本文是一篇机械工程论文，机电一体化产品主要有商品生产用（如机器人、自动生产线和工厂等）、商品流通用（如数控包装机械及系统、微机控制交通运输机具和数控工程机械设备等）、商品贮存销售用（如自动仓库、自动称量和销售及现金处理系统等）、社会服务性（如自动化办公机械和医疗及环保等自动化设施等）和家庭、科研、农林牧渔、航空航天及国防等用的机电一体化产品。（以上内容来自百度百科）今天为大家推荐一篇机械工程论文，供大家参考。
机械工程硕士论文篇一
第一章 绪论
1.1 引言
传感器、控制器和微型计算机构是现代工业自动化控制的重要元素。传感器是获得工业生产环境中信息的主要工具与方法。传感器已经被用于各种行业，例如工业生产、海洋探测、环境保护、医学诊断、生物工程等等极其之泛的领域[2]。在很多复杂的工业控制环境中，几乎所有的工业化项目，都离不开各种各样的传感器。所以传感器技术的发展可以大大推动科学技术的发展，同时也是科技发展的基础。提高传感器技术也是提高产品竞争力获得经济效益的有力手段。世界各国都非常重视这方面科技的发展，是一个国家综合实力的体现。
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1.2 传感器技术的发展与现状
传感器技术是一门发展比较迅速的现代工业技术，是涉及微机械与微电子技术、计算机技术、信号处理技术、电路与系统、传感技术、神经网络技术以及模糊控制理论等多种学科的综合性技术，而该技术也广泛应用到了军事、太空探索、智能家居、农业、医疗等领域[4]。在伴随着“信息化时代”的到来，作为取得信息的有效方法——传感器技术得到飞速发展，其应用领域越来越广，人们对其要求越要越高，需求也越来越迫切[5]。但传感器技术的大范围使用以及快速向前进展这并不是表示着该技术已经发展完善。传感器是一种物理装置，能够探测、感受外界的信号、物理条件（如光、热、温度、湿度等）或化学组成，并将探知到的信息传递给其他装置。该装置相当我们的人类的眼睛、鼻子、舌头、耳朵以及皮肤等一些感知器官。这样，精确快速地感受外界的信号就是迅速正确作出反应实施行动的前提条件。现在的物理传感器、生物传感器都是力图解决感知、精确以及快速这三个难题。传感器是获得数据的工具，是将非电量转化为相对应的检测的电量输出的器件或装置，实际上是实现将测量量转化为数据信号的方法。现在，传感器被称为测量仪器、智能化仪表、自动控制系统等装置中所必需的感知元件。传统的传感器技术已经发展到该技术发展的瓶颈。传感器技术有下面的一些方面的不足之处：输入输出特性存在非线性且随时间而漂移；参数易受环境条件变化的影响而漂移；信噪比低，易受噪声干扰;存在交叉灵敏度，选择性、分辨率不高。以上不足是传感器性能不稳定、可靠性差、精度低的主要原因[6]。
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第二章 应变式位移传感器工作原理及温度实验
2.1 引言
本文所采用的应变式位移传感器是 QSCGQ-ZX1 系列传感器与检测技术实验台中的金属箔式应变片位移传感器。该应变式位移传感器由应变片、悬梁式支架、热电偶和放大电路等组成，且应变式位移式传感器受温度影响比较大，本章将对应变片位移传感器的工作原理和温度特性进行分析。
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2.2 应变式位移传感器工作原理
应变式传感器是将应变片粘贴于弹性体表面或者直接将应变片粘贴于被测试件上。电阻丝应变片是用直径为 0.025mm 具有高电阻率的电阻丝制成的。为了获得高的阻值，将电阻丝排列成栅状，称为敏感栅，并粘贴在绝缘的基底上。电阻丝的两端焊接引线。敏感栅上面粘贴有保护作用的覆盖层。弹性体或试件的变形通过基底和粘结剂传递给敏感栅，其电阻值发生相应的变化，通过转换电路转换为电压或电流的变化，即可测量应变。若通过弹性体或试件把位移、力、力矩、悬臂梁上、下二片梁的外表面各贴二片受力应变片，如图 2-1 所示，和粘贴于上片梁上表面，和粘贴于下片梁下表面，同一片梁上受力方向相同，不同梁则相反。图 2-2 中应变片 R1 和 R4 共同构成全桥电路。这种传感器具有结构简单、加工容易、应变片容易粘贴、灵敏度度较高等特点。
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2.3 传感器温度漂移
应变式位移传感器温度漂移可分为以下两种
(1)零点温度漂移:由于组成电桥电路的各桥臂电阻的温度系数不完全一致，致使不加压时电桥输出(零点输出)失衡，并且这一状态会随温度变化而变化。造成零点误差和零点温度漂移的主要原因集中在应变片制作工艺上,如加工尺寸，箱栅与基底的粘结强度等[16]。
(2)灵敏度温度漂移：由式 2-4 可知，灵敏度为应变片电阻相对变化与金属丝应变的比值，理论上为常数，而当温度变化时，受敏感栅电阻和试件材料膨胀系数的影响，应变片电阻和应变会产生附加变化，成为温度的函数，导致灵敏度亦为温度的函数。因此在加压情况下，电桥的输出电压也会随着温度的变化而变化。
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2.3.1 热电偶的工作原理
本文对应变式位移传感器的温度测量使用的是 QSCGQ-ZX1 系列传感器与检测技术实验台上的配套装置。热电偶（thermocouple）是温度测量仪表中常用的测温元件，它直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，通过电气仪表（二次仪表）转换成被测介质的温度。各种热电偶的外形常因需要而极不相同，但是它们的基本结构却大致相同，通常由热电极、绝缘套保护管和接线盒等主要部分组成，通常和显示仪表、记录仪表及电子调节器配套使用。[17]热电偶测温的基本原理是两种不同成份的材质导体组成闭合回路,当两端存在温度梯度时,回路中就会有电流通过，此时两端之间就存在电动势——热电动势，这就是所谓的塞贝克效应。两种不同成份的均质导体为热电极，温度较高的一端为工作端，温度较低的一端为自由端，自由端通常处于某个恒定的温度下。根据热电动势与温度的函数关系, 制成热电偶分度表; 分度表是自由端温度在 0℃时的条件下得到的，不同的热电偶具有不同的分度表。 热电偶测温基本原理:将两种不同材料的导体或半导体 A 和 B 焊接起来，构成一个闭合回路。当导体A 和 B 的两个执着点 1 和 2 之间存在温差时，两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。
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第三章 应变式位移传感器的温度补偿原理及实现........ 20
3.1 引言 .......... 20
3.2 应变式位移传感器温度漂移的补偿方法 ......... 20
3.3 多元回归分析法...... 21
3.4 可变系数回归分析......... 22
3.5 本章小结.......... 26
第四章 主成分分析法........ 27
4.1 引言 .......... 27
4.2 主成分分析算法...... 27
4.3 主成分分析法在消除传感器漂移中的应用........ 28
4.4 应变式位移传感器的故障检测分析..... 31
4.5 本章小结.......... 33
第五章 PLC 的系统设计方法..... 34
5.1 引言 .......... 34
5.2 PLC 介绍.... 34
5.3 OPC configurator 软件以及 WinCC 监控组态软件.......... 37
5.4 CAN 总线介绍 .......... 40
5.5 本章小结.......... 41
第六章 应变式位移传感器温度补偿系统实现
6.1 引言
硬件设备主要为可编程控制器 PLC 提供功能上的支持。基于可编程控制器的应变式位移检测系统为实时采集系统,位移传感器将被测位移量转换为电压信号,由于应变式位移传感器易受温度影响,所以需要对其进行温度补偿。在位移传感器旁安放温度传感器作为辅助传感器,对工作环境温度进行监控,并将温度传感器电压输送至PLC,利用PLC对位移和温度两个参量进行数据融合处理,提高被测目标参量的测量精度。由于要进行主成分分析法对传感器进行偏移检测。因此此系统包含 3 个传感器的补偿设计。每个传感器都有独立的 PLC 进行温度补偿，并通过 CAN 总线进行通信，在上位机上实现总的监控。运用 Wincc 组态软件对系统进行表现。Automation Basic 是一种以文本为基础的高级编程语言，语言的结构符合IEC1131-3 的标准。Automation Basic 的命令系列不仅使自动化任务简单化，也使程序易于阅读，这样 PCC 的编程效率在许多情况下远远高于 LAD（梯形图）和 IL（语句表）的编程语言。
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总结
