课程文献中心 更多>>

关键词： 大蒜   联合收获机   物理特性   扶禾   夹持   切根   试验  

摘要： 针对大蒜联合收获过程中夹持漏蒜,损伤严重,无法实现倒伏大蒜的机械化收获和蒜根的有效切除的行业痛点,结合我国多地域实际大蒜种植模式与收获期物理机械特性,创新设计研发了一种手扶式大蒜收获机,重点解决了大蒜联合收获在扶禾、夹持、切割技术难题,本文具体研究内容如下:(1)大蒜拨挑式有序扶禾装置设计与试验。建立了接触变形模型与系统能量方程,通过仿真模拟确立了大蒜扶正条件,构建了大蒜茎秆的挠度模型和橡胶拨齿转动与大蒜植株偏移弯曲曲率表达式,确立了分禾器辅助扶禾机理与关键作业参数,通过扶禾装置田间试验,优化了该装置作业参数。(2)大蒜浮动式夹持装置设计与试验。构建了大蒜茎秆流变数字模型,拟合了茎秆的粘弹性参数,根据不同载荷下的茎秆蠕变曲线明析了关键作业参数与输送装置夹持力、输送损失及鳞茎损伤的关系,建立夹持作业质量预测模型并进行优化求解,得出了最优参数组合。(3)大蒜按压式切根装置设计与试验。通过作业机理分析,确定了关键部件结构参数,构建大蒜夹持运动方程和拨轮组的动力、变形及切割力学模型。通过台架试验建立切根作业质量预测模型并进行装置作业参数的双目标优化求解。(4)大蒜联合收获机整机设计与试验。对挖掘机理进行剖析与智能收集装置优化设计,设计研发了手扶式大蒜联合收获机整机结构,采用Box-Behnken试验方法,进行整机田间参数优化试验,结果表明:当前进速度0.51 m/s、挖掘深度97.2 mm、定位间距7.6 mm,对应的损伤率、损失率分别为0.65%、1.28%,与市面上其他收获机型的最佳工作数据相比,损伤率降低了0.02%,损失率降低了1%,提高大蒜收获作业质量。

