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基于GMM的压电驱动器磁滞特性建模及高精度抗扰跟踪控制

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中国科学：技术科学 2024年第3期54卷 443-458页

作者：黄鹏升李加胜丁烨上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

包含压电驱动器的微定位平台可以用于减小飞切加工中的低频误差.本文针对该平台中的压电驱动单元,提出了一种新的系统建模方法,并基于此建立了完整的高性能抗扰跟踪控制策略.首先,利用高斯混合模型(Gaussian mixture model,GMM)对压电... 详细信息

包含压电驱动器的微定位平台可以用于减小飞切加工中的低频误差.本文针对该平台中的压电驱动单元,提出了一种新的系统建模方法,并基于此建立了完整的高性能抗扰跟踪控制策略.首先,利用高斯混合模型(Gaussian mixture model,GMM)对压电驱动器固有的磁滞特性建模,并根据该模型进行前馈补偿,以消除磁滞非线性对控制精度的影响.其次,建立扩张状态观测器,对所有外部扰动及未建模误差进行观测与补偿,以提高系统的抗扰能力.为了进一步提高系统的跟踪精度与控制带宽,建立状态反馈与零相跟踪前馈控制策略,以优化闭环系统特性.实验结果验证了基于所提磁滞模型建立的抗扰跟踪控制方法的有效性.在0~50 Hz输入信号频率范围内,在给定的测试集内该控制策略下的系统跟踪误差小于2.2%,能够满足目标控制带宽下的高精度跟踪要求.

关键词：压电驱动器磁滞非线性高斯混合模型扩张状态观测器抗扰控制

基于反应状态原位测试的空冷型燃料电池运行参数分析

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上海交通大学学报 2024年第3期58卷 253-262页

作者：陈敏学邱殿凯彭林法上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

空冷型质子交换膜燃料电池内部反应状态是影响电池输出性能和稳定性的关键因素.通过研制空冷燃料电池反应状态的原位测试装置,实现电池温度和电流密度的实时测量,揭示氢气出口脉排间隔、氢气入口气压和阴极风速对电池性能的影响机制.研... 详细信息

空冷型质子交换膜燃料电池内部反应状态是影响电池输出性能和稳定性的关键因素.通过研制空冷燃料电池反应状态的原位测试装置,实现电池温度和电流密度的实时测量,揭示氢气出口脉排间隔、氢气入口气压和阴极风速对电池性能的影响机制.研究表明:空冷电池中温度和电流密度分布不均,平均电流密度为500 mA/cm^(2)时,电池内温度极差达到20℃,电流密度极差达到400 mA/cm^(2).氢气出口脉排间隔越短、入口气压越大,氢气出口区域性能越好,分布均匀性越好,电流密度波动也越小,输出稳定性提高.如果阴极风速过低,电池局部温度高,温度分布均匀性降低;风速过高则导致生成水被吹走,质子膜含水量下降,电流密度分布均匀性变差.

关键词：质子交换膜燃料电池空气冷却运行参数原位实验

倾斜椭球凹陷阵列湍流强化传热实验与数值分析

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推进技术 2024年第4期45卷 144-152页

作者：许超张鹏饶宇上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

为了提高涡轮叶片内部通道对流传热性能,本文基于瞬态液晶热像技术分别针对矩形通道表面排布的球形凹陷和斜椭球凹陷阵列的传热和压力损失特性进行了实验研究。在雷诺数为1×10^(4)~6×10^(4)内,与基准球形凹陷相比,平行排布和V形排布... 详细信息

为了提高涡轮叶片内部通道对流传热性能,本文基于瞬态液晶热像技术分别针对矩形通道表面排布的球形凹陷和斜椭球凹陷阵列的传热和压力损失特性进行了实验研究。在雷诺数为1×10^(4)~6×10^(4)内,与基准球形凹陷相比,平行排布和V形排布的斜椭球凹陷总体传热分别增强了23.8%~33.8%和104%~121%,V形排布的斜椭球凹陷综合传热性能显著提高了25%~68.3%。通过数值模拟发现,平行排布的斜椭球凹陷虽然可以诱发更强烈的二次流,但是平行的排布方式使下游凹陷受到来自上游凹陷升温后的流体冲刷,因此限制了传热的进一步增强。V形排布的斜椭球凹陷通过诱发大尺度的纵向涡对将来自主流的冷流体输运至壁面,冷流体直接冲击壁面并与近壁流体剪切,极大地增强了对流传热。

关键词：涡轮叶片冷却斜椭球凹陷传热瞬态液晶热像实验流动结构

增材制造高性能微通道换热器模块化单元传热与压损实验

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工程热物理学报 2024年第1期45卷 186-193页

