基于柔性神经网络自适应PID的磁轴承径向力控制

针对电机磁轴承径向力控制的严重非线性,提出了利用神经网络自适应整定PID参数,从而直接调节磁轴承径向悬浮绕组电流实现转子径向稳定悬浮的控制方案.在利用BP神经网络结合PID控制实现转子径向稳定悬浮的基础上,为改善径向位移跟踪的动静态性能,提出了基于柔性神经网络的径向力控制,给出了详细的控制算法,并仿真比较了柔性神经网络控制与BP神经网络控制下转子在空载和突加负载时径向悬浮情况,仿真结果表明柔性神经网络控制具有更好的动静态性能,为智能控制的进一步应用研究提供了基础.     

新型Halbach阵列永磁电动悬浮系统垂向稳定性

针对永磁电动悬浮系统的垂向动态稳定性问题, 研究了永磁电动悬浮系统的临界稳定特性; 提出了一种永磁铁加常导线圈混合构成的新型Halbach阵列, 通过在永磁体表面缠绕有源常导线圈, 实现了永磁电动悬浮系统阻尼的主动控制, 并对比了新型Halbach阵列与其他2种主动电磁阻尼控制方案; 建立了新型Halbach阵列永磁电动悬浮系统垂向动力学模型, 并采用经典PID闭环控制方法设计了悬浮控制器, 分别在无外界干扰、外界扰动力干扰和轨道不平顺干扰3种情况下仿真分析了该系统的垂向动态稳定性。研究结果表明: 永磁电动悬浮系统在扰动力作用下将进行等幅震荡而不能稳定悬浮, 连续扰动力干扰下甚至可能撞轨; 提出的新型Halbach阵列具有磁场耦合计算方便、力调节范围大的优点; 设计的悬浮控制器能使系统稳定悬浮于额定气隙0.03 m的平衡位置, 且线圈电流为0, 不产生损耗, 仿真分析所得系统悬浮气隙和线圈电流与理论分析结果的相对误差小于0.01%;当出现轨道不平顺干扰时, 系统能快速稳定悬浮于额定气隙0.03 m的平衡位置, 稳定后的线圈电流仍为0, 实现了永磁电动悬浮系统的零功率平衡; 当外界扰动力为±1 500 N时, 系统能快速稳定悬浮于额定气隙0.03 m的平衡位置, 稳定后的线圈电流分别为29.68和-30.40 A, 表明新型Halbach阵列永磁电动悬浮系统能够实现垂向动态稳定。      

新型转子结构的三自由度混合磁轴承损耗分析

为减少六极径向-轴向混合磁轴承（radial-axial hybrid magnetic bearing，RAHBM）高速下转子产生的损耗，提出了一种部分叠片的转子结构. 首先，用等效磁路法推导了六极RAHMB的悬浮力数学模型，依据该模型设计磁轴承结构参数，对不同转子叠片深度下的铁损和悬浮力进行仿真分析，选择叠片深度最优值；然后，在有限元仿真软件中设定转子转速为50000 r/min，向六极RAHMB分别施加径向和轴向最大控制电流，分析磁轴承产生最大承载力情况下实心转子与部分叠片转子的损耗；最后，对部分叠片转子在正弦扰动电流下的涡流损耗和磁滞损耗进行计算和仿真. 研究结果表明:在产生最大承载力条件下，部分叠片转子结构能够将损耗降低69.7%，虽然轴向承载力减小了14.7%，但仍能够满足设计要求；部分叠片转子可将正弦扰动电流下铁损降低55.4%.      

