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一种基于快速傅里叶建模方法的开关磁阻电机模型预测控制

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中国电机工程学报 2024年第14期44卷 5764-5775,I0028页

作者：任萍朱景伟赵燕荆哲许爱德大连海事大学船舶电气工程学院辽宁省大连市116026 大连海事大学信息科学技术学院辽宁省大连市116026

为快速准确地建立开关磁阻电机模型,提高模型预测控制性能,该文提出一种基于快速傅里叶建模方法的模型预测控制策略。一方面采用傅里叶级数对磁链和转矩特性进行解析建模,并推导转矩预测模型;另一方面结合分扇区的思想控制电机换相进而... 详细信息

为快速准确地建立开关磁阻电机模型,提高模型预测控制性能,该文提出一种基于快速傅里叶建模方法的模型预测控制策略。一方面采用傅里叶级数对磁链和转矩特性进行解析建模,并推导转矩预测模型;另一方面结合分扇区的思想控制电机换相进而简化代价函数,并在每个扇区内只设计两个预选电压矢量,有效减小了预测控制的计算负担。另外,扇区的位置和宽度可根据转速和负载的变化而变化,增强了算法的适用性。仿真和实验与传统的模型预测控制方法进行对比,并考虑到低、高速以及转速和负载突变的不同工况,结果表明所提算法的转矩脉动更低,转矩电流比更高。

关键词：开关磁阻电机(SRM) 预测转矩控制非线性建模转矩脉动扇区位置和宽度计算

氨燃料管状SOFCs中热冲击影响与性能的模拟研究

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中国电机工程学报 2024年第1期44卷 191-202,I0016页

作者：赖彦辰王哲崔大安韩凤翚纪玉龙大连海事大学轮机工程学院辽宁省大连市116000

研究氨燃料固体氧化物燃料电池(solidoxidefuel cells,SOFCs)热冲击的产生机理将会给电池的温度管理、可靠性管理及电池的性能优化提供更多可能性。但由于化学、电化学的反应过程复杂、模型仿真所涉物理场较多,鲜有关于氨燃料SOFCs的仿... 详细信息

研究氨燃料固体氧化物燃料电池(solidoxidefuel cells,SOFCs)热冲击的产生机理将会给电池的温度管理、可靠性管理及电池的性能优化提供更多可能性。但由于化学、电化学的反应过程复杂、模型仿真所涉物理场较多,鲜有关于氨燃料SOFCs的仿真研究。为此,该文通过建立耦合了吸热的氨气裂解反应、电化学反应、局部电流分布、温度分布以及物质流动的仿真模型,分析了单个阴极支撑的管状直接氨气裂解SOFCs的热冲击(热应力和热对流)形成机理。研究得出,过快且不均衡的氨气裂解反应是电池局部低温产生的主要原因,这会直接造成电池整体出现376K的温差。通过采用氨气预重整的方法能使氨SOFCs在相同操作电压下温度分布更均匀,平均温度更高,在800℃的环境温度下96%预重整的氨SOFCs能将阳极的温度极值差从62.16 K降为1.0 K,电池内部的温度分布得到显著改善。该研究可为氨燃料SOFCs的热管理优化提供重要理论依据,此外,该文详细展示的氨燃料SOFCs耦合模型的建模方法可以为用其他富氢气体做燃料的SOFCs的模拟仿真研究提供思路。

关键词：固体氧化物燃料电池耦合建模热冲击温度与物质分布氨气裂解反应预重整

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FLNG船舶能量管理系统设计与性能优化

中国电机工程学报 2024年第8期44卷 3165-3176,I0019页

作者：夏睿王哲董博韩凤翚纪玉龙蔡文剑大连海事大学轮机工程学院辽宁省大连市116000

浮式液化天然气生产储卸装置(floating liquefied natural gas system,FLNG)特种液货船作为开发海上天然气田的新式装置,极大的方便了对处于深海的气田的开发利用,该文以“Prelude”号FLNG作为母船,提出一种新型FLNG低温能量管理系统。... 详细信息

