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面向变胞机构动力学建模的变拓扑构型数学描述方法

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机械工程学报 2022年第9期58卷 49-61页

作者：周杨畅博彦金国光梁栋天津工业大学机械工程学院天津300387 天津市现代机电装备技术重点实验室天津300387

针对变胞机构的变拓扑特性,以拓扑学和多体系统动力学理论为基础,提出一种可由变胞源机构动力学模型自动生成任意子机构动力学模型的建模方法。首先,从变胞机构的拓扑组成和所受约束角度出发,重新定义了变胞源机构的内涵,将变胞源机构... 详细信息

针对变胞机构的变拓扑特性,以拓扑学和多体系统动力学理论为基础,提出一种可由变胞源机构动力学模型自动生成任意子机构动力学模型的建模方法。首先,从变胞机构的拓扑组成和所受约束角度出发,重新定义了变胞源机构的内涵,将变胞源机构向子机构的切换方式简化为构件数减少和构件数不变两种情况。其次,运用关联矩阵描述变胞机构的构态切换过程,提出实现构态切换所需的单位消元矩阵Ei,j、关系消去矩阵Ij和关联关系变化矩阵G,将变胞机构的拓扑结构变化转化为一系列的矩阵运算,并给出了统一的数学模型。最后,建立关联矩阵、Huston低序体阵列和通路矩阵三者之间的转换关系,结合R-W方法分析变胞机构子构态动力学模型的自动生成机理,以具有3个构态的闭环五杆变胞机构为例,建立变胞源机构动力学模型,通过编程自动生成所有子构态动力学模型,并对机构的动力学特性进行分析,验证所提方法的有效性和实用性。

关键词：变胞机构关联矩阵构态切换动力学变拓扑

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一种变拓扑L-LLC谐振变换器研究

中国电机工程学报 2022年第23期42卷 8652-8663页

作者：刘建强张泽辉艾宇陈少勇史芸铭北京交通大学电气工程学院北京市海淀区100044

为满足直流电力电子变压器宽输出电压范围的要求,该文研究一种变拓扑L-LLC谐振变换器电路,提出一种增加零电平的变拓扑控制策略,在避免辅助电感偏磁的前提下实现L-LLC谐振变换器全桥模式和半桥模式的灵活切换,拓宽L-LLC谐振变换器的输... 详细信息

为满足直流电力电子变压器宽输出电压范围的要求,该文研究一种变拓扑L-LLC谐振变换器电路,提出一种增加零电平的变拓扑控制策略,在避免辅助电感偏磁的前提下实现L-LLC谐振变换器全桥模式和半桥模式的灵活切换,拓宽L-LLC谐振变换器的输出电压范围。同时,为确定变拓扑工况下L-LLC谐振变换器的最大功率输出能力,提出一种功率输出特性分析方法,通过求解不同工作模式边界和分布,结合增益-功率关系获得不同输出电压下的最大输出功率。最后,通过仿真和实验验证所提变拓扑控制策略及功率输出特性分析方法的正确性。

关键词： L-LLC谐振变换器宽输出电压变拓扑功率输出特性

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变拓扑机构结构组成理论

机械工程学报 2012年第19期48卷 52-58页

作者：刘川禾中国人民解放军装甲兵学院蚌埠233050

研究得出了变拓扑机构(含变胞机构)新的结构组成理论。提出并定义变拓扑机构的不变元、不变子链、变元、可变子链、变胞器等新概念;给出并严格证明变拓扑机构结构组成的4个新定理,它们分别是变拓扑机构结构与其各阶段构态的关系定理;变... 详细信息

研究得出了变拓扑机构(含变胞机构)新的结构组成理论。提出并定义变拓扑机构的不变元、不变子链、变元、可变子链、变胞器等新概念;给出并严格证明变拓扑机构结构组成的4个新定理,它们分别是变拓扑机构结构与其各阶段构态的关系定理;变拓扑机构的不变子链定理;变拓扑机构的可变子链定理;变拓扑机构的组成定理。研究得出并严格证明关联关系变胞器的等效转化定理。研究变胞器的分类,并给出构件变胞器、连接变胞器和关联关系变胞器的图形描述。变拓扑机构结构组成理论为变拓扑机构的结构分析和综合奠定了新的理论基础。

关键词：变拓扑变胞机构结构组成变胞器

变拓扑空间可展桁架多体系统动力学建模与分析

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振动与冲击 2021年第14期40卷 170-179页

作者：黄泽兵刘锦阳袁婷婷侯鹏上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240 上海卫星装备研究所上海200240

