Research on Instantaneous Angular Speed Signal Separation Method for Planetary Gear Fault Diagnosis

Planetary gear train is a critical transmission component in large equipment such as helicopters and wind turbines. Conducting damage perception of planetary gear trains is of great significance for the safe operation of equipment. Existing methods for damage perception of planetary gear trains mainly rely on linear vibration analysis. However, these methods based on linear vibration signal analysis face challenges such as rich vibration sources, complex signal coupling and modulation mechanisms, significant influence of transmission paths, and difficulties in separating damage information. This paper proposes a method for separating instantaneous angular speed (IAS) signals for planetary gear fault diagnosis. Firstly, this method obtains encoder pulse signals through a built-in encoder. Based on this, it calculates the IAS signals using the Hilbert transform, and obtains the time-domain synchronous average signal of the IAS of the planetary gear through time-domain synchronous averaging technology, thus realizing the fault diagnosis of the planetary gear train. Experimental results validate the effectiveness of the calculated IAS signals, demonstrating that the time-domain synchronous averaging technology can highlight impact characteristics, effectively separate and extract fault impacts, greatly reduce the testing cost of experiments, and provide an effective tool for the fault diagnosis of planetary gear trains.

Target detection for low angle radar based on multi-frequency order-statistics

For radar targets flying at low altitude, multiple pathways produce fade or enhancement relative to the level that would be expected in a free-space environment. In this paper, a new detec- tion method based on a wide-ranging multi-frequency radar for low angle targets is proposed. Sequential transmitting multiple pulses with different frequencies are first applied to decorrelate the cohe- rence of the direct and reflected echoes. After receiving all echoes, the multi-frequency samples are arranged in a sort descending ac- cording to the amplitude. Some high amplitude echoes in the same range cell are accumulated to improve the signal-to-noise ratio and the optimal number of high amplitude echoes is analyzed and given by experiments. Finally, simulation results are presented to verify the effectiveness of the method.

Continuous-time chaotic systems: Arbitrary full-state hybrid projective synchronization via a scalar signal

Relerrlng to contlnuous-Ume claaotlc systems, tills paper presents a new projective syncnromzatlon scheme, wnlcn enables each drive system state to be synchronized with a linear combination of response system states for any arbitrary scaling matrix. The proposed method, based on a structural condition related to the uncontrollable eigenvalues of the error system, can be applied to a wide class of continuous-time chaotic （hyperchaotic） systems and represents a general framework that includes any type of synchronization defined to date. An example involving a hyperchaotic oscillator is reported, with the aim of showing how a response system attractor is arbitrarily shaped using a scalar synchronizing signal only. Finally, it is shown that the recently introduced dislocated synchronization can be readily achieved using the conceived scheme.

SOFT SWITCHED SYNCHRONOUS RECTIFIER WITH PHASE-SHIFTED FULL BRIDGE CONVERTER AND ITS SMALL-SIGNAL ANALYSIS

By using the output inductors and body capacitances without adding any component compared with hard switching synchronous rectifier,the topology of a soft switched synchronous rectifier with phase-shifted full bridge zero voltage switching DC/DC converter is proposed. The converter efficiency is maximized due to soft switching of the full bridge MOSFETs and the synchronous MOSFETs, and also the low conduction loss of synchronous MOSFET. The operation principles of the circuit are analyzed in detail and the small-signal model is derived, also the converter dynamic characteristics are analyzed. Frequency responses of transfer functions under different values of transformer primary leakage inductance are discussed. The experimental results were obtained from a 400 V input and 100 A/12 V output DC/DC converter operating at 100 kHz. The results show that the converter efficiency is 2% higher in rated power than traditional diode rectifier.

