多节链式倾转旋翼飞行器重构控制与运动仿真

多节链式旋翼飞行器具有构形可变换的特点,是应对运动空间变化的一种有效构形设计方式。受限于构形变化下电机共轴带来的横向转动力矩的缺失,多节链式旋翼飞行器的动态重构飞行具有无法达成的临界构形区间。为此,设计了具备横向倾转的链式旋翼机体结构,以单机臂为模块化结构基本单元,通过旋转关节实现水平向的构形变化,机臂中段配置倾转矢量关节,用以提供滚转力矩支撑。在机体运动学、动力学模型推导的基础上,引入虚拟控制量对控制分配进行线性化处理,利用Moore-Penrose伪逆求解控制效率矩阵,面向全构形变换设计了基于全驱动控制的飞行控制律。对飞行器典型构形位姿控制的稳定性、构形变换控制的可行性进行实验论证,仿真结果表明:在飞行器各典型构形飞行状态下,姿态各轴向角度跟踪最大误差不超过0.05°,构形变换过程中,姿态各轴向角度跟踪误差不超出0.1°,2种情况下,位置偏差均能控制在1 mm以内,飞行器具备各构形下稳定飞行及构形变换的能力,为进一步开展动态重构及稳健飞行提供了必要条件。

小型共轴无人机CFD气动仿真分析

以新款共轴飞行器为研究对象,通过三维数值模拟分析方式寻求最优间距比进而完善飞行器结构,提升飞行器性能。为研究悬停状态下共轴飞行器的桨叶间距对旋翼气动的影响,首先通过叶素-动量理论建立旋翼载荷模型,然后应用非结构运动嵌套网格技术及CFD方法展开新型共轴飞行器旋翼系统在悬停状态下的气动载荷分析;通过改变不同的间距比在Fluent中进行模拟计算,得到不同间距比下旋翼升力与扭矩,并利用CFD-Post后处理得出相应间距下旋翼附近速度流线图。数值分析结果表明:悬停状态下小间距比的旋翼系统气动性能优于大间距比的旋翼系统气动性能;同一转速时,不同间距比下的总扭矩及总载荷不同,间距变化对旋翼系统载荷影响较小。

宁海抽水蓄能电站机组相位共振风险评估

通过研究诱发相位共振的相关因素,消除抽水蓄能电站机组相位共振,提高抽蓄机组的运行稳定性,利用归纳分析法,从基础模型选择及模型试验对比结果、无叶区宽度比较、不同转轮叶片数与活动导叶数配比的水压脉动频率及优缺点、相位共振风险因子分析及业绩比较等几方面评估了宁海抽水蓄能电站机组由于动静干涉引起的相位共振风险。研究结果表明:宁海抽水蓄能电站基础模型选择合适,优化后模型各项稳定性指标优于基础模型;无叶区D_(0)/D_(1)=1.23属于国内抽蓄电站较高水平;10+16的转轮叶片数与活动导叶数配比合理,水压脉动频率较低;较低波速下相位共振风险因子高于国内工程经验值,但低于国外工程统计值。研究成果说明宁海抽水蓄能电站机组水力开发选型合理先进,发生相位共振风险较低,评估过程可为后续新建抽水蓄能电站评估提供一定参考和借鉴。

共轴双旋翼单元不同旋翼间距的气动性能分析

为设计合理的旋翼布局来展现出共轴双旋翼系统的气动性能,通过搭建试验平台测量了共轴双旋翼飞行器的间距比为0.32R-0.75R的功耗和升力。另外,采用ANSYS建立了共轴双旋翼飞行器的全尺寸模型,并进行了一系列仿真,得到了不同间距下共轴双旋翼的压强、速度和流线分布。分析结果表明:共轴双旋翼间的气动干扰在合适的间距下被削弱,此时桨尖涡流完整。同时,整体的升力比单旋翼至少可以提升58%,最高可以提升72%。此外,还发现在产生相同升力时,在较低转速下产生的功率载荷PL值比较大。最后,值得注意的是,在旋翼间距h为0.385R时的气动性能较良好,是共轴双旋翼单元最佳的布局。