浮式液化天然气生产储卸装置(floating liquefied natural gas system,FLNG)特种液货船作为开发海上天然气田的新式装置,极大的方便了对处于深海的气田的开发利用,该文以“Prelude”号FLNG作为母船,提出一种新型FLNG低温能量管理系统。该系统主要利用液态空气作为媒介储存和释放能量,通过液态空气冷能与混合制冷循环相结合实现天然气液化过程,在提高LNG生产性能的同时集成了CO_(2)液化循环和电力的生产,通过CO_(2)液化和剩余冷能发电提高系统的输出性能,实现了FLNG船舶冷能的多级利用,也为FLNG船舶冷能利用提供新方法,新途径。所提系统相较于基准模型具有更好的性能,在7.04年可实现成本回收。最后采用多目标性能优化,进一步提高系统㶲效率达60.67%,同时降低约2.3%的成本。该FLNG低温能量管理系统有高效、低耗、稳收益、低碳化等特点,可更好优化海上LNG供应链,促进航运业“双碳”发展。

关键词：浮式液化天然气生产储卸装置船舶低温能量管理液态空气储能系统设计多目标优化

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可注射海藻酸钠水凝胶的制备及应用

中国组织工程研究 2024年第5期28卷 789-794页

作者：陈小芳郑国爽李茂源于炜婷大连大学中山临床学院辽宁省大连市116001 大连大学附属中山医院骨科辽宁省大连市116001

背景:天然来源的多糖海藻酸钠具有含量高、成本低、生物相容性好、生物可降解性好等特点,在可注射型水凝胶的生产中得到了广泛应用,成为制备可注射水凝胶的理想原料之一。目的:就海藻酸钠的性质、可注射海藻酸钠水凝胶的制备及其在组织... 详细信息

背景:天然来源的多糖海藻酸钠具有含量高、成本低、生物相容性好、生物可降解性好等特点,在可注射型水凝胶的生产中得到了广泛应用,成为制备可注射水凝胶的理想原料之一。目的:就海藻酸钠的性质、可注射海藻酸钠水凝胶的制备及其在组织工程中的应用进展进行综述。方法:利用计算机检索Web of Science、PubMed、中国知网等数据库,中文检索词为“海藻酸钠;水凝胶;可注射”,英文检索词为“alginate;hydrogel;inject*”,检索文献时间范围为2017年6月至2022年6月。结果与结论:由于海藻酸钠来源广泛,分子链结构上存在着许多可改性基团,可用各种共价交联或非共价交联的方法合成多种性能优良的可注射型水凝胶;将其他具有生物功能的分子引入海藻酸钠水凝胶中,可以调节其功能、拓宽其应用范围。另外,由于生物相容性和生物可降解性等优良的物理化学特性,可注射型海藻酸钠水凝胶在生物医学方面有着广泛的发展潜力,海藻酸钠水凝胶在体外与各种药物、细胞、因子或其他生物作用分子均匀调配,在人体内可形成凝胶,在基因载体、细胞支架和创口修复中起着举足轻重的作用。

关键词：海藻酸钠可注射水凝胶组织工程制备方法综述

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混合现实技术在椎体成形治疗中的应用

中国组织工程研究 2024年第30期28卷 4812-4816页

作者：姜泳关天民慈元朱晔赵鹏郑家法杨涛张光宇大连市第二人民医院辽宁省大连市116011 大连交通大学辽宁省大连市116028

背景:如何提高椎体成形术中穿刺的精准性、减少手术损伤、提高手术效率是目前椎体成形治疗技术探索和改进的焦点之一。目的:探讨混合现实临床设计方案在脊柱骨折经皮椎体成形过程中应用的临床意义。方法:选择2023年6月大连市第二人民医... 详细信息

背景:如何提高椎体成形术中穿刺的精准性、减少手术损伤、提高手术效率是目前椎体成形治疗技术探索和改进的焦点之一。目的:探讨混合现实临床设计方案在脊柱骨折经皮椎体成形过程中应用的临床意义。方法:选择2023年6月大连市第二人民医院收治的2例脊柱骨质疏松性腰椎椎体压缩骨折患者,患者术前行腰椎128排CT扫描并获得医学数字成像和通信原始数据,Visual Volume软件构建脊柱压缩性骨折三维网络模型。运用全息影像眼镜将三维网络模型影像精确映射于真实世界,协助术者完成术前模拟、术前病情及治疗方案阐述,以及术中引导穿刺及骨水泥注射。结果与结论:①在混合现实临床设计方案辅助下可实现经皮椎体成形治疗的精准穿刺,术后影像学检查示骨水泥充填良好、无明显渗漏,术后患者症状缓解良好,术后当天即可下地活动;②提示混合现实临床设计方案有助于术者术前进行完善的手术设计、提高与患者及家属的沟通效率;术中协助精准穿刺、缩短手术时间、减少副损伤,是一种新的有效的临床诊疗模式,在脊柱外科微创化、精准化、个性化的治疗中具有发展潜力。

