF压电传感器产生的电压。重复以上三个步骤,就可以模拟出压电陶瓷片的主动吸声控制过程。仿真试验得到了施加在不同形状压电材料上的驱动电压与频率的关系,仿真结果与理论计算结果接近。仿真试验结果表明,在表面积相同的情况下,与方形压电陶瓷片相比,圆形压电陶瓷片的吸声降噪效果更显著。

Cu-4Ag合金微细丝拉拔极限预测模型

采用三室真空冷型竖引连铸设备制备了Cu-4Ag合金铸态杆坯,并利用连续冷拉拔变形得到了不同线径的Cu-4Ag合金微细丝,通过拉拔实验获取了不同线径下材料的屈服强度和抗拉强度;基于线径与强度的关系,构建了微细丝拉拔极限预测模型。结果表明,在拉拔过程中,Cu-4Ag合金微细丝的线径与抗拉强度密切相关,具有明显的尺寸效应;修正后的拉拔极限模型能够较为准确地预测不同线径的Cu-4Ag合金微细丝能够达到的拉拔极限。将拉拔极限模型产出的数据导入MATLAB中,构建了三维曲面模型,可以更为直观地分析材料的拉拔极限。

基于Matlab的超磁致伸缩骨传导振子设计平台研发

针对声学领域中利用稀土超磁致伸缩材料(GMM)设计的微型骨传导振子结构设计计算复杂的问题,提出设计一款稀土超磁致伸缩骨传导振子的结构设计平台。在稀土超磁致伸缩换能器设计理论的基础上,利用Matlab强大的数据处理能力和GUI图形用户界面功能搭建了骨传导振子的设计平台。该平台可以对骨传导振子内部的GMM棒、激励线圈、预压力机构等部件进行设计计算,还可对骨传导振子的性能指标进行检验。该平台操作简单,可根据设计要求进行改变参数,有效地提高了设计效率。

基于构造绝对值三角函数的光栅信号细分

为了进一步提高光栅传感器的测量精度,需要对信号进行细分,但光栅莫尔信号的细分精度取决于信号的质量。本文利用归一化并结合CORDIC的方法补偿了直流、幅值、相位等误差,利用补偿后的信号构造绝对值三角函数,实现一个完整周期信号的16倍细分,并通过MATLAB进行了仿真,验证了该方法的可行性。

基于人体运动意图理解的机器人仿真教学研究

传统机器人课程侧重于理论知识而忽略了实际的工程应用,学生通常缺乏足够的实践经验,只是在理论层面了解机器人的原理,没有机会真正动手操控和编程实际的机器人系统。在本文的机器人仿真教学研究中,引入肌电信号作为控制源,利用MATLAB软件中的Robotics工具箱进行仿真可视化案例设计。学生能够在仿真环境中直观地感受肌电信号与机械臂控制之间的关联,加深对理论知识的理解,培养了动手实践和问题解决能力。

工程教育背景下MATLAB在通信原理教学中应用

在工程教育专业认证的背景下,为有效开展通信原理课程的综合实践,提升教学效果,将MATLAB设计引入教学活动中。以工程教育理念为指导,改进传统实践教学不足。以CDMA设计为案列,介绍新思路下教学设计与实施过程,注重培养学生解决复杂工程问题能力,构建多方面综合教学考核评价体系,激励学习主观能动性。实验结果表明,该方法有效可行,满足工程教育专业认证人才培养需求。

科研项目驱动下本科课程教学改革创新研究

文章以MATLAB课程为例,从课程教学改革中科研创新存在的必要性、当前课程教学中存在的主要问题、教学改革与科研创新良性发展的主要措施以及如何结合教师的科研项目引领教学改革这几个方面进行阐述,研究和探讨了科研项目对于本科课程教学改革的作用。

基于ROS-Matlab的移动机器人仿真研究

结合Linux下ROS系统高性能的仿真工具和跨平台兼容性,以及Matlab强大的计算能力、丰富的工具箱和函数库,通过建立ROS-Matlab的仿真控制系统,对移动机器人的关键技术进行研究。文中介绍了ROS-Matlab系统的框架和功能,首先,使用Gazebo构建2D仿真室内环境,通过Solidworks创建移动机器人模型,并将该模型以URDF文件形式导入ROS环境中;其次,利用SLAM_gmapping算法对仿真室内环境进行扫描建图,由Simulink发布目标点坐标和目标点导航话题,控制移动机器人完成导航任务;最后,由Simulink发布轨迹跟踪话题,控制移动机器人进行轨迹跟踪。通过仿真验证,由所建地图、目标点导航和轨迹跟踪曲线说明仿真系统的可行性,为机器人研究提供参考。

基于推力矢量分配的ROV姿态控制技术研究

针对遥控水下机器人(ROV:Remote Operated Vehicle)在水下作业时,传统滑膜控制(SMC:Sliding Mode Control)方法存在抖振、稳定性差等问题,提出一种新型协同控制律,并设计出一种基于推力矢量分配的ROV姿态控制器。首先,建立ROV运动学和动力学模型,并解耦动力学模型;然后,提出了一种新型协同控制律,通过构造适当的宏变量使其呈指数收敛,从而为ROV姿态控制系统提供连续的控制律,达到消除ROV姿态控制系统抖振的目的;最后,采用新型协同控制律设计出基于推力矢量分配的ROV姿态控制器。通过Matlab/Simulink进行仿真,结果表明,所提出的新型协同控制律可提高ROV姿态控制系统的控制精度与稳定性。该控制策略为ROV姿态控制提供了一种新的可行方案。

高压氢气泄漏过程中气体参数计算的新方法

基于气体等熵喷射过程和绝热变化过程分析氢气泄漏的热力学过程,建立理想气体状态方程、Abel-Noble状态方程和基于NIST(National Institute of Standards and Technology)的真实气体状态方程的计算模型,利用MATLAB对稳态/非稳态泄漏过程进行计算。结果显示,建立的稳态泄漏模型能够精确计算泄漏口处的相关参数,在保证计算精度的前提下与数值模拟相比,误差可以忽略不计;非稳态泄漏模型中,与基于理想气体状态方程和Abel-Noble状态方程相比,基于NIST的真实气体状态方程误差更小;非稳态泄漏过程中,罐内气体温度高于理论预测值,泄漏质量流量小于理论预测值。真实气体模型在一定程度上体现了热力学模型的局限性,但与数值模拟等计算方法相比,该模型计算更加快捷精准,对实际气体泄漏事故的预测具有理论指导意义。

永磁同步电机直接转矩控制系统实验教学设计与实现

为加深学生对电气传动控制技术和永磁同步电机(PMSM)直接转矩控制(DTC)系统理论知识的理解,培养学生的团队合作能力和综合实践能力,搭建了直接转矩控制系统的实验平台,在课程教学中引入了HiGale半实物仿真系统和MATLAB软件。学生基于MATLAB软件对永磁同步电机的直接转矩控制系统进行仿真建模、参数调试、运行和分析,并进一步在HiGale中进行半实物仿真实验,对主要实验过程及结果加以分析,使得教学形式更加多样化。该平台帮助学生加深对直接转矩控制系统的理解和认识,提高学生理论联系实际的能力,激发学生对电机控制技术的学习兴趣。