双馈感应电机无速度传感器直接转矩控制方法

风电机组双馈感应发电机运行中,由于参数变化的不确定性导致其无速度传感器直接转矩控制输出值出现异常波动,为保证双馈感应电机的频率稳定性,提出一种双馈感应电机无速度传感器直接转矩控制方法。计算转子磁链同步转速和转差速度,得到发电机的转速观测值;分析转子绕组电压空间矢量,建立磁链模型并构建电磁矩阵,在矩阵中计算定子绕组和转子绕组的磁势矢量,通过二者的矢量积得到电机的电磁转矩;转速和转矩共同组成直接转矩控制系统,实现对电机的速度调节和控制。仿真分析结果表明:采用所提方法时,在双馈感应电机启动后转速迅速增加,且在1.2 s后转速始终保持为1400 r/min,可保证转子磁链的运行轨迹接近于圆形,直接转矩控制效果平稳。

不同旋翼间距的微型无人机旋翼气动性分析

为研究悬停状态下不同旋翼间距对微型四旋翼无人机旋翼气动性的动态影响,进行数值模拟。运用滑移网格法计算并分析相同转速、不同旋翼间距下的四旋翼升力和扭矩的变化规律,以及旋翼流场和压强分布规律,结果表明:微型四旋翼无人机旋翼间存在气动干扰,合理的旋翼间距有助于提升四旋翼整体气动性能。通过试验和仿真对比发现旋翼间距2.8D(D=76.2 mm)是最佳的微型四旋翼无人机旋翼间距方案。

内置间隔排布转子串换热管的传热和阻力特性实验研究

以开槽螺旋叶片转子为研究对象,对装有空隙比S=0.0、3.0、6.0和10.0间隔排布转子串换热管的传热和阻力特性进行了实验研究。结果表明,装有空隙比S=0.0的整串转子串换热管的努塞尔数比同雷诺数下光管经验公式值提高了0.8～1.2倍,但阻力系数也提高了55%左右;转子串间留出一定间隙,虽会减弱管内流体扰动使换热管传热性能有所降低,但也显著降低了管内压降。采用综合评价指标(PEC)对4种空隙比转子串的传热和阻力特性进行综合比较,在实验雷诺数范围内,当雷诺数较低时,适当增加转子串的空隙比能够提高其综合传热性能;当雷诺数较高时,在转子串间留出间隙会使其综合传热性能低于整串转子。

微型四旋翼飞行器最佳旋翼间距布局研究

为研究悬停状态下不同翼间距对微型四旋翼飞行器气动性能的影响,结合整机试验和数值模拟,分析了不同旋翼间距下微型四旋翼飞行器拉力和功耗的变化规律。在样机试验中,通过搭建试验平台对间距比l/d范围1.1~2.0的微型四旋翼飞行器进行了拉力和功耗的测量,确定了相同功耗条件下具有较大拉力的最佳旋翼间距范围。为更直观地得到旋翼间气动干扰对整机气动性能的影响,通过CFD方法对微型四旋翼飞行器流场进行了仿真,得到了不同间距下的压力、流线和涡量分布情况,进而对四旋翼飞行器在不同旋翼间距下表现出的不同气动特性进行对比。结果表明,与无干扰状态下的孤立单旋翼相比,四旋翼间存在的气动干扰在合理的旋翼间距下可以保持涡流完整,并有助于提升四旋翼系统的拉力。最后,通过试验和仿真对比发现,在旋翼间距为1.8d时,四旋翼飞行器具有较大的功率载荷和良好的气动特性,是该四旋翼飞行器整机的最佳气动布局。