本课题对应变式位移检测系统进行了系统的研究与开发,主要致力于用多传感器信息融合技术消除传感器交叉灵敏度,削弱温度的影响,提高系统的测量精度,其核心分为三大部分:实验测试与分析、误差理论推导及系统设计,从理论和实践两个方面验证了信息融合技术和 PLC 技术在位移检测系统中的实用性.在应变式位移检测系统中,通过对温度和位移两个参量进行监测,采用多传感器信息融合技术对二维标定实验中被测目标参量与传感器的输出信息温度电压和位移电压进行融合处理,得到三者间对应关系的拟合多项式。当把实验数据回带到公式当中,与融合处理前相比,传感器性能提高了一个数量级,实现了对应变式位移传感器温度补偿的目的。本文设计的系统有一定的自适应能力。本文设计的应变式位移传感测试系统把传感器和微处理器结合起来,把温度补偿算法模型引入到 PLC 中进行数据处理,使系统能根据环境温度的变化来修正应变式位移传感器的输出电压,具有一定的自适应能力。
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参考文献（略）
机械工程硕士论文篇二
第一章绪论
第一节研究背景及意义
在金融时间序列数据的统计建模过程中，首先要检验数据的平稳性。非平稳变量与平稳变量有着截然不同的统计性质和经济含义，而来自不同数据生成过程的非平稳变量，其处理方法也大相径庭。随着各种平稳性检验技术的发展，人们对这一问题的研究也逐渐深入。平稳性的一种具体表现形式，为金融时间序列对当前冲击的动态长期响应。传统观点认为，当前随机冲击的影响只是具有暂时的效应，经济变量的长期运动是由确定性的时间趋势函数主导的，不会因这种冲击而改变。这被称为趋势平稳，或者叫确定趋势过程。如果金融时间序列本身含有单位根，那么，任何随机冲击均会影响其长期动态，产生永久性的效果。进行平稳性检验的主要方法就是单位根检验。研究金融数据的平稳性特征是对金融行业进行深入研究和分析的前提，因此，金融时间序列的平稳性检验就显得尤为重要。金融时间序列有很多是含有单位根的非平稳序列，因此在分析金融时间序列时，首先要对金融数据进行单位根检验，已经成为一种研究惯例，如Dickey和Fuller (1979, 1981）提出的DF单位根^检验和ADF单位根检验，Phillips (1987)与Phillips和Perron (1988)提出PP单位根检验等。金融时间序列的单位根检验在国内也一直是计量经济学领域中的研究热点问题。张晓_和攸频（2001)、聂巧平和张晓峒（2007)以及张凌翔和张晓峒（2010)等对传统的DF和ADF单位根检验的统计量性质做了较多的研究。另外，现实的金融数据会受到各种因素的冲击，如经济转型、制度变迁、政权的更迭等。所有这些因素使得金融数据生成过程通常具有结构性突变，而有些结构突变是可以检验出来的。
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第二节国内外研究综述
1974年Newbold和Granger提出计量经济学中的虚假回归问题，自此以后人们对如何利用非平稳变量建立计量经济学模型进行了大量深入研究。按照Jeekins和Box在1970年提出的ARIMA建模方法，对于用非平稳变量建立计量模型，首先需要解决的问题是多变量的协整分析和单变量的单整性检验。所以，自20世纪80年代以来，在时间序列的研究中，讨论单整性的单位根检验成为了非经典计量理论研究和应用研究的重要内容之一。Dickey和Fuller C1979)最早提出了检验已知滞后阶数的自回归过程AR(p)中单位根的DF统计量，此后，他们又提出了 ADF统计量（1981) ； Phiilips (1987)在较弱的条件下利用半参数估计方法也提出了检验时间序列单位根检验的Z检验。并且，Phillips (1987)借助泛函中心极限定理推导出DF统计量的渐近分布是维纳过程的泛函；1988年，Phillips和Perron提出了 PP统计量，同时将phiilips的渐近分布理论推广到具有确定漂移项和时间趋势的自回归时间序列模型。尽管，在大样本下，借助渐近分布，单位根过程的PP检验、DF检验和ADF检验具有良好的功效。但是，Dickey和Fuller (1981)指出，在小样本下，DF统计量的检验功效很差。例如，当样本容量为200，Phillipsn和Perro (1988)应用蒙特卡洛模拟方法进行研究，结果表明，在小样本情况下PP检验和ADF检验的功效也较低。但是，上述传统单位根检验都假设模型中系数是不变的，在现实中，B： “二当外部发生变化，如新政策的制定，金融危机的发生，市场机制的改革，可能会使模型中系数产生结构突变。梁琪和滕建州（2006a)对中国宏观经济和10个金融时间序列进行了研究，发现当中有6个是围绕着一个或两个结构断点的分段趋势平稳；另夕卜，利用Strazicich和Lee (2003)的LM研究方法，也可以证明中国总产出时间序列服从带有一次或两次结构突变的趋势平稳（梁琪和滕建州(2006b))。潘链(2006)使用存在结构突变的单位根检验理论来分析深证成指、上证A指、上证B指和上证综指日收盘价格对数过程的特征，研究指出，深证成指、上证A指、上证B指和上证综指日收盘价格对数过程存在结构突变，结构中断点位置说明利率调整事件和交易费用调整事件对A股市场有比较深刻的影响。
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第二章带均值变点长记忆自回归模型的单位根检验及实证分析
第一节引言
对金融数据做回归分析时要求时序变量是平稳的，不然则会产生伪回归现象。然而，在某些经济模型中几乎所有变量都是非平稳的，直接运用变量的水平值研究经济现象之间的均衡关系容易得出错误结论。因此，建模前必须对金融数据变量进行单位根检验。随着对时间序列研究的越来越深入，单位根检验理论也逐渐完善。Dickcy和Fuller (1976)建立了基于最小二乘估计量的检验统计量DF-检验；并且在1979推广到一般的AR(p)过程的单位根过程的检验，即ADF-检验；Phillips (1987)、Phillips和Perron (1988)使用半参数方法检验时间序列过程的单位根性质，提出了 P-P检验。本章主要研究带均值的DF检验式。另外，传统的单位根检验都假定模型屮系数都是常数。然而，随着环境的变化（如重大自然灾害、战争、金融海n肃）、时间的推移、机制的改革、政策的制定等，模型易发生结构突变，那么，上述模型的假设也就不再成立。另外，金融数据的一大特点是长记忆性，在我国股市较为明显，我们把这一特点也引入我们的模型中。下面我们研究均值在某一时刻发生突变，且误差项存在长记忆性的一阶自回归模型。
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第二节长记忆模型的研究综述
与股市收益是否存在长记忆性尚无定论不同，实证研究表明股市波动率的替代量（绝对收益，平方收益和对数平方收益）均存在较为显著的长记忆性。Lo(1991)应用修正R/S分析方法研究了美国股价指数收益分布，并且发现长记忆性，Crato (1994)用最大似然估计方法、Cheung (1995)用谱回归方法研究与修正 R/S 分析也得到了相同的结论。Peters (1994)，Panas(2001 ) , Henry (2002)研究表明新加坡、中国台湾、南韩、雅典等股市存在显著的长记忆性。施红俊(2004)应用GPH估计发现我国股市绝对收益存在长记忆性；王春峰（2003),徐梅（2004)，曹广喜(2009)则从波动率建模的角度，分别应用LMSV模型、ARFIMA-HYGARCH-skt模型、和FIGARCH模型指出我国股市波动存在显著的长记忆性。Giraitis等（2003)提出了一种更为稳健有效的VS重标方差分析用于检验序列的长记忆性。Daniel和Benjamin (2005)等运用修正RS分析方法考察了 11个发展中国家及曰本和美同股市收益的长期记忆及相应的市场效率证明发达国家股市一般不具有长记忆性。胡彦梅等（2006)应用修正RS分析方法检验沪深两股市日绝对收益和日收益序列的长记忆性，并指出两股市的日波动序列有较强的长记忆性而收益序列均无长记忆性。张格（2008)运用VS方法分析了美国中国亚洲及欧洲其它主要股市的长记忆性特征并与经典RS所得结果进行对比证实了 VS方法的稳健性，何兴强和李仲飞（2006)对上证AB股的日收益序列进行了 VS分析，研究指出AB股市场收益都不具有长记忆性。近几年又出现一些新的研究方向，胡彦梅等（2006)建立了描述深圳股市收益过程和波动过程双长记忆性特征的ARFIMA-F1-GARCH模塑。张波等（2009)运用HAR-RV模型证实了我国上证指数波动具有伪长记忆性。
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第二章带均值变点长记忆自回归模型的单位根检验........... 10
第一节引言......... 10
第二节模型及主要结论 .........11
第三节定理的证明......... 12
第四节模型的验证......... 15
一、模拟数据部分......... 15
二、实证数据部分......... 16
第三章误差项可能是重尾的近单位根模型......... 20
第一节引言......... 20
第二节主要的结论......... 21
第三节结论的证明......... 23
第四节n选m bootstrap和传统bootstrap方法的比较 .........26
第五节引理的介绍......... 27
第三章误差项可能是重尾的近单位根模型的bootstrap逼近
第一节引言