关键词： 柴油发电机组   高原环境   设计参数   性能指标   数学模型  

摘要： 柴油发电机组是将柴油的化学能转化为电能的一种电源设备,主要由柴油机和发电机两部分组成,具有移动方便、起动迅速、供电平稳、操作维修方便、环境适应性强等特点,被广泛运用于医院、银行、机场、宾馆、通信、船舶用电、石地开采、工程抢修、军事等行业。柴油发电机组经过多年的发展,在平原条件下已具有较好的工作性能,市面上大数多柴油发电机组限定的海拔高度在1000m以下。但高原的环境条件复杂,随着海拔高度的增加,空气的密度下降,大气压力急剧降低,空气中的含氧量也大幅下降,导致柴油机的燃烧状况出现恶化。平原地区使用的柴油发电机组无法在高原环境正常工作。3kW柴油发电机组是边防部队中配备的重要设施,具有及其重要的战略作用。因此本文就以一款试制的3kW柴油发电机组为研究对象,分析其在不同海拔高度条件下,设计参数对柴油发电机组的性能指标的影响规律。基于正交试验,以输出功率、比油耗、起动时间、烟度和综合性能作为评价指标,得到了柴油发电机组在海拔3000m和海拔4250m环境下工作的最优设计参数。同时对柴油发电机组性能优化基础理论进行深入研究,建立了柴油发电机组性能指标与设计参数间的数学模型,并用Design-Expert中的Optimum对得到的数学模型进行优化,使其在海拔4250m的环境下输出功率大于2.7kW。并基于遗传算法改进的BP神经网络建立柴油发电机组性能指标预测模型,实现了对柴油发电机组不同海拔高度和设计参数条件下性能指标的预测。本文的主要研究内容如下:（1）对柴油发电机组的燃烧和排放的影响因素进行了分析,选择柴油发电机组的压缩比、预热方案、喷油压力、循环供油量、空气滤清器滤芯直径和供油提前角6个设计参数作为影响因子,分别在平原、海拔1500m、海拔3000m和海拔4250m进行实地试验。以压缩比为19.5和压缩比为21.5的两种柴油发电机组为研究对象,测试其输出功率、比油耗、起动时间和烟度,分析不同海拔高度条件下压缩比对柴油发电机组性能指标的影响规律;以进气口预热、缸内预热、进气口和缸内同时预热三种方案,探究不同海拔高度条件下预热方案对柴油发电机组起动性能的影响规律;以五种不同的喷油压力、循环供油量、空气滤清器滤芯直径和供油提前角进行性能试验,根据试验数据绘制关系曲线,分析曲线得到4个参数对柴油发电机组性能指标的影响规律。（2）采用L9（3～4）标准正交表,以输出功率、比油耗、起动时间、烟度和综合性能作为评价指标,喷油压力、循环供油量、空气滤清器滤芯直径、供油提前角为影响因子,各设置3个水平,在海拔3000m和4250m环境下进行正交试验。对正交试验数据进行极差和方差分析,得出4个影响因素对各评价指标的因子主次、影响显著性和两个试验环境下柴油发电机组各评价指标对应的最优设计参数。（3）以喷油压力、循环供油量、空气滤清器滤芯直径和供油提前角为自变量,输出功率Y1、比油耗Y2、起动时间Y3、烟度Y4为响应值。运用Design-Expert软件中的中心复合设计得到的试验方案在海拔4250m环境下进行实地测试;对试验数据进行二次拟合,得到各变量与响应值之间的回归方程,对得到的回归方程进行方差分析和响应面分析,检验整体模型的显著性和各变量及各变量之间的交互作用对响应值的影响显著性;通过软件中Optimum添加约束条件、目标函数和响应值的权重对各响应值寻找最优解;最后根据最优解选择合适的参数,对原试验样机进行改进并测试其性能指标,验证所构建二次回归模型的可靠性。（4）以海拔高度、喷油压力、循环供油量、空气滤清器滤芯直径和供油提前角作为输入,输出功率、比油耗、起动时间和烟度作为输出,利用遗传算法对BP神经网络运算中的权值和阈值进行优化,建立柴油发电机组性能指标预测模型。利用MATLAB进行柴油机高原性能的仿真试验。以111组数据作为训练样本;选择tansig函数和logsig函数作为中间层和输出层的传递函数、traingdx函数为训练函数;设置中间层节点数为7、迭代次数为1000次、期望均方误差为0.00001、学习速率lr为0.01、最大进化代数为30,种群规模为50,交叉概率为0.95,变异概率为0.3进行训练;以18组数据作为测试样本,对模型的输出值与实际测试值进行分析,检验所建立的柴油发电机组性能指标预测模型的精度与可靠性。

关键词： 高炉   炼铁   大数据   能量管理系统   数学模型  

摘要： 高炉炼铁涵盖了众多复杂且连续化的物理、化学过程,且由于其具有的“黑箱”特性,在实际生产中很难对高炉内部的所有行为进行实时有效地观测。我国是世界上的钢铁生产大国,存在着高能耗、高污染、高排放等问题,钢铁行业的能源消耗达到国民经济总能耗的15%。随着我国提出的“碳中和”与“碳达峰”等纲领政策的不断发展,我们亟需对钢铁生产所涉能源进行有效地管控、调度与二次利用,因此将尖端自动化、计算机、AI等技术与传统炼铁工业相融合,开发出炼铁生产特有的能量管理系统来实现对冶炼过程能量的控制与优化,从而降低能源消耗和生产成本,具有重大的理论研究意义和工业实际应用价值。本文以宝武集团某钢铁公司（以下简称MG）4号高炉（3200m3）生产实际为研究背景,对其整个炼铁生产过程进行深入研究,设计开发出了MG高炉能量管理系统软件,其具体内容如下:（1）分析了MG 4#高炉炼铁工艺流程,对高炉能量分布与利用进行研究,提出了高炉炼铁能量管理系统的总体系统构架;并针对高炉炼铁生产工艺所涉及的物料平衡计算模型、动量和能量传输模型、能量利用计算过程、热平衡计算模型等数学模型进行优化。（2）设计开发了MG高炉能量管理系统软件,对其设计使用需求进行详细分析并拟定总体的设计思路,根据实际生产需求设计不同的使用功能、系统管理和计算模块,搭建了对应的数据库和使用界面。（3）采用Simens S7-300型PLC系统,利用STEP7编程软件对MG 4#高炉炉渣温度、铁水温度、炉顶煤气压力、风温、透气性指数、炉体冷却水的压力和流量等生产参数进行自动采集,并利用时域平滑滤波法对采集数据做预处理。（4）根据MG炼铁生产的冶炼过程特点,利用.NET Framework平台下的C#语言、Winform界面技术和Microsoft旗下的SQL Server 2012数据库软件,搭建了基于C/S开发架构的B.E.M软件。（5）对MG高炉能量管理系统软件进行了计算结果验证分析,研究了在改变烧结矿品位、风温、风中富氧量和焦炭中固定碳含量等参数的条件下高炉主要生产技术经济指标的变化情况,结果表明该软件可一定程度上指导并优化吨铁焦比等高炉关键冶炼指标,达到节能增效的作用,具有一定的通用性和可扩展性。