A Fault Feature Extraction Model in Synchronous Generator under Stator Inter-Turn Short Circuit Based on ACMD and DEO3S

This paper proposed a new diagnosis model for the stator inter-turn short circuit fault in synchronous generators.Different from the past methods focused on the current or voltage signals to diagnose the electrical fault,the sta-tor vibration signal analysis based on ACMD(adaptive chirp mode decomposition)and DEO3S(demodulation energy operator of symmetrical differencing)was adopted to extract the fault feature.Firstly,FT(Fourier trans-form)is applied to the vibration signal to obtain the instantaneous frequency,and PE(permutation entropy)is calculated to select the proper weighting coefficients.Then,the signal is decomposed by ACMD,with the instan-taneous frequency and weighting coefficient acquired in the former step to obtain the optimal mode.Finally,DEO3S is operated to get the envelope spectrum which is able to strengthen the characteristic frequencies of the stator inter-turn short circuit fault.The study on the simulating signal and the real experiment data indicates the effectiveness of the proposed method for the stator inter-turn short circuit fault in synchronous generators.In addition,the comparison with other methods shows the superiority of the proposed model.

Influence of coupling asymmetry on signal amplification in a three-node motif

The three-node feedforward motif has been revealed to function as a weak signal amplifier. In this motif, two nodes(input nodes) receive a weak input signal and send it unidirectionally to the third node(output node). Here, we change the motif's unidirectional couplings(feedforward) to bidirectional couplings(feedforward and feedback working together).We find that a small asymmetric coupling, in which the feedforward effect is stronger than the feedback effect, may enable the three-node motif to go through two distinct dynamic transitions, giving rise to a double resonant signal response. We present an analytical description of the double resonance, which agrees with the numerical findings.

跟网型变换器的小扰动同步稳定机理分析与致稳控制

弱电网下,跟网型变换器易出现因阻尼不足导致的小扰动同步失稳问题。为此,该文借鉴复转矩分析理论,计及复杂控制耦合,建立跟网型变换器的复转矩模型。量化多环控制耦合、线路阻抗、控制参数等因素对系统阻尼转矩的影响,从阻尼的角度揭示跟网型变换器的小扰动同步失稳机理。根据理论分析,提出一种基于相位补偿的锁相环阻尼重塑控制策略,通过补偿多环控制耦合引入的负阻尼,增强变换器的小扰动同步稳定性。最后,开展相应的仿真与实验,验证理论分析的正确性与改进控制策略的有效性。

基于FPGA的自滑动同步法TFT-LCD屏TCON的实现

不同厂家、不同尺寸、不同分辨率的TFT-LCD屏与时序控制器TCON的接口不同,对应不同的差分信号格式。为了适应不同屏的图像显示,需要一种可编程的时序控制器TCON。通过在FPGA芯片上采用自滑动同步法,实现了TFT-LCD屏的TCON系统。该系统从视频处理主板输出的差分信号中提取视频数据,提出通过自滑动同步法使之与同步控制信号对齐;将提取的视频数据转换为源驱动器的输入信号,即mini-LVDS或RSDS格式的差分信号,同时产生门驱动器的时序信号;由源驱动器和门驱动器输出的信号驱动TFT-LCD屏显示图像信号。为了测试TCON的性能,使用两块FPGA电路板进行实验。一块FPGA电路板实现TCON时序控制器;另一块作为TCON的输入测试信号源,用于测试所设计的TCON性能。实验结果显示,所设计的TCON能够从LVDS视频差分数据中正确解析出视频数据,并转换为屏的源驱动器和门驱动器信号,驱动TFT-LCD屏显示视频信号。通过对比分析可知,使用自滑动同步法具有资源消耗少,功耗较低等优点。

