潜入式波浪能摩擦纳米发电装置半物理仿真实验研究

据传统压力差式波浪能收集器的工作原理和摩擦纳米发电机发电原理,本文提出了潜入式波浪能摩擦纳米发电装置,建立了垂直振荡模拟平台的摩擦纳米发电装置发电性能测试系统,探究其不同条件下的电输出状态.通过数据分析发现,改变PDMS薄膜面积会使装置开路电压最大值增大,短路电流最大值无明显变化;外加载荷越大,装置的开路电压最大值增大...     

基于直线电机的“章鱼”型波浪能发电装置

在比较现有波浪能发电技术优缺点的基础上提出一种基于直线电机的"章鱼"型波浪能发电装置。以我国东海海区浙江省海域为例,当触脚功率为10 kW,平均水深为10 m,100 m长的海面沿线上,定量计算得到5个装置的理论波能利用率约63%。同时,该装置具有结构简单、有功功率高以及安装维护方便等优点,在波浪能领域具有广阔的应用和发展前景。     

潜入式波浪能摩擦纳米发电装置的仿真分析

为了水下小型海洋观测设备持续供电方式有更多选择,本文设计了一种新型潜入式波浪能摩擦纳米发电装置,该装置包括浮筒、摩擦纳米发电机和固定海底的底座.通过静电学和浮子振荡模拟仿真,对发电状态进行研究,得到不同波浪高度下摩擦纳米发电装置的V-Q-I-C-t的关系.通过数据分析发现,波浪高度增加时,最大开路电压、短路时最大转移电荷量和最大短路电流的值会相应呈线性的增加;电容最大值不变,最小值基本呈抛物线趋势减小.波高为0.5 m、1 m、1.5 m、2 m时,装置最大瞬时功率可达0.000 018 W、0.000 038 W、0.000 051 W、0.000 061 W,最佳负载电阻值约为160 MΩ、240 MΩ、300 MΩ、400 MΩ.     

太阳能波浪能海水淡化装置的设计与研究

本文针对传统制淡行业高能耗的缺点,提出了一种利用新能源的海水淡化装置.所设计的海水淡化装置利用热管真空管收集太阳能,经过多效蒸馏系统进行热法制淡,利用鸭式波浪能俘获装置获得机械能,完成海水的输入与淡水的输出.该装置安全、高效,可以为多种海洋工程提供淡水资源.     

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。      

一种小型余压能动力发电装置

设计了一种新型的管道水流余压能利用方案,进行了理论分析和计算,开发了一种新型的小型的余压能发电装置,并进行了性能试验测试;理论分析和计算结果表明:余压能发电装置最大输入功率随着流量的增加,先增加后减小,当流量较大时,末端数少的余压能发电装置最大输入功率较大,末端数多的余压能发电装置最大输入功率较小.试验测试结果表明:小型余压能发电装置平均输出电压测试为34.5 V,平均功率为12.6 W,可驱动LED灯单元及小型风扇.     

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.      

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.      

基于有限元的悬浮隧道模态分析

为研究悬浮隧道结构的振动特性,采用有限元软件对悬浮隧道进行数值模拟和模态分析,得到悬浮隧道系统的前5阶振型。模态分析应用结果表明：悬浮隧道是一种长周期的结构物,主要变形以水平振型为主。研究成果对悬浮隧道的早日应用有一定的参考价值。     

基于数据驱动的磁浮列车悬浮系统参数整定

为了解决由于磁浮列车悬浮系统模型存在复杂非线性所带来的控制器参数整定难题,考虑仅依靠悬浮系统单次悬浮调试的输入输出数据来实现控制器参数整定,研究了基于数据驱动的磁浮列车悬浮系统快速参数整定方法. 首先,通过磁浮列车悬浮系统的建模分析了悬浮系统的开环不稳定性和复杂非线性;其次,针对虚拟参考反馈参数整定方法存在的参考模型确定问题,利用估计闭环响应方法来实现数据驱动的控制器参数整定;并且考虑到数据中存在的干扰噪声会影响控制器参数整定,提出了基于信号投影的磁悬浮系统数据噪声抑制方法;最后,以单铁磁悬浮系统为研究对象,通过单铁悬浮实验验证了本文提出的基于数据驱动的磁浮列车悬浮系统参数整定方法的有效性. 研究结果表明:悬浮系统的开环不稳定性和复杂非线性会给参数的快速整定带来较大困难;基于信号投影的噪声抑制方法能够将带噪声数据的方差降低54.1%;基于数据驱动的参数整定方法能够快速地整定好悬浮系统控制器参数,经参数整定后的系统相较于初始条件下只粗调好的PID反馈控制系统的阶跃响应超调量下降72.0%,平方误差积分 （ISE）下降79.8%,绝对误差积分 （IAE）下降54.5%.