基于FPGA的磁悬浮轴承飞轮控制系统设计

针对五自由度永磁偏置磁轴承飞轮, 分析其结构参数及控制原理, 设计了 磁飞轮通用型电控系统。介绍了以FPGA 为核心的控制系统构成,并阐述了控制器的设 计策略,针对飞轮数据处理设计了一种通用型矩阵运算器。最终完成静态悬浮及低速旋 转实验。     

危害性矩阵分析方法关键问题研究

针对危害性矩阵分析过程中遇到的困难及采用手工绘图效率低、精度低的问题,文章对危害性矩阵分析的斜率取值、坐标划分、非单点故障的处理、危害性定量计算公式等关键问题进行研究。结合工程实际提出了一种纵坐标为对数坐标的矩阵图绘制方法,阐明了单点故障与非单点故障在故障影响概率取值上的差异,指出了危害度与危害性的区别与联系,推导了故障模式危害性定量计算公式。以某军机升降舵操纵分系统为例,进行了故障模式危害性分析,结果表明,改进的危害性矩阵方法合理有效、效率与精度高。     

超声速单边扩张燃烧室分离区振荡现象及其解耦分析

为了揭示超声速燃烧中非定常现象的主导机制,通过解耦分析系统研究了单边扩张燃烧室中一种以分离区不稳定为特征的非稳态燃烧。采用控制变量的方法,对Ma=6条件(隔离段来流马赫数3.46,总温1430K)下燃烧不稳定的可能影响因素进行了解耦分析,并对典型工况在直连式实验台上开展了验证。研究表明,火焰不是本文中燃烧不稳定现象的主要影响因素,释热形成的反压才是该现象的主因。低当量比工况下反压较小,流场的非稳态机制由射流和凹腔共同主导;中高当量比工况下反压较大,非稳态机制由反压主导。射流与凹腔相互作用能形成周期性极强的非稳态过程,其压力振荡频率约为200Hz。在较高反压的驱动下,超声速燃烧室内会发生复杂的非定常现象,具体表现为激波串轴向大幅振荡,并伴有非对称分离区的间歇性切换。由反压主导的流场振荡周期性不强、频率以中低频为主(100～500Hz)。非稳态过程可能源于激波边界层干扰中的低频不稳定性,其被燃烧释热所形成的分离区放大,在下游反压的影响下形成了流场中复杂的非定常过程。     

基于旋转滤波矩阵束的异步电机转子断条故障诊断

现有异步电机故障诊断技术存在短时数据分辨率低、硬件开销大等缺点。针对这一问题,提出一种基于短时数据的旋转滤波矩阵束的异步电机转子断条故障诊断新方法。利用矩阵束算法抗噪性能强的优点,准确求出定子电流基频成分,并通过逆、正同步旋转变换,剔除了定子电流中的基频成分。利用矩阵束算法准确估算定子电流故障信号的频率和幅值,突破传统基于快速傅里叶变换(FFT)分析算法分辨率不足的限制。仿真和电机试验共同表明:旋转滤波矩阵束算法可以在短时数据的基础上准确辨识转子断条故障。     

基于雅可比矩阵精确计算的GMRES隐式方法在间断Galerkin有限元中的应用

为改善高阶间断Galerkin有限元方法(DG)时间推进效率,在三维非结构网格下针对该方法建立了并行广义最小残差(Generalized Minimal Residual,GMRES)隐式时间迭代方法,GMRES方法基于科学计算工具包PETSc中的Krylov子空间求解器实现。为进一步提高GMRES的计算效率,发展了方程组右端项残值雅可比精确计算方法,针对无黏通量Roe格式和黏性通量BR2(Bassi Rebay 2)黏性计算方法,分别解析给出其对守恒变量多项式自由度的雅可比矩阵。基于建立的方法首先采用NACA0012翼型研究了GMRES的重启次数及收敛参数对方法收敛性影响,然后采用无黏及黏性算例对比研究了基于雅可比矩阵不同计算方法的GMRES计算效率,同时对比研究了雅可比矩阵完全近似求解下GMRES和LU-SGS(Lower Upper-Symmetric Gauss-Seidel)的计算效率。结果表明,建立的基于右端项残值雅可比矩阵精确求解的GMRES方法能够大幅提高不同精度DG方法的CFL(CourantFriedrichs-Lewy)数,相比前面提到的其它方法具有更高的计算效率,其收敛速度实现量级以上的提高。     

