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关键词： 双馈风力发电机   数学模型   ISIAGWO算法   参数辨识   高压穿越  

摘要： 以运行原理为依据,可以将风力发电机划分成许多种类型,在这些类型之中,双馈异步风力发电机(DFIG)目前占主导地位。在风电机组运行过程中,存在机组老化、磨损等情况,因此会使风电机组模型与实际风电机组的参数相比,存在一定的偏差,给电力系统潮流计算、稳定性分析等工作带来不确定性,开展风机的参数的准确识别研究对改善这种情况至关重要的。本文结合当前智能算法的相关研究成果,开展了双馈风力发电机的参数辨识以及高压穿越研究,主要工作如下:(1)对双馈风力发电机的基本工作原理和结构做了介绍,对双馈异步感应发电机的工作原理以及运行状态做了简要介绍,建立了双馈风力发电机的风轮机、传动链以及双馈电机在三相静止和两相正交坐标系下的数学模型,并对双馈感应发电机的定子磁链定向矢量控制做了介绍。(2)介绍了灰狼算法(GWO)、信息共享搜索策略的灰狼算法(ISIAGWO)的算法原理,为了对比引用另一种改进灰狼算法(IGWO),通过算法测试函数分析对比了三种算法的寻优能力和收敛速度,最后选取ISIAGWO算法用于双馈风机的参数辨识,推导了双馈风力发电机的参数辨识数学模型。(3)介绍了本文参数辨识的结构,在Matlab/Simulink仿真软件中搭建了双馈风力发电机组并联于无穷大电网模型。采集双馈风力发电机出口电流对所需辨识参数做轨迹灵敏度分析,分析其可辨识性,采用GWO、IGWO、ISIAGWO算法在仿真中完成对双馈风力发电机的定子和转子电阻、电感的辨识。(4)结合我国风电机组高压穿越标准的要求,对其高压穿越时的暂态特性进行了分析推导,在Matlab/Simulink仿真软件中,搭建了双馈风机高压穿越仿真模型,完成高压穿越仿真,最后基于实际风电场的高压穿越试验,验证了仿真结果。

关键词： 澳门水道   数学模型   极限冲刷深度   预测  

摘要： 极端洪水条件下河道极限冲刷预测是工程设计的重要参数之一，文中通过二维潮流泥沙数学模型计算出澳门水道河床极限冲刷深度，初步探索潮汐河段河床极限冲刷，为工程及规划建设等提供科学参考依据。澳门水道浅滩多，水深较浅，是澳门附近水域泄洪、输沙和潮流的主要通道，地形资料表明，澳门水道整体表现为槽冲滩淤的态势，近些年由于河道岸线及地形改变，右岸浅滩逐渐由淤积转入冲刷态势，水沙运动复杂，是典型的潮汐河段。数值模拟结果表明，主槽整体以冲刷为主，最大冲深约2.51m；浅滩有冲有淤，变化幅度在0.23m以内。