作者：吕玥萱肖克华饶宇上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

面向微型燃气轮机能效提升迫切需求,针对其回热循环工况设计了一款适合应用增材制造技术加工的高性能微通道回热器。结合逆流式换热器的基础研究与金属增材制造的特点,设计了模块化的波纹板微通道换热器单元,采用激光选区熔融技术(SLM)... 详细信息

面向微型燃气轮机能效提升迫切需求,针对其回热循环工况设计了一款适合应用增材制造技术加工的高性能微通道回热器。结合逆流式换热器的基础研究与金属增材制造的特点,设计了模块化的波纹板微通道换热器单元,采用激光选区熔融技术(SLM)完成不锈钢样机加工,并使用自行搭建的实验系统对其进行了性能测试。样件具有52个高度为0.7 mm的换热微通道,紧凑度超过1700 m^(2)/m^(3)。实验测试表明,该增材制造换热器在相对压损小于2%的条件下,平均Nu数相比传统方式加工的平板原表面换热器可提升88.9%,其关键性能参数在现有紧凑式换热器中具有先进性。

关键词：微通道换热器增材制造稳态试验传热压损

高温合金磨削热损伤的形成机理及对表面完整性的影响

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湖南大学学报（自然科学版） 2024年第4期51卷 35-42页

作者：尹佑康徐锦泱明伟伟安庆龙陈明上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室上海200240

高温合金磨削加工过程中易出现热损伤缺陷,严重降低零件的疲劳寿命,为解决该工程问题,采用锆刚玉砂轮与微晶刚玉砂轮对高温合金开展了深切缓进磨削试验.研究磨削工艺参数对磨削温度、磨削力,表面形貌与表面粗糙度的影响规律,揭示高温合... 详细信息

高温合金磨削加工过程中易出现热损伤缺陷,严重降低零件的疲劳寿命,为解决该工程问题,采用锆刚玉砂轮与微晶刚玉砂轮对高温合金开展了深切缓进磨削试验.研究磨削工艺参数对磨削温度、磨削力,表面形貌与表面粗糙度的影响规律,揭示高温合金磨削热损伤的形成机理与有效抑制措施,对比分析磨削热损伤对表面完整性造成的影响.结果表明,加工弧区瞬时高温是引起高温合金磨削热损伤的本质原因,微晶刚玉砂轮因自锐性优势能有效抑制磨削热损伤,高温合金磨削热损伤表面呈现氧化变色、鱼鳞状涂覆纹理、硬度下降与残余拉应力等表面缺陷.实现高温合金无热损伤磨削的有效手段是降低磨削热量的产生与加工弧区的强化换热.

关键词：热效应磨削加工形成机理表面完整性

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掘进机液压推进电液比例反馈模糊闭环控制

液压气动与密封 2024年第9期44卷 66-72页

作者：刘军伟杨路田大海江苏安全技术职业学院江苏徐州221011 上海工程机械厂有限公司上海201901

传统的掘进机液压推进系统,利用一个多边节流的主控制阀芯同时控制液压电液推进器的进出口电液,在进口节流调速的过程中,死区非线性因素影响下,相关干扰缺少反馈过程,造成了多余的出口电液损失,控制效果差。提出一种掘进机液压推进电液... 详细信息

传统的掘进机液压推进系统,利用一个多边节流的主控制阀芯同时控制液压电液推进器的进出口电液,在进口节流调速的过程中,死区非线性因素影响下,相关干扰缺少反馈过程,造成了多余的出口电液损失,控制效果差。提出一种掘进机液压推进电液比例反馈模糊闭环控制方法,描述电液比例控制系统动态行为,构建不同工况下的掘进机液压推进电液比例反馈传递函数,依靠反馈函数调整电液比例阀开度;将模糊控制和RBF神经网络相结合,设计参数调节器。引入鸽群优化算法,依据液压缸活塞位移反馈信号和控制信号差值,结合电液比例阀开度,生成最优模糊RBF神经网络控制PID控制器。实验结果表明:正弦信号更接近于预期值,即跟踪效果更理想,且滞后时间更短;在第5.8 s左右阶跃电流调节检测结果趋于稳定,调整用时约0.8 s,运动跟踪结果更接近期望值。跟踪精度更高,滞后时间更短,电流调节效果更好。

