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基于FPGA的电力电子恒导纳开关模型修正算法及实时仿真架构

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电力系统自动化 2024年第1期48卷 150-159页

作者：王钦盛王灿潘学伟梁亮哈尔滨工业大学(深圳)机电工程与自动化学院广东省深圳市518055

电力电子实时仿真是目前电力电子系统研究过程中的重要工具。为设计一套经济、可靠的电力电子实时仿真系统,文中搭建了一个以现场可编程门阵列(FPGA)为计算核心的硬件平台,并提出了配套的电磁仿真算法和FPGA架构设计。首先,推导了一种... 详细信息

电力电子实时仿真是目前电力电子系统研究过程中的重要工具。为设计一套经济、可靠的电力电子实时仿真系统,文中搭建了一个以现场可编程门阵列(FPGA)为计算核心的硬件平台,并提出了配套的电磁仿真算法和FPGA架构设计。首先,推导了一种简洁电磁暂态程序(EMTP)算法,用于提高传统离线算法的并行度。其次,从数值算法的角度分析恒导纳开关模型的虚拟功率损耗问题,提出了一种初始误差修正算法,消除了功率损耗。再次,串联以上算法,设计了一种基于状态机框架的数字信号处理(DSP)硬核资源复用FPGA架构,以硬件资源复用的方式实现了资源的高效利用,在不损失速度的同时提高了FPGA的利用效率。最后,通过多个实时仿真算例验证了所提方法的有效性和正确性。

关键词：电磁暂态仿真实时仿真电力电子开关虚拟功率损耗现场可编程门阵列资源复用

手过头姿势下钻孔作业肌肉疲劳MET预测模型

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中国安全科学学报 2024年第8期34卷 238-246页

作者：赵川刘思棋赵晓一青岛大学机电工程学院山东青岛266071

为评价手过头姿势下钻孔作业过程中人员肌肉疲劳发展情况,先通过模拟手过头姿势下的钻孔试验,测量试验前肌肉的最大随意收缩(MVC)、试验后的最大剩余肌力(MRF)、力量输出衰减程度(ΔF)以及手腕、手肘和肩部的主观疲劳评分(RPE),记录最... 详细信息

为评价手过头姿势下钻孔作业过程中人员肌肉疲劳发展情况,先通过模拟手过头姿势下的钻孔试验,测量试验前肌肉的最大随意收缩(MVC)、试验后的最大剩余肌力(MRF)、力量输出衰减程度(ΔF)以及手腕、手肘和肩部的主观疲劳评分(RPE),记录最大耐受时间(MET);通过设定3种操作面(正面、侧面、底面)和3种操作高度的不同操作组合作为试验变量,比较不同操作方式对手过头姿势下钻孔作业的肌肉疲劳影响情况,随后分析3种操作面(正面、侧面、底面)和3种操作高度下对MET、MRF、ΔF以及手腕、手肘和肩部RPE的影响。研究结果表明:采用正面操作并降低手臂上举高度能有效减轻肌肉疲劳;不同操作面显著影响MET、MRF及ΔF,同时,显著影响手腕、手肘和肩部的RPE;不同的操作高度显著影响MET、MRF以及手肘的RPE;所建立的MET预测模型可反映手过头姿势下钻孔作业过程中人员肌肉疲劳状态。

关键词：手过头作业钻孔作业肌肉疲劳最大耐受时间(MET) 预测模型

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大跨距双列圆锥滚子轴承热态特性

兵工学报 2024年第4期45卷 1285-1296页

作者：王一铭王恒迪崔永存李畅邓四二河南科技大学机电工程学院河南洛阳471003 山东朝阳轴承有限公司山东德州252600

针对摩擦发热会影响轴承寿命的问题,基于滚动轴承动力学理论,建立了考虑滚子修形的重载特种车辆用大跨距双列圆锥滚子轴承动力学分析模型和精细化轴承功耗数学模型,研究结构、工况参数对轴承摩擦功耗的影响规律,并对滚子与套圈的内滚道... 详细信息

针对摩擦发热会影响轴承寿命的问题,基于滚动轴承动力学理论,建立了考虑滚子修形的重载特种车辆用大跨距双列圆锥滚子轴承动力学分析模型和精细化轴承功耗数学模型,研究结构、工况参数对轴承摩擦功耗的影响规律,并对滚子与套圈的内滚道、外滚道和大挡边之间的接触温度特性进行分析。研究结果表明:转速、径向载荷增大以及内滚道倾角减小,滚子与挡边、滚道接触区最大温度均增大,且挡边接触区最大温度增大速率较快。轴向载荷增大会使受压侧受载最大滚子与套圈大挡边、滚道接触区最大温度均增大,套圈大挡边接触区最大温度增大速率较快;放松侧温度也增大,但增大速率较慢;倾覆力矩会导致两列滚动体温度产生差异,选择合适的跨距可以减小倾覆力矩对轴承温度的影响。