随着空间折叠式桁架可展长度的增大与结构的复杂化,对空间大型展开机构动力学分析的计算规模逐渐增大。为了减少系统的广义坐标个数,该研究取铰的相对坐标为系统的广义坐标,基于单向递推组集方法建立太空望远镜桁架展开过程的动力学模... 详细信息

随着空间折叠式桁架可展长度的增大与结构的复杂化,对空间大型展开机构动力学分析的计算规模逐渐增大。为了减少系统的广义坐标个数,该研究取铰的相对坐标为系统的广义坐标,基于单向递推组集方法建立太空望远镜桁架展开过程的动力学模型。利用Jourdain速度变分原理建立了各柔性部件的动力学变分方程,根据各柔性部件之间的运动学递推关系,并引入切断铰的约束方程,建立了柔性多体系统的刚-柔耦合动力学方程。针对柔性部件展开锁定时容易出现的数值计算问题,提出了在缓冲减速的基础上施加相对角约束的变拓扑方法。基于动力学模型对11节桁架单元的太空望远镜桁架展开过程进行数值仿真。为了进一步缩减计算规模,根据系统结构的对称性和纵向载荷分布的均匀性,将多个桁架和主镜组成的多体系统简化为单个桁架与主镜的一部分组成的系统进行数值仿真。将单个桁架系统展开过程的数值仿真结果与多个桁架系统的仿真结果进行对比,验证了简化动力学模型的准确性和有效性。在此基础上进一步对30节桁架单元的桁架展开过程进行数值仿真,通过对比柔性桁架与刚性桁架在展开和碰撞锁定过程中仿真结果的差异,分析了弹性变形对系统动力学特性的影响。

关键词：变拓扑可展空间桁架柔性多体系统单向递推展开动力学

永磁风力发电系统的变拓扑晶闸管整流器控制策略

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电力系统自动化 2012年第14期36卷 160-165页

作者：王仕韬吕征宇王鹿军张德华姚文熙浙江大学电气工程学院浙江省杭州市310027 国网技术学院山东省济南市250002

为了克服电力电子器件尤其是绝缘栅双极晶体管(IGBT)对风电机组功率容量和电压等级的束缚,提出了一种适用于六相双Y永磁同步发电机的风力发电变流装置。该装置将变拓扑结构的晶闸管整流桥和三电平逆变器分别作为前端和后端。前端整流器... 详细信息

为了克服电力电子器件尤其是绝缘栅双极晶体管(IGBT)对风电机组功率容量和电压等级的束缚,提出了一种适用于六相双Y永磁同步发电机的风力发电变流装置。该装置将变拓扑结构的晶闸管整流桥和三电平逆变器分别作为前端和后端。前端整流器中,2个三相晶闸管整流桥之间的串并联关系可通过二极管与开关组成的辅助电路在运行过程中进行动态切换。在低风速时,2个整流桥串联,提升输入电压;在高风速时,2个整流桥并联,扩大功率容量,以适应风力发电机输出电压的宽范围变化。新型电流峰值控制方法替代了传统比例积分(PI)控制方法,消除了变结构可能造成的电流突变,实现了动态运行中拓扑结构的无缝切换。三电平逆变器在发电机接近额定功率时根据风力机转速线性提高母线电压,使得整流器相位移因数保持稳定,提高功率因数。实验结果验证了原理的正确性和装置的可行性。

关键词：风力发电变拓扑晶闸管多脉整流双Y移相

基于变拓扑的超宽输入范围直流变换器及调制策略

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电工技术学报 2019年第2期34卷 326-336页

作者：李山宋立风章治国刘述喜郭强重庆理工大学重庆市能源互联网工程技术研究中心重庆400054

针对光伏发电中太阳能电池板输出电压波动范围大的特点,提出一种基于变拓扑的超宽输入范围的隔离型DC-DC变换器。通过双模式双沿调制,变换器以变拓扑方式工作,实现超宽范围的电压输入;同时减小变换器的电感电流脉动和平均值,开关管的电... 详细信息

针对光伏发电中太阳能电池板输出电压波动范围大的特点,提出一种基于变拓扑的超宽输入范围的隔离型DC-DC变换器。通过双模式双沿调制,变换器以变拓扑方式工作,实现超宽范围的电压输入;同时减小变换器的电感电流脉动和平均值,开关管的电流应力小,导通及开关损耗低,相比于单模式调制具有更高的效率。最后搭建一台输入电压为24V～120V、输出电压为360V、额定功率200W的实验样机,实验结果验证了该变拓扑变换器运行在超宽输入电压范围的可行性以及调制策略的有效性。