非均匀栅距对压气机叶片非定常气动力的影响

研究了轴流压气机叶片采用非均匀栅距对叶片非定常力影响的问题,利用高分辨率格式求解准三维雷诺平均N-S方程。非定常流场计算采用了双时间步法与LU-SGS隐式解法耦合的方法。研究了带进口导叶的单级三排叶栅非定常流动,其中动叶栅距不变,而导叶和静叶采用非均匀栅距。对不同结构的计算分析表明,在导叶和静叶采用一定的非均匀栅距组合型式后,在保证压气机级的性能变化不大的同时,动叶表面所受非定常气动力的状况得到改善,这将有助于提高动叶片的疲劳寿命。

碰摩信号的小波表示及其相空间特征研究

对转子动静碰摩信号的相空间特征进行了分析和检测 ,分别用连续小波变换、多尺度分解、小波包和能量 尺度对比方法对动静碰摩振动响应的径向分量进行了研究 ,且在相空间得到了一些故障特征 .用连续小波变换分析碰摩信号时 ,与碰摩点相对应的小波系数分布在较小的尺度上 ,且随着尺度的减小 ,小波系数模极大值线逐渐收敛于碰摩点处 ;用多尺度分解方法得到的第 1级和第2级的细节信号中反映了碰摩点的特征 ,表现为局部极值点 ;用时间 尺度能量对比方法分析 ,这些特征表现得更为明显 .这些特征都有助于故障的准确诊断 .

考虑饱和及转子磁场谐波的永磁同步电机模型

永磁同步电机的电感和永磁体产生的磁链会随饱和程度不同而改变、转子磁场通常含有大量空间谐波,这些都会对电机的运行特性造成影响。目前常用的永磁电机模型无法反映这些影响。提出了一种基于有限元的永磁同步电机一般化d-q轴模型建模方法。考虑饱和以及转子磁场谐波的影响,建立了永磁同步电机非线性d-q轴模型。通过Ansoft 有限元计算获得了电机的d、q轴电感、永磁体磁链与电流的非线性关系。根据非线性模型,建立了基于M函数的永磁同步电机一般化Simulink仿真模型。对一台永磁同步电机进行仿真和实验,结果表明,该非线性模型正确且精度较高,为永磁同步电机特性及其控制系统精确动态分析提供了一种快速、有效的一般化建模方法。

一种用于空间系绳卷取的自适应机构

针对空间绳网系统的缆绳收口要求,介绍了一种由双转子电机、双卷筒和自由导绳套筒组成的自适应缆绳卷取机构,给出了机构的设计思路。通过建立其系统动力学方程,据此得到系统各状态变量的稳态解,理论和实验分析缆绳卷取过程的特性,证实此卷取机构的有效性和一定的适应性,为类似空间绳系的卷取机构设计提供参考。

不同旋翼间距下共轴双旋翼无人机的气动特性

为了获得共轴双旋翼的最佳气动性能,对不同旋翼间距比的共轴双旋翼无人机进行了试验和数值模拟。首先,对共轴双旋翼的气动性能参数进行了理论分析。然后,构造共轴双旋翼模型进行数值模拟,并通过自行设计的试验获得了升力和功率。同时,将试验获得的升力和功耗转化为功率载荷和悬停效率进行气动分析。最后,结合试验和仿真结果表明,工作转速2 200 r/min下,与i=0.75在相比,当间距比i=0.385时,功率载荷提高了1.5%,总效率提高了大约5.64%。该间距比下的气动性能较好,可以作为共轴旋翼无人机的最佳气动布局。

空间稳定平台通用误差模型

自由转子陀螺是一种二自由度机电陀螺,其漂移特性可应用二次型漂移误差模型描述。从二次型漂移误差模型出发,推导了壳体翻滚条件下的调制平均漂移误差模型,并推广到空间稳定平台上工作的极轴陀螺和赤道陀螺;列写了二次型陀螺漂移误差模型驱动下的空间稳定平台标称运动方程;经过扰动线性化,求解出平台标称运动轨迹增量坐标的解析表达式;基于扰动线性化模型并考虑到加速度计测量误差,证明了观测变量为纬度误差、经度误差及冗余轴转角误差时,空间稳定平台运动方程的17项误差系数都是可辨识的;分析了该17项误差系数的估计精度与加速度计组合件测量误差的关系。仿真和实验结果表明本文提出的通用误差模型是有效的。

