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计及悬浮系统影响的高速磁浮直线同步电机建模方法

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西南交通大学学报 2024年第4期59卷 729-736页

作者：康劲松丁浩倪菲汪凤翔同济大学铁道与城市轨道交通研究院上海201804 同济大学磁浮技术铁路行业重点实验室上海201804 同济大学电子与信息工程学院上海201804 同济大学国家磁浮交通工程技术研究中心上海201804 中国科学院海西研究院电机驱动与功率电子国家地方联合工程研究中心福建泉州362200

为提高高速磁浮直线同步电机模型精度,基于电磁铁模块磁共能重构,提出一种计及悬浮系统影响的分布参数建模方法.首先,建立高速磁浮列车电磁铁模块的有限元模型,利用有限元数值分析获取电磁铁模块在不同工况下的磁共能数据,通过对磁共能... 详细信息

为提高高速磁浮直线同步电机模型精度,基于电磁铁模块磁共能重构,提出一种计及悬浮系统影响的分布参数建模方法.首先,建立高速磁浮列车电磁铁模块的有限元模型,利用有限元数值分析获取电磁铁模块在不同工况下的磁共能数据,通过对磁共能进行傅里叶级数展开及多项式拟合构建磁共能的解析模型;其次,根据磁共能解析模型推导电磁铁模块的磁链、电压和推力方程;然后,根据列车编组数量和电磁铁模块数量分别建立左右两侧直线同步电机的数学模型,并通过运动学方程计算高速磁浮列车位置和速度;最后,通过硬件在环仿真系统进行实验验证.试验结果表明:本文所提建模方法与传统建模方法相比,推力波动幅值增加超过6.8%;并且所提方法可以准确表征悬浮系统对牵引控制的影响,当励磁电流谐波幅值增加0.5、1.0、2.0 A时,推力波动幅值分别最大增加54.3%、26.2%、83.7%;当励磁电流谐波频率为5、10、20 Hz时,推力的谐波频率最大达到5.14%,21.75%和14.17%.

关键词：磁悬浮直线电机牵引控制悬浮系统建模方法

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低载波比牵引系统的感应电机特征根离散化模型研究

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电工技术学报 2024年第2期39卷 434-444,454页

作者：张钦培李健卢阳吴凌豪杨凯孙佳伟强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学电气与电子工程学院) 武汉430074 华中科技大学电气与电子工程学院新型电机与特种电磁装备教育部工程研究中心武汉430074 中车大连电力牵引研发中心有限公司大连116052

在大功率和高速电机驱动领域,电机控制系统将运行于低载波比工况。传统的一阶欧拉、二阶双线性等降阶离散化模型在低载波比下由于离散化误差过大,对应的状态观测将出现幅值和相位的稳态误差,严重时甚至出现发散不收敛现象。针对上述问题... 详细信息

在大功率和高速电机驱动领域,电机控制系统将运行于低载波比工况。传统的一阶欧拉、二阶双线性等降阶离散化模型在低载波比下由于离散化误差过大,对应的状态观测将出现幅值和相位的稳态误差,严重时甚至出现发散不收敛现象。针对上述问题,该文提出了感应电机特征根离散化模型。通过构建感应电机的复矢量模型状态空间方程,将满秩的状态转移矩阵进行对角化,得到状态转移矩阵的精确离散化结果,该模型在低载波比时仍具有较高的离散化精度。同时,提出了一种基于伯德图的离散化误差定量分析方法,通过定量对比不同离散化模型和连续域模型之间观测变量的幅值和相位误差,从理论上证明了提出方法的优越性。最后,通过仿真和实验验证了上述感应电机特征根离散化模型在低载波比下均具有良好的稳态精度与暂态跟随性能。

关键词：感应电机离散化模型传递函数伯德图低载波比

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外物冲击损伤对航空发动机风扇叶片影响研究

力学季刊 2024年第1期45卷 99-109页

作者：孙乐张卓张锴郑百林史同承张刚高德水同济大学航空航天与力学学院上海200092 中国航发商用航空发动机有限责任公司设计研发中心上海201100 北京飞机维修工程有限公司成都交付中心四川成都610201

