基于SOA的水轮机调速系统PID参数优化

针对现有优化方法复杂、易陷入局部最优等问题,为水轮机调速系统提出了一种基于人群搜索算法的比例-积分-微分控制参数优化方法.为验证该算法的可行性,建立了水轮机调速系统非线性模型,选取水轮发电机组转速偏差的积分时间绝对误差指标作为目标函数进行优化.为验证优化结果的有效性,将人群搜索算法的控制效果与参考文献中粒子群算法的控制效果进行了对比分析.仿真结果表明,在5%频率扰动下,人群搜索算法自第29次迭代起已收敛,经其优化的系统能在8秒内趋于稳定,此时系统的超调量为1.6%;在10%负荷扰动下,人群搜索算法自第25次迭代起已收敛,其优化效果与粒子群算法优化效果基本相同,两者均在10秒内让系统趋于稳定,但人群搜索算法优化的积分时间绝对误差指标比粒子群算法优化的积分时间绝对误差指标小,表明人群搜索算法具有更好的搜索功能,在一定程度上改善了孤网运行条件下机组的动态性能.     

考虑水头损失的管道灌溉分水口轮灌分组优化模型

【目的】优化灌溉系统中分水口轮灌分组的灌溉制度,在满足流量要求的条件下节约电能。【方法】提出了在考虑水头损失时不同分水口状态与管道进口压力的关系模型,该模型利用分水口开关0,1状态作为自变量,从管道末端起利用推导的递推公式求出管道进水口的等效水头损失系数。依据该模型,在定流量分组轮灌优化中得到为使分组轮灌功率最小的目标函数。利用遗传算法对上述问题进行了优化求解,并给出了编码方案。【结果】在分水口等间隔布置时,轮灌分组按轮灌分组数等间隔安排所需功率最小,优化后的水头损失系数可以减小到没有优化前的0.772倍。【结论】本研究模型不仅适用于恒定流量的组合优化,也可应用于不同分水口的所需水量不同的随机灌溉以及恒压供水的优化中。     

叶片角度对输水泵站泵装置水力性能影响分析

为研究输水泵站泵装置水力性能受叶片角度变化的影响,采用CFD方法模拟全流道泵装置水力性能,分析设计流量工况下叶片角度变化对进水流道、出水流道流动及叶轮内部流动特性和水力性能的影响.结果表明:在设计流量工况下,叶片角度偏离设计工况角度,叶轮进口近轮毂区存在回流、脱流;叶片角度偏离设计工况角度越大,进水流道、出水流道内水流流态越差,水力损失越大.当叶片角度调节为-8°工况时,与叶片角度-0°工况比较,进水流道和出水流道水力损失相对值最大,分别为1.28和2.89.即叶片同等偏离角度下,出水流道水力损失增大幅度较进水流道更加明显.对比数值模拟结果与模型试验结果得出,在设计流量工况,叶片角度为0°时,扬程相对误差为1.2%,效率相对误差为2.1%,两者吻合较好.     

基于实时性优化的内燃机燃烧分析系统研究

采用缸压传感器、数据采集卡、光电编码器和Lab VIEW软件,搭建在线缸压采集和实时燃烧分析系统平台,研究HCCI和RCCI燃烧模式的循环波动特性。针对单循环缸压测量过程中的通道效应干扰,基于频谱分析,采用FFT、线性插值法和IFFT等方法相结合的滤波方式,实现共振峰的在线自适应识别与实时滤波,较好地减少了单循环缸压的干扰误差,使单循环的实时燃烧分析成为可能。随后,基于实时滤波后的缸压曲线,计算得到内燃机的最大压力升高率、燃烧放热率、爆发压力等重要燃烧参数。利用程序算法中同步性良好的生产者/消费者运算模式提高数据的共享能力,实现了数据实时运算与数据快速储存的并行处理,提高了燃烧计算的实时性;针对发动机不同工作阶段采用了不同精度层次的计算方法,减少了进排气、压缩和膨胀阶段的计算耗时,在计算量较大的燃烧放热率计算部分,通过适当简化计算公式和公式节点运算模块来提高燃烧系统的实时性。最后,分析了燃烧分析系统的实时性,并进行了燃烧分析系统的实验验证。     

Effects of sediment load on the abrasion of soil aggregate and hydraulic parameters in experimental overland flow

