电磁感应式水下松耦合变压器的设计与仿真

水下自治机器人的电能传输是深海资源勘探中必须解决的问题。如今大部分水下机器人采用接触式电能传输方法,然而其系统的复杂密封结构使其接口会出现严重磨损并存在漏电隐患。与接触式方法相比,非接触式电能传输技术^([1])(CLPT)方法避免了电击、漏电等危险,而且不需要复杂的密封工艺。首先,建立无线电能传输系统的互感和励磁模型,然后分析其系统传输特性,建立水下CLPT模型,利用ANSOFT仿真软件,得到自感、互感及耦合系数,通过对耦合器性能参数、漏磁屏蔽等进行有限元分析,实现电磁耦合器结构[2]的优化设计。进一步仿真耦合系数与气隙、输出电压和传输效率随负载的变化规律。仿真结果表明,优化后的电磁耦合器具有良好的耦合特性,能够充分发挥无线电能传输系统的优势,通过安全高效的传输方式地为水下机器人提供足够的电能。     

基于海水环境下ICPT系统电磁耦合器的研究

感应耦合电能传输技术(ICPT)是近来兴起的一种新型电能传输模式。针对深海环境下海流扰动影响ICPT系统传输性能稳定的问题,利用ANSYS有限元仿真软件分析电磁耦合器不同间隙下耦合系数和电感参数随磁芯偏心量的变化趋势。建立含有补偿电容的互感等效电路,计算分析系统谐振情况下系统功率和传输效率的影响因素,仿真研究系统功率和传输效率随输入电压、负载电阻、频率和线圈匝数的变化规律,为提高海水环境下ICPT输系统的优化设计提供参考。     

水下自主航行器非接触式充电系统频率控制

水下自主航行器(AUV)非接触式充电系统通过补偿电容与系统电感的谐振作用,使系统的功率因数达到最大,以实现电能的高效传输。在深海环境下,系统初、次级磁芯在受到水流冲击后会产生偏心和间隙,引起耦合系数发生变化,系统的谐振频率点也会发生改变,充电能力下降。本文研究在水流冲击作用下,通过频率控制使系统始终在谐振频率点运行以提高系统的传输能力,并提出了基于锁相环控制的AUV非接触式充电系统的频率控制实现方式。     

三转子式比例控制器设计与内泄漏分析

为满足鱼雷热动力系统三组元推进剂高配比精度的要求,基于三转子流量计的工作原理提出三转子式比例控制器,研究其工作时各零部件之间的配合关系,推导配合间隙泄漏量的理论公式,计算不同配合间隙下的理论泄漏量,以此为基础对研制的工程样机进行试验测试。结果表明：所推导的内泄漏量理论公式有助于设计各零部件之间的配合间隙,当三转子式比例控制器配合间隙小于0.02 mm时其理论配比精度才能满足设计要求;定流量工况下三转子式比例控制器样机的配比精度在2.03%以内,验证了配合间隙泄漏量公式的准确性。研究成果为研制新型、高配比精度的比例控制器提供了新方案,有望进一步提升水下热动力系统的品质。     

基于神经网络控制稳压系统在ICPT中的应用

在深海环境下,感应耦合电能传输(Inductive Coupled Power Transfer,ICPT)系统初级、次级磁芯在受到水流冲击后会产生偏心和间隙,引起耦合系数的变化。由于系统的非线性、不确定性等因素,PID控制器使系统达到稳压状态的反应时间较长,电流超调量大,稳压效果较差,导致负载两端电压值发生波动。本文提出基于神经网络的控制算法动态调节升压电路的占空比,最终保证系统输出电压恒定,克服了PID控制器不能满足水下系统控制需要的缺点。Matlab仿真表明与PID控制器相比,神经网络控制器反应时间缩短了25 ms,电流超调量减少了3.5 A,更适合在水下应用。     

气胎离合器状态信号非接触耦合及监测装置的设计与试验

在深入分析气胎离合器常用的电刷.滑环接触式信号装置存在的缺陷的基础上,提出采用非接触式信号耦合传输技术的改进思路和实现方法,设计和研制了信号耦合和处理电路板,试验结果表明,非接触式信号耦合技术可解决传统的接触式信号传输方法在舰船特殊工作环境下不可避免的问题.     