关键词： 铝电解   阳极浸渍   数学模型   实验研究   工艺优化  

摘要： 作为铝电解槽的核心部件,阳极在制备过程会产生一定的气孔,气孔的存在导致铝电解炭耗增加。以沥青为浸渍剂对阳极进行浸渍是解决阳极气孔问题的有效方式。为了探究阳极浸渍过程规律,优化阳极浸渍工艺,利用理论与实验相结合的方法分析不同因素对阳极浸渍质量的影响,通过阳极理化性能检测分析浸渍工艺所带来的实际效果,采用响应曲面法和满意度函数法对阳极浸渍工艺进行优化。本文主要研究内容和结论如下:（1）以达西定律为基础建立阳极浸渍过程数学模型,采用MATLAB软件计算并分析不同因素对浸渍填充率的影响。结果表明:沥青对大孔浸渍的时间远远短于对小孔的浸渍时间;沥青QI含量和粘度的升高均会降低浸渍速度;提高外加压力可明显提高浸渍速度,但浸渍速度的增加趋势会随着外加压力的增大而逐渐减弱。（2）采用自主开发的浸渍工艺设备进行阳极浸渍实验研究,探索不同浸渍工艺参数对阳极浸渍质量的影响。结果表明:浸渍质量随着预热时间的增加而增加,预热时间达到11 h后,浸渍质量变化较小;随着浸渍温度的升高浸渍质量先升后降,最佳浸渍温度区间为195～205℃;延长浸渍时间可增加浸渍质量,但增加幅度逐渐减小;外加压力增加可明显提高浸渍质量,当外加压力超过1.6 MPa后,提高外加压力对浸渍质量的影响变小。（3）采用电镜扫描（SEM）、差热-热重分析（TG-DTG）等方式对浸渍前和浸渍后阳极的理化性能进行测试,结果表明:经浸渍工艺后,阳极的开气孔率从22.19%下降至14.46%,体积密度从1.565g/cm3增加至1.683 g/cm3,抗压强度和导热系数分别提高22.26%和10.55%,电阻率和空气渗透率分别下降17.67%和50.89%,与空气和CO2发生反应的程度大大降低,抗氧化能力明显提升。（4）基于Box-Behnken设计的响应曲面法探究不同浸渍工艺参数对浸渍质量与经济效益影响的主次关系及参数间的交互作用,各浸渍工艺参数影响的显著程度为:浸渍时间>外加压力>预热时间>浸渍温度。合适的浸渍温度能够强化浸渍时间和外加压力所带来的浸渍效果,延长浸渍时间、提高外加压力,在一定区间内提高浸渍温度均有利于提高浸渍质量和经济效益。基于满意度函数的多目标优化理论,对阳极浸渍工艺参数进行优化,得到最优浸渍工艺参数为:预热时间12.1 h,浸渍温度198℃,浸渍时间6.9 h,外加压力1.73 MPa。图26幅,表12个,参考文献87篇