The breakdown of soil aggregates under rainfall and their abrasion in overland flow are important processes in water erosion due to the production of more fine and transportable particles and, the subsequent significant effect on the erosion intensity. Currently, little is known about the effects of sediment load on the soil aggregate abrasion and the relationship of this abrasion with some related hydraulic parameters. Here, the potential effects of sediment load on soil aggregate abrasion and hydraulic parameters in overland flow were investigated through a series of experiments in a 3.8-m-long hydraulic flume at the slope gradients of 8.7 and 26.8%, unit flow discharges from 2×10~(–3) to 6×10~(–3) m~2 s~(-1), and the sediment concentration from 0 to 110 kg m~(–3). All the aggregates from Ultisols developed Quaternary red clay, Central China. The results indicated that discharge had the most significant(P0.01) effect on the aggregates abrasion with the contributions of 58.76 and 60.34%, followed by sediment feed rate, with contributions of 39.66 and 34.12% at the slope gradients of 8.7 and 26.8%, respectively. The abrasion degree of aggregates was found to increase as a power function of the sediment concentration. Meanwhile, the flow depth, friction factor, and shear stress increased as a power function along with the increase of sediment concentration at different slope gradients and discharges. Reynolds number was obviously affected by sediment concentration and it decreased as sediment concentration increased. The ratio of the residual weight to the initial weight of soil aggregates(Wr/Wi) was found to increase as the linear function with an increasing flow depth(P=0.008) or Reynolds number(P=0.002) in the sediment-laden flow. The Wr/Wi values followed a power function decrease with increasing friction factor or shear stress in the sediment-laden flow, indicating that friction factor is the best hydraulic parameter for prediction of soil aggregate abrasion under different sediment load conditions. The information regarding the soil aggregate abrasion under various sediment load conditions can facilitate soil process-based erosion modeling.     

温度效应对液压锥型节流阀内气穴形态的影响

液压锥型节流阀具有节流温升大的特点,在阀口部位极易产生气穴,而温度效应对气穴发展变化的影响不容忽略。为此,本文对锥型节流阀内气穴形态受温度效应的影响进行了实验研究。搭建了锥型节流阀气穴实验系统,设置了不同的温度条件和压力条件,采用有机玻璃制造实验锥型节流阀,利用高速摄像机采集气穴形态图像数据。实验表明,锥型节流阀产生的初生气穴气泡半径约为30μm;温度升高会使气穴发展更加充分,同时会降低液压油对微小气核的束缚,产生的气泡数量更多,气穴更加明显;在低强度时,锥型节流阀内气穴为片状气穴,随着气穴强度的增加,气穴会发展为云状气穴。     

液电混合直线驱动系统位置控制特性研究

提出了一种采用电-机械直线执行器和液压缸的液电混合直线驱动系统。为消除电-机械直线执行器和液压缸之间的耦合影响,液压泵和比例阀协同控制液压缸输出力和运行方向,满足系统负载力需求,电-机械直线执行器用于运动控制,并补偿液压缸输出力波动和外部干扰力。为实现上述目标,设计了基于扩张状态观测器的电-机械直线执行器自适应滑模控制方法,以估计的负载力调节泵压力和比例阀开度,对液压缸输出力进行调控。比例阀在系统运行中主要用于控制液压缸运动方向,阀开度较大,可显著降低节流损失。通过仿真和试验分析了系统的运行特性和能效特性。结果表明,该系统具有良好的位置控制特性,能量效率高,较传统阀控系统能耗减少51%。     

基于直流电机与全液压转向器直联的自动转向系统研究

针对农机装备电控液压自动转向系统生产成本高及电动方向盘自动转向系统中控制力矩小、存在自由行程的问题,设计了基于直流电机与全液压转向器直联的自动转向机构及其电控系统,该系统主要包括自动转向执行机构、自动转向控制器和液压转向机构等。自动转向执行机构与原车液压转向机构连接实现自动转向功能,考虑了底盘阿克曼角的自动转向控制器实现车轮转向的精确控制,通过在转向驱动电机输出轴安装电磁离合器和转向柱扭矩传感器实现人工驾驶模式和自动驾驶模式的自动切换。试验结果表明,车轮转角响应平均稳态误差小于0.1°,最大稳态误差为0.158°,±20°阶跃信号最快响应时间达1.2 s,超调量小于1%,可以满足对各种轮式农机的自动导航辅助驾驶转向系统性能的要求。     

生物炭折流湿地对生活污水的净化效果

为提升西北地区农村生活污水的治理水平,结合西北地区气温特征,以生物炭为主体构建了折流湿地,并分析其对生活污水中污染物的净化效果。结果表明:在水温8～12℃条件下,折流湿地的最佳水力停留时间(HRT)为2.5 d,此时,湿地中污水的化学需氧量(COD)、氨氮(NH_4~+-N)、磷酸盐(PO_4~(3-)-P)、悬浮物(SS)的去除率分别为90.51%、72.38%、90.73%、94.57%。此外,各自污染物去除率与其停留时间和沿程均呈显著正相关(P0.05)。折流湿地经过12个月的运行,对COD、NH_4~+-N、PO_4~(3-)-P、SS的年平均去除率分别为88.16%、83.16%、92.55%、96.30%,且出水水质稳定。生物炭作为折流湿地填料对COD、PO_4~(3-)-P、SS的去除过程均较好地符合一级动力学模型(R~20.91),并且对SS具有较快的去除速率。研究表明,生物炭作为折流湿地填料具有良好的应用价值,对解决西北地区农村水污染问题具有重要的意义。     

基于Simulink的液压系统建模与仿真

针对农业机械中液压系统结构复杂、研发周期长等问题,通过分析农业机械中液压回路各个组成元件特性,基于Simulink构建元件动态数学模型。对液压回路进行研究,分析了液压回路在不同元件参数下的动态性能,为优化液压回路系统提供参考。