为研究外来物对航空发动机风扇叶片造成的损伤特征差异,以6 mm、10 mm、14 mm尺寸的304钢球作为冲击物,某型号退役航空发动机叶片作为靶板,通过轻气炮系统开展不同冲击位置处的外物损伤试验,并基于率相关本构模型构建了有限元模型,将基... 详细信息

为研究外来物对航空发动机风扇叶片造成的损伤特征差异,以6 mm、10 mm、14 mm尺寸的304钢球作为冲击物,某型号退役航空发动机叶片作为靶板,通过轻气炮系统开展不同冲击位置处的外物损伤试验,并基于率相关本构模型构建了有限元模型,将基于仿真模型冲击响应后的FOD (Foreign Object Damage)损伤区域与试验损伤区域进行对比,两者在尺寸以及形状等方面取得了较高的一致性.之后利用构建的模型研究了冲击位置、角度以及小球尺寸对冲击响应过程中速度变化趋势的影响.结果表明,叶片不同位置处的抗冲击能力有很大区别,且小球尺寸对损伤区域具有决定性影响;此外还发现损伤模式不同时,小球剩余速度的变化趋势也不相同.

关键词：轻气炮试验损伤模式 FOD 冲击载荷仿真

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智慧公路毫米波雷达感知精度分析与验证

中国公路学报 2024年第1期37卷 205-214页

作者：赵聪师钰鹏丁德隆暨育雄杜豫川同济大学道路与交通工程教育部重点实验室上海201804

毫米波雷达是当前智慧公路中路侧感知系统的重要组成部分,在交通流运行态势感知与智能管控、车路协同与自动驾驶中广泛应用。然而,车辆与毫米波雷达之间的相对位置、相对姿态的变化会对雷达信号回波及点云分布产生影响,导致雷达对车辆... 详细信息

毫米波雷达是当前智慧公路中路侧感知系统的重要组成部分,在交通流运行态势感知与智能管控、车路协同与自动驾驶中广泛应用。然而,车辆与毫米波雷达之间的相对位置、相对姿态的变化会对雷达信号回波及点云分布产生影响,导致雷达对车辆的感知结果出现偏差,进而影响交通系统的管控决策。分析毫米波雷达感知精度的空间特征,对于指导毫米波雷达在智慧公路中的应用至关重要。为此,基于毫米波雷达的感知原理,综合考虑毫米波雷达信号处理与点云数据处理2个阶段中的感知误差来源,通过数值仿真与实测试验相结合的方式对目标在不同位置与姿态下毫米波雷达的感知精度特征进行分析与验证。研究表明:雷达纵向感知精度主要受到与车辆相对位置的影响,当车辆与雷达纵向距离小于30 m或大于200 m时,车辆位置感知结果会向车头或车尾方向显著偏移,相应产生的纵向感知误差通常超过0.5 m;雷达横向感知精度主要受到车辆横向位置及相对姿态的影响,当车辆横向位置偏离雷达中心光束超过5 m或车辆行驶的航向角超过40°时,车辆位置感知结果会向车身侧向偏移,相应产生的横向感知误差通常超过0.5 m。得到的影响因素分析结果,可进一步为智慧公路场景中毫米波雷达感知数据的应用与感知设备的部署提供建议。

关键词：交通工程感知精度数值仿真毫米波雷达智慧公路路侧感知

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电磁感应热压辊表面温度均匀性优化设计

塑料工业 2024年第1期52卷 52-58页

作者：薛翰王野平李晓明同济大学机械与能源工程学院上海201804

以线圈内置式的电磁感应热压辊为研究主体,基于电磁场理论和温度场理论,设计了一种有利于提高其温度均匀性的结构,通过在辊内壁安装鼠笼式套筒来分散热源并降低对涡流产生位置的影响,通过在辊体安插导热铜条实现辊体综合热导率的提高并... 详细信息