对金融市场的大量实证研究，结果表明：金融行业中的数据常常具有方差无穷大这样的重尾性质。最近，Hwang和Pang (2009)建立了当误差项是独立的，且属于正态分布吸引场的最小二乘估计的渐近分布，并得到了如下的结论。我们知道，渐近分布的一个重要应用就是对未知参数进行区间估计。但是，对定理A，B中的分布函数计算方差就较为麻烦。解决这个问题的一种办法是使用n选m bootstrap再抽样。因此，本章的重点是提出一个n选m bootstrap再抽样方法，说明由最小二乘估计所构造的统计量的渐近分布，可以利用n选mbootstrap再抽样构建的估计量的渐近分布去逼近。受到启发，我们拟在重尾误差项下，对近单位根过程中参数的最小二乘估计进行n选m bootstrap再抽样逼近。
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结论
在经济、金融、统计和其他很多领域再抽样技术已经变得越来越流行。这是因为再抽样技术能大大地降低计算成本，但主要是因为它的实用性和广泛的适应性。单位根模型的再抽样原理之前已经被很多人研究学习，如Basawaetal.(1991)，Datta (1996)，Heimann 和 Kreiss (1996)与 Park (2002，2003)等。对于一阶自回归模型，我们可以看出，当(3i = l时，传统的bootstrap抽样（i.e.m=n)是渐近无效的，同时，在所有情形下，再抽样技术被证明是渐近有效的(cf.Heimann和Kreiss, 1996)，这就是我们为什么提倡用n选m bootstrap再抽样去处理近单位根模型问题的原因。对于这一点，我们采用实验跟踪的方法去观测在小样本估计量下，n选m bootstrap再抽样的有效性。
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参考文献（略）
机械工程硕士论文篇三
第1章 绪 论
1.1 研究背景
当今世界，科学技术的发展一日千里，与此同时，科技的不断更新对经济的发展起到了积极地促进作用，但是经济与科技进步的同时，对环境的污染问题已经日益凸显。自 1886 年，第一台现代汽车被成功制造之后，汽车的经历了以蒸汽，汽油，电力为动力的发展过程，随着人类生活节奏的逐步加快，汽车工业也呈迅猛发展的势头，中国的汽车产量已呈现出一种逐年上升的趋势。图 1-1 是中国 1985~2013 年的中国汽车产量的增长趋势图，并且各项相关数据显示，在未来几年，汽车产量将继续呈几何趋势上升，预计到五年之后，我国汽车产量将会接近 2 亿台[1]。汽车的出现为我们的生活带来了极大的方便，可随之而来的是，汽车虽然得到了更加广泛的应用，但是它也对地球的生态环境造成了极大的危害，汽车对环境的污染已成为全球关注的热点问题。由图 1-2 可知，截至 2011 年，中国的 CO2的排放量已成世界首位，而CO2的排放就是造成全球温室效应的罪魁祸首。自 2013 年 7 月 1 日起，我国将对客运汽车排放标准第四阶段进行实施，对于国内各汽车厂家所生产的新型车辆，如果其排放量不能达到国家标准，那么该车型将不会被工信部新车目录所收录[2]。因此，环境问题将成为阻碍汽车行业迅速发展的一大绊脚石。
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1.2 国内外电动汽车发展情况概述
能源问题是影响全球汽车工业发展的一个重要因素。为了应对化石燃料的燃烧对环境产生的严重污染，电动汽车横空出世。大力发展电动汽车，逐步使用电力代替传统燃油作为汽车的动力源，促进汽车工业的转型，已经在全球范围内达成了普遍的共识。电动汽车的发展有助于改善人们的生活环境，从根本上实现可持续发展。相较于传统形式的燃油汽车，纯电动汽车具有结构简单、零污染排放、超低的噪音以及能源来源广的优点，因此，加快电动汽车的研究与发展已经成为迫在眉睫的全球性目标。20 世纪 70 年代，由于全球汽车保有量逐步呈指数趋势增长，对自然环境造成了极大的污染。特别是在一些经济发展迅速的城市，各种环境污染现象的频发，引起了欧美各国政府的高度重视，开始大力治理环境污染，这也使得很多著名汽车生产公司转向研究新能源汽车。所以，自 70 年代起，各发达国家均加大了在新能源汽车产业上的投资力度，大力发展新能源汽车。提起美国的电动汽车发展，不能不提到特斯拉公司，成立仅仅十年的特斯拉公司，已经成为了电动汽车界的龙头老大，在电动汽车行业内占据领先位置。2013 年 1~5 月，特斯拉公司生产的电动汽车 Model S，仅仅五个月的销售业绩就达到了 8850 辆，凭借如此精彩的变现，Model S 成功跃居了了 2013 年1~5 月美国市场车辆销售冠军。2013 年 6 月中旬，特斯拉对外表示可能会在未来五年推出预计价格低于 40000 美元(约合人民币 245300 元)的车型，最大续航里程将超过 322 公里。此外，特斯拉公司还在美国大力发展超级充电桩的建设，拟在美国全国普及充电形式。图 1-3 为特斯拉公司生产的电动汽车 ModelS。
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第2章 锂离子电池及其 SOC 估算方法
2.1 锂离子电池
锂离子电池作为充电电池的一种，其工作方式是锂离子在电池正负极之间的移动[14]。锂离子电池分别采用锂化合物和碳作为其正负极材料，锂离子电池中不存在金属锂，锂只以锂离子的形式存在。因此，锂离子电池其实是对将锂离子融合入化合物并采用其作为正极的电池的总称。通常将锂离子电池的充电倍率设置为 0.2C 至 1C 之间，采用较大电流进行充电，在一定程度上能够缩短充电时间，但与此同时，电池所产生的热量也增大[15]。此外，由于电池内部化学反应需要一定时间，因此，当锂离子电池的充电电流过大，会导致电池的容量不够充分。就如同倒可乐一样，倒得太快的话反而会产生大量泡沫，不容易倒满。在电池工作的过程中，锂离子在电池正负极之间反复进行嵌入和脱嵌的过程：在电池的充电过程中，电池的正极上产生锂离子，正极上产生的锂离子游离于电解液中并向负极运动。作为电池负极的碳呈现的是一种层状结构，有许多微孔，这样，就是的锂离子能够更加容易地运动到负极融入这些微孔中，融入其中的锂离子数量越多，锂电池能够充电的容量就越高。反之是同样的道理。
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2.2 锂离子电池荷电状态及影响因素
电池荷电状态 SOC 是用来表示电动汽车电池剩余电量高低程度的量，对电池的正常运行起到了极为重要的作用[21]。很多时候，SOC 就相当于在电动汽车上设置的沙漏，时刻将电池的状态完整显示，为驾驶员在行车阶段的判断提供重要的依据。SOC 是一个百分数量，当 SOC 的变化时从 0%~100%的时候就是表示着电池电量由零至满的过程。对于 SOC 这一概念，具体的估算方法在全球范围内还没有一个定论，国内外不同的研究机构都有其独特的估算方法。美国先进电池联合会作为美国汽车研究理事会的子公司，它是由美国三大汽车公司——通用汽车公司、克莱斯勒汽车公司和福特汽车公司与美国能源部与共同成立的，美国先进电池联合会采用电量的标准来对电池的荷电状态 SOC 进行定义。美国先进电池联合会在《电动汽车电池实验手册》一书中将电池荷电状态 SOC 定义为：当电池的放电电流一定时，到目前为止，研发成功且已经上市的电动汽车基本上采用的都是先进电池联合会的 SOC 定义规则。但是，电池的荷电状态可能会受到多种因素的影响，而这些影响可能是来自外界环境以及电池的本身，因此，在对电动汽车的SOC 值进行具体估计时需要针对各种有可能会造成影响的因素而进行适当地调节和补偿，而当面对不同类型的电动汽车时，定义电池荷电状态 SOC 所采取的规则也会有所不同。
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第 3 章 电池管理系统硬件设计 ........22
3.1 系统整体结构设计 .....22
3.2 中央控制单元 .............23
3.3 电池状态信息采集电路 ...........23
3.4 A/D 保护电路........30
3.5 CAN 通讯接口设计 .....31
3.6 安全监测模块设计 .....33
3.7 本章小结 ..............35
第 4 章 电池管理系统软件设计 ........36
4.1 软件系统开发环境 .....36
4.2 系统主程序设计 .........36
4.3 系统子程序设计 .........38
4.4 本章小结 ..............44
第 5 章 实验结果及分析 ......45
5.1 电池组电压采集实验 ........45
5.2 电池 SOC 与开路电压关系实验.....47
5.3 不同温度下电池 SOC 估算实验.....47
5.4 不同放电倍率下电池 SOC 估算实验....48
5.5 本章小结 ..............49
第5章 实验结果及分析
5.1 电池组电压采集实验
