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关键词： 同步磁阻电机   矢量控制   自抗扰控制   滑模变结构控制  

摘要： 同步磁阻电机作为近些年新兴起的电机,因其自身所具有的高效率、低噪声、低成本等特性,逐渐成为电机行业内被人关注的热点,同步磁阻电机在新能源汽车、家用电器、工业自动化领域都有着不错的应用空间。本文以同步磁阻电机作为研究对象,针对其控制策略和系统抗干扰控制算法展开研究。 本文从同步磁阻电机基本结构、数学模型以及工作原理等方面入手,经过分析,决定采用同步磁阻电机矢量控制策略。深入研究矢量控制过程中,各环节原理作用及应用。针对同步磁阻电机系统稳定性,研究了两种算法提高电机负载突变时的抗干扰能力。一是采用线性自抗扰技术,设计了基于同步磁阻电机的自抗扰控制器,作用在同步磁阻电机矢量控制中的速度反馈和电流反馈控制环节;二是优化滑模变结构控制中抖振现象,设计了改进的滑模控制器,并将其作为同步磁阻电机矢量控制中的速度环控制器使用。 然后针对所设计出的两种控制器,在Simulink中搭建仿真模块,建立同步磁阻电机矢量控制仿真系统。设计同步磁阻电机负载突变仿真实验,输出仿真结果,验证上述控制算法的有效性,并得出结论,线性自抗扰控制技术和滑模变结构控制对电机负载突变时的稳定性有显著提升,且针对本系统而言,线性自抗扰控制技术要略优于滑模变结构控制。 随后设计同步磁阻电机硬件控制器,以GD32F303RCT6为控制核心,控制电路、驱动电路、保护电路辅之,完成同步磁阻电机硬件控制器设计。在控制器完成的基础上,将控制策略与控制算法进行软件程序实现,并进行调试。 最后,对同步磁阻电机矢量控制系统进行实验测试,验证了本文所采用控制策略与控制算法的有效性。

关键词： 年龄结构   疫苗接种   指数进展率   最优控制   数值模拟  

摘要： 肺结核是由结核分枝杆菌感染引起的一种慢性传染病,在世界范围内流行.自上世纪五十年代以来,医疗人员针对肺结核的发病机理和症状,不断研发出有效的抗结核药物,使肺结核的流行得到了一定的控制.但是,近年来,由于不少国家对肺结核的忽视,减少了财政投入,再加上人口的增长、流动人口的增加、艾滋病毒的传播,使肺结核控制效果不佳,部分国家和地区的患者数量还有所回升.虽然已研发了很多治疗药物,也制定了相关的控制措施,但目前仍然不能根除该疾病.因此,从数学模型分析入手,对控制疾病的传播具有重大意义. 第一部分建立了一个具有疫苗接种和指数进展率的年龄结构肺结核模型,年龄结构体现在潜伏期(即从感染之后到出现症状的年龄)和复发期(即个体恢复并再次出现症状的年龄).模型通过给易感婴幼儿接种卡介苗(Bacillus Calmette Guerin,BCG)来有效降低被传染率(卡介苗目前只针对婴幼儿接种).然后,证明了基本再生数R0是是衡量疾病爆发或灭绝的重要阈值.当R0<1时,无病平衡态是全局渐近稳定的,这意味着疾病消失.当R0>1时,在模型中存在唯一的地方病平衡态且是全局渐近稳定的.最后,通过参数分析和数值模拟,得出了实现世界卫生组织(World Health Organization,WHO)提出的到2035年将肺结核发病率相比2015年降低90%的有效措施. 在传染病的控制过程中,制定优化控制策略是非常重要的,在第二部分中主要针对第一部分提到的肺结核模型进行最优化分析,并证明了该模型的适定性.然后研究了最优控制问题.在这个问题中,将肺结核患者的治疗以及公众的教育活动作为两个控制变量.通过严格的理论推导和详细的数学计算,得到了最优控制的必要条件.最后,将理论分析与模型的数值模拟相结合,提出了有助于中国尽可能实现WHO终结肺结核战略的最优策略.