基于空间旋转变换的异步电机故障检测新方法

针对当前电机故障诊断技术中,转子断条故障频率易被基波淹没,硬件成本高等缺点,提出了一种基于空间旋转变换的故障诊断技术,并分别推导出两种断条故障的诊断判据。判据1是对采集的单相定子电流进行正同步旋转变换,将特征故障频率(1±2s)f1转移到2sf1,避免基频成分的影响。判据2是通过若干次旋转变换,将定子电流中的基频成分剔除,而故障成分(1±2s)f1得以完整保留。通过电机试验表明:两种提取特征故障频率的方法,都可有效地避免故障频率被基波成分的影响,达到诊断转子断条的目的。

双馈调速同步感应电动机的分析及控制

本文采用综合矢量法推导出双馈电动机的等效电路、定转子电流、电磁转矩及各转矩分量、定转子的有功功率和无功功率等，讨论了有功和无功功率的传递过程，分析了双馈调速同步感应电动机转子电压的控制方法。

碰摩转子系统分叉与混沌行为的识别

研究了Jeffcott转子发生动静件碰摩时的非线性振动特性.根据数值计算的结果,利用时间序列的相空间重构方法,通过相空间的吸引子的形态来刻画碰摩转子系统的分叉、拟周期和混沌行为,利用分形维数对分叉、拟周期和混沌信号进行定性的分析.这对定性和定量的判定系统的分叉、拟周期和混沌行为是一个非常有意义.

基于单目视觉的四旋翼飞行器目标跟踪算法研究

以AR.drone四旋翼飞行器为研究平台,提出一种基于AR.drone前置单目摄像头,并结合卡尔曼滤波跟踪视频中移动目标的方法。将采集得到的RGB图像经过颜色空间转换成对光照变化影响不大的HSV图像;通过Open CV对视频中跟踪目标的图像去噪,对轮廓进行检测寻找图像中最大的轮廓目标,并通过卡尔曼滤波对目标位置进行修正;计算四旋翼飞行器的飞行朝向并实现四旋翼飞行器对视频区域里移动目标的跟踪。实验表明,该方法有效地实现了对移动目标跟踪的准确性、稳定性和快速性。

小型多旋翼飞行器悬停效率分析

多旋翼的不同配置方式直接影响着小型飞行器整机悬停效率。为了得到不同气动参数下多旋翼系统的悬停效率,通过搭建试验平台测量了多旋翼系统在不同的旋翼位置、桨叶数量、旋翼臂形状尺寸、共轴间距、非共轴旋翼重叠区域时的推力和功耗,分析了不同旋翼配置方式下整机悬停效率随桨盘载荷的变化规律。试验结果表明:旋翼桨叶数为2且在旋翼下置时多旋翼飞行器的悬停效率最高;旋翼臂尺寸比形状对悬停效率的影响更大;不同间距比的共轴旋翼在桨盘载荷较高时可以接近无干扰单旋翼的效率,且在间距比为30. 4%时具有较高的悬停效率;通过合理配置非共轴重叠区域的竖直间距比和水平间距比可以有效降低能量损失,且在较小竖直间距比时将水平间距比保持在10%~15%的范围可以大幅度提高悬停效率。

基于高频注入法的无轴承同步磁阻电机无速度传感器研究

为减少无轴承同步磁阻电机的成本,提高其实用性,提出了一种基于高频注入法的无传感自检测技术,通过在转矩绕组注入脉动高平电压信号,利用电机空间凸极效应及,实现对转子速度的有效预测。利用Matlab仿真软件构建了仿真系统,仿真结果表明该自检测方法能实现对转子的位置/速度准确预测,并能实现无传感器方式的稳定悬浮运行。