电池组电压的高低直接关系到了电池的性能，因此，必须对电池组电压进行严格监控[43]。本文利用电子负载对电池进行定安时的恒流放电，取恒定电流5A，放电深度 0.8，对电池进行多次放电实验，采集电池组总电压数据，并定时使用电压表测量电池组两端电压，绘制电池组总电压变化曲线，将两条曲线进行对比，验证系统的测量准确性。本实验及后续实验均以一个能量包（内含8 个单体）作为实验对象。图 5-2 为电压表与电池管理系统测量的电池组总电压对比曲线。系统与电压表测量电池组总电压十分接近，因此，可以确定，电池管理系统电压采集精度及准确率能够满足要求。通过电池各单体曲线可知放电初期各单体之间均衡性能较好，但到电池放电过程后期，各单体之间电压均衡性仍有欠缺。SOC 估算是电池管理系统最重要的功能之一，准确的 SOC 数据可以为行驶中的电动汽车驾驶员提供准确的电池工作状态。经长时间静置后，电池两端电压在数值上与电池的开路电压(OCV)相等，也就是此时的电池电动势(EMF)[44]。因此，能够以电池的 SOC-EMF 曲线为依据，进行电池 SOC 的估算。为验证本文所设计的电池管理系统 SOC 估算的准确性，进行了室温下的恒流放电实验。
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结论
在全球范围内，化石燃料的大量燃烧不仅造成了资源的短缺，更加对环境形成了极大的污染，针对这一情况，全球各国都在积极发展电动汽车产业。电动汽车的发展带动了各项车载技术的发展，动力电池作为电动汽车的动力源在电动汽车的各项技术中占据了极为重要的地位，而电池管理系统作为动力电池的核心技术，已成为当前全球各国相关研究机构的研究重点。本文主要将纯电动汽车电池管理系统作为主要研究对象，以杭州赛恩斯能源科技有限公司生产的磷酸铁锂能量包为基础，对电池管理系统进行了研究，本文的主要工作和研究成果如下：
1. 阐述了锂离子电池的工作原理，将各种 SOC 估算方法进行对比分析，根据各方法的优缺点以及实际情况，最终选择了安时法与开路电压法与相结合进行 SOC 的估算。
2. 根据电池管理系统的预计功能，对电池管理系统的硬件电路进行了设计，根据电池组的性能参数对各器件进行了选择。以 TI 公司生产的TMS320F2812 作为主控单元，设计了电池组电压采集电路，电池组电流采集电路，电池组温度采集电路，单体电压均衡电路，A/D 保护电路以及 CAN 通讯电路。
3. 在 CCS3.3 软件开发环境下进行了软件程序的开发，主要包括中央控制单元主程序，系统初始化程序，电池组状态信息采集程序，A/D 转换模块程序，单体电压均衡程序、CAN 通讯模块程序以及 SOC 估算程序的编写。
4. 搭建纯电动汽车电池管理系统实验平台，进行电池状态信息采集，SOC的估算实验。根据采集到的数据绘制了放电过程中系统采集到的电池电压曲线，将此曲线与电压表定时采集的数据曲线进行对比，两曲线基本吻合，验证了系统的电压采集精度能够满足要求，准确率符合标准。
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参考文献（略）
机械工程硕士论文篇四
第1章 绪 论
1.1 课题背景及研究的目的和意义
随着现代社会的不断发展，电能已经成为人类生产和生活不可缺少的重要保障。电能有着许多其他能源无可比拟的优越性，有着环保、便捷和易于控制等诸多优点[1]。为了能够更加高效地使用电能，提高电能质量，人们对于智能电网的研究也逐渐深入，现已成为众多国家的主要研究方向，智能电网的发展势必引起一场低碳环保革命[2]。我国作为一个人口大国和用电大国，对于电能的需求长期名列前茅，这也决定了我国发展智能电网的必要性与紧迫性[3]。发展智能电网势在必行，在重点研究用电效率与用电稳定性的同时，我们还需进一步在提高用电经济性和安全性上下足功夫[4]。在配电网中，普遍存在以下几种问题：功率因数较低、谐波较多和三相电流不平衡等。作为日常使用中常用的负载，例如变压器、感应电动机、镇流器等，这些均属于感性负载范畴，这类负载在运行时会增大电网的无功功率[5]。这势必会对电网的工作产生影响，但有些情况下，无功功率对于许多设备的工作又是必不可少的。除了上述说的几种问题外，配电网中还有一种情况也不容小觑，那就是从电网的角度看，电网负载也是随时在变化的，而且是随机的，这种变化会导致电网出现不平衡的状况，而且这些负载中又有许多的单相负载，更是会导致系统的不平衡现象的产生[6]。负载不平衡对电网的危害也是非常大的，因为我们的所有电力设备都是假定在电网是平衡状态时进行工作的，所以当电网不平衡后，尤其当不平衡现象严重时，许多设备是无法正常工作的。因此，除了要补偿系统的无功功率，对于负载不平衡引起的三相电网电压不平衡的状况也需要及时的补偿和调整。
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1.2 无功补偿装置的发展及研究现状
智能电网的建设必然是今后的发展趋势，因此对于无功补偿装置的研究也会成为越来越多人关注的重点。智能电网的发展对社会的发展起着推波助澜的作用，因此，必然会成为今后众多学者研究的热门方向。但其实在全球范围内智能电网的出现已经有一段时间了。1980 年 1 月，世界上首台由日本关西电力公司与三菱电机公司共同研制的STATCOM 样机投入运行[12]，该样机的主电路由晶闸管强迫换相的电压型逆变器组成，容量为 20Mvar。1986 年 10 月，世界上首台由美国国家电力研究院和西屋公司共同研制的采用 GTO 作为开关元件的 STATCOM 装置投入运行，其容量为 1Mvar。这之后由日本关西电力公司和三菱电机于 1991 年研制成功的以GTO 为开关元件的 STATCOM 装置在犬山变电站投入运行，容量为 80Mvar[13]。1996 年 10 月，美国国家电力研究院、西屋电气公司和田纳西电力局在田纳西的Sullivan 500kV 变电站共同建造并投入运行了土 100Mvar 的 STATCOM 装置[14]。1997 年西屋电气、美国电力(AEP)和美国国家电力研究院共同研制了容量为160Mvar 的 STATCOM 并在美国的 Inze 变电站投入运行[15]。2000 年由 ABB 公司研制了 2 台 36Mvar 采用 IGBT 作为开关器件的 STATCOM 投入美国德克萨斯州 Eagle Pass 电站运行[16]。可以看出，早在 1980 年，第一台 STATCOM 就已经问世了，而纵观整个世界的发展进程可以看出，STATCOM 的容量也是不断地在增长的，并且开关频率也是在不断的提高。
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第2章 正负序分离控制的 DSTATCOM 的设计
2.1 正负序分离控制的 DSTATCOM 整体方案的确定
通过对配电网系统中负载不平衡的状态研究分析后，设计了正负序分离控制的 DSTATCOM 系统，整体设计方案如图 2-1 所示。从图中可以看出，整个系统主要由配电网、检测部分、控制部分和 DSTATCOM 主电路四个部分组成。其中配电网是被控对象，检测部分是系统的关键部分，控制部分是系统的核心部分，用来完成整个系统最重要的控制运算，而 DSTATCOM 主电路是整个系统的执行部分，用来生成需要补偿的无功。整个系统的运行过程是，首先，当配电网因电网负载的不确定性而出现了大量无功的时候，检测部分就负责检测出配电网的三相电流信号、主电路补偿的三相电流信号、电网电压信号以及主电路直流侧的电压信号，其中电流信号经过调理电路生成控制部分需要的信号，作为控制部分最重要的控制依据，而电压信号通过过零比较器也向控制部分输入电网的频率信号，而主电路的直流侧电压量也要通过检测后传递给控制部分，得到这些信号以后，控制部分通过系统的控制策略以及采集到的信号进行处理后，并通过 PWM 脉冲发生器，就得到了主电路的控制信号，控制信号经过驱动电路后，用来控制驱动主电路使主电路生成电网所需无功电流，通过连接电抗器补偿到电网上，这样就完成了DSTATCOM 对配电网的无功补偿。这里说的控制策略会在后面详细说明。
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2.2 dq 无功电流检测方法
正负序分离控制的 DSTATCOM 的检测部分是极为重要的一个部分，因为它要负责检测出电网的正负序电流、电压的相位、DSTATCOM 补偿的电流等等，而这些信号的精确度将直接影响整个系统的控制性能和输出性能的好坏[29]。所以，恰当的检测方法对于整个系统至关重要。目前，关于电力系统的无功补偿和谐波抑制的电流的检测方法有很多，譬如基于 FFT 的检测方法、基于 Fryze 的时域分析检测方法、FBD 检测方法和基于瞬时无功功率的检测方法[30]，综合考虑实时性、抗干扰性、准确性等因素考虑，本文选择了基于瞬时无功理论的 dq 检测方法，作为系统的无功电流检测方法[31]。由于本文设计的是正负序分离控制的系统所以检测方法也应该是针对正负序的双 dq 变换，双 dq 变换包含了正序 dq 变换和负序 dq 变换，分别检测出正序基波电流和负序基波电流，然后将两者相加就能得到完整的基波电流[32]，其原理框图如图 2-2 所示。
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第 3 章 正负序分离控制的 DSTATCOM 的仿真研究......13
3.1 仿真模型的建立.......... 13
3.2 仿真结果与分析.......... 16
3.2.1 平衡负载下的仿真结果分析 .... 16
3.2.2 负载不平衡时的仿真结果分析 ....... 18
3.3 本章小结........ 20
第 4 章 正负序分离控制的 DSTATCOM......21
4.1 硬件电路的设计与实验 ..... 21
4.2 系统的软件设计.......... 25
4.3 实验平台及实验结果......... 27