关键词： RGV   自主驾驶   矢量控制   差速控制   CAN总线   偏差耦合  

摘要： 随着经济的发展和基础设施建设的稳步推进,隧道施工项目面临着物资运输效率的新挑战,将RGV(有轨引导车辆)应用于隧道施工的物资运输已成为大势所趋。RGV适合长距离运输且载重能力强、运行速度快,可以十分便捷高效地按照计划完成物料的输送,提高劳动生产率。RGV导航技术的持续进步,为隧道内RGV车辆自动驾驶系统的研究与开发奠定了重要的技术前提。本文设计了隧道内编组RGV车辆自主驾驶系统,主要包括编组车辆在直线行驶上的控制策略以及在弯道行驶上的控制策略,分别实现了编组车辆在直行过程中的速度协同控制和弯道行驶中的差速控制,并且搭建仿真模型验证了控制方法的有效性。本文主要做了以下工作: 针对隧道内编组RGV组成结构和自主驾驶需求,对隧道内编组RGV车辆自主驾驶系统做了总体的方案设计,该方案对其中包含的导航系统、决策系统及控制系统的功能及其相互作用进行了综合性设计,确保了系统能够高效地协同作业。此外,针对车辆间通信需求,设计了基于CAN总线的通信协议。该协议旨在支持车辆间的有效信息交换,从而确保编组RGV在隧道内自动驾驶过程中控制执行的精准性。 针对隧道内编组RGV直行状态下的自主驾驶,设计了自主驾驶中的启动模式、匀速模式和减速模式,通过搭建仿真模型对不同模式下的速度跟随效果进行了仿真验证。此外,为了解决多编组车辆一致性控制问题,本文提出了一种基于偏差耦合的多电机同步控制策略,并构建了相应的多电机同步控制模型。通过对不同工况下的仿真实验进行分析,证明了该控制策略的有效性。 针对隧道内编组RGV的弯道状态下的自主驾驶,通过对编组车辆进行弯道动力学分析,提出了一种差速控制方法。该方法通过接收RGV引导系统提供的道路转向信息、弯道半径信息以及距离轨道转弯点距离等信息,控制车辆执行相应的差速指令,实现编组车辆在不同曲率半径下的弯道行驶。其次,针对后续车厢需要在同一转弯点执行差速控制需求,提出了基于位置同步的时间预测方法,针对不同进弯行驶模式做了对应的仿真和对比实验,证明了该方法的有效性。 针对隧道内编组RGV车辆自主驾驶系统的硬件载体,设计了对应的主机信息处理器和分布式车载控制器,并对其中的硬件电路和软件进行了设计。最后通过搭建实验平台进行硬件测试,验证了通讯信息的有效传输以及电机控制的有效实现。

关键词： PMSM驱动系统   逆变器IGBT故障诊断   电流传感器故障诊断   卷积神经网络   格拉姆角场   高效通道注意力机制   深度迁移学习  

摘要： 永磁同步电机(PMSM)因其效率高、响应速度快等特性,己广泛应用到智能制造、电动汽车和轨道交通等领域。但是,电机驱动系统的工作方式决定了绝缘栅双极晶体管(IGBT)需要频繁的开断,这就使得逆变器IGBT在高温下还要承受极大的电应力,增加了故障的概率。同时,电流传感器不仅用于系统的闭环控制,所采集的信号也用于IGBT故障诊断,发生故障后轻则会导致误诊断,重则甚至引发整个系统的瘫痪。因此,本文对PMSM驱动系统逆变器IGBT与电流传感器的综合故障诊断展开研究,针对诊断过程面临的不同问题,研究相应的故障诊断方法,从而提高系统的可靠性并降低其运维成本。本文主要研究内容有以下几点: (1)搭建PMSM系统仿真模型,对电机驱动系统逆变器IGBT开路故障和电流传感器失效、增益、漂移故障进行特征分析,为故障诊断提供理论基础和数据支撑。 (2)针对传统故障诊断方法依赖专家经验和人工特征提取的问题,提出了一种基于一维卷积神经网络(1D-CNN)的故障诊断方法。该方法以原始一维定子电流作为网络模型的输入,将特征提取和故障分类合二为一,简化诊断流程,实现了端到端故障诊断。同时,引入Adam梯度优化和批量归一化(BN)优化网络性能。最终,实现了较高精度的PMSM驱动系统逆变器IGBT与电流传感器综合故障诊断。 (3)针对1D-CNN模型在强噪声环境下诊断准确率降低明显的问题,提出一种GAF-ECA-Res Net的故障诊断方法。首先,通过格拉姆角场(GAF)编码技术将一维电流信号映射为二维的图像,保留完整信号特征;然后,引入残差网络(Res Net)来解决深度卷积网络性能退化的问题。同时,在Res Net中插入轻量型的高效通道注意力(ECA)机制来自适应学习全局信息,并克服模型性能与复杂度之间的矛盾;最后,以经过GAF转换后的二维图像特征作为ECA-Res Net模型的输入,完成故障诊断。实验结果表明,该方法在保证精度的基础上进一步提高了鲁棒性。 (4)针对实际应用中电机驱动系统在变工况下有效样本不足,导致卷积神经网络模型诊断精度不高的问题,提出了一种预训练加微调的深度迁移学习故障诊断方法。首先,在源域的大规模数据上对ECA-Res Net模型进行预训练;然后,利用目标域的少量样本微调模型部分参数;最后,将微调后的模型用于目标工况的故障诊断。实验结果表明,该方法能利用目标工况中的少量样本实现高诊断精度,具有较强的泛化能力。

