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基于未知输入观测器的转子系统振动位移重构方法

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振动与冲击 2024年第20期43卷 247-254页

作者：李翁衡祝长生浙江大学电气工程学院杭州310027

为了解决发动机转子系统中无传感器位置的振动估计问题,提出了基于未知输入观测器的转子系统振动位移重构方法。首先,用有限元法建立了转子系统的动力学模型,并通过模态试验校核了模型的准确性;然后,提出基于二阶导数构造辅助输出的未... 详细信息

为了解决发动机转子系统中无传感器位置的振动估计问题,提出了基于未知输入观测器的转子系统振动位移重构方法。首先,用有限元法建立了转子系统的动力学模型,并通过模态试验校核了模型的准确性;然后,提出基于二阶导数构造辅助输出的未知输入观测器设计方法来解决观测器匹配条件不满足的问题,研究了转子系统的状态可观性;最后,在某双悬臂低压单转子系统动力学特性试验装置上进行了试验。试验结果表明,在观测器数学模型包含两阶刚体和前两阶弯曲模态的条件下,该研究的振动位移重构方法对目标位置二阶刚体临界振峰的重构误差均不大于25%。

关键词：转子系统位移重构观测器

基于磁-固-路双向耦合的电机电磁振动分析方法

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机械工程学报 2024年第11期60卷 156-168页

作者：徐晨期祝长生浙江大学电气工程学院杭州310027

电机的电磁振动是由电机的电磁场与结构场之间的相互作用产生的,研究电机的电磁振动就必须考虑这种磁-固双向耦合的影响。结合电机驱动与控制系统,提出了一种磁-固-路双向耦合的电机电磁振动分析方法。首先建立了电机转子及定子在磁-固... 详细信息

电机的电磁振动是由电机的电磁场与结构场之间的相互作用产生的,研究电机的电磁振动就必须考虑这种磁-固双向耦合的影响。结合电机驱动与控制系统,提出了一种磁-固-路双向耦合的电机电磁振动分析方法。首先建立了电机转子及定子在磁-固双向耦合条件下的动力学模型,基于场路耦合方程建立了电机驱动与控制系统和电磁场之间的联系。然后提出了电机电磁振动的磁-固-路双向耦合循环迭代方法,分析了多场路双向耦合分析中需要解决的关键问题。接着提出了一种多场耦合分析的节点标记方法,实现了电机电磁场与结构场间数据的快速、准确传递和交换。最后以一台1 MW-4极72槽永磁同步电机为例,进行了电机振动的分析及试验测试,对电机电磁振动磁-固-路双向耦合循环迭代分析方法的可行性和准确性进行了验证。结果表明,提出的节点标记及磁-固-路双向耦合循环迭代分析方法能够实现不同场网格节点间信息的准确传递,能考虑转子偏心、结构、轴承、驱动及控制系统等对电机电磁振动特性的影响,为精确预测电机的电磁振动和噪声提供了一种可行的方法。

关键词：电机电磁振动磁-固双向耦合场路耦合

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基于群体划分的冠状病毒群体免疫优化算法

上海交通大学学报 2024年第4期58卷 555-564页

作者：李博群孙志锋浙江大学电气工程学院杭州310027

针对冠状病毒群体免疫优化(CHIO)算法收敛速度慢、求解精度低的问题,提出一种基于群体划分的冠状病毒群体免疫优化(SD-CHIO)算法.基于适应度均匀原则将初始群体划分为两部分,即全局寻优个体与局部寻优个体.对于全局寻优个体,在其位置更... 详细信息

针对冠状病毒群体免疫优化(CHIO)算法收敛速度慢、求解精度低的问题,提出一种基于群体划分的冠状病毒群体免疫优化(SD-CHIO)算法.基于适应度均匀原则将初始群体划分为两部分,即全局寻优个体与局部寻优个体.对于全局寻优个体,在其位置更新中加入差分变异与漫反射变异策略,分别用来增强全局寻优个体之间的交流与群体多样性,从而提高算法的全局搜索能力.对于局部寻优个体,在其位置更新中引入一种自适应快速收敛策略:基于增量法进行精英预测,并加入一种自适应收敛系数使局部寻优个体能快速收敛至精英解,以提升算法的局部搜索能力.数值实验表明:SD-CHIO能够有效提高原算法的收敛速度与精度,并表现出明显优于其他元启发式算法的全局与局部搜索能力以及一定的工程价值.