4.3.1 硬件电路的验证实验结果 ........ 27
4.3.2 系统实验结果与分析 ......... 29
4.4 本章小结........ 32
第4章 正负序分离控制的 DSTATCOM 的实验研究
4.1 硬件电路的设计与实验
通过仿真实验，验证了正负序分离控制的 DSTATCOM 系统的理论的正确性，下面通过实验对该系统的可行性进行实验研究。硬件电路的实验部分主要有检测电路，主电路和驱动电路，而检测电路又包括对电流的检测和电压的检测。下面重点对以上几个主要的硬件电路进行硬件设计和硬件实验。检测部分是整个系统相当重要的部分，因为所有的计算和控制都要在检测信号精准的基础上才能准确进行，这里的信号既包括三相电流信号，又包括直流侧电压信号，只要有一个信号出现较大的误差，对于整个系统的准确性和稳定性都是有很大的影响的，因此检测模块的精准度就显得尤为重要了[39]。经过对比，本文选用霍尔传感器作为系统的检测模块，因为相对于普通的互感器来说，霍尔传感器对于可测量的波形范围更广，对于高频率的波形也可以准确的检测，而且它的精度也比普通的互感器要高，另外还有线性度良好、动态性良好，对电压电流的测量范围大、过载能力强等优点[40]。电流检测模块选用的型号是宇波模块 CHB-25NP 型号的霍尔电流传感器，电压检测模块选用的是宇波模块 CHV-25P 型号的霍尔电压传感器。霍尔传感器的电路连接图如图 4-1 所示，+HT 和-HT 引脚分别连接到待测量的电路中，+、-引脚为霍尔传感器的电源引脚，分别接+、-12V 的直流电压，M 引脚为检测信号的输出引脚，通过采样电阻转化为电压信号，用于后续的信号处理电路。
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结论
在如今这个高速发展的社会，科技正在逐渐的改善着我们的生活。其中关于智能电网和电能质量问题的关注和研究也是非常重要的。而电能质量问题中的无功功率补偿问题更是电能质量问题研究的重中之重，因为它是最常见的电能质量问题，也是最亟待解决的问题。本文从如何更好的对电网进行无功补偿以及让无功补偿装置适应更广泛的电网环境的角度出发，提出了正负序分离控制的配电网静止同步补偿器的研究，并进行了仿真和实验的研究。本文主要完成了以下几方面的工作：
1. 本文在查阅大量无功补偿文献的基础上，掌握了无功补偿及 DSTATCOM的国内外研究现状，针对电网的三相负载不平衡的情况，研究了正负序分离控制的 DSTATCOM 所能解决的问题和带来的优势。
2. 设计了正负序分离控制的 DSTATCOM 的整体方案，并对系统的各个部分进行了详细的设计。通过对比分析确定了系统的 dq 无功电流检测方法，设计了基于电流直接控制策略基础之上的正负序分离控制的策略，并对系统的参数进行了设计。
3.通过与传统的 DSTATCOM 的仿真效果的对比得出，传统的 DSTATCOM 只能对于平衡的电网进行无功补偿，当电网发生三相负载不平衡的状况时，无法良好的调节电网，而正负序分离控制的DSTATCOM 即能在电网平衡的时候对电网进行无功进行补偿，又能在三相负载不平衡时，进行无功补偿和调节三相电网的平衡。
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参考文献（略）
机械工程硕士论文篇五
第 1 章 绪论
1.1 研究目的与意义
电动汽车根据动力来源的不同可分为纯电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车。相比于传统汽车，电动汽车的行驶完全靠电机驱动，同时增加了许多电力电子系统[1]，主要包括电机驱动系统、发电机系统、车载电源系统、高压到低压的 DC-DC 系统等。其中最主要的干扰来源于电机驱动系统的高压功率回路。电机驱动系统主要包括功率电路、驱动电路、控制电路、机箱、线缆和电机五部分。电动汽车用电机的电压等级高，电机驱动系统高压功率回路工作时功率回路中的功率电子器件工作频率也很高，通过 IGBT 等功率管的快速通断形成很高的 du/dt，并且这些高频 du/dt 通过驱动电机与车体的分布电容，控制器对车体的分布电容以及逆变器对车体的分布电容形成很高的 di/dt。它们分别通过各种寄生电容和引线电感产生高频电磁干扰。因此电机驱动系统功率回路是电动汽车主要也是最强的电磁干扰源。电磁干扰按传输途径的不同可分为传导干扰和辐射干扰。其中电机驱动系统高压功率回路的传导干扰主要通过直流母线和交流线缆传播。功率回路工作时产生的差模电流、共模电流通过线缆分别形成小环天线、线天线，从而通过空间以电磁波形式传播辐射干扰。电动汽车车载电磁干扰具有脉冲特性且频带较宽的特点，低至几千赫兹，高至上千兆赫兹。由于电机驱动系统中产生的电磁干扰是电动汽车正常工作时产生的，是不可避免的，相比于电动汽车中的其他电磁干扰源，其产生的电磁干扰强，是不能满足相应电动汽车电磁兼容规范标准（GB/T18387-2008、GB/T18655-2010、CISPR25 等）限值的主要原因，已经成为影响电动汽车工作可靠性，制约其产业化的关键问题之一。目前来讲，由于电机驱动系统高压功率回路复杂且各种寄生参数的不确定性，针对其电磁干扰的具体研究还不深入。
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1.2 电动汽车电机驱动系统功率回路电磁干扰研究现状
电机驱动系统功率回路的电磁干扰研究属于电力电子系统的电磁干扰研究。自从20世纪90年代中期起，世界各国都对电子产品的EMC 制定了强制性标准，如欧共体规定的从 1996 年 1 月 1 日起实施的《欧共体成员国关于电磁兼容法律性指令》等，各国学者也开始对电力电子系统中干扰的产生机理、抑制方法、干扰测量等进行了研究。近年来，有诸多文献都涉及到了电机驱动系统的电磁兼容问题，并予以相应的研究。电机驱动系统功率回路的电磁干扰根据传播形式可以分为传导干扰和辐射干扰。国内外对于电机驱动系统功率回路的电磁兼容性研究主要体现在以下几个方面。《PWM 逆变器传导电磁干扰的研究》中分析了 PWM 逆变器产生传导 EMI的源和传播通道，类比 Buck 电路提出了 PWM 逆变器差模和共模传导干扰的等效电路。文献从时域和频域的角度分别对共模电流等效模型进行了分析，得到PWM 逆变器产生的 EMI 频谱[3]。而文章只对直流侧的共模电流进行了仿真与试验分析，忽略了交流电机侧的共模电流。
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第 2 章 电机驱动系统功率回路电磁干扰机理分析
2.1 引言
如前面所述，目前电动汽车电机驱动系统功率回路存在着严重的电磁干扰问题。任何电磁兼容性（EMC）问题都包含三个要素，即电磁干扰源、电磁干扰传播途径和电磁敏感设备[48]。因此，本章在对电动汽车电机驱动系统功率回路的电磁干扰进行研究时，分别分析电动汽车电机驱动系统主功率回路的电磁干扰源和电磁干扰传播途径。电磁干扰传播途径有两种方式：即传导干扰和辐射干扰。电动汽车电机驱动系统功率回路工作时，大功率开关器件，如 MOSFET 或 IGBT，通过高速开关动作形成很高的 du/dt 后对寄生电容进行充放电形成 di/dt，可产生宽频的传导电磁干扰。而传导电磁干扰也是产生辐射电磁干扰的主要原因。传导干扰必须在干扰源与敏感设备之间有完整的电路连接，干扰能量沿连接电路传输到敏感设备，发生电磁干扰。连接电路可能由导线、导电部件、电源、公共阻抗、电感、分布电容、互感耦合等组成。辐射干扰是通过介质以电磁波的形式传播，干扰能量按电磁场的规律向周围空间发射。干扰源与敏感设备之间无连接电路。根据频率高低及干扰源、敏感设备之间的距离不同又可分为近场辐射和远场辐射[49-51]。本章以电动汽车电机驱动系统功率回路为研究对象，对系统中功率回路的电磁干扰源、传导干扰和辐射干扰的传播途径进行了研究，分别建立了差模干扰和共模干扰的等效电路模型，得到了系统中功率回路电磁干扰的计算公式并预测了电动汽车电机驱动系统的传导 EMI。同时建立辐射干扰的理论分析模型并且进行辐射干扰预测。最后将理论预测的传导 EMI 值与辐射 EMI 值与电动汽车电磁兼容标准限值进行了对比，预测其产生的传导电磁干扰和辐射电磁干扰是否符合标准要求。
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2.2 电机驱动系统功率回路传导电磁干扰分析
电机驱动系统功率回路中的逆变器输出电压是一连串 PWM 脉冲电压，幅值为直流母线电压 Udc，脉冲宽度由每个开关周期输出电压的幅值决定。这些脉冲电压由功率开关管产生。由于功率开关管的门极与发射极、集电极与发射极之间总有一定的寄生电容，使得开关波形有一定的上升和下降时间，典型的上升时间Trise和下降时间 Tfall一般在 0.1-1us 之间[3]。快速上升和下降的脉冲信号由高速半导体开关器件产生，如 IGBT、MOSFET 等，它们可以大大加快逆变器的动态响应过程。但是这些高频脉冲信号具有很大的 du/dt、di/dt，由于电路中存在电感和电容器件，开关器件自身以及其它器件和布线存在杂散电感和电容，du/dt 会通过电容产生一个脉冲电流；而 di/dt 则通过电感的作用产生一个脉冲电压。同时，有很大 di/dt 的电流环路也是一个辐射源，它也将对空间辐射电磁场，形成很强的电磁干扰，严重地超出 EMC 标准的极限值要求。逆变器产生的电磁干扰不但影响负载电机的正常工作、缩短其使用寿命，而且对逆变器本身也带来很大的危害，尤其是控制电路含有很多控制芯片，容易收到电磁干扰，使得逆变器产生不必要的误动作、保护等等[52]。
