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微创手术机器人主动臂机构设计与优化

微创手术机器人主动臂机构设计与优化

作者：许丽萍天津工业大学

学位级别：硕士

微创手术机器入主动臂主要包括远程运动中心机构和手术器械,是微创手术机器人系统的关键组成部分之一,其机械结构的设计优劣直接影响了微创手术机器人的性能,也制约着系统中其他部件的研发与设计。在国家自然科学基金项目资助下,本文对... 详细信息

微创手术机器入主动臂主要包括远程运动中心机构和手术器械,是微创手术机器人系统的关键组成部分之一,其机械结构的设计优劣直接影响了微创手术机器人的性能,也制约着系统中其他部件的研发与设计。在国家自然科学基金项目资助下,本文对微创手术机器人主动臂进行了详细的结构设计、运动学分析、性能优化以及仿真与实验验证。首先,进行了微创手术机器人主动臂的结构设计。远程运动中心机构采用折弯双平行四边形构型,为手术器械与电机安装提供了空间。移动关节利用钢丝绳传动系统实现电机动力的传递。手术器械也通过钢丝绳传动实现自转、俯仰、偏转以及开合四个自由度,动力源可以布置在远离关节处,合适预紧力下无回差,使电机动力的传递更加平稳精确。其次,建立了完整的运动学映射关系模型。针对2N条丝驱动N个自由度的钢丝绳传动系统,提出了回路分析法,通过观察钢丝绳的布局列写出回路矩阵与电机驱动空间等效半径矩阵,结合传统机器人运动学,建立起机器人主动臂电机驱动空间到笛卡尔空间之间完整的运动学映射关系,简化了钢丝绳传动机器人运动学建模与分析的过程。此外,分别计算了远程运动中心机构与手术器械的雅克比矩阵,为后续性能优化奠定了基础。再次,开展了机器人主动臂的优化分析。在远程运动中心机构运动学分析的基础上,构造了基于机构全域可操作度指标与性能一致性指标的综合评价指标函数,根据工作空间的极限位置以及杆件横截面尺寸参数建立几何约束条件,采用遗传算法并结合有限元分析,对其杆件尺寸参数进行了优化。同时也采用遗传算法以及上述综合评价指标函数对手术器械进行性能优化,与优化前相比,远程运动中心机构和手术器械的操作性能整体有所改善,达到了优化的目的。最后,完成了运动学映射关系模型仿真以及物理操作实验。通过运动学仿真分析,验证了电机驱动空间到笛卡尔空间的运动学正逆解映射关系模型,证明了回路分析法的正确性。在物理操作实验中,针对远程运动中心机构,进行了可达工作空间与远程运动中心的验证;对于手术器械,完成了自由度运动、管路与组织夹持以及缝合模拟操作实验;通过实验说明了机器人主动臂能够较好地完成微创手术操作的要求。

关键词：微创手术机器人回路分析法优化全域可操作度指标遗传算法

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含光伏电源配电网的电能质量研究

含光伏电源配电网的电能质量研究

作者：韩迪陕西理工大学

学位级别：硕士

近年来,国内外光伏发电技术产业已经获得了重要技术进步,其开发利用技术也得到了广泛发展,将光伏综合发电广泛的实际应用推广到目前的各类发电项目当中,进取性的不断扩展国内国外市场,维持光伏发电产业的可持续健康稳定发展。分布式光... 详细信息

近年来,国内外光伏发电技术产业已经获得了重要技术进步,其开发利用技术也得到了广泛发展,将光伏综合发电广泛的实际应用推广到目前的各类发电项目当中,进取性的不断扩展国内国外市场,维持光伏发电产业的可持续健康稳定发展。分布式光伏综合发电模式作为一种新型的再生能源利用方式,主要可以分为离网型光伏综合发电和并网型光伏综合发电的这两种发展模式。其中并网型光伏发电系统通过光伏专线或公线的并网方式全部接入光伏配电网中,改变传统光伏配电网运营管理模式和行业潮流发展流向,在提高电能传输质量、继电保护、安全供电自动装置以及发电设备日常检修和防停电等各个方面都将带来诸多发电技术和运维管理上的新难题。从目前发展趋势分析来看,光伏发电并网技术较为成熟,但是,对于光伏并网建设公司而言,光伏电源接入传统配电网管理方式尚在不断探索的新阶段,分布式光伏并网电源接入并网方式、接入供电容量、接入供电位置、接入电压控制等级、保护设备配置、自动装置保护配置以及供电监测系统控制等等技术尚未成熟,大量集中光伏接入会使电网出现电压波动、谐波污染、孤岛效应等问题,从而导致供电可靠性降低、电网潮流调控困难、能源利用率低,严重影响电网安全稳定运行。因此,光伏电源接入配电网对于电能质量的控制研究具有十分重要的现实意义。本文主要从光伏电源接入对配电网电压稳定性分析、含光伏电源配电网的谐波抑制和孤岛效应对含光伏电源配电网影响策略研究三个方面进行理论阐述,主要研究内容如下:(1)光伏电源接入对配电网电压稳定性分析。光伏电源接入对配电网会有大量电子元件和非线性负载产生,导致电力系统出现电压波动、闪变、电压偏差等问题,同时光伏发电系统自身具有的随机性、间歇性、波动性等特点,从而无法保障电力系统电能质量符合国家要求。搭建光伏电池的工作原理数学模型、并网型光伏系统逆变电路模型以及配电网馈线系统模型,分析引起电压波动因素,通过研究不同PV出力与接入位置对配电网电压影响,计算单一PV接入、多个PV接入位置及接入容量不同时,配电网线路电压分布规律,仿真分析光伏电源功率因数变化引起系统电压变化的过程,选择出光伏电源接入的最佳位置及最优容量,有效解决光伏接入节点电压越限问题。(2)含光伏电源配电网的谐波抑制。配电网架构复杂,光伏电源的接入容量及位置多样性影响对配电网的谐波分析,谐波的非线性器件特性使其在电网上工作时,产生大量的高频谐波,有可能导致电容器损坏而无法正常使用。本文分析了谐波对配电网的影响,研究光伏电源发出不同输出功率对电流谐波影响,考虑光伏电源接入配电网系统在孤岛模式下的谐波分布特性,讨论了击穿故障的发生,分析了传统谐波抑制手段面对孤岛模式时的不足和问题,并提出了光伏电源接入配电网系统在孤岛模式下的谐波电流抑制策略。(3)孤岛运行对光伏电源配电网影响策略研究。依据光伏电站与输配电网的技术标准,搭建并网光伏发电系统的集成电路设计模型,但是,光伏电源接入配电网时会使电力系统变得更加复杂,同时也会使电网谐波潮流分布发生改变,使系统面临电压越限的风险。对于前推回代法处理辐射网潮流的不收敛性,可采取回路分析和前推回代法相结合的改进潮流算法。基于对支路电流的分解,补偿辐射网分裂点电流,使不收敛现象产生变化,并由MATLAB仿真对这一算法的准确与有效性加以验证。并对孤岛效应的形成与影响加以分析,建立Matlab/Simulink孤岛运行监测仿真分析模型,通过研究孤岛效应监测方法,解决在配电网与光伏电源断开运行时,用主动检测方法能准确监测出孤岛效应的产生,从而减少孤岛效应的发生。

