基于传递矩阵法的柔性微定位平台动态特性研究

随着精密微定位技术的发展,对柔性微定位平台的动态特性研究越发重要。传递矩阵法(TMM)作为分析多体系统动力学的一种有效方法,具有建模方便、计算精度高等优势。为此,基于传递矩阵法建立微定位平台的动力学模型,以分析其动态特性。介绍传递矩阵法的基本思想并建立柔性机构的传递方程,推导了其在任意激励下的瞬时动力响应;基于柔性铰链和柔性梁设计了一种XY柔性微定位平台并推导出其支链及平台整体的传递矩阵;基于振动理论推导了平台主要特征单元的传递矩阵;最后,为验证理论模型的有效性,分别基于传递矩阵法、有限元法(FEM)及等效质量法(EMM)开展了对该平台固有频率和瞬时动力响应的研究。结果表明:基于传递矩阵法程式化地构建传递矩阵即可分析平台动力学特性,无须建立烦琐的动力学方程;相较于等效质量法,传递矩阵法可计算平台的高阶固有频率;平台固有频率理论值同仿真值最大相对误差仅为2.4%,动力响应理论值与仿真值基本吻合,证明了基于传递矩阵法所建模型的有效性。

基于支持向量机柔性机构动态可靠性分析

针对柔性机构可靠性分析中计算效率低和精度差的问题,提出一种柔性机构动态可靠性分析的支持向量机回归极值法。该方法利用蒙特卡洛法抽取柔性机构动态响应极值的小样本;基于这些样本和支持向量机回归理论,建立柔性机构动态响应极值的代理模型;使用该代理模型进行柔性机构动态响应可靠性分析。结合曲柄摇杆柔性机构实例,利用支持向量机回归极值法、蒙特卡罗法、人工神经网络代理模型和二次响应面代理模型方法,分别对连杆的变形和摇杆的摆角进行可靠性分析,通过对四种方法计算结果的比较,证明了支持向量机回归极值法在柔性机构动态可靠性分析中高效率和高精度,验证了支持向量机回归极值法在柔性机构动态可靠性分析的可行性和适用性。

爆炸荷载作用下柔性动边界拱的动力响应分析

实际工程中的拱结构并不是采用固支或简支等理想刚性支承,而是具有弹性支承、阻尼支承等柔性动边界。文中建立了具有动边界拱的力学模型,基于大变形动力微分方程并利用有限差分方法,研究分析了动边界拱在爆炸荷载作用下弹塑性动力响应。研究表明,柔性动边界对拱结构工作性能产生很大的影响,竖向弹性支承能够使短作用时间爆炸荷载下拱的内力峰值减小,并且使到达峰值的时间增加,阻尼支承能同时使结构的内力和位移衰减,因此可以利用柔性支承来提高结构的抗力。

电力系统稳定器对次同步振荡的影响及其机制研究

采用测试信号法,在普通交流系统、含静止无功补偿(static var compensator,SVC)的系统、含可控串联补偿(thyristor controlled series capacitor,TCSC)的系统中,研究速度反馈型(以Δω为输入)和功率反馈型(以_ΔPe为输入)电力系统稳定器(power system stabilizer,PSS)对次同步振荡阻尼特性的影响规律,得到速度反馈型PSS对次同步振荡影响较大,而功率反馈型PSS对次同步振荡几乎没有影响的结论;从PSS输入信号、相位补偿特性及PSS增益3个角度研究PSS对次同步振荡产生影响的机制:引入"次同步振荡响应比"的概念分析Δω和ΔPe的动态响应,并通过频域分析研究相位补偿环节的补偿特性及放大增益的影响。结果表明,速度反馈信号中次同步分量较大以及超前环节对次同步频率信号的放大作用是导致速度反馈型PSS对次同步振荡影响较大的主要原因。

爆炸荷载作用下柔性边界钢筋混凝土梁的动力响应与破坏模式分析

基于Euler-Bernoulli梁理论,推导了柔性边界钢筋混凝土梁在爆炸荷载作用下的弹塑性动力响应计算方法,并结合钢筋混凝土构件的动态极限抗力判别方法,分析了动荷载特征、支座刚度及支座阻尼对柔性边界钢筋混凝土梁破坏模式的影响规律。结果表明:在爆炸荷载作用下,柔性边界钢筋混凝土梁的破坏模式不仅与动载特性有关,还取决于边界条件。柔性边界可使钢筋混凝土梁的破坏时间明显延迟,动荷载加载速率越高、爆炸冲量越大,超压峰值越大,梁就越容易发生剪切破坏;随着支座刚度提高,梁的破坏模式由弯曲破坏转变为剪切破坏,破坏时间随支座刚度减小而延迟;随着支座阻尼增大,梁的挠度、弯矩和剪力幅值衰减越快,但破坏模式和破坏时间变化不大,说明支座阻尼对提高结构极限抗力的贡献很小。