基于电场感应的无线电能传输系统的研究

无线电能传输主要是利用电磁耦合、电场耦合、微波、电磁共振等形式来传输电能。其中,通过电场耦合,也被称为电容耦合的无线电能传输方式,作为一个新的非接触电力传输技术被提出。相比于现有的电感感应式无线电能传输,电容耦合非接触电能传输方式具有许多优点,如金属渗透能力、低功率损耗,并且能够降低电磁干扰。文章主要是分析了典型的电场感应无线电能传输系统耦合电容的结构,并进行了仿真分析以及实物的验证。     

PID控制器在船舶减摇水舱控制器设计与优化的应用

减摇水舱控制系统中的摇摆台控制一般采用PID控制系统,借助PID控制系统的算法优势,传输摇摆角度信号,有效控制减摇。PID系统采用免疫遗传算法,该算法能够建立起数学模型,推理运算出目标函数值,向电液伺服阀输出动作指令,控制船舶横摇。本文分析了PID控制器在船舶减摇水舱控制器设计中的应用,提出优化PID控制器的设计方法,经过仿真实验证实,改进优化的变参数PID控制器能够有效控制船舶横摇角、鳍角速率,提高减摇效率。     

混合动力船舶能量管理控制策略设计与仿真

为了提高船舶的能源利用效率,降低排放,采用柴油发电机和燃料电池组成的混合动力为船舶提供电能,其中发动机为船舶提供基础载荷,当船舶功率负荷需求大于基础载荷时则由燃料电池组提供剩余的功率。针对这样的混合动力系统,设计船舶的能量管理系统的逻辑门限值控制策略和PID控制器。仿真结果表明,采用这种混合动力结构的船舶,可以提高柴油机的运行效率,所设计的PID控制器能很好地满足船舶的功率需求,提高系统的稳定性。     

高效E类功放在无线电能传输系统中的应用

功率放大器作为无线电能传输系统的输入功率源,其性能的高低决定了整个电能传输系统的优劣。为了解决传统功率放大器效率较低的问题,设计了一款高效率E类功率放大器。该功放为L型匹配输出,以达到抑制谐波和匹配输出的目的。分析及测试表明,在E类功率放大器中采用高品质因数电感可以有效提高无线电能传输系统的传输效率。     

挖泥船泥浆浓度模糊PID控制器的设计研究

文章针对传统的PID控制难以快速响应保证产量和效率稳定的问题,提出了基于模糊PID控制理论的泥浆浓度控制方法。首先介绍了模糊PID控制器的原理,然后确定了模糊语言变量和隶属函数,并制定了模糊规则和反模糊化方法。在Matlab仿真平台中设计了模糊PID控制器,对泥浆输送系统进行仿真。仿真结果表明:模糊PID控制器相较于PID控制器对于泥浆浓度控制的时域性能具有一定的改善作用,并能提高泥浆浓度的稳定性,进而保证挖泥船产量和效率的稳定性。     

模糊PID自整定控制器的仿真研究

针对传统PID控制器的一些问题，基于PID参数模糊自整定的方法，设计了一种参数自整定PID控制器.并运用Matlab模糊逻辑工具箱进行了仿真研究，结果表明：该模糊PID控制器能迅速消除系统余差，改善普通模糊控制器的性能;既具有PID控制器高精度的优点，又具有模糊控制器快速、适应性强的特点，保证了调节系统具有良好的动、稳态特性。     

自抗扰控制器在柴油机转速控制中的应用

柴油机作为转速控制系统的被控对象时,是一个非线性、时变的环节,传统PID控制效果不够理想.简要介绍了自抗扰控制技术,基于自抗扰控制技术设计了ADRC控制器.仿真结果表明,利用自抗扰控制理论设计的控制器,能有效提高调速系统精度和抗扰动能力.通过与传统PID控制器的仿真比较,体现出了ADRC控制器较小的超调量及对外界干扰有较好的抑制作用等优点.仿真时在传统PID控制器中引入了跟踪微分器,结果表明用跟踪微分器能改善PID控制器的性能.     

基于双边LCC的感应耦合电能传输系统软开关参数设计

补偿网络作为电源、耦合器以及负载的通道,是无线电能传输系统中必不可少的环节.本文针对现阶段感应耦合电能传输系统中常用的双边LCC补偿网络进行参数设计并实现软开关,减小无线电能传输系统的无功损耗,提升整体效率.首先介绍了4种基本的补偿网络的传输特性,然后引出双边LCC补偿网络.基于软开关特性,对双边LCC的谐振网络进行了...     