关键词：掘进机非线性状态反馈液压推进控制 RBF神经网络

700℃煤电机组锅炉炉内烟气侧热偏差的抑制

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热科学与技术 2024年第2期23卷 142-149页

作者：仇中柱倪鹏潘卫国廖鑫刘建全诸育枫吴乃新上海电力大学能源与机械工程学院上海200090 上海锅炉厂有限公司上海200245

700℃超超临界锅炉蒸汽参数高,热强度大,要求热偏差尽量小,所以需要确定700℃超超临界锅炉炉内热偏差的优化方法。初步设计了炉膛尺寸,用GAMBIT软件建立了几何模型并进行了网格划分,选取影响其炉膛出口烟气热偏差的3个主要因素:一、二... 详细信息

700℃超超临界锅炉蒸汽参数高,热强度大,要求热偏差尽量小,所以需要确定700℃超超临界锅炉炉内热偏差的优化方法。初步设计了炉膛尺寸,用GAMBIT软件建立了几何模型并进行了网格划分,选取影响其炉膛出口烟气热偏差的3个主要因素:一、二次风入射角度、燃尽风反切角度以及燃尽风率。设计了3因素3水平正交试验表,对正交试验表中的9个工况进行了模拟计算,并对模拟结果进行了极差分析和方差分析,结果表明:燃尽风反切角度和一、二次风入射角度对炉膛出口烟气热偏差影响为高度显著因素,且燃尽风反切角最显著,燃尽风率为显著因素。进一步研究后得出:当一次风偏转2°、二次风偏转17°、燃尽风反切25°、燃尽风率为0.40时,炉膛出口的烟气热偏差最小,此时的烟气热偏差值仅为8.30 K。

关键词： 700℃等级超超临界锅炉烟气热偏差正交试验数值模拟

可控转速机匣起始位置对跨声速压气机转子流动稳定性的影响

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工程热物理学报 2024年第5期45卷 1341-1349页

作者：赵佳诣吴宛洋钟兢军上海海事大学商船学院上海201306 上海电机学院机械学院上海201306

机匣处理的几何结构参数将对其扩稳机制和扩稳能力产生影响。本文针对可控转速机匣中可转动环段的起始位置对跨声速压气机转子流动稳定性的影响开展数值研究。结果表明,当可转动环段的起始位置从叶顶尾缘开始逐渐向上游移动的过程中,可... 详细信息

机匣处理的几何结构参数将对其扩稳机制和扩稳能力产生影响。本文针对可控转速机匣中可转动环段的起始位置对跨声速压气机转子流动稳定性的影响开展数值研究。结果表明,当可转动环段的起始位置从叶顶尾缘开始逐渐向上游移动的过程中,可转动环段作用范围的扩展使叶顶流场处于逆压流动的范围扩大,通流条件恶化,但由于同时也降低了叶尖负荷,稳定工作的流量范围得以扩大。而当起始位置继续向上游移动至20%轴向弦长和叶顶前缘处时,可转动环段能够分别完成对泄漏涡破碎后流体和来流主流的轴向加速,降低激波/泄漏涡干涉强度的同时削弱了堵塞效应,转子流动稳定性得到有效改善,特别是当起始位置位于叶顶前缘时,稳定工作裕度提高了52.56%。

关键词：可控转速机匣起始位置跨声速压气机转子叶顶泄漏流流动稳定性

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相变微胶囊材料导热增强研究进展

精细化工 2024年第6期41卷 1195-1210页

作者：王程遥张魏张涛朱群志上海电力大学能源与机械工程学院上海200090

相变微胶囊是将相变材料包封在壳材中,有效解决了相变材料的泄漏等问题,是一种性能良好的相变储能材料,在热能储存领域具有广泛的应用。但壳材的存在削弱了内部相变材料与外部环境间的热传导,降低了相变微胶囊的热导率,制约了其实际应... 详细信息

相变微胶囊是将相变材料包封在壳材中,有效解决了相变材料的泄漏等问题,是一种性能良好的相变储能材料,在热能储存领域具有广泛的应用。但壳材的存在削弱了内部相变材料与外部环境间的热传导,降低了相变微胶囊的热导率,制约了其实际应用范围。因此,对相变微胶囊进行改性是增强导热的有效途径。该文介绍了相变微胶囊的组成与结构,并从声子-声子与电子-声子相互作用的角度概述微观尺度下的导热机理;从芯材和壳材两方面对相变微胶囊导热增强改性进行了阐述,通过定量数据和导热机理对改性相变微胶囊的导热增强效果进行了分析;概括了改性相变微胶囊在纺织调温、浆料和建筑领域中的应用;最后,对相变微胶囊导热性能增强的研究前景和挑战以及实际应用方向进行了展望。

关键词：相变微胶囊相变储能材料改性热传导导热机理复合材料

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