关键词：冠状病毒群体免疫优化算法群体划分自适应快速收敛差分变异漫反射变异

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圆柱壳体动力响应中的模态参与问题研究

振动工程学报 2024年第1期37卷 83-94页

作者：徐港辉祝长生浙江大学电气工程学院浙江杭州310027

以两端简支圆柱壳体为例,研究了考虑正、余弦模态成分影响的圆柱壳体动力响应中的模态参与问题,提出了根据模态参与因子的分布特征判定模态截断阶次的方法,采用正、余弦模态叠加得到了圆柱壳体在冲击激励及旋转行波激励作用下的动力响应... 详细信息

以两端简支圆柱壳体为例,研究了考虑正、余弦模态成分影响的圆柱壳体动力响应中的模态参与问题,提出了根据模态参与因子的分布特征判定模态截断阶次的方法,采用正、余弦模态叠加得到了圆柱壳体在冲击激励及旋转行波激励作用下的动力响应,基于响应的收敛性验证了判定方法的可靠性。理论计算与有限元仿真结果表明,与圆柱壳体模态特性分析不同,在求解圆柱壳体动力响应时必须同时考虑正、余弦模态成分的影响;冲击激励作用下,圆柱壳体各阶正、余弦模态在响应中的参与程度与激振点和观测点的位置相关;旋转行波激励作用下,圆柱壳体各阶正、余弦模态在响应中的参与程度与激励的阶次和频率密切相关。

关键词：圆柱壳体正余弦模态模态参与模态叠加模态截断动力响应

模块化永磁直线同步电机考虑制造公差的推力鲁棒性优化

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电工技术学报 2024年第2期39卷 465-474,513页

作者：龚夕霞李焱鑫卢琴芬浙江大学电气工程学院杭州310027

模块化永磁直线同步电机(MPMLSM)具有效率与推力密度高、可靠性和可加工性好等优点,非常适用于长行程运输系统;缺点是批量生产中性能易受到加工公差的影响。针对这一问题,该文提出了一种考虑制造公差的综合多目标鲁棒优化设计方法。首先... 详细信息

模块化永磁直线同步电机(MPMLSM)具有效率与推力密度高、可靠性和可加工性好等优点,非常适用于长行程运输系统;缺点是批量生产中性能易受到加工公差的影响。针对这一问题,该文提出了一种考虑制造公差的综合多目标鲁棒优化设计方法。首先,基于六西格玛设计方法建立了鲁棒优化模型;其次,采用拉丁超立方采样方法在尺寸公差范围内根据正态分布规律进行抽样,模拟大规模生产时电机尺寸受公差影响可能会出现的各种变化;再次,在尺寸优化范围内均匀抽样构成足够的训练样本,由有限元软件仿真这些抽样方案的推力性能,并基于反向传播神经网络建立电机设计代理模型;然后,应用该代理模型对拉丁超立方采样得到的样本进行电机性能的计算,求解样本整体对应的各优化目标的均值与方差,进而计算多目标优化的适应度;最后,采用非支配排序遗传算法Ⅱ进行全局优化,得到鲁棒优化方案,与不考虑公差的确定性优化方案相比,验证了该方法的有效性。鲁棒优化方案虽然略微增加了电机体积和推力波动,但是其失效概率低,受公差影响小,更加符合产品批量生产过程中的质量要求。

关键词：模块化永磁直线同步电机(MPMLSM) 制造公差鲁棒优化设计六西格玛设计代理模型

结构参数对环形线性感应电磁泵性能的影响分析

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电机与控制学报 2024年第4期28卷 92-101,110页

作者：刘慧娟易元元张振洋周佳明王宇北京交通大学电气工程学院北京100044 浙江大学电气工程学院浙江杭州310027

环形线性感应电磁泵(ALIP)是液态金属反应堆中泵送冷却剂的关键驱动设备。在电磁泵的设计和分析中,结构参数是影响电磁泵输出性能的重要因素。为了进一步研究环形线性感应电磁泵结构设计参数对输出性能的影响,首先利用有限元分析软件建... 详细信息

环形线性感应电磁泵(ALIP)是液态金属反应堆中泵送冷却剂的关键驱动设备。在电磁泵的设计和分析中,结构参数是影响电磁泵输出性能的重要因素。为了进一步研究环形线性感应电磁泵结构设计参数对输出性能的影响,首先利用有限元分析软件建立考虑端部效应和环形导电管道影响的环形线性感应电磁泵仿真模型,然后基于模型计算分析了不同齿槽比、流道高度和管道壁厚度对电磁泵的磁密分布、电磁力密度分布和输出电磁力的影响,最后进一步对比分析了不同结构参数下环形线性感应电磁泵的输出特性和效率,研究结果为环形线性感应电磁泵的结构参数优化提供了参考依据。

关键词：环形线性感应电磁泵电磁泵有限元电磁场结构参数端部效应

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基于有源箝位的功率器件串联均压技术

电力自动化设备 2024年第5期44卷 164-170页

作者：邵帅汪欣张建佳陈慧张军明浙江大学电气工程学院浙江杭州310027 浙大城市学院信息与电气工程学院浙江杭州310015

功率器件串联的关键技术挑战是如何实现串联器件的动、静态均压。提出一种基于有源箝位的器件串联均压电路及其控制方法。所述均压电路仅由1个辅助开关管和1个箝位电容串联而成,该电路与各主功率管并联。主功率管的关断电压可自动被箝... 详细信息