双三相同步磁阻电机单相开路故障下的容错控制策略

双三相同步磁阻电机(dual three-phase synchronous reluctance motor,DTP-SynRM)转子不含永磁体,没有高温退磁风险,成本较低,且由于其系统自由度高、冗余性强,因此具有较好的容错性能。开路故障是双三相同步磁阻电机系统中最常见的故障类型之一,该文针对一种两套三相绕组中性点相互独立的双三相同步磁阻电机单相开路故障,建立DTP-SynRM矢量空间解耦模型,实现对电压、电流和磁链方程的完全解耦。在开路故障状态下仍将其视为一个正常的双三相电机,分析故障状态对电机的电流约束和信号传递的影响,并指出在开路故障下z2轴电流与β轴电流不再独立,电机由正常运行时的四阶系统降阶为三阶系统,而由于开路故障导致的电压信号传递不准确则会在dq坐标系中引入二次谐波电流,并产生二次和四次转矩波动。该文提出一种同时考虑电流约束和信号传递误差的故障容错方法,电机处于三闭环运行状态,补偿电压信号传递误差,抑制开路故障时电机的转矩波动并降低电流谐波。搭建实验平台进行实验,验证所提容错方法的有效性和可行性。

6G新型时延多普勒通信范式:OTFS的技术优势、设计挑战、应用与前景

在未来的通信网络中,被广泛期待的第6代移动通信系统(The Sixth Generation of Mobile Communications System,6G)技术将面临诸多挑战,其中包括在高速移动场景下的超高可靠通信问题。正交时频空间(Orthogonal Time Frequency Space,OTFS)调制技术克服了传统通信系统在高速移动环境下多径和多普勒效应的影响,为实现6G超高可靠通信提供了新的可能性。该文首先介绍了OTFS的基本原理、数学模型、干扰与优势分析。然后,归纳分析了OTFS技术在同步、信道估计、信号检测技术上的研究现状。接着,从车联网、无人机、卫星通信、海洋通信4个典型应用场景分析了OTFS的应用趋势。最后,从降低多维匹配滤波器、相位解调和信道估计、硬件实现的复杂度和提高对时频资源的高度利用4个角度探讨了未来研究OTFS需要克服的困难和挑战。

多导睡眠监测设备和肠鸣音设备之间数据同步采集方法研究

目的提出一种基于敲击脉冲信号的两个独立设备数据同步采集的方法,以实现数据的同步采集。方法利用多导睡眠监测设备的鼾声传感器与肠鸣音设备相互敲击产生瞬态脉冲信号作为同步标记信号,基于同步标记信号的三阶累积量实现同步标记信号的识别和对齐,并采用多组同步标记信号评价数据同步的精度。结果多导睡眠监测设备的鼾声传感器和肠鸣音设备相互敲击,产生了清晰明确的同步标记脉冲信号,结合时域特征和三阶累积量实现了同步标记信号的精确识别和对齐。经过多组同步标记信号识别验证表明,此种同步方法可保证同步精度范围在5 ms内。结论该数据同步采集方法简单易行,可保证多导睡眠监测设备和肠鸣音设备的高精度同步采集,同时也为其他完全独立的多个设备数据同步采集提供参考。

基于超前滞后环节附加前馈阻尼的VSG控制策略

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)在引入同步机二阶转子运动方程,增大电力系统等效惯量的同时,也引入了同步发电机的振荡特性,有功低频振荡等动态稳定性问题也随之而来。引入调速侧电力系统稳定器(governor power system stabilizer,GPSS)能有效抑制VSG的功率低频振荡,但其在超调量及调节时间方面的控制效果仍有待提高。通过建立VSG的小信号模型从极点配置角度分析其稳定性,揭示基于GPSS的VSG控制策略在功率动态响应上存在较高超调和较长调节时间的原因。基于此,参考GPSS控制思想,提出了一种基于超前滞后环节附加前馈阻尼补偿的虚拟同步发电机控制策略。并从理论上分析验证了所提控制策略在不影响系统稳态特性的前提下,能够提供调整自由度更高的正阻尼,在有效地抑制功率超调的同时提高了系统的调节速度,从而更好地抑制了有功功率的低频振荡。最后通过MATLAB/Simulink进行对比仿真,仿真结果与理论分析结果一致,证明了所提控制策略的正确性和有效性。