关键词： 初中物理   物理课堂   提问   评价  

摘要： 本文聚焦于有较大影响力的单一教学行为——课堂提问,在教学评价机制面临改革、教师专业能力急需发展、教师提问能力需要重视之际,开发初中物理课堂提问评价报告模板,观察及评价教师的提问行为,为提问评价开发了科学可靠的评价工具,丰富了提问评价体系,实现了教学与评价的双向价值。本文主要以“构建初中物理提问评价报告模板”与“运用提问评价报告模板提出反馈”这两个阶段展开研究工作。首先,在“构建初中物理提问评价报告模板”的阶段中,本文完成了以下工作:(1)设计提问评价标准表:基于理论基础,选取初中物理课堂提问评价的五个宏观维度与11个微观维度,接着通过归纳与梳理文献,整理提问评价标准,该标准是用来参考教师的提问行为是否能达到理论要求。(2)修正提问评价标准:与物理课程教学论专家、物理教研员以及物理一线教师们进行交流,数次修正和完善评价标准。(3)构建提问观察记录表:记录教师在课堂中提问行为的各维度的表现。(4)开发提问评价量表:展示提问评价结果。其次,在“运用提问评价报告模板提出反馈”的阶段中,本文完成了以下工作:(1)在试用过程中,运用提问评价观察记录表听课,形成专家型物理教师的提问评价报告,寻求评价报告在投入实践中存在的不足,结合专家建议加以修缮,增强了提问评价报告的实用价值。(2)在使用过程中,运用课堂提问观察记录表听课,对比分析了教师实际提问行为与理论行为标准的差距,形成个案教师的课堂提问评价报告,体现了提问评价报告的实操性与监测性。研究结果显示,本文开发的包含评价标准、观察记录表和评价量表三个部分的提问评价报告确实可以全方位地监测和评价教师的课堂提问行为,在投入使用后实现教学与评价的双向价值。在教师教学方面:(1)能为教师改进提问行为设定目标;(2)能为教师反思提问行为提供材料;(3)能为教师检验提问行为开发工具;(4)能为教师打磨提问行为提出建议。在提问评价方面:(1)挖掘了提问评价的维度;(2)整理了提问评价的标准;(3)创新了提问评价的工具。

关键词： 稻谷储藏   品质指标   挥发性物质   数学模型  

摘要： 我国粮食采后损失严重,粮食生产土地的缩减以及粮食产量提高的技术瓶颈等问题无不体现了减少粮食储藏损失的重要性。相较于传统的滞后且耗时耗力的粮情管理措施,基于粮食品质指标在不同环境情况下的变化规律构建的储粮品质模型,能合理预测粮食储藏品质,不仅可以帮助监管者及时采取相应防控措施延缓储粮的劣变,还能节省人力物力、减少资源浪费,进而实现绿色储粮安全管理,因而具有广阔的应用前景。然而当前储粮模型还存在环境参数设置不全面、实验时间较短和生物因素重视不够等不足,针对上述问题,本研究设置不同储藏环境条件,模拟实际粮仓内的环境情况,探究不同初始水分含量（MC0）稻谷的品质指标在储藏过程中的变化情况,建立数据库,进而构建稻谷储藏品质预测模型。主要研究内容及结论如下:一、设置了 20℃、25℃、30℃、35℃和40℃的环境温度,40%、60%、80%、95%的相对湿度（RH）,调节稻谷MC0至12%、14%、16%,储藏时间最长达380 d,研究了稻谷在储藏过程中水分、霉菌数、孢子数、脂肪酸值、食味值和色泽的变化情况。40%RH环境中,稻谷含水量呈下降趋势,60%和80%RH环境中,稻谷含水量基本保持平稳,95%RH环境中,稻谷水分含量呈上升趋势,MC0和环境温度越高,稻谷含水量变化越快;稻谷MC0为12%时,即使在适宜的温度、湿度环境下,霉菌数仍保持安全水平,25℃中MC0为14%的稻谷储藏260 d后也有霉变风险,MC0为16%的稻谷极易滋生霉菌,80 d内就发生劣变;40℃高温、95%高湿以及16%高MC0均不利于稻谷的长期储藏,会在100d内引发稻谷孢子数超标,25℃以上温度中长期储藏的稻谷孢子数也存在超标风险;40℃高温以及80%以上相对湿度环境下MC0为16%的稻谷脂肪酸值在100 d内均会超过临界值,其他储藏环境中的稻谷300 d后脂肪酸值会超过临界值,且温湿度越高,增速越快;稻谷食味值与稻谷储藏品质呈正相关,随储藏时间的增加而降低;稻谷色泽在储藏过程中a*、b*发生了明显改变,说明稻谷红绿色和黄蓝色的变化明显。二、利用气相色谱质谱联用技术分析了稻谷在不同储藏环境下挥发性物质种类及相对含量的变化,结果表明十二烷、4,6-二甲基十二烷、十三烷、壬醛、癸醛、萘、1,2-苯二甲酸二丁酯、3-氨基苯乙炔及2-正戊基呋喃等特征挥发性物质在储藏过程中含量稳定,可进一步分析其与稻谷储藏品质的关系,不同储藏环境中的稻谷样品对应的挥发性物质也有所不同,如通过烷烃类物质可以区分不同储藏温湿度及储藏时间的稻谷,通过苯环类物质可以区分不同储藏湿度及储藏时间的稻谷,为稻谷储藏品质预测模型中新变量的引入提供了理论依据。三、将稻谷储藏早期最易超过临界值的孢子数以及稻谷储藏中后期易达到劣变水平的脂肪酸值作为预测指标,构建了两种稻谷储藏品质预测模型:建立多元线性回归模型,探究多个自变量与预测指标间的关系,实现对稻谷脂肪酸值和孢子数的分别预测;建立反向传播神经网络（BPNN）预测模型,实现多个自变量对稻谷脂肪酸值及孢子数的同时预测。与多元线性回归模型的拟合优度（R2=0.47）相比,BPNN预测模型的拟合优度（R2=0.87）更高,预测效果更好。从隐含层激励函数以及隐含层节点数两个方面进一步优化BPNN预测模型,以平均绝对百分比误差（MAPE）作为指标对39个模型进行评价,得出隐藏层激励函数为tanh,节点数为14的BPNN预测模型脂肪酸值和孢子数的预测值MAPE最低,分别为5.99%、3.93%,模型稳定性较高,可指导实际仓储中环境参数的调控以满足既定储藏期的要求。

