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在强流直线感应加速器(linear induction accelerator,LIA)系统中,电源是一类不可缺少且数量庞大的设备,为束流输运、粒子加速所需磁场及电场提供能量.为实现对强流 LIA数百台电源的控制与状态监控,本文基于 EPICS(Experimental Physics and Industrial Control System)架构设计了强流 LIA电源控制原型系统,通过指令分流、触发执行的方式并行控制数百台电源的工作状态,并基于"宏"开发 IOC(Input/Output Controller)程序,利用 Phoebus和嵌入式 Python脚本开发 OPI(Operator Interface),实现具有操作简单、状态多样化显示等优势的人机交互界面.该控制系统目前已在强流LIA校正磁场励磁电源控制系统中稳定运行一年多,通过了长期在线运行考核,可推广至单脉冲、多脉冲两台强流LIA的束流输运主磁场、校正磁场及加速电场的电源群设备控制.
加速器电源设备控制原型系统控制系统
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以某船大功率电力推进轴系为研究对象,建立电力推进装置(含推进电机、调速控制系统)与柔性轴系耦合模型,基于该耦合模型开展稳态工况轴系扭振分析,与传统经验计算结果对比显示,耦合电磁激励、耦合负载激励对轴系扭振具有一定的加剧影响;基于耦合模型开展不同加/减速时间条件下的轴系扭振动态特性分析,结果表明,动态过程扭振响应明显高于稳态工况,且加/减速时间对扭振响应影响明显,为加/减速控制设计提供依据,避免轴系超扭风险,为电力推进轴系扭转振动特性分析提供技术支撑.
电力推进调速与扭振耦合动态特性稳态特性扭转振动
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为了实现鸡蛋壳强度-厚度-刚度的高效、无损评估,本研究设计并构建了一套基于声振响应的多传感器激励与信号采集系统.所提出的电磁激励机构采用通电吸引-断电自由冲击的激励模式,有效克服了传统通电冲击激励在冲击控制、电参数调节及线圈寿命等方面的局限,提升了激励过程的稳定性.针对电磁激励高度参数开展系统优化,确定了兼顾激励稳定性与信号响应质量的最优激励高度.通过该系统,可稳定获取鸡蛋在激励作用下的声学与振动响应信号,并从中提取频域信号特征变量进行融合建模.基于特征级融合策略,分别构建了 CARS-PLSR 与 PCA-PLSR 回归模型,实现对蛋壳厚度、破壳强度及壳体刚度3 项质量指标的预测.验证试验结果表明,CARS-PLSR 模型在蛋壳厚度预测中 Rp=0.847、RMSEP 为0.013 0 mm、RPD 为1.84;PCA-PLSR 模型在强度与刚度预测中 Rp=0.816、RMSEP 为3.56 N、RPD 为1.73 和 Rp=0.859、RMSEP 为 7.34 N/mm、RPD 为 1.93,均达到较高预测精度.此外,对3 个质量指标最佳融合模型进行了SHAP 值的模型可解释性分析,揭示了振动信号在融合建模中的辅助价值.研究结果验证了声学与振动信号融合用于鸡蛋质量多指标无损检测可行性与有效性,为鸡蛋产品质量分级和检测提供了技术支撑.
蛋壳质量声学振动多传感器系统特征融合无损检测
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针对传统电磁超声换能器体积大、换能效率低的问题,研究并构建了一套面向钢结构缺陷检测的小型化电磁超声检测系统.通过二维多物理场仿真揭示永磁体尺寸、线圈分裂数及提离距离对换能效率的耦合影响规律,并基于正交试验设计法优化换能器结构参数,实现换能器的体积较常规设计缩小52.4%,接收信号幅值提高4.9%,磁吸附阻力降低46.7%.针对小型化、低电压条件下信号微弱的问题,研制了高频高功率脉冲激励源,在500 kHz下可输出峰值62.9 V、12.3 A的激励信号,谐波失真低于7.8%,配合设计的低噪声信号调理电路,可实现80～100 dB增益,有效提取微伏级回波信号.系统集成高速采集与控制模块,基于融合滑动平均滤波、巴特沃斯带通滤波与互补集合经验模态分解的混合降噪方法,将初始信噪比10 dB的测试信号提升至28.73 dB.试验结果表明,本系统表面波速测量偏差为1.25%,声束半张角12.93°,旁瓣抑制比达13.78 dB,对矩形槽与圆柱孔缺陷的定位误差小于1 mm,可集成于特种机器人检测平台,用于复杂环境下的钢结构缺陷检测.
电磁超声换能器脉冲激励低噪声信号调理缺陷检测
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针对某电站2×45 MW 为引水式电站运行23 a 后出现高负荷效率平台、低负荷振动偏大与冷却结垢等问题,提出转轮水力型线与流道协同重构、定子绕组增容与冷却优化及调速励磁一体化升级的成套路径.基于全流道 CFD 与制造闭环完成转轮再设计,配套级绝缘多股并绕和水内冷,控制侧采用高带宽电液伺服与 IGBT 静止励磁.测试表明,额定开度水轮机效率由 92.5%提升至94.1%,发电机效率由97.8%至98.3%,单机可持续出力扩展至50.3 MW,低开度涡带脉动与叶频响应显著减弱,未见异常振动.