关键词：混合现实技术椎体成形精确医学虚拟现实骨水泥注射

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非解剖复位下股骨颈系统内固定治疗股骨颈骨折的有限元分析

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中国组织工程研究 2024年第21期28卷 3319-3325页

作者：贾继斋殷贵鲲谢辉傅维民韩顺马英杰温准王本杰大连大学附属中山医院骨科辽宁省大连市116001 庄河市中心医院骨科辽宁省大连市116400

背景:难复性股骨颈骨折很难获得解剖复位,作为一种新型内固定装置,目前关于股骨颈系统内固定治疗非解剖复位的股骨颈骨折尚是空白。目的:运用有限元分析方法,探讨股骨颈系统内固定治疗未能获得解剖复位的股骨颈骨折的生物力学稳定性。方... 详细信息

背景:难复性股骨颈骨折很难获得解剖复位,作为一种新型内固定装置,目前关于股骨颈系统内固定治疗非解剖复位的股骨颈骨折尚是空白。目的:运用有限元分析方法,探讨股骨颈系统内固定治疗未能获得解剖复位的股骨颈骨折的生物力学稳定性。方法:收集一名健康女性成年人的髋关节CT数据,利用Mimics 21.0、Geomagic Wrap 2021和SolidWorks 2020制作Pauwels角分别为30°,50°和70°的解剖复位股骨颈骨折模型,将以上3个解剖复位模型的骨折近端沿骨折线向上移位2 mm,得到3个不同Pauwels角的阳性支撑模型;相反,得到3个阴性支撑模型。使用SolidWorks 2020制作股骨颈系统内固定,并与以上9个模型装配。使用Ansys 19.0软件进行有限元分析,记录2100 N应力下股骨和股骨颈系统的位移分布和最大位移、应力分布和最大应力。结果与结论:①Pauwels角为30°,50°,70°时,股骨颈系统最大应力均集中在螺栓与抗旋螺钉交界处,股骨最大应力集中在股骨内侧皮质,最大位移均分布于股骨头上部和股骨颈系统顶端;②Pauwels角为30°,50°时,股骨颈系统和股骨的最大位移和最大应力情况均为阴性支撑>解剖复位>阳性支撑;③Pauwels角为70°时,股骨颈系统的最大位移和最大应力情况为阴性支撑>解剖复位>阳性支撑;股骨的最大位移和最大应力情况为阴性支撑>阳性支撑>解剖复位;④随着Pauwels角的增大,阳性支撑的生物力学优势在减弱,但均优于阴性支撑;当Pauwels角为30°时,阳性支撑比解剖复位更稳定;当Pauwels角为50°时,阳性支撑与解剖复位的生物力学差异变得更小;当Pauwels角为70°时,解剖复位的稳定性略优于阳性支撑;⑤提示股骨颈骨折在术中若难以达到解剖复位,但已实现移位2 mm以内的阳性支撑,应用股骨颈系统内固定可以得到稳定的力学固定,但是需要避免阴性支撑复位。

关键词：股骨颈骨折股骨颈系统内固定非解剖复位阳性支撑有限元分析

大扰动下电力系统惯性时空分布特性的表征形式初探

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中国电机工程学报 2024年第12期44卷 4601-4614,I0002页

作者：李卫东丁奇力大连理工大学电气工程学院辽宁省大连市116024

已有关于系统惯性时空分布(spatial-temporal distribution of system inertia,SDSI)的研究大多聚焦于惯量估计,而对其概念的表征并不统一,也缺乏对其性质的深入剖析与相关概念的系统梳理与辨析。该文试图探索大扰动下系统惯性时空分布... 详细信息

