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基于旋磁非线性传输线的小型化强电磁脉冲源的仿真研究

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电子与信息学报 2022年第2期44卷 737-744页

作者：朱丹妮孟进黄立洋崔言程袁玉章王海涛海军工程大学舰船综合电力国防科技重点实验室武汉430033

与传统基于电真空器件的窄谱高功率微波源相比,基于旋磁非线性传输线(GNLTL)的宽谱强电磁脉冲源无须驱动电子束、导引磁场和真空条件,具有能量效率高、工作频率可调以及可重频运行等优势,是一种结构简单、适合小型化和固态化的技术方案... 详细信息

与传统基于电真空器件的窄谱高功率微波源相比,基于旋磁非线性传输线(GNLTL)的宽谱强电磁脉冲源无须驱动电子束、导引磁场和真空条件,具有能量效率高、工作频率可调以及可重频运行等优势,是一种结构简单、适合小型化和固态化的技术方案。该文通过理论分析其产生射频振荡和脉冲陡化的工作机制,并利用商业软件建立一套可视化的2-D GNLTL仿真模型进行验证。通过仿真分别研究不同注入电压和不同轴向偏置磁场下的旋磁输出脉冲的时域和频域特性。模拟结果表明:随着注入电压增大,经调制的振荡电压峰值升高,而调制深度则是先增加后减小到几乎不变,输出电压上升沿减小后趋于稳定,而中心频率则随着注入电压增大而增加;随着偏置磁场增加,输出振荡峰值电压和调制深度均是先增大后减小,输出电压上升沿先减小后增大,而中心频率先减小后增大。

关键词：宽谱强电磁脉冲源旋磁非线性传输线脉冲陡化磁矩进动

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面向太阳能飞行器的二重化斩波器软开关研究

太阳能学报 2023年第9期44卷 220-228页

作者：代壮志刘计龙李科峰陈鹏麦志勤海军工程大学舰船综合电力技术国防科技重点实验室武汉430033

提出一种新型软开关策略,在不添加任何元件且不改变输入电流纹波的情况下,通过减小滤波电感产生足够大的相电流脉动,使得相电流在下开关管导通前流经下管的体二极管,从而实现下管的零电压开通。该策略不仅可减小开关损耗,提高运行效率,... 详细信息

提出一种新型软开关策略,在不添加任何元件且不改变输入电流纹波的情况下,通过减小滤波电感产生足够大的相电流脉动,使得相电流在下开关管导通前流经下管的体二极管,从而实现下管的零电压开通。该策略不仅可减小开关损耗,提高运行效率,还能减轻电感和散热器的重量,提升装置的功率密度。最后通过一台2 kW实验样机验证所提软开关策略的正确性。

关键词：零电压开关软开关 Boost变换器太阳能飞行器

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电磁轨道发射系统电路模型及发射效率研究

电工技术学报 2023年第11期38卷 2841-2849,2860页

作者：翟小飞李鑫航刘华彭之然海军工程大学舰船综合电力技术国防科技重点实验室武汉430033

在发射装置串联电路模型的基础上,根据能量等效原理,提出了直流脉冲等效电路模型,建立了系统能量效率ηe与能量等效电阻R_(k)^(*)、损耗等效电阻R^(*)和电流等效占空比D三个参数的数学模型。根据速度趋肤效应引入速度频率,将电枢动态运... 详细信息

在发射装置串联电路模型的基础上,根据能量等效原理,提出了直流脉冲等效电路模型,建立了系统能量效率ηe与能量等效电阻R_(k)^(*)、损耗等效电阻R^(*)和电流等效占空比D三个参数的数学模型。根据速度趋肤效应引入速度频率,将电枢动态运动模型转化为静态扫频模型并进行涡流场扫频分析,建立了全系统电气仿真模型。与试验结果进行对比,结果表明:电路模型、系统仿真与试验三者之间系统效率的误差小于3%。利用建立的等效电路模型和仿真模型对发射效率的影响因素进行分析,为发射效率优化设计提供了研究方法。

关键词：电磁轨道发射发射效率等效电路模型动态参数系统仿真

基于端口电压积分与变下垂系数的逆变器并联下垂控制策略

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电工技术学报 2023年第6期38卷 1596-1607页