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第 3 章 电机驱动系统功率回路电磁干扰试验研究......42
3.1 功率回路传导电磁干扰试验方法.......42
3.2 电机驱动系统功率回路带载工况传导电磁........44
3.3 电机驱动系统功率回路辐射电磁干扰试验研究....55
3.3.1 系统近场扫描测试 .....55
3.3.2 一米法辐射电磁干扰试验 .......57
3.4 本章小结.....62
第 4 章 功率回路传导电磁干扰建模与分析....63
4.1 电磁场数值计算简介......63
4.2 功率回路的建模与仿真.........65
4.3 功率回路传导电磁干扰仿真研究.......68
4.4 本章小结.....75
第 5 章 基于功率回路共模电流预测系统辐射电磁干扰.....76
5.1 CST 线缆工作室介绍 ......76
5.2 线缆辐射电磁干扰建模.........77
5.3 辐射仿真分析....78
5.4 不同参数对线缆辐射电磁干扰的影响......80
5.5 本章小结.....89
第 6 章 功率回路电磁干扰抑制
对于系统功率回路电磁干扰抑制来说，在系统设计阶段时所能采取的干扰抑制措施是最多的。而当电机驱动系统进入生产阶段时，所能采取的干扰抑制就受到许多限制。因此从经济上来讲，应该尽量在电机驱动系统设计的早期阶段考虑电磁兼容问题。从电磁兼容问题三要素出发，即确定系统的主要干扰源、敏感设备及传播路径。因此，前几章围绕系统主要电磁干扰源、电磁干扰传播途径以及电磁干扰特性展开分析，只要将三个要素中的一个消除，那么电磁干扰的问题就得到解决。本章介绍抑制电机驱动系统电磁干扰的措施为添加铁氧体磁环、共模电感以及线缆屏蔽网。屏蔽是利用屏蔽材料阻止或减少电磁能量在空间传播的一种措施。屏蔽的效能用屏蔽有效度标示，它不仅与屏蔽材料有关，而且与材料的厚度、应用频率、辐射源到屏蔽层的距离及屏蔽层不连续的形状和数量有关[55, 60]。采用屏蔽线缆主要是为了解决线缆的辐射干扰，而添加共模电感主要是抑制线缆的高频共模电流，从而进一步抑制线缆产生的辐射干扰。基于以上对于电机驱动控制系统功率回路电磁干扰抑制方法分析，本文将从添加共模扼流圈和使用屏蔽线缆三个方面，对大功率电机驱动系统采取屏蔽线缆且接地抑制措施，并且在仿真研究中添加共模电感。而小功率电机驱动系统的辐射干扰抑制采取屏蔽线缆、添加磁环和共模电感试验，以验证其抑制效果，总结处针对不同频段可以采取的不同抑制方法。
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总结
本文在借鉴和总结前人研究成果的基础上，对电动汽车用电机驱动系统功率回路电磁干扰特性进行了研究。分别系统电磁干扰产生机理分析、建模仿真预测、电磁干扰试验以及电磁干扰抑制四个方面进行了研究。
1．从电机驱动系统电磁干扰源和电磁干扰传播耦合途径方面对系统功率回路的电磁干扰特性进行了理论分析。建立了功率回路差模和共模等效电路。基于差模和共模干扰等效电路，计算出了系统功率回路的差模和共模干扰电流频谱特性，发现了等效电路中各参数对传导电磁干扰的影响，见表 2-1、2-2、2-4；同时由线缆共模电流预测了线缆 1 米远处的辐射干扰值，观察出辐射干扰存在超标点。
2．构建了 20kW 电机驱动系统功率回路电磁干扰试验研究平台，试验内容包括：直流侧传导电压、传导电流以及共模电流；交流侧单根传导电流、共模电流；近场辐射。将试验测得的结果与标准限值对比，得到了功率回路传导干扰主要超出限值的频段为 1MHz、30MHz。同时试验不同带载工况下的电磁干扰，得到了不同转速转矩对系统电磁干扰几乎没有影响的规律。
3．在 CST 中搭建功率回路高频时域电路模型，仿真得到功率回路正极传导电压、对地总共模电流以及轴承电流等。通过与 GB/T 18655-2010 标准限值作对比，功率回路的传导干扰是否符合相关标准；并仿真分析了不同电路参数条件对功率回路电磁干扰的影响。将传导的仿真结果与试验结果进行对比，验证了传导干扰仿真模型的可行性。
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参考文献（略）
机械工程硕士论文篇六
第 1 章 绪论
1.1 选题意义及目的
汽车成为当今社会必不可少的交通工具，目前普遍使用的是内燃机为动力的传统汽车，这类汽车具有维修方便，技术成熟等优点，但是同时也存在种种弊病，最突出的一点就是排放废气污染环境。随着全世界的环保呼声越来越高涨，各种新型汽车的出现逐渐满足了人们环境保护的目标。新能源汽车是采用清洁能源作为动力的汽车，具有高效、节能、噪音低、零排放等显著优点，在环保和节能方面具有不可比拟的优势。太阳能电动车是新能源汽车的一种，它把太阳能技术、电动车技术和其他高科技结合在一起，解决了经济发展造成的能源短缺和环境污染之间的矛盾，将为人类发展做出巨大贡献。所谓太阳能车，就是利用太阳能电池将太阳能转换为电能，并利用该电能作为驱动能源的汽车。此定义包含两层含义，一是从装在车身表面的太阳能电池所得的电能为驱动能源的车辆，这种太阳能汽车取消了传统的发动机、驱动、变速箱等构件，取而代之的是电池板、储电器和电机。利用贴在车体外表的太阳电池板，将太阳能直接转换成电能，驱动车辆行驶，靠控制输入电机的电流强弱就可以调节车辆的行驶速度。但是由于光电转换效率低、成本高及受太阳能电池形状的限制，这种车在外形与结构上与传统汽车截然不同，目前处于研发阶段，离实用化还有一定距离。二是从装在车身外部的太阳电池得到的电能给车载蓄电池供电，再利用蓄电池上的电源作为驱动能源的车辆。这种太阳能车车体上没有安装光伏电池板，而只是配置蓄电池，但电能全部来自专门的太阳能发电装置。这种车外观与现有车辆类似，但是内置结构已经发生了很大变化，操作起来也简单了很多，缺点是要经常到太阳能电站充电，续航能力受到了限制。
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1.2 国内外仿真技术的研究现状
仿真是以相似性原理、控制论、信息技术及相关领域的有关知识为基础，以计算机和各种专用物理设备为工具，借助系统模型对真实系统进行试验研究的一门综合性技术。车辆仿真技术对于整车性能研究具有重要意义[6]。在现代汽车企业的竞争中，产品的质量、成本和投放市场的周期是核心竞争力的体现。汽车仿真技术在汽车开发中的作用也主要体现在这 3 个方面。汽车仿真分析主要分为：整车疲劳寿命分析[7-15]、整车系统动力学分析[16-18]、整车系统 NVH 分析、碰撞模拟和乘员保护、汽车外流场的空气动力学[19-23]分析、废气排放仿真[24-26]、电路和控制系统仿真[27]等。近十年是汽车仿真软件开发的主要时期，常用仿真软件如表 1.1 所示[28-35]，其中CV 表示传统内燃机汽车，EV 表示纯电动汽车，HEV 代表混合动力汽车，SHEV 代表串联混合动力车，PHEV 代表并联混合动力，FCV 表示燃料电池车[36]。电动汽车仿真方法主要分为前向仿真和后向仿真两种[30]。因为 Windows 操作系统上软件资源丰富，可以利用 windows 环境下的 MATLAB[37-40]软件作为仿真平台。MATLAB 软件中有大量的数值计算程序和专业仿真工具，利用该软件进行设计和计算仿真可以减少工作量，提高开发起点。
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第 2 章 太阳能整车建模仿真
2.1 整车建模结构
建模将依据太阳能车的构成分为以下几个部分：太阳能收集系统的建模、能量储存系统建模和驱动系统建模，并在最后结合汽车动力学建立太阳能车的整车动力学模型。直驱太阳能车采用轮毂电机直接驱动，系统结构简单，由太阳能电池板、蓄电池、轮毂电机、控制器、车体、车轮等部分组成，如图 2.1。由于太阳能车运动过程各参数影响因素较复杂，分别通过仿真和实验相结合的方法建立太阳能车能量消耗模型，有便于修改太阳能参数，研究能量耗散情况，考虑能耗影响因素，提出更先进的能量管理策略。仿真建模采用的是 Simulink 软件。Simulink 是 Matlab 中最重要的组成部分之一，该部分为使用者提供了一个易于操作的集成环境，用于对动态系统进行建模仿真，方便使用者建立所研究系统的模型并对其进行综合分析。使用 simulink 建立仿真模型时无需大量编写程序，只要将各种模块按照所研究系统抽象输出来的数学模型进行连接，就能构建出使用者所需的系统。Simulink 的适用面广，结构简单，流程清晰，具有仿真结果直观、仿真效率高等诸多优点。同时有大量的第三方软件与 Simulink 兼容。因此，Simulink 已被控制系统研究者和设计者广泛使用[88]。
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2.2 太阳能收集系统建模