关键词： 连续可变气门装置   快速设计方法   数学模型   运动特性   多目标优化  

摘要： 随着能源危机以及日益严格的排放法规,让内燃机行业面临节能减排的重大需求。连续可变气门技术应用在发动机上能有效降低泵气损失、改善缸内燃烧环境、提高热效率、降低NOX排放。而目前大多数传统机械式连续可变气门升程系统（Continuous Variable Valve Lift,CVVL）需要可变气门正时系统（Variable Valve Timing,VVT）配合,用于进排气凸轮异轴的双顶置凸轮轴发动机上,无法用于进排气凸轮同轴的单底置凸轮轴发动机。所以本文针对某船用中高速进排气凸轮单底置同轴发动机,设计了一款双凸轮机械式连续可变气门装置（Double Cam Variable Valve,DCVV）。 DCVV装置采用了一种新型多目标快速设计方法。首先,根据工作原理,将设计过程转化成两个平面四杆机构运动的求解计算,搭建运动学和动力学数学模型。然后,通过数学模型模拟计算不同单一结构参数气门运动情况,探究DCVV装置工作运动特性,为结构参数取值提供设计参考范围。最后,为了得到更优的工作特性,将数学模型与遗传算法相耦合,利用MATLAB优化工具箱进行多目标优化设计。相对于传统采用商用软件构建一维、三维模型模拟计算的配气机构设计方法,更加快速准确,能大幅缩短设计过程计算时间。 研究结果表明,搭建的数学模型具有一定的精度,可用于配气机构设计研究;DCVV装置在不同关键结构参数下,随着偏心轮相位调节均呈现出四种可变运动模式,即连续可变气门关闭正时模式（Continuous Variable Valve Closing Timing,CVCT）、连续可变气门开启正时模式（Continuous Variable Valve Opening Timing,CVOT）、连续可变气门升程模式（Continuous Variable Valve Lift,CVVL）、连续可变气门正时模式（Continuous Variable Valve Timing,CVVT）;对于所有运动模式而言,偏心轴位置离凸轮轴越远,装置气门运动干涉现象越严重,偏心轮相位区间也就越小;偏心距主要影响气门正时,基本不影响气门最大升程;输入摇臂比主要影响气门最大升程,输出摇臂越大,气门最大升程越大;对于DCVV装置连续可变气门晚关米勒运动模式,较初始设计方案,优化设计后的气门开启正时波动区间降低了13.3%,气门关闭正时可调区间提高了25%,具有更大的关闭正时连续可调区间,能适配发动机更多负荷工况。

关键词： 7E教学模式   单元复习教学   物理课堂   核心素养  

摘要： 2018年教育部针对高中阶段各学科颁布了新课程标准,教育工作者们积极响应时代步伐,努力发掘并更正当前教学中还有待改善的问题,从新课教学到作业评价,各个环节都呈现出更为浓厚的育人气息,物理单元复习教学也不例外。因而调查当前高中物理单元复习的现状并分析存在的问题从而提出解决方案是十分有必要的。 本研究聚焦于高中物理单元复习教学,通过文献的梳理和所调查学校的物理单元复习教学现状呈现出的问题,尝试将7E教学模式融入高中物理单元复习课中解决存在的主要矛盾。 首先,基于研究方向提出研究目的和研究意义,对国内外单元复习课和7E教学模式的研究现状进行梳理,总结7E教学模式的应用成效以及物理单元复习课的研究进展与不足,分析原因为后续开展基于7E教学模式的高中物理单元复习教学研究提供依据和思路。 其次,采用问卷调查法在实习单位开展高中物理单元复习教学现状调查研究,同时访谈多名一线教师对物理单元复习课的看法和7E教学模式的使用情况,以便对物理单元复习课存在的问题进行归因,分析7E教学模式在高中物理单元复习课的价值与必要性,进而结合理论基础和调查现状提出相关的教学策略。 第三,开展基于7E教学模式的高中物理单元复习教学实践。为验证教学效果,先后选取同一学校同一水平的班级开展对照实验,进行《“力与平衡”单元复习教学设计》、《“牛顿运动定律”单元复习教学设计》、《“抛体运动”单元复习教学设计》3次教学实践,运用前后测考试以及实验班后测问卷的方式调查基于7E教学模式的高中物理单元复习课堂中学生的成绩,课堂自我参与度,兴趣等方面的改善情况。 研究表明,将7E教学模式应用于高中物理单元复习教学中能够较为显著地激发学生在复习课堂的兴趣,提高学生的主动参与性从而体现学生主体地位,同时可以有效地引导学生建构物理模型并分析实际问题,充分发挥单元复习课中对学生的培养价值,落实立德树人的教育目标。