变质量俯仰系统分区间PID位置跟踪控制方法研究

变质量俯仰系统随载荷质量和俯仰角位移的变化,其俯仰体质心位置随之变化,进而其驱动转矩等因素也随之变化。为设计变质量俯仰系统的自适应控制策略,提出了俯仰机构驱动电机的分区间PID控制方法。以位置随动精度和随动时间为目标,设计了位置环三区间PID控制方法。基于ADAMS与Simulink联合仿真技术,建立了变质量俯仰系统虚拟样机模型。通过仿真与物理样机试验,对比分析经典PID和分区间PID控制算法的位置控制准确性和快速性。研究结果表明,分区间PID控制算法在规定响应时间范围内,误差精度不超过0.5°,能有效提高变质量俯仰系统的控制精度。     

船舶可调桨螺距模糊PID控制器设计

针对柴油机驱动的船舶可调桨推进系统,从运动学和动力学角度建立与其适应的船桨系统、柴油机系统、调速控制系统和螺距控制系统的运动模型。同时运用模糊控制和PID控制理论,在Matlab仿真平台上设计可调桨螺距的模糊PID控制器,调试运行使之与可调桨动力性能相匹配,得到相应螺距偏差、偏差变化率和螺距控制输出量隶属度数据。通过仿真过程离线计算得到模糊控制器输出控制量查询表,从而设计完成可调桨螺距的模糊PID控制器。针对可调桨螺距控制,给定车钟指令信号和脉冲干扰信号。仿真实验结果证明,模糊PID控制器能有效避免可调桨控制跳动问题,且其控制速度、精度和灵敏度较传统PID控制器具有显著优势。     

模糊PID控制器实现无差跟踪

介绍模糊控制和PID控制器,设计了一个模糊PID控制器来实现系统的无差跟踪,结果表明,对于较高阶被控对象,模糊PID控制器实现无差跟踪的效果也较好,模糊PID控制器可以有更大范围的应用.     

船舶可调桨螺距模糊PID控制器设计

针对柴油机驱动的船舶可调桨推进系统,从运动学和动力学角度建立与其适应的船桨系统、柴油机系统、调速控制系统和螺距控制系统的运动模型.同时运用模糊控制和PID控制理论,在Matlab仿真平台上设计可调桨螺距的模糊PID控制器,调试运行使之与可调桨动力性能相匹配,得到相应螺距偏差、偏差变化率和螺距控制输出量隶属度数据.通过仿真过程离线计算得到模糊控制器输出控制量查询表,从而设计完成可调桨螺距的模糊PID控制器.针对可调桨螺距控制,给定车钟指令信号和脉冲干扰信号.仿真实验结果证明,模糊PID控制器能有效避免可调桨控制跳动问题,且其控制速度、精度和灵敏度较传统PID控制器具有显著优势.     

磁耦合谐振式无线电能传输天线仿真设计

磁耦合谐振式无线电能传输系统有着传输效率高、传输距离远以及传输功率大等优点。天线作为该系统的核心部分,直接影响到系统的传输效率。用HFSS软件仿真设计螺旋半径50～100 mm之间的6组天线模型,研究了发射和接收天线在能量传输过程中发生频率分裂的现象,通过电容值调节使发射和接收天线达到良好匹配,提升了原谐振频率点处的传输效率,同时分析了天线传输效率与螺旋半径之间的关系。     

变质量俯仰系统分区间PID位置跟踪控制方法研究

变质量俯仰系统随载荷质量和俯仰角位移的变化,其俯仰体质心位置随之变化,进而其驱动转矩等因素也随之变化.为设计变质量俯仰系统的自适应控制策略,提出了俯仰机构驱动电机的分区间PID控制方法.以位置随动精度和随动时间为目标,设计了位置环三区间PID控制方法.基于ADAMS与Simulink联合仿真技术,建立了变质量俯仰系统虚拟样机模型.通过仿真与物理样机试验,对比分析经典PID和分区间PID控制算法的位置控制准确性和快速性.研究结果表明,分区间PID控制算法在规定响应时间范围内,误差精度不超过0.5°,能有效提高变质量俯仰系统的控制精度.