关键词： 物理特性   结构设计   模态分析   EDEM软件   二次正交试验  

摘要： 茶叶平面圆筛机为茶叶精制加工装备之一,能够通过平面圆周运动和具有一定大小筛孔的倾斜筛面,根据茶叶颗粒、茶叶末、茶叶梗等外形尺寸的不同,使茶叶在沿筛面向下的螺旋运动轨迹中,实现对叶末、叶梗等细小杂质的去除,提高成品茶质量。目前茶叶平面圆筛机的设计多依靠传统经验,关键结构参数并未优化,影响筛分性能。为此,本课题运用EDEM软件对茶叶筛分过程的受力情况与运动规律进行量化,对圆筛机关键结构参数进行仿真模拟分析,并通过单因素试验验证仿真结果。以对筛净率、误筛率等筛分性能影响较大的结构参数作为优化变量,设计二次正交旋转组合试验对自变量参数进行优化,以期获得有利于圆筛机进行茶叶筛分工序的最佳结构参数组合,为提高茶叶平面圆筛机筛分质量提供理论依据。本文的主要工作如下:1)对茶叶的含水率、休止角、密度、静摩擦角、动摩擦系数等物理特性进行测定,得出含水率为6%-7%、休止角为30.7~o、密度为481.8 kg/m3、静摩擦角为30.2~o、动摩擦系数为0.348,为后续的仿真研究提供数据基础。2)通过Solidworks软件建立茶叶平面圆筛机三维模型,对筛面及传动组件进行设计,并运用ANSYS Workbench软件对圆筛机的机架进行模态分析,检验机架是否会与筛面发生共振。以茶叶颗粒为研究对象,分析茶叶在筛面上的受力情况与运动规律,得出茶叶的运动轨迹为沿筛面螺旋向下。根据茶叶需要持续与筛面产生相对运动且不作抛体运动的工艺条件,求出圆筛机转速的最佳取值范围。3)运用EDEM软件对茶叶颗粒、茶叶末、茶叶梗进行建模,与导入的筛体虚拟模型进行筛分过程数值化模拟,对茶叶在筛面运动的速度、加速度、受力大小进行量化,得到不同结构参数条件下的运动学及动力学曲线,结合曲线分析不同参数对圆筛机筛净率与误筛率等筛分性能指标的影响规律,进一步揭示圆筛机的筛分机理。4)设计单因素试验验证仿真结果,并运用Design-Expert软件设计3因素3水平的二次正交旋转组合试验对圆筛机关键结构参数进行优化,结合响应曲面分析各因素之间的交互作用和影响筛分性能的显著性次序。试验结果表明:自变量因素之间的交互作用均显著,对筛净率的影响次序为回转半径、回转频率、筛面倾角;对误筛率的影响次序为筛面倾角、回转半径、回转频率。以筛净率最大和误筛率最小为优化目标,对多元二次回归方程进行求解,得到最优参数组合为回转半径39 mm、回转频率3.1 Hz、筛面倾角5.8~o时,筛净率为98.5%,误筛率为3.47%,此时筛分效果最优。以最优结构参数组合设计茶叶平面圆筛机验证试验,试验结果与参数优化结果基本一致。