水轮机转轮改型定子绕组增容调速励磁一体化能效与稳定性经济性与减排
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[目的]传统电磁吸振器受电磁铁气隙限制,当振动幅值超过气隙量级时,减振效果显著下降,难以有效抑制车体底部悬挂大质量块的低频大幅振动.针对该问题,设计一种悬臂式电磁吸振器,通过悬臂结构放大电磁力作用处的位移,以实现对低频大幅振动的主动控制.[方法]首先,采用积分法和瑞利法,简化悬臂式电磁吸振器的分段变截面梁结构,建立系统动力学微分方程并求解主系统位移频响函数,为后续仿真与试验提供依据;其次,建立机械系统刚柔耦合模型及电磁力数学模型,基于Matlab软件,设计模糊比例-积分-微分(Proportional-Integral-Derivative,PID)控制器,通过Adams软件与Matlab软件的联合仿真评估主动减振效果;最后,搭建悬臂式电磁吸振原理样机试验台,基于dSPACE平台构建反馈控制系统,开展简谐激励减振试验,验证吸振器的实际减振性能.[结果]结果表明,在8～12 Hz的低频激励范围内,理论分析、联合仿真与试验结果均验证了悬臂式电磁吸振器的减振有效性.其中,在8 Hz激励频率下,理论、仿真与试验减振比率分别为98.79％、95.52％、56.34％;在10 Hz激励下,分别为80.39％、79.17％、22.68％;在12 Hz激励下,分别为69.65％、66.65％和45.38％.悬臂式电磁吸振器对低频大幅振动主动控制具有良好的可行性与应用潜力.
振动主动控制低频大幅振动悬臂式电磁吸振器联合仿真模糊PID
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为了应对燃气轮机在电网调峰中因强非线性与频繁变负荷对励磁系统稳定性的挑战,本文将模糊控制理论应用于燃气电厂励磁系统优化研究.针对传统PID控制适应性不足的问题,设计了专用的二维模糊励磁控制器,详细阐述了其结构、隶属度函数与模糊规则库的构建过程.本文还搭建仿真模型并在多种典型暂态扰动工况下进行测试.测试结果表明,相较于传统PID控制,本文设计的模糊控制器在动态响应特性、超调抑制以及系统鲁棒性方面均具有显著优势,为提升燃气电厂并网运行稳定性提供了有效的技术方案.
励磁系统模糊控制系统优化动态响应
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磁悬浮高速永磁电机(maglev high-speed permanent magnet motor,M-HSPMM)具有体积小、转速高、功率密度大的优点,已成为飞轮储能系统的研究热点,但振动噪声问题却成为飞轮储能系统发展的瓶颈.为解决上述问题,本文采用有限元法对M-HSPMM 进行电磁性能分析,进一步研究力波特性对电磁振动的影响.结构方面,分别从转子动力学模型和定子模态响应方面深入研究,判断模态振型和固有频率大小.先建立磁悬浮飞轮轴系转子动力学模型,推导空间五自由度轴系转子微分方程,分析其临界转速和固有频率,进一步研究支承刚度和基础激励对系统振动响应的影响.在此基础上,对定子模态响应进行研究,分析主要振型和固有频率大小,以及定子热套件过盈量对振动响应的影响.试验结果表明,电磁噪声具有明显阶次特征,主要受供电频率以及定子刚度影响,研究发现飞轮储能电机的振动噪声主要由 2 倍频产生,并提出增加过盈量以减小振动噪声.优化后振动测点 1的振动加速度由 4.23 m/s2 降低为 1.61 m/s2,噪声值由 72.1 dB降低为 65.5 dB.上述研究结果可为磁悬浮飞轮储能系统低振动、低噪声研究提供理论依据.
转子动力学磁悬浮高速永磁电机飞轮储能系统振动响应
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针对大型水轮发电机定子在不平衡载荷下的振动加剧问题,为揭示其振动特性与机理,研究构建了电磁-结构耦合分析模型,并引入"单元电机"概念解析电磁力时空谐波成分.结果表明,定子振动由转子偏心引发的转频(2.5Hz)与特定高次谐波(如26次、38次)共同激励,振幅随负序电流等参数呈非线性增长.在15％负序电流与0.5mm动态偏心工况下,振动较基准值增幅达425％.通过优化电磁设计(如调整定子槽数),26次谐波占比降至8％以下,关键点振动速度有效值降低57％～95％.研究为机组振动抑制与状态评估提供了理论与技术支撑.
大型水轮发电机定子结构不平衡载荷振动特性电磁结构耦合单元电机
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永磁同步电机是工业传动、新能源装备、高端制造等领域的核心动力部件,其运行过程中会产生振动与噪声,不仅会加速定子、轴承等核心结构件的疲劳损伤,还会直接危害人的听觉.电机噪声主要包含电磁噪声、机械噪声与气动噪声,其中电磁噪声是电机噪声的核心.本研究通过建立双向热耦合多物理场耦合模型,对"V"型内置式永磁同步电机电磁噪声特性进行研究,通过单向与双向耦合计算对电磁激励、振动响应与噪声辐射进行对比分析.研究结果表明,双向热耦合能考虑温度与电磁参数的动态交互,采用双向热耦合方法时,电机电磁力、振动响应与电磁噪声均低于单向耦合结果,为电机电磁噪声分析奠定了理论基础.
内置式永磁同步电机电磁-热双向耦合谐响应分析电磁噪声