变流器虚拟惯量和阻尼协同自适应控制策略

针对变流器传统虚拟同步发电机控制(virtual synchronous generator,VSG)在暂态过程中出现的频率超调等问题,提出一种虚拟惯量和阻尼系数协同自适应控制策略。首先,对VSG变流器系统进行数学建模;然后,通过分析VSG有功和角频率暂态特性曲线,提出一种虚拟惯量和阻尼系数协同自适应控制策略,同时借鉴传统同步发电机小信号模型分析方法建立有功功率环路传递函数,给出参数的选取范围;最后,基于MATLAB/Simulink仿真,验证了所提自适应控制策略在改善频率和功率暂态特性方面的有效性。

大熔深K-PAW熔池及电弧视觉行为特征分析研究

穿孔等离子弧焊接(K-PAW)以其独特的优势,在中厚板的焊接制造中应用广泛,并逐渐向更大厚度的方向发展。然而,随工件厚度增加熔池穿孔出现不稳定等问题,制约了其在实际生产中的应用。分析了14 mm厚304不锈钢在“受控恒定穿孔”控制策略下的大熔深K-PAW熔池特征尺寸变化规律和焊接过程中的熔池行为。通过视觉检测与电信号同步采集系统,对大熔深K-PAW过程中熔池的形貌特征进行定量分析,探究在受控脉冲条件下的熔池特征参数变化情况,以及熔池特征与电信号的同步动态行为规律。以初始电流270 A进行焊接,在起弧的前14 s的盲孔阶段,随着电弧热量积累,熔池不稳定,尺寸出现震荡,最大震荡幅度超过10 mm,同时熔池长宽比也在1.0~1.6范围内变化;随着穿孔于第15 s发生,熔池达到平衡,且长宽比在19 s时达到峰值;维孔阶段,熔池保持稳定,形状未发生大变化。综上,可以通过熔池形状变化趋势来区分焊接阶段。比较了不同焊接电流(280 A、275 A、270 A)的盲孔阶段,发现采用较大的初始电流有利于缩短盲孔时间,由270 A时的22.9 s减小到了280 A时的19.8 s,并降低焊接气孔出现的可能性。最后,发现电弧中心与熔池前边缘的距离可以反映穿孔状态。结果验证了“受控恒定穿孔”控制策略的可行性,并验证了通过视觉特征判断焊接阶段及是否穿孔的可行性。

电压控制型虚拟同步发电机的高频谐振特性分析与抑制策略

虚拟同步发电机(VSG)模拟同步发电机的运行机制,引入了有功调频和无功调压控制环节,与传统电流控制型变流器不同,是一种电压控制型策略。文中立足电压控制型虚拟同步发电机控制结构和网源协调特性,构建小信号分析模型,分析在不同控制参数与电网参数场景下的振荡模态,进而掌握电压控制型虚拟同步发电机并网系统的高频谐振特性,并针对性提出高频谐振抑制策略。首先,分别建立电压控制型虚拟同步发电机、传统变流器各控制和电气环节的小信号分析模型,通过特征根分析方法,定量分析所有特征根的振荡模态和阻尼比,发现电压控制型虚拟同步发电机存在与传统变流器类似的高频振荡模态;同时分析虚拟同步发电机控制参数变化、电网强弱场景对其高频谐振阻尼作用机理。其次,基于电压控制型虚拟同步发电机控制策略,以有源阻尼方法为解决思路,提出基于电流内环前端通道引入虚拟阻抗控制策略的谐振抑制方法,抑制其高频谐振。最后,利用Matlab/Simulink仿真和RT-LAB控制器在环实验结果验证所提出的控制策略,结果表明虚拟阻抗控制环节起到有效正阻尼作用,相比于无源阻尼方法,在无需额外增加测点和外部控制量的情况下,电压控制型VSG网侧阻尼特性改善,暂态响应能力增强,高频失稳现象得到有效抑制。