关键词： 锥形无轴承永磁同步电机   数学模型   悬浮力   控制策略   实验研究  

摘要： 无轴承永磁同步电机(Bearingless Permanent Magnet Synchronous Motor,BPMSM)具有无摩擦磨损、无需润滑、寿命长、效率高、功率因数高等优点,适用于飞轮储能、航空航天、医疗器械、化工工业、精密机械加工等多种领域。锥形无轴承永磁同步电机(Conical Bearingless Permanent Magnet Synchronous Motor,CBPMSM)不仅可以实现高速旋转和径向悬浮,还具备轴向悬浮的能力。因此,基于双台CBPMSM结构的五自由度磁悬浮系统可以降低轴向长度并提高系统集成度,但也对电机的旋转和悬浮控制带来了挑战。同时系统的数学模型较为复杂,且各分量间具有强耦合性,增加了控制算法的复杂度。本文以锥形无轴承永磁同步电机为研究对象,在运行原理、数学模型和控制策略方面展开研究。首先,详细介绍了锥形无轴承永磁同步电机的本体结构,分析转子受到的悬浮力产生原理。基于麦克斯韦应力张量法和电机学原理,建立CBPMSM的悬浮力数学模型。根据设计目标对电机基本尺寸进行初步设计,借助Ansoft Maxwell有限元软件进行仿真,研究了相关电磁特性合特性,将悬浮力数学模型和仿真结果的之间进行对比,验证模型的正确性。其次,针对CBPMSM系统分量之间相互耦合的问题,为了实现电机的五自由度悬浮,对数学模型进行简单的解耦设计,并针对系统提出磁场定向控制方法,实现对CBPMSM转矩系统与悬浮系统的双闭环高精度控制,并给出系统控制结构框图。最后,详细设计了锥形无轴承永磁同步电机控制系统的硬件电路和软件部分,并阐述了其中各个模块的功能。完成了DSP最小系统板、功率驱动板和接口电路的设计,并提供了软件流程图。实验平台搭建完成后,对CBPMSM进行实验分析,主要研究了CBPMSM在静态状态下与动态状态下的悬浮特性,经实验验证,实验样机实现了稳定悬浮。

关键词： 产品线设计   新能源汽车   里程焦虑   里程补贴   数学模型  

摘要： 随着石油资源枯竭和环境污染问题的加剧,汽车工业向着新能源方向转型升级已是大势所趋。中国将持续聚焦发展新能源汽车产业作为“十四五”规划的战略目标,减少污染物排放总量,维持环境健康与生态平衡,完成生产生活方式的绿色转型。JL集团作为国内的老牌传统车企,其产品线主要以燃油车产品为主体,面对新能源汽车产业组织转型困难重重。在中国汽车产业发展的红利时期,JL的产品线问题被其高速发展所掩盖,现如今随着新能源汽车市场日益壮大,汽车产业结构转型,JL的诸多产品线问题就浮现了出来。与只有一两款新能源汽车产品的造车新势力不同,JL在进行新能源汽车产品线设计时需要同时兼顾燃油车产品。所以如何进行新能源汽车产品线的设计与定价决策将成为JL在新能源转型中能否突出重围的关键。本文主要研究了 JL在传统车企面临新能源转型的背景下,基于里程焦虑和里程补贴的新能源汽车产品线设计与优化问题。在产业组织理论的基础下,分析了JL汽车产品线的现状以及产业组织转型时遇到的困难,发现JL在漫长的发展中衍生出了产品线复杂混乱、定位不清晰和同质化严重等问题。消费者对于新能源汽车的购买行为很大程度上受到里程焦虑和里程补贴这两个因素影响,在行为决策理论框架下,将这两个因素刻画为消费者的有限理性行为引入新能源汽车产品线模型,将汽车行驶里程刻画为消费者的质量偏好。本文将JL的汽车产品分为燃油(f)、插混(m)和纯电(e)三个模块,同时考虑了产品之间的成本相关性,共构建了基于里程焦虑、基于里程补贴以及基于两者共同作用的三种新能源汽车产品线模型。针对每种产品线模型,本文都推出了单产品市场、燃油-纯电双细分市场、燃油-插混双细分市场和燃油-插混-纯电三细分市场下的产品线设计策略,对于每种策略均计算出产品的最优质量和定价,以帮助JL获取最大利润。通过对产品线模型的求解,证实了新能源汽车产品线存在同类相食的问题的存在。研究发现,随着里程焦虑系数的增加,造成了 JL产品定价的降低,但是插混模块产品作为燃油模块和纯电模块产品之间的过渡产品缓解了纯电模块产品的质量和价格失真。同时,JL只有在获取全部补贴的策略下才能获取最大利润,值得注意的是,这并不是消费者和政府所希望看到的,并且里程补贴并没有解决产品线的侵蚀效应。JL由传统车企转型新能源“是危机,也是机遇”,对新能源汽车产品线的设计与定价策略将决定其能否在这场汽车工业的新能源转型战争中转危为安,决胜千里。

