摘要：电力电子变换器通过功率与数据信息的复合调制,可使其在电能变换传输的同时进行数据信息的传输,从而实现能量信息一体化。该文以交错并联DC-DC变换器为研究对象,提出基于正交频分复用-多进制正交幅度调制(OFDM-MQAM)的能量信息一体化方法,并详细介绍变换器进行OFDM-MQAM的原理和具体实现方式,使能量信息一体化传输中的通信速率得到提升。建立变换器传输电能和信息的数学模型,在模型基础上计算分析输出电压纹波与数据信息传输的关系,并以此提出带有码元组合补零环节的OFDM-MQAM,大幅优化通信所引起的电压纹波。此外,针对多路载波引起的相位延时,通过所设计的解调环节避免OFDM系统的信道间和符号间干扰。最后通过一台交错并联的5 V/10 V Boost变换器完成了技术方法的实验验证。

摘要：在总线式控制系统中,现场总线的传输速率和同步精度是影响多轴协同加工任务完成速度和精度的关键因素。为满足高速、高精制造装备对控制系统现场总线传输速率、同步精度的性能要求,解决工业通信总线信息安全问题,以国产FPGA芯片为平台,设计符合IEEE802.3规范的通用以太网接口电路,构建线型级联网络拓扑架构。通过研究工业控制过程数据与服务数据的通道传输原理,提出了一种通道映射的数据传输方法,使总线数据的传输效率得到提升。采用分布式时钟同步机制,利用时间戳计算网络传输延时和时间偏移,通过对总线控制器进行补偿达到同步控制的目的。实验结果表明,所设计的高精度同步实时以太网总线控制器,在100 Mb/s以太网链路中最小通信周期可达250 μs,网络各节点的同步精度小于50 ns,达到国际先进水平。

摘要：目前,大坝变形预测主要采用的浅层网络结构存在难以挖掘数据序列隐含深层特征的问题.常用的LSTM和GRU等模型虽然具有分析变形序列的时间自相关性特征的特点,但忽略了环境因子序列和变形序列之间的映射关系,且难以克服深度神经网络梯度下降训练易陷入局部最优的问题.针对上述问题,提出了耦合注意力机制大坝变形改进LSTM序列到序列预测模型.利用编码和解码双层LSTM构建序列到序列结构,同步提取输入影响因子和输出变形的序列特征,并耦合注意力机制,动态度量各影响因子对变形的贡献率,以提高预测精度.进一步利用蚁群信息素及双混沌优化改进鲸鱼捕食机制,构建基于改进鲸鱼优化算法的耦合注意力机制的LSTM序列到序列网络模型的无梯度环境,规避早熟收敛,弥补梯度下降本身的缺陷.工程应用结果表明,本文所提模型能够精确预测大坝变形,在各点位测试集上平均MAPE、MAE和RMSE分别为0.125%、0.604 mm和0.865 mm.此外,时效、水位和温度分量对点位变形的贡献率依次为51.93%、30.14%和17.93%.本研究为大坝安全监控提供理论与技术支撑.

摘要：风电渗透率的持续提高对电力平衡测算、电网运行调度和系统频率稳定带来了极大挑战。为量化区域风力发电的不确定性,提出一种风电集群直接多步概率预测模型。首先,为有效挖掘区域内各风电场数据与集群发电总出力间的时空相关性,采用最大互信息系数法选取基准场站和关键输入特征变量。然后,基于序列-序列网络架构,结合分位数回归概率预测特性及波网(WaveNet)可捕获大范围内时序依赖特性等优点,设计了适用于风电集群概率预测的多视界分位数(MQ)-WaveNet模型,实现对风电集群场站在多个时间跨步上的风电功率多分位点的预测。最后,选取中国新疆哈密东南部风区12个邻近的大型风电场运行数据进行算例分析。结果表明,所提模型仅利用相关基准场站的关键特征变量即可实现风电集群发电功率的有效预测,模型复杂度低、易于工程应用推广。

摘要：从站控制器是工业自动化控制系统中实现总线通信、现场传感器采集、电机等执行器控制功能的基础部件。为满足各类工业现场执行器与传感器的使用需求,解决从站控制器硬软件设计繁琐、开发效率低、升级移植困难的问题,通过对典型从站控制器的硬软件构成分析,提出了一种从站控制器的模型化开发方法。建立了从站控制器共性的实时以太网通信处理模型以及实际应用中常见的数字量I/O、模拟量I/O、运动控制、通信接口转换从站的设备控制模型,采用模型代码自动生成与移植方法,在国产硬件平台上实现了从站控制器软件的标准化快速开发。实验结果验证了本文所提模型化开发方法的有效性,为实现国产化从站控制器软件的快速开发和升级移植提供了的有效手段。