提高储能VSG并网有功响应性能的暂态阻尼策略

储能虚拟同步发电机(VSG)的并网有功在有功指令与电网频率2种扰动下存在动态超调与稳态偏差。提出有功微分反馈补偿(ADFBC)和有功微分前馈补偿(ADFFC)2种暂态阻尼策略,并在分别建立典型VSG、ADFBC和ADFFC 3种策略并网有功闭环小信号模型的基础上,给出了相应的参数设计方法。仿真和实验对比结果均验证了所提ADFBC和ADFFC暂态阻尼策略可有效提高储能VSG并网有功响应,在2种扰动下其并网有功既无动态超调又无稳态偏差。

构网型直驱风机的小信号建模及动态频率支撑策略

针对传统构网型直驱风机在大扰动下的频率和功率振荡较大的问题,提出一种动态频率支撑策略。首先对构网型直驱风机进行了详细的小信号建模。其次,通过主导特征根轨迹分析有功频率控制以及交流电压控制环节中参数对频率变化特性的影响,进而提出一种灵活改变控制参数的动态频率支撑策略。最后,在Matlab/Simulink仿真平台上搭建仿真模型,验证了小信号建模的正确性和所提策略的有效性,表明所提策略能有效减小动态过程中的频率和功率振荡。

基于直流电压同步的构网型变流器低频振荡分析与阻尼控制

基于直流电压同步的构网型变流器能够在稳定直流侧电压的同时实现变流器自同步,然而直流电压动态与控制环相互作用可能会引起系统低频振荡。为了研究低频振荡产生的机理,建立了计及直流电压同步控制环与交流电压环的构网型变流器“功率-功角”稳定性分析模型,分析发现直流电压同步相比于功率同步会引入更多的相位滞后,同时交流电压环也会在环路中引入相位滞后,导致系统环路增益在具有高幅值的低频范围内存在-180°相位穿越,进而引发低频振荡问题。基于低频振荡机理分析,提出两种对直流电压同步控制进行相位补偿的方法,通过重塑系统环路低频高增益区的相位,实现对低频段的阻尼控制和振荡抑制。最后,通过仿真和实验验证了理论分析的正确性和所提方法的有效性。

双馈虚拟同步机快速励磁控制和功角补偿策略

针对以激磁电势为目标控制电压的双馈虚拟同步发电机策略下运行功角大而带来的功率耦合问题,提出采用快速励磁控制消除功角扰动对无功控制的影响,采用功角补偿消除激磁电势扰动对功角有功控制的影响的功率解耦方案。在分析双馈电机数学模型及双馈虚拟同步机整体控制策略的基础上,构建计及无功控制环节的双馈虚拟同步机小信号模型。通过分析无功环节PI控制器参数对功角稳定性的影响,设计快速励磁控制策略。通过分析无功扰动与功角变化的关系,确定功角补偿传递函数。设定风速扰动、电网频率扰动和电网电压扰动3种不同工况进行验证。结果表明:所提控制策略可有效避免双馈虚拟同步机大功角运行时有功功率控制和无功功率控制间的相互影响,实现功率解耦。

基于有功分数阶微分校正的储能VSG并网有功响应策略

为了解决在有功功率指令、电网频率2种扰动情况下储能虚拟同步机(VSG)并网有功难以兼顾良好的动态特性和稳态性能的问题,提出了一种基于有功分数阶微分校正的VSG(AFDC-VSG)并网有功响应优化控制策略。分别建立典型VSG、AFDC-VSG这2种控制策略的并网有功闭环小信号模型,并给出相应的参数设计过程。利用MATLAB/Simulink仿真软件对比分析不同控制策略在2种扰动下储能VSG的并网有功响应特性,并建立储能VSG并网系统的实验平台。仿真和实验结果共同验证了所提AFDC-VSG策略在优化储能VSG并网有功响应性能方面的有效性与优越性。