关键词：超宽输入范围双模式双沿调制变拓扑电感电流脉动电流应力

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应用于超宽输入范围的变拓扑LLC电路

浙江大学学报（工学版） 2013年第12期47卷 2073-2079页

作者：廖政伟张雪尤伟姚玮吕征宇浙江大学电气工程学院浙江杭州310027 浙江水利水电学院电气工程系浙江杭州310018

为了拓展新能源并网的输入电压范围,提出一种全桥LLC(FBLLC)和半桥LLC(HBLLC)相结合的变拓扑电路.当输入电压低,采用FBLLC模态;当输入电压高,采用HBLLC模态.通过由数字信号处理器(DSP)进行全数字控制,电路随着输入电压的变化在HBLLC和FB... 详细信息

为了拓展新能源并网的输入电压范围,提出一种全桥LLC(FBLLC)和半桥LLC(HBLLC)相结合的变拓扑电路.当输入电压低,采用FBLLC模态;当输入电压高,采用HBLLC模态.通过由数字信号处理器(DSP)进行全数字控制,电路随着输入电压的变化在HBLLC和FBLLC之间切换.这种变拓扑电路完全不增加额外器件,单纯依靠软件控制,控制简单,在拓扑切换上采用一种新的控制策略来尽可能优化效率.与传统LLC对比,分析和实验表明,在相同条件下,变拓扑LLC使输入电压范围能够拓展1倍.通过一个最大和最小输入电压比为4的对比试验,分别采用变拓扑LLC和传统LLC,结果表明:采用变拓扑电路,其整体效率能提升约3%.该拓扑适合应用于超宽输入电压范围的场合,如风力、光伏发电等.

关键词： HBLLC FBLLC 变拓扑宽输入电压切换策略

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变拓扑卫星环形桁架天线展开动力学研究

系统仿真学报 2013年第6期25卷 1351-1358页

作者：田强刘铖刘丽坤李新刚北京理工大学宇航学院力学系飞行器动力学与控制教育部重点实验室北京100081 中国空间技术研究院通信卫星事业部北京100094

卫星环形桁架天线展开动力学问题一直被众多学者所关注。但是,以前的相关研究主要局限于桁架天线本身的展开动力学问题,因此无法得到伸展臂与桁架天线展开、锁定过程中与卫星本体姿态的耦合动力学特性。鉴于多刚体系统动力学理论中的自... 详细信息

卫星环形桁架天线展开动力学问题一直被众多学者所关注。但是,以前的相关研究主要局限于桁架天线本身的展开动力学问题,因此无法得到伸展臂与桁架天线展开、锁定过程中与卫星本体姿态的耦合动力学特性。鉴于多刚体系统动力学理论中的自然坐标方法能得到常数系统质量矩阵,便于高效计算。采用自然坐标方法利用约束切换技术建立了变拓扑星体-伸展臂-环形桁架天线的参数化多刚体系统动力学模型,进行了系统的展开动力学仿真研究,获得了伸展臂与桁架展开、锁死过程中对星体质心的反力变化规律。部分仿真结果采用商业软件***进行了验证。仿真流程及结果可为实际工程应用提供参考。

关键词：变拓扑伸展臂桁架多刚体动力学仿真自然坐标

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含接触碰撞的变拓扑系统动力学仿真

上海交通大学学报 2008年第8期42卷 1233-1237页

作者：盛秋峰洪嘉振刘铸永李剑上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240

利用计算多体系统动力学理论对变拓扑系统进行建模,引入拓扑切换条件解决以接触碰撞为特征的多刚体系统动力学的变拓扑问题,实现变拓扑系统的连续仿真.同时,考虑到复杂机械系统中存在着多处的机构干涉和限制,提出了多体系统的接触碰撞模... 详细信息

利用计算多体系统动力学理论对变拓扑系统进行建模,引入拓扑切换条件解决以接触碰撞为特征的多刚体系统动力学的变拓扑问题,实现变拓扑系统的连续仿真.同时,考虑到复杂机械系统中存在着多处的机构干涉和限制,提出了多体系统的接触碰撞模型,研究了多体系统接触碰撞的处理方法,得出了一种有效碰撞点的近似计算方法.

关键词：多体系统变拓扑接触碰撞