关键词： 驱动性问题   物理课堂   深度学习   物理学科核心素养  

摘要： 基于驱动性问题的课堂教学模式是一种关注学生主体地位发挥教师主导作用的,以驱动性问题教学活动主线的教学模式。驱动性问题在物理教学中的应用旨在通过组织和构建教学核心内容,并将其与物理核心素养的目标联系起来,以帮助学生达成深度学习、促进学生物理核心素养的发展。教师在课堂教学前便会做出充足的准备,提出一系列具有可实施、有价值、有意义、合乎伦理的驱动性问题,将其作为课堂教学设计的主要线索,层层递进以推动教学内容的传授。在课堂教学中,教师通过提前设计好的驱动性问题为学生创设一个合情合理的情境,学生在物理情境中主动思考教师提出的问题,并通过分组讨论得到解决方案,在情景化的的教学中促进学生物理学科核心素养的发展。本文在高中牛顿运动定律课堂上应用“基于驱动性问题的课堂教学”模式,对高一部分的牛顿第二定律和牛顿第三定律课题进行教学设计和实践研究,然后在教学实践前后分别对实验班和对照班进行深度学习达成情况进行调查,并通过对一线教师的访谈,了解他们对“基于驱动性问题的课堂教学”新模式的认识和看法,同时他们还给出了相关的意见和修改建议。本研究主要采用的研究方法有:文献研究法、问卷调查法、访谈法、统计分析法等,主要的研究成果如下:1、通过参考文献和相关理论,分析了驱动性问题的特征和作用,归纳了驱动性问题的设计原则以及“基于驱动性问题的课堂教学”设计原则,提出了“基于驱动性问题的课堂教学”设计策略。2、通过对教师访谈的分析,听取了一线专家和教师的意见、建议,优化了课堂教学设计策略;通过对问卷的数据分析表明,学生的深度学习能力有一定程度的发展,教学实践效果整体体现较好,由此验证了“基于驱动性问题的课堂教学”实践的价值和可行性。3、根据课堂教学设计策略给出了“基于驱动性问题的课堂教学”设计模板和案例,并将这些案例应用于物理教学实践研究中,在一定程度上能够为其他物理教师的教学设计提供一些参考。