以线圈内置式的电磁感应热压辊为研究主体,基于电磁场理论和温度场理论,设计了一种有利于提高其温度均匀性的结构,通过在辊内壁安装鼠笼式套筒来分散热源并降低对涡流产生位置的影响,通过在辊体安插导热铜条实现辊体综合热导率的提高并降低辊端与辊中心区的温度差,通过非均匝线圈改变热源位置以使得辊中心区温度均匀性的提高。最后使用Maxwell与Ansys Transient Thermal进行仿真分析,验证了鼠笼式套筒上几乎无涡流产生,并且辊面中心区的温差≤1.58℃、整体加热区域温差<25℃,与优化前相比,整体温差降低146.22℃,优化效果可观,对实际应用和相关技术研究具一定指导意义。

关键词：电磁感应加热有限元仿真温度优化设计电磁场理论磁热双向耦合

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基于抗差自适应滤波的高速列车融合测速算法

同济大学学报（自然科学版） 2024年第6期52卷 935-942页

作者：王小敏贾钰林张亚东魏维伟何静西南交通大学信息科学与技术学院成都611756 四川省列车运行控制技术工程研究中心成都611756 中国航天科技集团有限公司交通感知雷达研发中心上海201109

针对Kalman滤波在高速列车融合测速过程中因观测粗差和动力学模型误差而引起的融合精度下降问题,提出一种基于抗差自适应滤波的高速列车融合测速算法。首先,在Kalman滤波的基础上构建异常检测函数和误差判别统计量,用于检测和区分传感... 详细信息

针对Kalman滤波在高速列车融合测速过程中因观测粗差和动力学模型误差而引起的融合精度下降问题,提出一种基于抗差自适应滤波的高速列车融合测速算法。首先,在Kalman滤波的基础上构建异常检测函数和误差判别统计量,用于检测和区分传感器异常观测导致的观测粗差和动力学模型误差;然后,针对观测粗差和动力学模型误差,分别采用三段式函数和指数函数构造抗差因子和自适应因子,通过2种因子合理调节观测信息和模型信息在状态估计中的权重,从而降低观测粗差和动力学模型误差对融合结果的影响;最后,通过2种运行场景以及算法对比,仿真验证抗差自适应滤波算法性能。仿真结果表明,与基于Kalman滤波的融合测速算法相比,所提出算法无论在观测粗差场景还是在动力学模型误差场景,均具有更高的精度和稳定性。

关键词：铁路运输列车测速抗差自适应滤波高速列车信息融合

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典型桥梁主梁涡振机理分析的简化涡方法

中国公路学报 2024年

作者：胡传新王相龙赵林葛耀君同济大学土木工程防灾减灾全国重点实验室武汉科技大学城市建设学院同济大学桥梁结构抗风技术交通运输行业重点实验室武汉科技大学城市更新湖北省工程研究中心

旋涡脱落和漂移是桥梁断面涡振发生的共同流场特征，主梁表面压力时空分布与旋涡漂移密切关联。本文基于主梁表面时空压力场，系统分析了涡激气动力统计参数（相关系数、贡献值、无量纲功等）的空间分布特征，建立了简化涡基本理论，提... 详细信息

旋涡脱落和漂移是桥梁断面涡振发生的共同流场特征，主梁表面压力时空分布与旋涡漂移密切关联。本文基于主梁表面时空压力场，系统分析了涡激气动力统计参数（相关系数、贡献值、无量纲功等）的空间分布特征，建立了简化涡基本理论，提出了典型桥梁主梁涡振机理分析的简化涡方法。该方法可推演关键流场特征及其主导同步气动力时空演变模式，从而揭示涡振机理。以典型箱梁为例，结合气动力时频特征、数值流场与谱本征正交分解（Spectral Proper Orthogonal Decomposition，SPOD），验证了简化涡方法。研究表明：发生竖向（扭转）涡振时，相关系数、贡献值和无量纲功为脉动压力与涡激力（矩）之间相位差的类简谐函数。当相位差单调变化时，上述统计参数呈波浪式分布，且对应主导涡激气动力沿流向呈行波式演变，统称为气动行波模式。该模式与对应简化涡模式互为映射，共同构成简化涡模态。竖向涡振时，上表面旋涡前缘分离至尾缘处漂移距离约为k个波长，耗时k个断面振动周期，即由分离点诱发的k阶竖向简化涡模态主导；扭转涡振上表面旋涡前缘分离至尾缘处漂移距离约为（k+0.5）个波长，耗时（k+0.5）个断面振动周期，即由分离点诱发的k阶扭转简化涡模态主导；其中k为正整数。典型箱梁上表面气动力主导SPOD模态沿流向呈行波式演变，相关系数呈波浪式分布，且波涡模式互为映射，较好验证了简化涡方法。本文系统建立了简化涡基本理论，构建了以与振动效应关联多尺度气动力时空演变特征为“一体”、以推演关键流场特征的简化涡模式和以精确模拟气动力时空演变特征的气动行波模式为“两翼”的简化涡方法体系，为桥梁主梁涡振物理机制分析、涡激力数理模型构建及涡振抑振措施比选提供新的理论依据。