关键词： 变频器   电气控制系统   应用  

摘要： 变频器是现代电气控制系统中的关键设备，其应用领域涵盖了工业自动化、新能源发电、智能建筑等诸多方面。变频器以其优异的调速性能、高效的节能效果和灵活的控制策略，为提高设备运行效率、优化生产过程控制、实现工业节能减排提供了有力支撑。变频器技术的发展和应用水平，已成为衡量一个国家工业自动化水平和技术创新能力的重要标志。本文首先分析了变频器的基本工作原理和控制系统设计要点，接着重点探讨了变频器在电机控制、桥式起重机、风力发电、水泵控制等典型应用中的应用现状。随着变频技术与现代控制理论、功率电子技术的深度融合，变频器必将在工业电气控制领域发挥更大作用，为产业升级和智能制造注入动力。

关键词： 电梯   永磁同步电动机   矢量控制   仿真   故障分析  

摘要： 永磁同步电动机因其结构简单紧凑、安全可靠性高、功率因素高和良好的动态控制性能越来越广泛应用到曳引驱动电梯。本文对曳引驱动电梯永磁同步电动机的驱动原理进行分析，建立基于PI调节器的双闭环电梯矢量控制仿真模型，通过模型分析电梯驱动系统常见的故障类型和原理，可以帮助检验人员发现电梯驱动系统潜在的安全隐患，探索一种电梯驱动系统故障预测方法，减少意外停机带来的不良影响。

关键词： PLC   变频器   智能制造   海洋油气装备  

摘要： 随着工业自动化和智能制造的发展，PLC和变频器在海洋油气装备智能制造中的应用变得尤为重要。本文深入分析了PLC在智能制造中的关键控制作用，探讨了变频器在能效控制和效率提升中的应用，并详细阐述了二者的协同工作机制及其优势。进一步提出了包括高级数据分析、自适应控制策略、机器学习算法、远程监控和诊断系统以及数字孪生技术在内的多项智能制造优化策略，旨在探讨PLC在海洋油气装备智能制造中的关键控制作用，以及如何通过PLC和变频器的有效协同来优化生产流程，提高生产效率和质量，为海洋油气装备制造领域的技术进步和效率提升提供了有价值的参考。

关键词： 手指康复软体致动器   结构设计   柔性传感器   系统辨识   最优控制  

摘要： 随着我国老龄化社会程度的日益加深，因为脑卒中等病理原因导致的手部运动功能障碍的患者数量也不断增多。对于康复设备来辅助这些人群的的日常生活活动和帮助恢复其手部运动能力的需求也随之上升，为此，手部外骨骼康复设备被开发用来通过辅助患者完成日常手部活动，进行康复训练以促进运动神经的康复并避免肌肉因长时间休憩而导致的肌肉萎缩。　　本文研究了一种手指康复软体致动器，可以用来辅助患者完成手部的康复运动训练。避免了传统刚性康复设备的大体积，高重量等缺点。并围绕着软体致动器开展了结构设计、传感器研制、系统辨识控制和康复训练效果评价等工作。　　研究了手部运动功能及其解剖结构，明确了患有手部运动障碍者的康复目标，进而得出了该致动器的弯曲范围和设计目标。并以此为设计基础，针对截面形状这一通用结构参数，建立了相应的弯曲条件下的物理模型。并基于Mooney-Rivlin超弹性本构模型，提出了新的截面形状。将截面形状对于弯曲性能的影响，从主被动力矩和压力-角度关系三个层面进行对比，并对两个力矩和压力角度关系进行理论计算。在确定嵌套式软体致动器的基本外形结构后，在新截面形状的基础上，对于其每个结构参数都进行了仿真实验。并得出了各个尺寸参数对于本文提出的软体致动器弯曲性能的影响。　　为了适应软体致动器的动态特性，开发了一种以差动电容为基础的柔性弯曲传感器，并整合到软体致动器中。通过对弯曲角度与电压输出的标定实验，证实了该柔性传感器的稳定性和可靠性。通过多次加压实验获得系统的阶跃响应曲线，应用GA-BP算法对系统传递函数的参数进行了拟合，得到了系统的精确参数模型。并设计了 LQR最优控制策略消除了系统的多余抖动和超调量。　　基于自主研制的嵌套式软体致动器，设计了模具和制作流程。对制作的软体致动器实物进行试验验证，将结果与理论计算和仿真结果进行对比，交互验证了设计的有效性。搭建了手部外骨骼康复装置系统，对其进行抓握实验。通过力传感器、角度-压力数据、肌电信号等，判断患者运动意图和康复状态，可以实现患者以自主意图驱动的康复训练。结合患者的治疗和使用需求，设计了肌力疲劳检测功能。通过实验证明康复手套的有效性，能够满足偏瘫患者的手部运动康复需求。