关键词：光伏电源配电网电压波动 PV接入谐波抑制回路分析法孤岛效应

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孤岛模式下辐射配电网改进潮流算法

信息技术 2020年第5期44卷 125-130页

作者：马永翔韩迪陕西理工大学陕西汉中723000 国网渭南供电公司陕西渭南714000

同相逆并联结构常应用在大功率电解中,其负荷特性决定了生产成本对电费波动较为敏感,自建发电机组可以有效实现成本控制。然而同相逆并联的复杂拓扑结构应用在独立配电网时会增加电力系统的复杂性,改变电网的谐波潮流分布,使系统面临电... 详细信息

同相逆并联结构常应用在大功率电解中,其负荷特性决定了生产成本对电费波动较为敏感,自建发电机组可以有效实现成本控制。然而同相逆并联的复杂拓扑结构应用在独立配电网时会增加电力系统的复杂性,改变电网的谐波潮流分布,使系统面临电压越线的风险。针对传统前推回推法处理辐射网潮流时出现不收敛情况,基于回路分析法,并与前推回推法进行结合,提出一种同相逆并联结构整流器孤岛模式下辐射配电网改进潮流算法。通过分解支路电流,对辐射网分裂点电流进行补偿,改变其不收敛现象,并且通过MATLAB进行数据仿真,验证了此算法的有效性和精确性。

关键词：同相逆并联孤岛模式回路分析法前推回推法

储能接入后考虑电能互动的配电网可靠性分析与研究

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电器与能效管理技术 2015年第24期 53-57,102页

作者：刘永礼冯明灿王承民谢宁衣涛赵彦龙深圳供电局有限公司广东深圳518000 上海交通大学电子信息与电气工程学院上海200240 国网山东省电力公司淄博供电公司山东淄博255000

为了进一步分析储能系统对供电可靠性的影响程度,采用一种改进的回路分析法,对储能接入后的配电网进行可靠性评估与分析,通过对比不同接入容量以及接入地点,得出储能接入配电网的最优方式。以某地区配电网接入储能系统为例,通过对储能... 详细信息

为了进一步分析储能系统对供电可靠性的影响程度,采用一种改进的回路分析法,对储能接入后的配电网进行可靠性评估与分析,通过对比不同接入容量以及接入地点,得出储能接入配电网的最优方式。以某地区配电网接入储能系统为例,通过对储能接入地点和容量不同对供电可靠性的影响进行分析,验证了方法的有效性。

关键词：储能电能互动供电可靠性回路分析法

基于回路分析的配电网电压及网损灵敏度分析方法研究

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福建师范大学学报（自然科学版） 2022年第1期38卷 34-39,68页

作者：邓慧琼张晓飞郑玉燚郑荣进李培强智能电网仿真分析与综合控制福建省高校工程研究中心福建工程学院电子电气与物理学院福建福州350108

针对分布式电源的接入对配电网安全稳定运行的影响,采用回路分析法来获取配电网运行参数的变化量.首先利用回路分析法将配电网转化为电路的形式,结合电压波动理论及分布式电源接入前后效果分析,然后利用叠加定理对支路电流进行叠加,利... 详细信息

针对分布式电源的接入对配电网安全稳定运行的影响,采用回路分析法来获取配电网运行参数的变化量.首先利用回路分析法将配电网转化为电路的形式,结合电压波动理论及分布式电源接入前后效果分析,然后利用叠加定理对支路电流进行叠加,利用回支关联矩阵来构建节点电压、线路损耗的灵敏度矩阵来分析节点电压变化和网络损耗变化,最后在IEEE33节点配电系统上仿真研究,仿真结果验证了所提方法的有效性.

关键词：配电网分布式电源回路分析法节点电压网络损耗