已有关于系统惯性时空分布(spatial-temporal distribution of system inertia,SDSI)的研究大多聚焦于惯量估计,而对其概念的表征并不统一,也缺乏对其性质的深入剖析与相关概念的系统梳理与辨析。该文试图探索大扰动下系统惯性时空分布特性的表征形式。基于频率动态过程分析剖析了惯性时空分布特性,提出系统节点惯量概念并给出该参量的性质描述参量,基于惯性物理机理提出了这些参量的量化分析方法并推导了相关系数的差分计算公式。仿真算例验证了对系统惯性时空分布特性所做的分析与判断,利用所提出的表征形式可全面而规范地表征系统惯性时空分布特征。研究可为电力系统惯性时空分布特性表征体系的构建提供参考。

关键词：电力系统系统惯性时空分布特性表征形式系统节点惯量

基于LSTM-MPC的PEMFC运行状态建模与容错控制

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中国电机工程学报 2024年第10期44卷 3927-3936,I0015页

作者：袁铁江郭泽林胡辰康大连理工大学电气工程学院辽宁省大连市116024

质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)具有多物理场耦合特性易产生不同故障且难以控制。为了能在故障状态下快速有效控制,提出基于模型预测控制(modelpredictivecontrol,MPC)的容错控制方案。首先,以长短时记... 详细信息

质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)具有多物理场耦合特性易产生不同故障且难以控制。为了能在故障状态下快速有效控制,提出基于模型预测控制(modelpredictivecontrol,MPC)的容错控制方案。首先,以长短时记忆神经网络(long short-term memory,LSTM)的预测误差为遗传算法的适应度函数,寻优获取LSTM的最优超参数组合,基于数据驱动构建PEMFC系统在4种不同运行状态下的LSTM预测模型作为预测模型模块。然后,建立基于神经网络的控制器作为优化控制器模块,根据上述模块制定以PEMFC系统阴阳极输入气体压强为控制量、电堆电压为输出量的容错控制方案。最后,仿真验证LSTM预测模型与容错控制方案得到,LSTM预测模型在训练集和测试集的评估指标均方根误差(root mean square error,RMSE)指标值分别为0.0489和0.0558,具有较好的拟合效果。在不同故障状态下,MPC相较于传统PID容错控制方案电压恢复时间缩短50%及以上,并在氢气泄露故障状态下,最大压降降低22.2%,证明了所提控制策略的有效性和正确性。

关键词：质子交换膜燃料电池数据驱动神经网络模型预测控制容错控制

全功率型风电机组调频控制器的实用化辨识方法

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电力系统自动化 2024年第8期48卷 91-100页

作者：金泳霖晁璞璞刘志辉张凯张睿浩崔浩瀚李卫星大连理工大学电气工程学院辽宁省大连市116024

建立和实际调频响应特性一致的风电机组模型,是分析高比例新能源电力系统频率安全稳定的前提和基础。目前,针对风电机组涉频仿真建模的研究较少,多在调频控制器结构已知的前提下采用智能算法进行控制参数的辨识,缺乏通用性与工程实用性... 详细信息

建立和实际调频响应特性一致的风电机组模型,是分析高比例新能源电力系统频率安全稳定的前提和基础。目前,针对风电机组涉频仿真建模的研究较少,多在调频控制器结构已知的前提下采用智能算法进行控制参数的辨识,缺乏通用性与工程实用性。首先,文中建立了能够涵盖国内主流型号全功率型风电机组的通用电磁暂态模型,并在此基础上,针对风电机组的可行调频控制策略,构建了包括超速减载控制、桨距角控制、虚拟惯量控制和下垂控制的全要素综合调频控制系统。然后,基于机组调频响应特性与调频控制策略/参数的对应关系,提出了采用机组实测频率响应特性曲线形态辨识调频控制器结构、采用机组实测频率响应特性曲线特征值辨识调频控制器参数的实用化辨识方法。最后,通过所提实用化调频控制器辨识方法建立的机组电磁暂态模型与厂家“黑盒”模型及现场试验的调频响应特性的对比,验证了所提调频控制器辨识方法的有效性。

关键词：全功率型风电机组电磁暂态建模调频控制结构辨识控制参数辨识