作者：谢沁园王瑞田林克文范学鑫杨国润舰船综合电力技术国防科技重点实验室(海军工程大学) 武汉430033

孤岛微电网中逆变器采用传统下垂方法并联时,由于逆变器输出阻抗和线路阻抗差异,可能存在无功功率不均分和输出电压偏移过大的问题。该文分析了并联系统功率分配机理和输出电压外特性,提出了一种基于端口输出电压积分与变下垂系数结合... 详细信息

孤岛微电网中逆变器采用传统下垂方法并联时,由于逆变器输出阻抗和线路阻抗差异,可能存在无功功率不均分和输出电压偏移过大的问题。该文分析了并联系统功率分配机理和输出电压外特性,提出了一种基于端口输出电压积分与变下垂系数结合的下垂控制方法。通过电压电流双环控制器参数设计,实现有功功率和无功功率的解耦,使逆变器适用P-ω/Q-V下垂控制策略;通过无功功率均值与实时无功功率误差调整下垂系数实现无功功率的均分,通过端口输出电压积分抑制输出电压偏移过大。仿真和实验结果表明,该文所提控制方法提高了无功功率均分精度,同时将逆变器输出电压相对于额定电压的偏移维持在±5%范围内。

关键词：逆变器并联下垂控制端口电压积分变下垂系数功率均分

基于FPGA的电力电子系统电磁暂态实时仿真通用解算器

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电工技术学报 2023年第14期38卷 3862-3874页

作者：周斌汪光森李卫超王志伟揭贵生海军工程大学舰船综合电力技术国防科技重点实验室武汉430033

电力电子系统较高的开关频率给传统以CPU为计算核心的电磁暂态(EMT)实时仿真带来了挑战。为了实现小步长实时仿真,该文提出并实现一款基于FPGA的EMT实时仿真解算器。该解算器的通用化框架分为离线和在线两部分,离线程序能够自动获取仿... 详细信息

电力电子系统较高的开关频率给传统以CPU为计算核心的电磁暂态(EMT)实时仿真带来了挑战。为了实现小步长实时仿真,该文提出并实现一款基于FPGA的EMT实时仿真解算器。该解算器的通用化框架分为离线和在线两部分,离线程序能够自动获取仿真模型的参数并生成计算数据,在线程序能够自动配置计算资源与控制逻辑。为了提高仿真速度,还提出一种低延迟的单周期浮点累加方法,用于构建解算器的基本计算单元。基于Xilinx Virtex7 xc7vx485t型FPGA芯片的评估与分析结果表明:相比某商业FPGA实时仿真解算器,该文解算器的仿真速度提高了一倍,仿真规模增加了29.69%~79.17%。最后,还通过两种电力电子变换器的实时仿真测试,验证了它的实际性能。所提解算器能够达到400 MHz的运行速度、100 ns级的仿真步长并保持较高的仿真精度,具有通用性强、自动化程度高、配置灵活等特点。

关键词：电力电子系统 FPGA 实时仿真通用解算器浮点数乘累加

集成式液压平衡电磁发射装置的非线性建模及控制

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电工技术学报 2023年第4期38卷 852-864页

作者：聂世雄海军工程大学舰船综合电力技术国防科技重点实验室武汉430033

电磁发射系统的推力精确可调,使水下武器通用动力发射成为可能,但水下发射系统的动力学呈强非线性,增大了内弹道调节的难度。该文首先推导了液压平衡式水下发射系统的非线性动力学模型,然后运用反馈线性化将系统转化为伪线性系统,继而... 详细信息

电磁发射系统的推力精确可调,使水下武器通用动力发射成为可能,但水下发射系统的动力学呈强非线性,增大了内弹道调节的难度。该文首先推导了液压平衡式水下发射系统的非线性动力学模型,然后运用反馈线性化将系统转化为伪线性系统,继而分别采用比例-积分-微分控制和滑模控制实现了内弹道的有效控制,同时与前馈控制进行了对比。结果表明,反馈线性化控制和前馈控制均取得了良好的效果,反馈线性化与比例-积分-微分的复合控制最适合水下电磁发射。