关键词：双列圆锥滚子轴承轴承动力学对数修形摩擦功耗热分析

压电驱动系统迟滞非线性-机械振动复合控制方法

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振动与冲击 2024年第12期43卷 156-165页

作者：张萌刘玉为张松林刘时成范鹏举陕西科技大学机电工程学院西安710016

针对压电驱动系统中普遍存在的非线性及振动问题,提出了一种基于力反馈和输入信号轨迹优化方法的复合控制方法。首先,构建了压电驱动系统的动力学模型,推导了压电驱动器输入电压与力传感器输出电压之间的传递函数。在此基础上,引入积分... 详细信息

针对压电驱动系统中普遍存在的非线性及振动问题,提出了一种基于力反馈和输入信号轨迹优化方法的复合控制方法。首先,构建了压电驱动系统的动力学模型,推导了压电驱动器输入电压与力传感器输出电压之间的传递函数。在此基础上,引入积分环节,通过零极点的配置实现了系统阻尼比的主动控制,搭建了力反馈闭环控制系统。对输入信号激振机理进行了溯源分析,提出了基于最小加速度准则的输入信号轨迹优化方法。在此基础上,搭建了压电驱动系统复合控制平台,对控制效果进行了试验验证。试验结果表明,通过复合控制方法50 Hz时的压电驱动系统跟踪误差由9.33%下降为1.87%。与开环位移响应相比,系统跟踪精度提高了约4倍。与仅采用力反馈的闭环控制方法相比,系统跟踪精度提高了约1.6倍。

关键词：压电驱动系统迟滞非线性机械振动力反馈

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分形粗糙面的主轴承弹流脂润滑分析

哈尔滨工业大学学报 2024年第4期56卷 120-129,157页

作者：李玲魏高帅王晶晶林红李丽霞解妙霞西安建筑科技大学机电工程学院西安710055

为探究弹性流体动压润滑(弹流润滑)状态下RV减速器主轴承接触表面之间的润滑特性,基于润滑脂的非牛顿特性以及粗糙表面分形理论,提出一种主轴承的点接触弹流脂润滑数值模型。首先,对该模型进行数值求解,得到脂膜压力、脂膜厚度的分布规... 详细信息

为探究弹性流体动压润滑(弹流润滑)状态下RV减速器主轴承接触表面之间的润滑特性,基于润滑脂的非牛顿特性以及粗糙表面分形理论,提出一种主轴承的点接触弹流脂润滑数值模型。首先,对该模型进行数值求解,得到脂膜压力、脂膜厚度的分布规律;然后,将其分别与其他点接触弹流润滑模型的数值结果和实验结果进行对比,验证了所建模型的正确性;最后,分析了主轴承表面光滑和粗糙状态下流变指数、分形维数、卷吸速度、载荷和润滑脂黏度对润滑性能的影响。结果表明:润滑脂的非牛顿性越明显,脂膜厚度越小且颈缩现象愈加不明显,接触区附近脂膜压力越符合赫兹压力分布,二次压力峰逐渐消失;考虑主轴承分形粗糙表面的弹流润滑特征更切合实际,增大分形维数,接触区真实接触面积增大,有利于降低脂膜压力,增加脂膜厚度;卷吸速度、载荷和润滑脂黏度对脂膜厚度分布的影响显著,对脂膜压力分布的影响较小;脂膜厚度以及最小膜厚越大,主轴承接触区脂膜不易破坏且越容易形成动压润滑。

关键词：弹流润滑粗糙度非牛顿流体脂膜厚度分形维数

基于改进残差网络的风电轴承故障迁移诊断方法

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振动工程学报 2024年第2期37卷 356-364页

作者：邓林峰王琦郑玉巧兰州理工大学机电工程学院甘肃兰州730050

针对风电轴承故障源域数据和目标域数据特征分布不同而导致的故障诊断精度偏低问题,提出一种利用改进残差神经网络进行风电轴承故障迁移诊断的方法。该方法将卷积核和池化核设定为与一维振动信号卷积运算相适应的尺寸,从振动信号直接提... 详细信息

针对风电轴承故障源域数据和目标域数据特征分布不同而导致的故障诊断精度偏低问题,提出一种利用改进残差神经网络进行风电轴承故障迁移诊断的方法。该方法将卷积核和池化核设定为与一维振动信号卷积运算相适应的尺寸,从振动信号直接提取轴承的故障特征;在一维残差网络中同时使用批量归一化和实例归一化,进一步增强模型的特征提取能力;在模型训练阶段,通过源域数据和目标域数据的多核最大均值差异构建新的损失函数,以提高模型在不同分布数据集上的迁移学习及分类能力。利用故障轴承实验数据对方法的有效性进行验证,结果显示,即使受到轴承变转速运行工况和故障振动信号含噪声干扰成分的双重影响,该方法仍然可提取出轴承故障的重要特征,并实现不同工况轴承故障的迁移诊断和准确分类,这对于发展复杂环境下的旋转机械智能故障诊断技术具有参考价值。