永磁电磁混合Halbach阵列电动悬浮的稳定性控制

为了研究不同控制方法下永磁电磁混合Halbach阵列的电动悬浮稳定性,首先,利用电磁场理论对系统悬浮力2D解析式进行了推导,并搭建有限元模型对其进行了验证;其次,建立了系统垂向动力学模型,设计了基于气隙反馈的定气隙PID控制器和变气隙PID控制器;最后,仿真分析了系统受到外界扰动时的悬浮气隙及线圈电流波形. 研究结果表明:当系统受到1 mm轨道沉降扰动时,两种控制器均能使系统稳定运行于额定状态,且动态过程一致;当系统受到 ±1000 N扰动力作用时,定气隙PID控制器可使系统稳定悬浮于额定气隙30 mm位置,且稳态线圈电流分别为2.12 A/mm2和 ?2.17 A/mm2,变气隙PID控制器则使系统分别稳定悬浮于28.5 mm及31.6 mm位置,且稳态线圈电流均为0.      

气动式主动顺应去毛刺工具研究

设计了一种气动式主动顺应去毛刺工具,并进行建模仿真和实验对比分析。设计的工具在轴向和径向均主动可控,使用线性气动执行器来控制轴向力,并与测量轴向高度的线性编码器集成,通过与角度传感器集成的气动环形驱动器来进行径向力控制,两个顺应系统通过万向节结构实现混合控制。对工具进行动态建模和分析,根据超弹性理论采用Arruda-Boyce本构模型并基于施加在工具尖端上的力和因力作用而引起的位移来确定轴、径向刚度,通过ANSYS Workbench进行刚度模拟计算再由实验验证仿真结果,证明该去毛刺工具在作业过程中可以自由浮动,具有主动顺应性的同时还能根据轴向和径向上所受压力提供与之相适应的刚度,减小作业中的振颤与干扰,保证加工精度。     

数字单周期电流控制在电磁悬浮系统中的应用

在串级控制的电磁悬浮系统中,电流环的响应速度和精度对整个悬浮控制起着至关重要的作用. 为了加快悬浮系统电流环的响应速度以及减小跟随误差,基于TMS320F28335设计了EMS （electromagnetic suspension system）的数字单周期控制（digital one-cycle control,D-OCC）电流控制器. 以悬浮斩波器为研究对象,建立起D-OCC的数学模型,对额定悬浮工作点处斩波器电流的D-OCC算法进行了详细推导;通过Simulink平台对算法进行仿真验证,并将D-OCC的电流环投入到实际悬浮系统中进行悬浮实验. 实验结果表明:对频率为5 Hz,幅值为3 A的方波信号进行跟随时,传统PID控制在方波上升沿和下降沿均存在一定的超调,且稳定后存在不小于20 mA的跟随误差,D-OCC在调节过程中不存在超调,且稳定后没有跟随误差,说明D-OCC算法能够实现对指令电流快速、准确跟随;采用电流环D-OCC的悬浮系统起浮过程需要约0.4 s的调整时间,并且悬浮稳定后可以克服50%荷载扰动和1.5 mm气隙扰动,说明该方法可以实现系统稳定悬浮,且具有较强的鲁棒性能.      

考虑电流振铃特性的悬浮电磁铁等效电路模型

电磁悬浮型（electromagnetic suspension,EMS）磁浮列车通过悬浮斩波器调节悬浮电磁铁电流,进而控制悬浮力,使车体稳定悬浮. 悬浮斩波器驱动悬浮电磁铁过程中所产生的电流振铃会增加开关损耗,造成电磁干扰（electromagnetic interference,EMI）,甚至影响悬浮控制效果. 研究悬浮电磁铁电流振铃的产生机理,能为其抑制措施的设计予以指导. 为此,提出了一种考虑电流振铃特性的悬浮电磁铁等效电路模型. 首先,用策动点函数法推导了悬浮电磁铁导抗函数的一般形式,并结合悬浮电磁铁电流的单位阶跃响应特性确定了其导抗函数的最简表达式以及对应的等效电路模型;接着,用判别式法和仿真法分析了不同电路参数对电流振铃特性的影响;最后,比较了同一悬浮电磁铁电流振铃的仿真和实验波形. 结果表明:在所给参数条件下,实验所得悬浮电磁铁电流纹波幅值、振铃峰峰值和振铃频率分别比仿真结果小9.7%、20%和11%;此外,仿真的电流振铃衰减时间约为1 μs,与实验结果接近;仿真和实验所得悬浮电磁铁电流振铃的幅值、频率和衰减特性均能较好吻合,证明了所提电路模型的正确性.      