太阳能收集系统包括光伏电池阵列和最大功率追踪器(MPPT)。太阳能电池又称光伏电池或光电池，是一种通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化为电能的光电半导体薄片。简单的说，太阳光电的发电原理，是利用太阳电池吸收 0.4μm～1.1μm 波长（针对硅晶）的太阳光，将光能直接转变成电能输出的一种发电方式[89]。由光伏电池的结构组成和发电原理可知，太阳能电池的工作状态，可用一个等效电路来模拟。在恒定光照下，一个处于工作状态的光电池，其光电流 Iph与光照强度成正比，比例系数由光伏电池内部特性决定，不随工作状态而变化，在等效电路中，可把它看作恒流源。光电流一部分流经负载，在负载两端建立端电压 U，反过来它又正偏于 PN 结，引起一股与光电流方向相反的暗电流 Id。再引入串联电阻和并联电阻，形成一个较为接近实际的简化等效电路光伏电池的理想等效电路如图 2.2 所示[90]。
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第 3 章 模型验证与仿真计算 .....35
3.1 滑行实验 ..... 35
3.2 振动实验 ..... 36
3.3 电机台架试验 ........ 37
3.4 牵引力试验 .......... 37
3.5 巡航实验 .... 38
3.6 模型验证 ..... 39
第 4 章 能耗影响因素仿真分析..........43
4.1 环境参数对能耗的影响 ....... 43
4.2 系统参数对能耗的影响 ....... 47
4.3 控制参数对能耗的影响 ...... 52
4.4 道路对能耗的影响 .......... 53
4.5 基于仿真分析的能耗改善策略 ....... 56
第 5 章 振动能耗仿真分析及回收方案设计 .....59
5.1 环境参数 ..... 60
5.2 系统参数 ..... 62
5.3 车速 ......... 65
5.4 振动系统能量回收方案设计 .......... 66
第 5 章 振动能耗仿真分析及回收方案设计
对车辆振动的研究主要基于平顺性的研究。汽车平顺性主要是保持汽车在行驶过程中产生的振动和冲击环境对成员舒适性的影响在一定界限之内。路面不平度和车速形成了对汽车振动系统的输入，此输入经过轮胎、悬架等弹性、阻尼元件和悬挂、非悬挂质量构成的振动系统的传递，得到振动系统的输出，即人体感受到的加速度。当振动系统的输出作为优化目标时，通常还要考虑车轮与路面间的动载和悬架弹簧的动挠度。在普通车辆的研究中，振动能耗由于和阻力能耗相比，比重较小，所以研究振动能耗较少。但是由于太阳能赛车车体质量轻，对能量反应敏感，因此将振动能耗作为研究重点，主要利用模型分析振动能耗的影响因素。
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结 论
能量消耗问题是太阳能车的核心问题和研究热点。由于太阳能车的固有特点和限制，其能量消耗的关键点在于各能耗影响因素的变化性和不同工况下的精确优化控制。为了利用太阳能达到最优驱动效果，本课题以仿真建模的形式对太阳能能耗影响因素进行了研究，研究工作结论如下：
（1）建立了太阳能车能量消耗模型。本文基于太阳能车电气系统、动力系统、振动系统的工作原理，分析了不同工况下太阳能车内部能量流动模式。建立了太阳能车电气系统、动力系统以及振动系统各个功能子系统的工作原理模型，并组成整车能量模型进行仿真计算，总结了太阳能车中能量转换、存储和利用的规律。
（2）验证了太阳能车模型。利用太阳能实车进行了滑行实验、电机台架试验、拉力试验、巡航实验、振动实验等，通过对太阳能车的性能测试和对世界太阳能车挑战赛期间的比赛数据分析，测得了太阳能车风阻、滚阻、振动等相关实车系数，利用实验数据分别验证了仿真模型。
（3）研究了环境参数、系统参数和控制参数对太阳能车能耗的影响。利用仿真模型，在太阳能车最优控制的理论基础上，着重考虑了温度、坡度、光照强度、车速、车重、工况等参数对太阳能车整车能耗的影响，并针对太阳能车重量轻便对能量敏感的特点，利用太阳能车整车模型仿真结果着重分析了各参数对振动能耗的影响。
（4）优化了太阳能车振动系统能量消耗模型，提出了振动能量回收设计方案。通过对太阳能车的振动能量收集器的设计，研究了振动能量收集模型、收集方式，考虑车体能量回收的特点，选择了多模式振动能量收集器（压电材料与电磁式直线电机相结合）作为优化方式，利用仿真模型对振动能量消耗模型进行了研究。
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参考文献（略）
机械工程硕士论文篇七
1引言
1.1 研究背景和意义
伴随世界经济的快速发展，城市人口以及机动车数量急剧增加，大运量的城市轨道交通载运工具在优化城市空间结构、缓解现代大中型城市公共交通拥堵等方面的积极作用日益凸显。其中，地铁作为城轨交通的重要载运工具，因其自身载运量大、速度快、运行安全、节约能源以及不受地面交通影响等诸多优点而受到越来越多城市的青睐世界上最早（也是第一条）的地铁由英国人皮尔逊设计，并于1863年在伦敦修建完成。第二次世界大战后，各国经济幵始复苏，地铁建设亦随之加速，并于20世纪70年代达到最高峰，发达国家主要大城市如纽约、华盛顿、芝加哥、东京、伦敦、巴黎、柏林、莫斯科等都在该时期完成了各自地铁网络的建设。截止到2013年，全世界已经有54个国家，160多个城市开通了地铁，线路总长度达数万公里[41。中国地铁始建于1965年，时至今円，历经初期自主研发、吸收模仿、技术引进以及国产化四个过程[5]: 20世纪60年代?20世纪70年代，初步掌握地铁车辆总体设计技术，实现了基于蒸汽机车牵引的地铁车辆自主研发与批量生产；20世纪80年代?20世纪90年代初期，为全面提高地铁车辆品质，通过从国外引进的先进的地铁样车，逐渐完成了主保护装置、耐候钢车体结构、斩波调压等地铁车辆新部件、新材料、新技术的幵发；直到20世纪90年代中期，株洲电力机车研究所和株洲电力机车厂才一同成功研制出我国第一台交流传动电力机车AC4000型内燃机车。同期，内地已有北京、上海、广州3个城市拥有地铁交通线路，其中广州地铁公司以每列车接近一个亿的价格引进了德国西门子公司的地铁车辆，此举在縮小我国地铁与发达国家之间差距的同时也带来了一定的负面影响，例如：地铁建设投资过大、技术及产品标准制式不一、设备维护及维修困难等；为此，1999年起，国家出台了一系列推进国产化的政策。截止2010年底，全国拥有地铁运营线路42条，运营线路总长度达到1217公里，此外还有28个城市的地铁建设规划已获得国务院批复。而《2013-2017年中国城市轨道交通与设备行业发展分析及投资前景预测报告》表明，在“十二五”期间，我国仍将进一步扩大地铁建设规模，地铁建设的发展必将迎来黄金时代[7]。
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1. 2地铁牵引电传动系统控制技术研究现状及发展趋势
地铁牵引电传动系统主要由四部分组成：牵引变流器、牵引电机、车辆逻辑控制系统以及牵引传动控制系统(Traction Control Unit, TCU)，如图1-1所示。其中，牵引变流器的直流电压从供电网获取，目前国内地铁供电制式主要分为2种：一是采用第三轨受流，DC750V供电制式，允许电压波动范围为DC500V?900V,以北京地铁为典型代表；二是采用架空接触网受电弓受流，DC1500V供电制式，允许电压波动范围为DC 1000V?1800V，以广州地铁为典型代表。针对上述第二种DC1500V供电制式，当前地铁车辆牵引变流器的主流模式釆用由330()V HV-IGBT构成的两电平结构，其直流侧与供电接触网之间通常设计有主接触器、预充电接触器及预充电电阻构成的充电回路，由滤波电感、支撑电容所组成的滤波器，以及由斩波IGBT、制动电阻构成的斩波回路。而变流器的交流侧则直接与牵引电机相连。在车控模式下，单节地铁动车采用一个牵引变流器同时并联4台牵引异步电机；而在架控模式下，单节地铁动车采用两个牵引变流器分别并联2台牵引异步电机，如图1-1所示。地铁车辆控制系统则由牵引传动控制系统以及车辆逻辑控制系统构成，实现分级控制，其中前者主要根据接收到的转矩指令及控制指令，结合牵引变流器直流侧电压/电流、交流侧电流、散热片温度以及牵引电机转速等信息，实现异步电机控制、车辆防滑/防空转控制、驱动脉冲控制以及故障保护控制等功能；而后者-则是主要完成向牵引传动控制系统发送转矩指令、控制指令以及接收由牵引传动控制系统反馈的当前车辆运行信息等任务。
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2电压解锅型矢量控制系统的研究
2. 1 坐标变换
从数学角度上来说，坐标变换就是用一组新的变量来代替原来的一组变量，而且新老变量之间具有单值对应关系。必须指出，这里的坐标变换并不是纯粹数学意义上的变换，而是有其物理意义的，因此在选择变换时应遵循以下几项原则：
⑴磁势等效原则：电机的能量是通过气隙的磁场进行传递的，为保证变换前后电机的能量关系不变，要求左边变换前后产生的磁势是相同。
⑵功率不变原则：这可以使变换前后的功率、转矩等物理量具有相同的计算值。
⑶对电流和电压进行坐标变换的变换矩阵相同：这可以为坐标变换在使用上带来方便。
需要指出的是，坐标变换的形式不唯一，使用哪一种变换完全取决于使用者的习惯。
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2.2 异步电动机动态模型