关键词： 核心素养   数学模型   数学建模  

摘要： 数学建模是运用数学模型解决实际问题的一种方式，是初中生应具备的核心素养之一.以三类问题为例，探究数学建模的方法与策略，能培养学生的模型观念、应用意识和初步建模能力，让其亲身经历“实际问题—数学问题—建立模型—求解验证—问题解决”的全过程，启智明理，体悟本质，进而提升其建模意识，培养数学核心素养.

关键词： 含夹层盐岩储气库   夹层   稳定性评估   集成赋权   数学模型  

摘要： 含夹层的盐岩储气库因其密封性强、注采速率快等特点而用于国家的季节性调峰和应急供气,可有效缓解冬季天然气的“气荒”问题,且对油气资源的战略储备保障国家的能源安全。但近年来盐岩储气库失稳事故频发,引发诸如天然气泄漏爆炸、设施损毁、人员伤亡等严重的事故,冲击稳定的社会秩序,造成巨大损失,因此对含夹层盐岩储气库溶腔的稳定程度进行评估具有重大意义。我国所建盐岩储气库一般穿越夹层,溶腔稳定受夹层影响,因此保障盐岩储气库的稳定运行需对夹层影响下的溶腔状态做精确测算。鉴于此,本文对含夹层的盐岩储气库溶腔进行研究,分析溶腔失稳的因素,构建针对性的评价指标体系,进而建立可靠的数学评估模型,以此为保证溶腔稳定而建言献策。主要的研究内容和取得的成果如下:(1)溶腔失稳因素提取与影响规律研究。对盐岩及夹层的性质进行理论研究,调查盐岩储气库失稳事故的主要原因,分析事故发生的部位,并辨识失稳因素;对受夹层影响的盐岩储气库参数进行数值模拟计算,明确在温度、振动等影响下各个参数造成溶腔失稳的条件。(2)稳定性评价指标体系的构建。对所有可能造成溶腔失稳的因素逐个分析,在构建评价指标体系遵循原则的基础上,剔除冗余指标,构建针对含夹层盐岩储气库溶腔的稳定性综合评价指标体系。(3)溶腔稳定性评估分析模型的建立。构建实用的新权重分配方法,该方法可弱化专家知识、经验差异导致的强主观干扰,并考虑指标的重要度与相互影响程度,保证权重分配的精确性。引入功效系数法对含夹层盐岩储气库溶腔的稳定程度做准确评估;最后利用实际工程数据验证了该方法的可靠性。(4)溶腔失稳控制措施的提出。在评估模型的基础上,从建腔期和运营期两个阶段出发,按照溶腔状态监测、运行参数选择、调整与维护等方面提出控制措施,为含夹层盐岩储气库的安全管理提供参考。通过以上分析,表明所用数值模拟及评估方法具有可操作性和工程应用价值,可为实际工作提供新参考。后续可对含夹层盐岩储气库参数优化方面做进一步研究。