关键词：简化涡方法涡振桥梁主梁旋涡漂移气动力行波

基于直流电流反馈的MMC-HVDC系统的中高频振荡抑制策略

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中国电力 2024年

作者：辛业春李尚轩王延旭朱益华余佳微常东旭直流输电技术全国重点实验室(南方电网科学研究院有限责任公司) 现代电力系统仿真控制与绿色电能新技术教育部重点实验室(东北电力大学) 国家能源大电网技术研发(实验)中心

基于模块化多电平换流器的柔性直流输电（modular multilevel convertor based high voltage direct current，MMC-HVDC）系统存在的中高频振荡问题严重危胁电力系统的正常运行。首先，基于MMC的动态相量模型，建立了MMC的交流侧阻抗模... 详细信息

基于模块化多电平换流器的柔性直流输电（modular multilevel convertor based high voltage direct current，MMC-HVDC）系统存在的中高频振荡问题严重危胁电力系统的正常运行。首先，基于MMC的动态相量模型，建立了MMC的交流侧阻抗模型；其次，利用阻抗法分析控制环节及控制参数对MMC阻抗特性的影响，得到了功率外环、电流内环及控制链路延时是导致MMC呈现负阻尼特性的主要原因；再次，在分析现有基于电压前馈环节和电流内环的协同振荡抑制策略不足的基础上，提出了功率外环附加直流电流反馈的振荡抑制策略，极大程度消除系统中的谐波分量，改善了MMC的阻抗特性；最后，通过电磁仿真软件验证理论分析和抑制措施的正确性与有效性。

关键词：模块化多电平换流器稳定性分析中高频振荡振荡抑制

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磁场和超声波共同作用下磁性微球的深度聚集

上海大学学报（自然科学版） 2024年第3期30卷 559-564页

作者：裴宁韩梦龙龚永勇董耀诚沈运丽上海大学理学院上海200444 同济大学医学院附属东方医院心内科上海200092

在磁性药物靶向治疗中,由于普通电磁铁产生的磁场的磁通密度会随距离衰减,造成磁性药物颗粒在离磁极较近的部位聚集较多,而在离磁极较远的部位聚集较少,这限制了磁靶向技术在深度组织部位的应用.提出了环形磁极磁场和超声波声场相结合... 详细信息

在磁性药物靶向治疗中,由于普通电磁铁产生的磁场的磁通密度会随距离衰减,造成磁性药物颗粒在离磁极较近的部位聚集较多,而在离磁极较远的部位聚集较少,这限制了磁靶向技术在深度组织部位的应用.提出了环形磁极磁场和超声波声场相结合的非侵入性新方法,以实现磁性微粒的三维深度聚集.首先,给出深度聚集磁性微粒实验设备的结构设计;然后,利用COMSOL仿真软件计算出实现深度聚集的超声波振幅范围;最后,依据仿真结果给出的参数进行了实验.实验结果证明,在合适的超声波强度下,磁性微球在远离磁极区域的聚集量多于离磁极较近区域,实现了磁性微粒在三维方向的深度聚集.

关键词：磁性药物靶向磁场超声波空化有限元分析