功率器件串联的关键技术挑战是如何实现串联器件的动、静态均压。提出一种基于有源箝位的器件串联均压电路及其控制方法。所述均压电路仅由1个辅助开关管和1个箝位电容串联而成,该电路与各主功率管并联。主功率管的关断电压可自动被箝位电容电压箝位,从而将器件串联均压问题转化为各箝位电容电压均衡问题。提出了一种箝位电容均压方法,利用负向电流回收箝位电容电能,并能保证辅助开关管实现零电压开通。所提均压技术具有结构简单、损耗低、模块化等优点。此外,通过调整箝位电容放电时间差异,形成阶梯型桥臂电压,以减小桥臂电压的瞬时变化率dv/dt。搭建一台3 kV/750 V 30 kW谐振型直流变压器样机,每个桥臂采用6个SiC MOSFET串联。实验结果表明所提均压方法在各个工况下均能实现串联器件的动、静态均压,不均压度小于3%,且在3kV输入电压下峰值效率达98.4%。

关键词：串联器件均压有源箝位 dv/dt优化直流变压器

基础摆动条件下电磁轴承-柔性转子系统的加速度前馈振动抑制

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振动工程学报 2024年第8期37卷 1269-1280页

作者：张鹏祝长生浙江大学电气工程学院浙江杭州310027

旋转机械基础的摆动会给转子系统带来附加的陀螺力矩和惯性载荷,影响转子系统的振动及稳定性,甚至影响转子的正常运行。为了有效控制电磁轴承‐柔性转子系统在基础摆动下的振动,提出了一种基于基础加速度的前馈补偿控制方法。该方法基... 详细信息

旋转机械基础的摆动会给转子系统带来附加的陀螺力矩和惯性载荷,影响转子系统的振动及稳定性,甚至影响转子的正常运行。为了有效控制电磁轴承‐柔性转子系统在基础摆动下的振动,提出了一种基于基础加速度的前馈补偿控制方法。该方法基于柔性转子系统动力学模型以及基础摆动的信息,可直接得到抑制转子振动所需的最佳补偿电流,无需迭代和复杂的控制器结构,因此具有较强的快速性和实用性。为了消除建模误差对前馈补偿控制性能的影响,给出了对补偿电流进行修正的方法。仿真分析了补偿算法对转子振动的抑制效果。在搭建的电磁轴承‐柔性转子系统基础运动试验平台上,进行了基础摆动条件下转子悬浮、恒速、加速运行时的振动控制有效性试验。理论和试验结果一致,表明基础摆动产生的附加惯性载荷会使电磁轴承‐柔性转子系统在垂直于摆动方向上的振动明显增大,产生的附加陀螺力矩会使沿摆动方向的振动有所增大,且增加的幅度随转子转速的升高而增大。在包含一阶弯曲临界转速的转速范围内,基础加速度前馈补偿控制对基础摆动条件下的转子振动均有显著的抑制效果。

关键词：振动抑制电磁轴承基础摆动前馈补偿

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一种电机直驱操动机构行程曲线规划方法

电机与控制学报 2024年第5期28卷 9-16页

作者：王潇吴旭升肖曦海军工程大学电气工程学院湖北武汉430034 清华大学电机工程与应用电子技术系北京100084

电机直驱操动机构过控制电机按照行程曲线运行,直接驱动高压开关实现分合闸动作。针对电机直驱操动机构行程曲线缺乏系统性规划方法,无法与机构运行特性相匹配,规划、验证及优化周期长,可移植性差等问题,结合多项式模型与负载特性模型... 详细信息

电机直驱操动机构过控制电机按照行程曲线运行,直接驱动高压开关实现分合闸动作。针对电机直驱操动机构行程曲线缺乏系统性规划方法,无法与机构运行特性相匹配,规划、验证及优化周期长,可移植性差等问题,结合多项式模型与负载特性模型提出一种电机直驱操动机构行程曲线规划方法。根据运动学和动力学分析,建立电机直驱操动机构负载特性数学模型。利用多项式模型生成行程曲线簇,并结合电机直驱操动机构及高压开关特性建立多目标优化算法,筛选出最佳行程曲线。仿真和实验结果表明,所提方案可以实现电机直驱操动机构及高压开关的稳定、可靠运行,与传统的行程曲线规划方法相比,可以实现10.3%的能耗优化,能够进一步提升控制系统整体功率密度。

关键词：高压开关操动机构电机行程曲线曲线规划多项式模型

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