关键词： 滑阀   泄漏   数学模型   Fluent   密封间隙  

摘要： 液压滑阀是液压系统的重要控制元件,其通过阀芯的移动来控制系统中流体流动的方向和流量。在高压环境下,环形间隙的泄漏一直影响着滑阀的安全性和稳定性,小流量的泄漏会引起液压系统串油,造成油液污染;大流量的泄漏不但造成能量损失,还会影响液压系统中执行机构的工作性能。因此,对液压滑阀的内泄漏问题需要进行深入研究,为液压滑阀的设计和结构改进提供参考,为滑阀的故障诊断研究建立了基础。针对液压滑阀环形间隙泄漏模型,分析滑阀出现内泄漏的故障机理,在平行平板间隙泄漏量计算方法的基础上,推导出液压滑阀环形间隙泄漏量公式,计算在考虑阀芯偏心情况下的间隙泄漏量,为仿真研究做理论基础。基于推导出的环形间隙泄漏量的数学模型,确定影响滑阀流量泄漏的影响因素,设计泄漏正交试验,根据正交表建立间隙密封流场的有限元模型并进行Fluent仿真,运用极差分析法对仿真结果进行分析,得到泄漏影响因素的主次性、最佳间隙结构参数配合以及各因素的影响趋势。重点针对滑阀的密封间隙和泄漏量关系开展进一步仿真分析,寻找其规律。根据仿真结果设计滑阀阀芯和阀套的结构及尺寸参数,生产制造出与仿真模型相吻合的零件,利用液压试验台进行试验验证。有针对性的制造和试验,能够大大降低成本,并且将仿真数据与试验数据进行对比,验证仿真数据的可靠性和结构参数优化的真实性。最后,针对滑阀泄漏故障问题,预设泄漏故障诊断方案,为后续滑阀的健康监测建立基础。

关键词： 全域全向并联调姿   轮式六自由度   数学模型   性能分析   数字化  

摘要： 随着我国航天事业的飞速发展,大型航天设备具有高质量、大尺寸、高精度、数量多等特点,航天器大部件之间装配时要求精密对接。航天设备装配平台应具有在平面上的全域运动以及在空间上的全向调姿功能,同时还应适应高负载、低矮空间、高精度等性能需求。传统的六自由并联调姿机构并不具备在平面上全域运动的功能,而普通轮式全方位移动平台也不具有六自由度调姿的功能,为提高效率,降低潜在风险,本文针对快速有效设计一类具有轮式特征的全域全向并联调姿装备开展研究。首先,构建轮式六自由度单支链库。通过分析标准轮的运动螺旋系并串联基础运动副,筛选得到一系列轮式六自由度单支链。串联基础运动副筛选出具有冗余自由度的轮式六自由度单支链构型,构建出轮式六自由度单支链库。其次,建立全域全向四支链并联调姿机构的统一数学模型。对构型库中单支链进行四支链并联后的机构运动状态进行分析,可分解为三种基本运动状态。对这三种运动状态下的并联机构进行位置反解、运动学反解、静力学解等数学模型的构建。整合三种运动状态构建出统一的位置反解、运动学反解、静力学解等数学模型。进而,分析全域全向四支链并联调姿机构的工作性能。根据位置反解、运动学反解、静力学解等数学模型可以对并联机构的工作空间、运动性能、承载能力等工作性能进行分析。利用控制变量法对数学模型进行简化,可以直观的分析出并联机构各项工作性能的影响因素并给出优选方案。最后,实现全域全向四支链并联调姿机构的数字化及其仿真验证。将构建出的轮式六自由度单支链库数据化,使得构型库中的机构可以与数学模型形成数学上的映射关系。基于数学模型使用C++进行实现,对并联机构性能进行数字化并对得到的数据可视化。通过仿真验证,验证数学模型的正确性。