磁悬浮控制器设计及静悬浮稳定性分析

为实现磁浮列车在低轨道梁刚度下稳定悬浮,降低轨道梁建设成本,依据牛顿第二定律建立了单铁-弹性轨道-车体耦合动力学模型.首先,设计出状态观测器将悬浮电磁铁、轨道梁及车体的振动状态引入控制系统;然后,利用线性矩阵不等式求解法求解出系统的状态反馈增益矩阵,结合二者利用MATLAB进行相关动力学仿真,得出轨道梁刚度与质量分别为200 k N/m与325 kg的最佳取值.分析结果表明,与传统的基于黎卡提方程求解的控制器相比,采用线性矩阵不等式求解法具有更优的二次性能指标;所提出的控制方法能够实现系统在较低轨道梁刚度与质量下的稳定悬浮,并能在0.5 s左右进入稳定状态;系统在一定外界扰动下具有鲁棒性.     

基于零功率控制策略的混合磁悬浮系统

建立了由永久磁铁和常导线圈构成的混合悬浮系统及其数学模型．基于零功率控制策略，即保持电磁线圈中电流近似为零，设计了使系统稳定的控制器．仿真结果表明，这种混合式悬浮系统可以通过采用零功率控制策略实现大气隙、低能耗的稳定悬浮．与定气隙控制策略比较，两者均能实现大气隙稳定悬浮，基于零功率控制策略的控制系统能耗明显减少，悬浮稳定性稍有下降．     

基于模型参考自适应的自学习悬浮控制策略

针对电磁悬浮列车悬浮控制器因轨道不平顺所引发的未知非线性力和传递函数不确定问题，提出一种基于模型参考自适应的自学习控制方案，控制算法中可调参数根据系统状态、误差和时间调整，使悬浮间隙稳定在恒定数值；学习率根据目标间隙误差大小动态调节，避免可调参数调节过慢，同时保证在稳定悬浮时间隙波动更小；通过李雅普诺夫稳定性判据证明了模型参考自适应控制系统的稳定性；通过MATLAB/Simulink对所提出的控制方案进行仿真.研究结果表明：自学习模型参考自适应控制算法间隙的均方根误差为0.12，设定合适的可调参数初始值并对其限幅能够提升控制器的鲁棒性；在单悬浮架测试时，控制器获取到加速度信号，所提出算法的上升时间和调节时间分别为1.21 s和2.04 s，该方法学习率可动态调节，提升了控制器的适应能力.     

九江大桥悬拼施工测量控制

介绍了特大型连续梁桥悬拼施工测量控制的理论、方法和精度设计。九江大桥主桥自然合拢，说明文中所采用的大跨度悬拼桥梁施工测量控制的方法、偏位调整的方法和挠度监测的方法是合理和有效的，对同类桥型施工控制具有参照价值。     

三维水流作用下哑铃型围堰周围海床局部冲刷

为研究跨海桥梁施工过程中围堰周围海床的局部冲刷深度与冲刷坑形态,运用有限差分软件Flow-3D建立了水流作用下哑铃型围堰周围海床冲刷的三维数值模型.对新建模型的精度进行了验证,基于此模型研究了哑铃型围堰周围的流场特征及吃水深度、流速对围堰周围海床局部冲刷深度的影响.研究结果表明:受围堰与钢护筒影响,围堰周围流场特征比较紊乱;随着吃水深度与流速的增加,哑铃型围堰周围海床的冲刷深度逐渐增大,当吃水深度为12.88 m,流速大小为4 m/s时,围堰周围最大冲刷深度接近8 m,然而与流速相比,吃水深度对哑铃型围堰周围海床冲刷深度的影响相对较小,围堰吃水深度由6.88 m增加到15.88 m时,最大冲刷深度增加不超过25%;最大冲刷深度发生在靠近围堰中心线的钢护筒附近;冲刷坑平面形态与围堰形状类似,围堰周围海床冲刷范围受流速影响较大,而受围堰吃水深度影响较小.      