格栅反射器型面的主动控制

为了提高天线反射器的型面精度,以锆钛酸铅压电陶瓷（PZT）驱动的主控格栅反射器为研究对象,对该结构的力学建模方法和形状控制方法进行了研究。首先,建立了格栅反射器、PZT压电作动器一体化有限元模型。然后,采用影响系数矩阵法,以均方根误差最小为目标建立反射器型面主动控制优化模型,并通过最小二乘法求解作动器的最优控制律。最后,搭建了格栅反射器主动控制实验系统,以旋转抛物面为目标型面进行实验研究。实验结果表明,经主动控制后反射器型面精度提高了将近50%,且与仿真结果吻合较好,验证了一体化有限元建模方法的准确性和控制方法的有效性。     

基于等效元素法的机电作动器传动机构动力学建模与分析

目前机电作动器传动机构存在刚体数目多、传动链长、动力学模型难以建立的问题。通过引入规范化的动力学建模方法——集中质量等效元素法,建立了某机电作动器传动机构的动力学模型,包括等效系统质量阵、等效系统力系和系统自由坐标与广义坐标之间的雅克比关系阵,并得到了其解析动力学方程;结合方程在ADAMS平台进行动力学逆求解仿真,得到了30°大行程位移信号和8Hz频率信号两种工况下的系统载荷响应曲线。随着负载转动惯量增加,电机动载系数达到1.34,丝杠动载系数达到1.55;外部负载不变时,随着驱动信号幅值增加,电机动载最大系数达到1.23。分析表明随着机电作动器系统外部惯性负载及系统运动速度的提高,由外部惯性负载及自身传动机构产生的动载效应明显,为机电作动器传动机构优化设计提供了理论依据。     

基于数据关联的故障快速检测

 多数情况下,快速实时地进行故障检测是很重要的。将故障看做是通过多传感器观测的动态模型,进行多传感器多模型概率数据关联,以各个模型的关联结果和设定的阈值为依据,可以有效地实现故障检测。联合概率数据关联（JPDA）算法是解决多传感器多目标跟踪的一个有效方法,文中通过分析概率数据关联算法,对联合概率数据关联算法进行了改进：（1）通过正确地选择阈值,移除小概率事件,进而建立一个近似的确认矩阵;（2）根据被跟踪目标故障跟踪门的相交情况,将跟踪空间进行数学划分,形成若干相互独立的区域;（3）对同一区域内公共有效量测的概率密度值进行衰减,计算出关联概率。仿真对比表明,本文的改进算法能显著减少计算时间,有效提高故障检测的快速性和实时性。     

非平衡流解耦方法及其计算激波诱导燃烧的应用验证

介绍并发展了一种改进的化学非平衡流动解耦方法.将流动控制方程与化学反应生成源项解耦处理,组分对流项的矢通量分裂基于流动方程密度对流项的分裂形式给出.对流项采用五阶WENO格式求解,化学反应源项的刚性采用简化的隐式方法进行处理.将该方法应用于预混H₂/O₂和H₂/Air激波诱导燃烧计算,得到的定常及非定常燃烧过程与实验观测相符,振荡频率与实验测量较吻合,结果表明该方法应用于多组分多步反应流计算是可行的.      

一种电磁定位系统工作空间拓展方法

针对NDI电磁定位跟踪设备工作空间有限且在工作空间内定位精度不一致的问题,提出了一种利用机械臂移动磁场发生器从而拓展电磁定位系统工作空间且保证定位精度的方法。利用NDI系统返回的误差指示值衡量定位精度,当误差指示值超出设定的阈值时,利用机械臂移动磁场发生器使传感器重新位于NDI系统的最佳测量工作区,并将电磁定位系统测量的位姿通过空间变换方式统一到机械臂基座坐标系,从而在保证定位精度的同时也起到扩展工作空间的作用。为验证所提方法的有效性,通过实验验证定位误差与误差指标值及传感器到磁场发生器中心的距离成正相关关系;通过拓展前后的误差分析表明,所提方法能有效降低定位误差,平均位置误差从2.61 mm降低到1.34 mm,平均姿态误差从2.42°降低到1.37°。所提方法可应用于类似血管介入手术导管在大范围移动的器械定位与跟踪。