关键词： 薄片型无轴承永磁电机   双边悬浮电流中点注入法   单绕组结构   数学模型   有限元分析  

摘要： 无轴承永磁电机是集永磁电机、磁悬浮轴承功能于一体的新型电机,它既具备磁轴承无机械磨损、寿命长的特点,还具有永磁同步电机功率因数高、转矩脉动小等特点,在航空航天等领域应用前景广阔。目前,无轴承永磁电机大多采用双绕组结构,独立悬浮绕组的存在降低了电机功率密度;采用单绕组结构,是无轴承电机的发展趋势。 本文以无轴承永磁薄片电机作为研究对象,针对中点注入式单绕组结构、磁悬浮控制原理以及相关控制策略开展了相关研究,主要内容如下: 首先,介绍了无轴承永磁薄片电机的研究与发展现状,详细分析了无轴承永磁薄片电机的结构及其两自由度主动悬浮、三自由度被动悬浮原理,以及两个径向自由度主动悬浮控制原理。 然后,针对传统“双绕组结构”无轴承永磁薄片电机所存在绕组间绝缘、槽满率以及漏磁等诸多问题,提出了通过在各相绕组的中点注入“双边悬浮电流”来产生径向悬浮力的单绕组结构及其控制方法,详细介绍了径向磁悬浮力的产生和控制原理;围绕“双边悬浮电流注入式”单绕组无轴承永磁薄片电机,依据麦克斯韦张量法,建立了其径向磁悬浮力数学模型,依据虚位移原理,建立了其电磁转矩的数学模型。 其次,在ANSYS/Maxwell中设计了基于“双边悬浮电流”中点注入的单绕组无轴承永磁薄片电机的有限元分析模型;先后进行了静态电磁场、瞬态电磁场的有限元计算和仿真分析;有限元仿真计算结果验证了径向磁悬浮力模型和电磁转矩模型有效性和正确性。 最后,把“双边悬浮电流”中点注入法与“单边悬浮电流”中点注入法进行了有限元分析和对比。分析结果表明:采用本文的“双边悬浮电流注入法”,不但可有效提高径向磁悬浮力的幅值,而且可有效降低悬浮电流对电磁转矩的脉动影响。有限元对比分析结果进一步验证“双边悬浮电流”中点注入法的正确性、可行性和性能优势。

关键词： 两自由度直驱感应电机   耦合效应   端部效应   数学模型   矢量控制   负载观测   模型参考自适应  

摘要： 随着工业领域电力设备的发展,传统的单自由度电机难以满足工业现场的需求。传统多自由度运动领域需要多个直线或旋转电机来实现,零部件繁多,维护困难,两自由度直驱感应电机可以集直线、旋转、螺旋运动于一体、结构简单可靠,因此成为一种新的发展趋势。而对于两自由度直驱感应电机应用需要一套高性能的控制系统,研究控制系统需要其精确的数学模型。因此,本文对一种新型的两自由度直驱感应电机展开研究,重点进行了两自由度直驱感应电机数学建模方面和控制系统建模方面,主要研究内容如下:1.建立两自由度直驱感应电机数学模型。首先采用有限元法分析两自由度直驱感应电机耦合效应的影响;其次,采用解析法分析两自由度直驱感应电机端部效应的影响;再次,采用多层理论法计算出动子电路参数;最后,搭建样机实验平台,采用双变频器供电进行实验。将建立的数学模型计算结果、有限元仿真结果与实验结果进行对比分析,验证了数学模型的正确性。2.建立两自由度直驱感应电机矢量控制系统模型。首先,基于两自由度直驱感应电机数学模型,重新推导设计解耦环节,修正滑差频率,避免因角度计算错误导致矢量控制系统出现解耦错误的问题;其次,为减小负载扰动与端部效应、耦合效应扰动对控制系统的影响,设计负载观测器进行负载前馈补偿,设计滑模控制器减小端部效应、耦合效应对控制系统的影响。将建立的负载观测器与滑模控制器应用于矢量控制系统,通过仿真验证控制算法的正确性与可行性。3.建立两自由度直驱感应电机无速度传感器矢量控制系统。首先,选择次级磁链作为状态变量;其次,基于两自由度直驱感应电机本体数学模型,推导出两自由度直驱感应电机计算次级磁链的电压模型与电流模型;再次,将不含待辨识参数的电压模型作为参考模型,含待辨识参数的电流模型作为可调模型;最后,通过设计自适应律,观测到该电机的转速与直线速度,最终实现两自由度直驱感应电机的无传感器控制,通过仿真验证两自由度直驱感应电机无传感器系统的正确性。研究结果表明:两自由度直驱感应电机数学模型能够体现出端部效应与耦合效应带来的三相电流不对称,转矩/推力降低,转速/速度波动增加等影响;滑模控制器能够减小端部效应、耦合效应引起的转速波动;负载观测器能够准确的观测到负载转矩/推力;模型参考自适应系统观测转速误差很小,能够满足实际应用。本文所做的研究为两自由度直驱感应电机控制系统设计提供了参考。图50幅,表6个,参考文献66篇。