基于多FACTS的网侧协调阻尼控制机理研究

柔性交流输电装置(flexible AC transmission system,FACTS)在提升电网安全稳定和运行效率方面发挥着重要的作用。随着柔性交流输电装置在电力系统中的广泛应用,研究系统中多FACTS的协调控制机理对于实现系统的协调阻尼控制具有重要的理论价值和现实意义。针对实现多FACTS协调控制过程中遇到的交互影响问题,提出基于选择模式分析(selective modal analysis,SMA)和多变量频域控制理论的多FACTS交互作用机理分析方法,通过SMA实现多FACTS交互作用的有效特征量提取,进而通过多变量频域控制理论推导出多FACTS间的交互作用关系和发生条件,并在此基础上揭示多FACTS间交互作用机理。研究结果表明:处于多机系统同一电力区域中的多台FACTS阻尼控制器间存在相互制约的关系,当控制器参数满足负交互条件时会发生比较明显的负交互作用,严重时甚至威胁系统的安全运行,当控制器参数满足协调运行条件时才能保证多FACTS间的协调运行与控制。通过仿真验证了文中机理研究的正确性以及在实际电网中应用的可行性。

全悬挂多点啮合柔性支承传动系统频率响应分析

本文对全悬挂多点啮合柔性支承传动系统在简谐激励下的响应进行了研究。通过拉氏变换和频率响应法获得了该系统的稳态解,发现了在简谐激励下,当结构参数满足一定条件时,主轴动应力将变为零这一特性。

斜拉索耦合振动模型及其参数分析

考虑支撑构件对斜拉索参数振动的影响,从整体振动角度研究斜拉索的非线性参数振动特性,提出一个耦合索支撑结构模型.该模型既考虑了斜拉索的几何非线性,也考虑了支撑构件的运动对斜拉索振动的影响.应用多尺度法对该模型进行摄动分析,得到该模型参数振动时的激励频率及稳定区域边界,讨论模型质量比、刚度比和倾角等参数对幅频响应及稳定性的影响.研究表明,索的非线性参数振动特性并不随质量比和刚度比单调递增,而是存在某一临界值,使索的非线性参数振动特性最大化;随着倾斜角度的增加,索的非线性参数振动特性是单调递增.

响应传导函数在船舶机械噪声预报中的应用及实验验证

据线性时不变系统自身具备的响应传导特性,将力-响应传递函数模型转化为响应-响应传导函数模型用于船舶机械噪声预报。理论推导传导函数法用于响应预报的约束条件,分析其用于船舶机械噪声实时预报的可行性。给出传导函数的求解方法 -工况联合法,并对其应用条件进行分析论证。双层圆柱壳体模型试验结果表明,传导函数法用于近、远场机械噪声预报时均具有较高精确度。

点式玻璃建筑柔性支承体系的动力特性分析

对两种常用的点式玻璃建筑柔性支承系统的动力特性进行研究,对比和分析影响这两种系统自振频率和振型的主要因素。在脉动风荷载作用下对系统风振响应进行谱分析,对影响风振响应的特征和相关因素进行研究,为类似结构的动力特性分析提供参考。

全悬挂多柔传动机构动特性解析分析

研究了全悬挂多点啮合柔性支承传动机构动力学方程的解析解。应用集中参数法和拉格朗日方程建立了该系统的三自由度运动微分方程，采用拉氏变换方法获得了该系统在阶跃载荷作用下的时域解，给出了主轴和扭力杆的振动位移、动态应力的变化规律，获得了主轴和扭力杆截面的动力放大系数。

竞走的运动学分析与频率响应规律

目前不能用力学方法系统地分析竞走的运动规律,也不知其频率响应的确切规律,对竞走的跑台实验也有争议。文章通过构建人—地模型、刚性链接刚体系模型和稳定竞走模型,用力学方法剖析竞走的步长,梳理稳定竞走中基本运动参量间的关系;从肢体摆动属性出发建立进一步研究所需的力学概念和关系;通过文献资料切入竞走实际,用新构建的力学概念关系处理实验数据、建立电子表格,绘出多种竞走频率响应的极限曲线;发现竞走中的共振现象、续振现象、组合步长随组合步频变化的规律、支撑均速随组合步频变化的规律;发现竞走运动的固有频率、极限组合步长、极限组合步频、极限支撑均速等参量,初步证实跑台实验即可行又必要。为探讨竞走中多种隐含因素的影响找到途径,为更细致地分析竞走、评价竞走和科学客观地选材找到简单可行的力学方法。