关键词：电磁发射液压平衡非线性模型反馈线性化

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基于实验数据同化的扩张管分离流动数值模拟

船舶力学 2023年第11期27卷 1620-1628页

作者：宋希亮余中军刘承江翟朔海军工程大学舰船综合电力技术国防科技重点实验室武汉430033

为了提高RANS(Reynolds-averaged Navier-Stokes equations)模型对分离流动的预测精度,本文采用集合卡尔曼滤波数据同化方法,利用扩张管出口流向速度作为同化数据,对BSL RSM(baseline Reynolds stress model)湍流模型的模型常数进行了... 详细信息

为了提高RANS(Reynolds-averaged Navier-Stokes equations)模型对分离流动的预测精度,本文采用集合卡尔曼滤波数据同化方法,利用扩张管出口流向速度作为同化数据,对BSL RSM(baseline Reynolds stress model)湍流模型的模型常数进行了优化。默认模型常数的BSL RSM湍流模型预测的壁面压力系数和分离区位置与实验结果差距很大。通过模型常数优化,提高了BSL RSM湍流模型对分离流动的预测精度,数值模拟与实验的壁面压力系数曲线更接近,流动分离区的位置与实验结果基本一致。首次证明了基于数据同化的湍流模型常数优化方法应用于分离流动准确预测的可行性与有效性。

关键词：数据同化集合卡尔曼滤波模型常数扩张管分离流动

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弓形磁极永磁电机正弦削极修正模型

电工技术学报 2023年第14期38卷 3667-3677页

作者：赵浩然王东胡鹏飞魏应三易新强海军工程大学舰船综合电力技术国防科技重点实验室武汉430033

该文以气隙磁通密度函数和永磁体磁化方向厚度函数为理论基础,结合卡特系数计算公式、磁路等效原理和分布磁路法,考虑定子开槽、极间漏磁、磁极边缘效应及磁路饱和等因素的影响,推导出表贴式永磁电机平行充磁条件下的正弦削极修正解析... 详细信息

该文以气隙磁通密度函数和永磁体磁化方向厚度函数为理论基础,结合卡特系数计算公式、磁路等效原理和分布磁路法,考虑定子开槽、极间漏磁、磁极边缘效应及磁路饱和等因素的影响,推导出表贴式永磁电机平行充磁条件下的正弦削极修正解析模型。而后建立有限元模型验证了解析模型的准确性,并与简化正弦削极电机、偏心削极电机进行仿真对比。结果表明修正正弦削极电机所得气隙磁通密度总谐波失真(THD)分别较简化正弦削极电机和偏心削极电机低41.3%和23.4%,径向电磁力密度THD分别较简化正弦削极电机和偏心削极电机低29.82%和19.24%,从而使电机转矩脉动降低。最后通过实验进一步验证了修正解析模型的准确性。该文提出的修正解析模型,不仅使电机的电磁性能得到了进一步优化,而且理论基础明晰,不用像偏心削极一样,需要进行遍历扫描寻优,提高了电机的设计效率,为高品质永磁电机的优化设计提供了参考。

关键词：永磁同步电机正弦削极修正解析模型平行充磁分布磁路法

基于前馈解耦控制的有源中点钳位五电平模型预测控制

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电工技术学报 2023年第7期38卷 1910-1920页

作者：宋琳聂子玲叶伟伟许杰海军工程大学舰船综合电力技术国防科技重点实验室武汉430033

为解决五电平变换器电容电压不均衡且控制算法运算量过大的问题,该文结合前馈解耦控制方法提出了一种有限控制集模型预测控制优化算法。以变换器电容均压控制和永磁同步电机dq电流控制为目标选择最优电压矢量,采用前馈补偿对中点电压和... 详细信息

为解决五电平变换器电容电压不均衡且控制算法运算量过大的问题,该文结合前馈解耦控制方法提出了一种有限控制集模型预测控制优化算法。以变换器电容均压控制和永磁同步电机dq电流控制为目标选择最优电压矢量,采用前馈补偿对中点电压和悬浮电容电压进行解耦控制,并将解耦后的值代入模型预测控制算法中,以实现电流跟踪的目的。通过突加突卸负载和正反转切换仿真和实验,从响应时间和悬浮电容电压偏移度等多角度验证了该控制策略的有效性。

关键词：有源中点钳位五电平前馈解耦控制模型预测控制优化算法永磁同步电机