基于优化理论的大跨拱桥桁架拱肋吊装预测分析

引入工程结构优化方法,利用基于前进分析的有限元法,对采用千斤顶斜拉扣挂法施工的钢管混凝土拱桥进行了吊装预测分析,进行了扣索索力及拱肋节段预抬高的最优化计算,确定了一定约束条件下,空钢管拱肋吊装结构最合适的施工路径.     

轴压力对钢筋混凝土悬臂柱水平侧移的影响

根据现行规范给出的预应力混凝土受弯构件短期刚度公式和普通受弯构件短期刚度公式,推导出了有轴力作用下和无轴力作用下的悬臂柱开裂弯矩、开裂前截面刚度和开裂后截面刚度的计算公式;在对钢筋弹性模量与混凝土弹性模量比、截面配筋率、截面有效高度和整截面高度比以及轴力大小等可影响轴力作用的一些参数因素进行分析的同时,得到这些因素对轴力作用的影响程度以及各因素间互相作用或制约的影响关系等定性规律。最后,通过悬臂柱的算例可发现,有些情况下,轴力对构件或结构的侧移可产生明显的有利影响。     

轴压力对钢筋混凝土悬臂柱水平侧移的影响

根据现行规范给出的预应力混凝土受弯构件短期刚度公式和普通受弯构件短期刚度公式,推导出了有轴力作用下和无轴力作用下的悬臂柱开裂弯矩、开裂前截面刚度和开裂后截面刚度的计算公式;在对钢筋弹性模量与混凝土弹性模量比、截面配筋率、截面有效高度和整截面高度比以及轴力大小等可影响轴力作用的一些参数因素进行分析的同时,得到这些因素对轴力作用的影响程度以及各因素间互相作用或制约的影响关系等定性规律。最后,通过悬臂柱的算例可发现,有些情况下,轴力对构件或结构的侧移可产生明显的有利影响。     

大体积悬空承台施工技术

西部湘渝山区地形复杂,场地险恶,诸多高速桥梁不可避免的需穿越沟谷、悬崖峭壁,大体积悬空承台的施工越来越普遍。以干溪沟2号特大桥为例,介绍了在湘渝山区桥梁大体积悬空承台施工中采用在桩身预埋钢牛腿,然后安装型钢支架后再浇筑混凝土承台的施工工艺,为类似工程提供施工参考。     

磁力涡旋压缩机永磁随变机构的力学特性

为减少涡旋压缩机运行时的机械接触,针对无油涡旋压缩机的结构特点提出一种永磁随变机构,并分析其力学特性. 首先,分析永磁随变机构的工作原理,采用虚位移法建立磁力模型,运用理论公式、有限元仿真和实验分析永磁随变机构工作气隙处的磁感应强度;其次,通过理论公式和有限元仿真,分析永磁随变机构结构参数与力学特性的关系;最后,通过磁力涡旋压缩机的性能参数和磁力测试实验对永磁随变机构的力学性能进行验证. 结果表明:永磁随变机构的径向磁力在一定范围内随着径向位移的增加而增加,随着轴向位移的增大而减小;在永磁随变机构工作中,径向位移与永磁随变机构刚度系数近似呈线性关系;在工作距离内永磁随变机构单组磁环的最小轴向磁力为8.73 N,在工作轨迹上的径向力为4.8 N,满足磁力涡旋压缩机的工作需求.      

板底脱空压浆处治路面板力学响应分析

通过建立有限元模型,研究了荷载作用下路面板底压浆面积等因素对压浆处治路面板应力及弯沉的影响,分析了压浆前后路面板相关指标的变化规律,确定了压浆处治路面板的力学状态,可为旧水泥混凝土路面板底脱空压浆处治方法的研究提供力学基础。