两端带有弹簧支撑的轴向运动梁振动分析

研究外部激励下,两端带有弹簧支撑的轴向运动梁的横向振动.运用广义哈密顿原理,推导得到运动梁的控制方程.通过数值方法研究系统的固有频率和模态,解析分析得到轴向运动梁的临界速度表达式并考虑弹簧刚度对临界速度的影响.发现临界速度随弹簧刚度增大而收敛于某一值.运用Galerkin截断法数值研究两端带有弹簧支撑的轴向运动梁的稳态幅频响应曲线,并通过计算力传递率来研究系统的隔振效果.发现力传递率在高频外激励下存在多个峰值.

用于弱电网互联的柔性直流输电系统双端构网型控制

针对常规跟网型控制下柔性直流输电系统不具备电网频率支撑能力、弱电网运行能力差的问题,提出了一种柔性直流输电系统的双端构网型控制策略.利用直流电容的动力学特性,将柔性直流输电系统模拟为同步电动机-连轴-同步发电机运行,使其具备良好的弱电网运行能力与电网主动支撑能力.在此基础上,设计了柔性直流输电系统的电网故障穿越策略.在PSCAD/EMTDC软件中进行仿真验证,结果表明所提柔性直流输电系统的双端构网型控制策略具备弱电网适应能力、快速潮流调节能力、电网频率主动支撑能力以及电网故障穿越能力.

刚柔耦合包装系统动态特性分析的逆子结构方法

目的以三级刚柔耦合包装系统为研究对象,推导由系统水平传递函数反向预测部件水平传递函数的逆向子结构分析公式。方法结合刚性和柔性系统特点,分别将三级刚柔耦合系统转化为二级刚性和二级柔性结构,经过理论推导得出结果,并用集总参数模型进行验证,对理论公式进行误差分析。结果验证了理论公式的正确性,获得了各测量传函对预测传函的影响规律。结论为刚柔耦合包装系统动态力学分析提供了理论依据。

海上风电柔性直流系统变惯性协调控制策略

针对大容量海上风电接入电网导致系统惯性下降,频率不稳定风险增大的问题,提出了一种变惯性协调控制策略。该协调控制策略中,网侧换流器采用虚拟惯性控制基础,并根据直流电压改变其惯性系数,从而更有效利用直流电容进行惯性支撑。风场侧换流器根据直流电压变化改变海上电网频率,将岸上频率变化传递到海上风电场,风电机组根据频率的变化率和自身转速,调节惯性系数,实现风机变惯性控制,从而提供更多的惯性支撑功率,减小风机转速恢复阶段输出功率下降。仿真结果表明,所提协调控制策略能够有效提升陆上系统惯性,提高系统频率稳定性。

基于智能多代理系统的VSC-MTDC系统分布式控制策略

应用智能多代理系统(MAS),提出一种基于电压源型换流器的多端柔性直流输电(VSC-MTDC)系统的控制策略。首先,基于网络图论的概念,提出了MAS最优通信拓扑设计方法。然后,基于VSC-MTDC系统传统下垂控制给出了完整的MAS控制策略,设计了以换流站交流母线电压、频率为输入信号的频率支撑Agent(FSA)模块和以换流站负载率为输入信号的功率分配Agent(PAA)模块,并深入讨论了FSA和PAA的配合控制问题。其中,FSA通过控制换流站的功率输出对交流电网提供快速频率支撑,PAA通过换流站之间的输出功率再分配保证VSC-MTDC系统中各换流站负载率的均衡分配。最后,基于DIgSILENT/PowerFactory电力系统仿真软件搭建了六端VSC-MTDC系统,通过非线性仿真证明了所提通信网络拓扑优化方法的有效性,并且验证了所提控制策略能迅速实现系统频率的稳定、有效防止换流站功率的过载。

螺栓连接方式对齿轮箱柔性支架频响特性影响分析

针对不同连接方式对齿轮箱柔性支架频响特性影响机制不明的问题,本文提出了建立普通螺栓、铰制孔螺栓以及蛛网固联三种连接方式下的齿轮箱柔性支架的三维有限元模型,采用ANSYS Workbench有限元软件对建立的模型进行模态和谐响应分析,探明了不同连接方式对齿轮箱柔性支架频响特性的影响。该研究可为类似结构柔性支架连接方式选择提供理论基础依据。