关键词：故障诊断风电轴承振动信号卷积神经网络残差网络

基于局部线性嵌入的制造过程多重共线性参数特征选择

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中国机械工程 2024年

作者：胡胜高冰冰张溪刘登基西安工程大学机电工程学院

制造过程中涉及的多重共线性参数众多，势必会导致过程参数间多重共线性带来的参数质量指标预测不准确等问题。针对上述问题，本文提出一种基于局部线性嵌入(Locally Linear Embedding， LLE)的制造过程多重共线性参数特征选择方法。首... 详细信息

制造过程中涉及的多重共线性参数众多，势必会导致过程参数间多重共线性带来的参数质量指标预测不准确等问题。针对上述问题，本文提出一种基于局部线性嵌入(Locally Linear Embedding， LLE)的制造过程多重共线性参数特征选择方法。首先对制造过程的参数进行多重共线性诊断，然后对具有多重共线性的参数进行Lasso回归(Least Absolute Selection and Shrinkage Operator， Lasso)处理，以消除参数的多重共线性；在此基础上，采用LLE算法对Lasso回归后的参数进行特征选择，获得彼此独立的特征空间，将其输入到鲸鱼优化支持向量机模型(WOA-SVM)中验证所提算法的参数特征选择效果；最后通过案例分析验证本文所提方法的有效性，结果显示，与原始数据相比，采用本文提出的方法能够在更低的特征空间维度下获取更精确的预测效果，即相关系数值高于原始样本数据的指标数值，高达97.021%，特征选择的准确率增加了24.989%。

关键词：制造过程多重共线性局部线性嵌入特征选择

多主轴头数控机床虚拟仿真加工平台的构建方法

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吉林大学学报（工学版） 2024年第6期54卷 1528-1536页

作者：蔡安江王沛彭王晨曦李玲西安建筑科技大学机电工程学院西安710055

针对目前多主轴头数控机床在虚拟仿真加工过程中无法实现多主轴头切换调用的问题,提出了一种多主轴头数控机床虚拟仿真加工平台的构建方法。首先,根据多主轴头数控机床的多主轴头库创立虚拟轴,构建其各运动轴的拓扑结构,搭建虚拟数控机... 详细信息

针对目前多主轴头数控机床在虚拟仿真加工过程中无法实现多主轴头切换调用的问题,提出了一种多主轴头数控机床虚拟仿真加工平台的构建方法。首先,根据多主轴头数控机床的多主轴头库创立虚拟轴,构建其各运动轴的拓扑结构,搭建虚拟数控机床的几何模型;其次,利用数控系统的宏和变量等进行二次开发,通过改变虚拟轴中各主轴头组件在虚拟数控机床结构项目树和几何模型中的位置得到宏程序,并通过宏调用指令将此更换主轴头宏程序作为子程序代替执行NC程序中更换主轴头的功能指令,使虚拟数控机床在执行更换主轴头指令时实际执行的是更换主轴头的宏程序,实现了多主轴头数控机床虚拟仿真加工过程中主轴头的动态切换调用;最后,应用该方法构建了UniForce6落地镗铣加工中心的虚拟仿真加工平台,并完成了某箱体零件的仿真加工。结果表明:该虚拟仿真加工平台可实现多个主轴头协同完成加工过程的连续仿真,符合实际加工工况,且在更换主轴头的过程中可检查干涉碰撞情况,进一步提高了多主轴头数控机床虚拟仿真加工的有效性。

关键词：机械制造多主轴头数控机床虚拟轴拓扑结构宏程序连续仿真加工

考虑供需匹配特性的冷热电联供系统运行策略研究

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电力系统保护与控制 2024年第11期52卷 52-62页

作者：李要红王鹏翔彭斌姚鑫兰州理工大学机电工程学院甘肃兰州730050

针对以电定热和以热定电运行策略能量冗余以及混合热电运行策略能源不足的特性,在热电负荷平衡运行策略的基础上,提出了改进的热电负荷平衡运行策略。以北方某酒店为研究对象,并以最大化能源利用率为目标对系统的装机容量进行了优化,同... 详细信息

针对以电定热和以热定电运行策略能量冗余以及混合热电运行策略能源不足的特性,在热电负荷平衡运行策略的基础上,提出了改进的热电负荷平衡运行策略。以北方某酒店为研究对象,并以最大化能源利用率为目标对系统的装机容量进行了优化,同时提出了能源综合指数,研究了在5种运行策略下购买能量和冗余能量对系统性能的影响。然后分析了在不同运行策略下系统的供需匹配特性和改进的热电负荷平衡策略下系统的能量平衡关系。最后,通过算例探究了改进的热电负荷平衡策略对提高系统经济性的作用,并经过对比分析验证了研究的合理性与有效性。研究结果表明,与其他4种运行策略相比,改进的热电负荷平衡运行策略下系统的能源利用率分别提高了4.3%、4.38%、4.75%、4.73%;能源综合指数分别降低了6.58%、5.96%、2.23%、3.45%;系统的年总成本分别降低了11.65%、2.74%、1.64%、0.74%。其中,改进的热电负荷平衡策略下系统的供需匹配性能最优(为0.9382)。

关键词：运行策略能源利用率能源综合指数供需匹配