摘要：为拓宽压电能量采集器的有效频带,通过在附有末端磁铁的压电悬臂梁上增加一对移动磁铁,设计了一种频率可调、单-双稳态模式可快速切换的非线性磁式压电能量采集器。首先,对采集器进行分布参数动力学分析,基于Euler-Bernoulli理论推导了系统动力学方程,根据Lagrange函数分析系统动能、势能和电能表达式,利用磁偶极子模型得到系统的磁力表达式,通过Galerkin离散方法和泰勒展开得到系统的一阶降阶模型,利用谐波平衡法得到方程的解析表达式。随后,利用仿真软件分别对采集器的单-双稳态特性进行研究,分析了磁铁间距、阻尼、负载等参数对系统输出电压和功率的影响,并通过实验进行验证。实验结果表明:通过移动磁铁引进的非线性磁力有效增加了采集器的输出电压和输出功率;通过改变磁铁间距改变能量采集器的谐振频率,较好地拓宽了采集器的工作频带;系统可通过调节磁铁间距实现单稳态模式与双稳态模式之间的切换,能够分别利用单稳态模式和双稳态模式收集高频和低频环境下的振动能量。

摘要：为了解决传统微定位平台运动范围小、寄生运动和交叉轴耦合严重导致运动精度低等问题,提出了一种音圈电机驱动的全簧片式大行程、空间多自由度并联柔性解耦微定位平台。首先,介绍了含簧片型柔性球铰的大行程多自由度并联柔性机构的结构和变形原理。接着,以空间三自由度为例,推导了动平台的运动学方程,建立了机构的输入刚度模型,并基于柔度矩阵法对柔性球铰进行了柔度建模和设计,从而确定了微定位平台的参数。此外,分别对三自由度方向进行了系统动力学模型辨识,并基于模型设计了一种相位超前PI反馈控制结合滑模前馈控制的复合控制器。最后,搭建了平台实验系统来验证其轨迹跟踪性能。实验结果表明:与经典的PID控制相比,该复合控制方法能够使得轨迹跟踪性能提高95%以上,加入的滑模前馈也能够有效消除单纯反馈控制产生的相位滞后。并且,所提出的多自由度微定位平台能够实现±3.23 mm×±21.50 mrad×±20.30 mrad的运动范围,具有行程大、稳定性好和精度高等特点,可以用于许多需要大行程高精度的空间定位场合。

摘要：螺杆马达是螺杆钻具的动力总成,其截面线型直接影响自身的各项工作性能。良好的工作性能是螺杆马达的设计目标。为获得工作性能良好的螺杆马达,首先,根据螺杆马达的工作原理和结构特点,提出了其效率、密封腔可靠性和稳定性的评价准则。然后,通过建立螺杆马达流固耦合三维有限元模型,基于显式非线性瞬态动力学方法分析了短幅内摆线螺杆马达密封腔接触带的接触力在不同负载工况下的变化情况。最后,基于螺杆马达效率的评价准则,针对影响短幅内摆线螺杆马达效率的关键因素,设计了一种类圆弧线型螺杆马达,并通过数值模拟和实验证明了该螺杆马达具有较好的工作性能。结果表明:在相同的负载工况下,相较于短幅内摆线螺杆马达,类圆弧线型螺杆马达密封腔的稳定性和可靠性更好,且在较高负载工况下具有更好的工作性能。研究结果为后续高性能螺杆马达的线型设计奠定了基础。

摘要：热力排气系统(TVS)可在微重力环境下实现低温贮箱压力的有效控制,在低温推进剂在轨贮存技术中具有应用前景。为了深入研究热力排气系统、被动绝热、蒸汽冷却屏等多项技术的耦合运行规律,设计并搭建了以液氮为模拟介质的在轨贮存技术地面多功能原理验证试验系统。本文将通过净蒸发量测试、消除热分层测试及控压实验测试来介绍该系统的热力排气功能的实现情况。分析低温贮箱的自增压过程特性,获得贮箱热分层规律;在单个热力排气控压周期内检验TVS消除热分层和消降压力的效果;对比分析基于压力反馈和基于压力+液体温度反馈这两种控制策略的控压特点,从介质损失率的角度评估两种控制策略的优劣。结果表明,贮箱热分层主要出现在气枕区的轴向上,形成于气枕的等容加热期,而热力排气系统能有效消除热分层并消降贮箱压力;压力反馈策略能够通过节流换热的方式减缓液体温度上升,但是贮存流体损失相对较多;而压力加温度反馈策略可实现短期贮存流体零损失。

摘要：针对浮空器气囊蒙皮变形的实时监测需求,提出了基于光纤光栅(fiber Bragg grating,简称FBG)的柔性复合蒙皮变形传感方法。根据蒙皮材料的多层结构特点及光纤光栅传感原理,设计了“光纤光栅-粘贴层-基体”的柔性蒙皮传感结构。通过对传感结构进行理论分析,得知平均应变传递效率随粘贴层剪切模量增加而增大。实验采用GD414和DP420两种不同剪切模量的粘接剂将光纤传感器粘接在柔性蒙皮表面,建立了传感解调实验系统。分析了浮空器柔性复合蒙皮变形光纤光栅传感器灵敏度及重复性,研究了两种不同胶接剂封装下光纤光栅中心波长随曲率变化的关系,结果显示剪切模量较大的DP420胶接剂封装的FBG具有良好的线性度和重复性,其灵敏度可达145.4 pm/m-1。对浮空器柔性复合蒙皮变形进行重构分析,验证了传感方法的可行性。研究结果表明,光纤光栅传感器可用于柔性复合蒙皮变形监测,在浮空器气囊蒙皮形态监测中具有广阔的应用前景。