异步电动机的数学模型在原始三相静止坐标系下的表示是一系列参数时变的非线性微分方程组，非常复杂且不利于分析及计算。为了便于分析，本节采用复矢量的形式来描述异步电动机动态模型。目前，电源型逆变器带异步电动机的电压控制型矢量控制方案已被广泛而且成熟地应用于各个领域。电压控制型矢量控制方案是根据异步电动机定子电压状态方程产生控制所需的定子电压信号指令，并将其传递至PWM单元，产生所需的PWM信号来驱动电机。采用该方案控制时，PWM单元和矢量控制单元可分幵设计，且当逆变器工作在较低幵关频率时，可以通过优化PWM方法对输出电压中的低次谐波进行抑制，保证输出转矩平稳。为了消除定子两轴之间的锅合关系，必须采用适当的电JEE解親算法，实现定子两轴电压对相应定子两轴电流的独立控制。电压解稱算法对系统的控制性能产生重要的影响，尤其是在电机高速运行区域会随着锅合电压在定子电压幅值中所占的比例增加而更加明显。
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3异步电动机矢量控制中磁链观测器的研究........27
3.1根据定子电压和定子电流计算磁链........ 27
3.2根据定子电流和转速计算磁链........ 28
3.3根据定子电压、定子电流和转速计算磁链........ 29
3.4改进型电压模型转子磁链观测器研究........ 29
3.5两电平电压源型逆变器输出电压重构方法研究........ 31
3.6仿真与实验 ........32
3.7本章小结........ 36
4面向地铁车辆的防滑/防空转控制技术研究........ 37
4.1车辆轮轨黏着机理分析 ........37
4.2地铁车辆动力学模型建立........ 39
4.3基于最优黏着利用的地铁防滑/防空转控制策略........ 41
4.4地铁车辆纯电制动控制策略研究........ 48
4.5仿真与实验........ 55
4.6 本章小结........ 64
5 总结 ........65
5.1全文总结........ 65
5.2工作展望........ 65
4面向地铁车辆的防滑/防空转控制技术研究
一般來说，在地铁系统的线路里，站与站之间的距离较短，地铁车辆需要频繁地运行在牵引、制动工况，并且要求有适当的加/减速度。目前，所有地铁车辆制动系统中均装有集成的防滑系统，其主要依靠调节制动社的空气伍力从而推动闹瓦进行制动，该系统亦被称为空气防滑系统。然而，在地铁车辆的运行过程中，过多的使用空气防滑系统必然会导致闹瓦以及车轮的磨损，缩短其使用寿命。因此，需要在地铁的牵引传动系统（TCU)中设计具有高性能的防滑/防空转控制策略，从而达到能够及时、有效地抑制车辆制动过程中发生的打滑现象，实现在恶劣的轮轨接触面条件下的最优點着利用的目的。我国针对地铁车辆牵引传动系统中防滑/防空转控制技术起步较晚，同时受到高性能异步电动机矢量控制技术的限制，因此技术也相对落后。目前国内绝大部分的地铁车辆牵引传动系统均采用基于传统點着控制思想的组合校正法，当判断出车辆出现空转/打滑现象时，通过大幅度地削减电机输出电磁转矩对其进行抑制。虽然该方法具有结构简单、反应速度快的特点，但由于电机输出电磁转矩被削减过多以至于系统工作点偏离了路面的黏着峰值点，黏着利用率较低，这必将导致列车在牵引过程中损失较多的加速度，而在制动过程中需要更多的空气制动力予以补足。
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总结
论文围绕地铁牵引电传动系统中的矢量控制、磁链观测以及防滑/防空转等控制技术展肝研究，通过软件仿真以及地面、现场实验对研究内容进行了验证，获得了以下成果：
(1)在异步电动机复矢量数学模型以及转于磁场定向控制策略的基础上，采用了一种基于电压前馈解稱预控的矢量控制策略，配合空间矢量脉宽调制技术，能够使系统获得较好的动态性能，为防滑/防空转控制技术以及纯电制动控制技术打下了基础。
⑵分析比较了几种不同类型的磁链观测器的优缺点，提出了一种改进型电压模型磁链观测器，以高通滤波串联低通滤波来代替纯积分环节并设计了相应的幅值与相位的补偿函数，使得观测器的观测值能够稳定地收敛于实际值，为防滑/防空转控制技术以及纯电制动控制技术打下了基础。
⑶根据轮轨點着机理，建立了架控模式下地铁车辆的动力学模型，在此基础上结合前面的改进型电压模型磁链观测器以及电压前馈解親矢量控制技术，提出了一种针对地铁车辆的基于最优點着利用的防滑/防空转控制策略以及纯电制动控制策略，并进行了仿真以及实验验证。
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参考文献（略）
机械工程硕士论文篇八
1绪论
1.1引言
随着全球经济的快速发展，化石燃料消耗量迅速增长，造成污染物和温室气体的大量排放。这些排放使近年来全球极端气候事件频发，应对气候变化巳成为当前人类面临的最紧迫的挑战之一。经过科学家们在过去几十年间的长期持续观测和研究，有充分证据证明，全球范围内已出现冰层融化、海平面上升等全球变暖特征。地表温度取决于进入与离开地球能量之间的平衡，太阳活动、温室效应和地表大气层反射率变化等都会导致气候变化。但在工业革命以后，较先前气候缓慢的周期性变化，气候变化呈现剧烈且极端的特质。尤其自20世纪中期，大多数人类活动需依靠化石燃料，向大气中排放大量温室气体，这进一步引起了气候的剧变。据初步估计，由极端气候灾害引起的损与50年前相比增加了 10倍，20世纪90年代发生的重大气象灾害相比50年代增加了 5倍。20世纪60年代，气象灾害约造成平均每年40亿美元经济损失，而到了 80、90年代，每年经济损失则达到290亿美元。近百年来（1906-2005年)，全球地表平均温度升高了 0.74°C，并且近50年中地表温度的升温速率接近过去100年的两倍，而最近10年则是有记录以来平均温度最高的10年。政府间气候变化专门委员会第四次评估报告认为，若不立即采取措施，全球气候将持续变暖。至2020年，地表平均温度相较于20世纪末将升高大约0.4°C。以北半球高炜度地区及陆地的变暖最为显著[2]。《京都议定书》中将六种气体定为温室气体，包括二氧化破、甲燒、复氟破化物、氧化亚氣六氟化疏、全氟化碳。其中，64%为二氧化礙，是引起全球变暖的最大元凶。
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1. 2 二氧化碳减排
国际社会就如何减少温室气体排放、实现经济与环境的可持续发展展开广泛讨论。针对二氧化碳的减排国际上主要提出四种方案：一是改变当前的能源利用模式，向新塑可再生能源（如核能、太阳能和风能）技术转变，最终实现完全取代化石燃料；二是增加植被面积，杜绝乱砍监伐；三是捕集巳生成二氧化破，并进一步利用或封存；四是提高能源利用率，大力发展节能技术，减少二氧化碳排放[6]。中国一次能源结构与世界总体情况相比，最突出的特点是煤炭使用量高，占总一次能源70%左右。这是由于中国矿产资源存在少油少气而多煤炭的特征，同时也造成原油、天然气所占比例不高。尤其是天然气，2012年仅占一次能源消费总量的4.7%。但近年来，中国政府积极引导建设的西气东输工程、与境外国家签订油气进口合同，使天然气所占比例逐年上升。同时，政府大力宣传扶植新型可再生能源产业（如太阳能、核能等）的相关政策，使再生能源得以在中国能源消费结构中占得一席之地。
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2热化学ZnSI闭路循环系统的设计和模拟计算
2. 1引言
热化学ZnSI循环工艺，是通过一系列热化学反应过程将二氧化礙转化为一氧化碳同时分解水制氢。基于传统硫碑循环，在流程体系中加入Zn循环，实现二氧化碳废气处理和制取高经济附加价值产物的和谐统一，为降低破排放目标提供一条可供研究参考的路线。目前，化工过程模拟已广泛应用于化工过程的开发和设计以及现有生产操作改进领域。作为一种主要的常规手段，凭借计算机技术发展带来的大容量存储和高速运算，它可以有效节约经济和时间成本，同时获得极高的计算准确性。化工过程模拟系统主要有四种类型：稳态流程模拟系统、动态流程模拟系统、流程的优化系统、分批处理操作的模拟系统。Aspen Plus由美国Aspen Tech公司开发的大型通用流程模拟系统，属稳态流程模拟系统，可进行生产装置设计、稳态模拟和优化。自1982年问世以来，经过三十多年的不断改进扩充，Aspen Plus巳成为全球公认的标准化流程模拟软件。本章使用Aspen Plus对热化学ZnSI循环系统进行设计和模拟，计算了该流程的质量平衡和能量平衡。选取热效率为评价指标，对系统主要设计参数进行评估，以期对今后的系统搭建有所禆益。
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2.2系统流程简介
热化学ZnSI循环系统在传统碗峡循环制氧系统上改进得来，其流程可分四个部分：本生反应系统、HIx系统、硫酸系统、Zn循环系统。系统流程图如图2.1所示，图2.1中各单元模型标号含义列于表2.1中。S02与12及水发生本生反应生成含H2SO4和m的混合溶液。在过量碟和水的存在下，溶液自发分层，形成上层H2SO4相（主要成分为H2SO4、H2O,含少量HI、I2杂质）及下层HIx相（主要成分为HI、I2、H2O,含少量H2SO4杂质）。H2SO4相溶液经过净化浓缩处理后进入分解反应器生成S02、H2O和02，产物中S02和H2O返回本生反应。HIX相溶液净化处理后，所得ffl/l2/H20三元溶液精饱获得高浓度的HI气体。一半HI气体催化分解得到12和H2，所得12返回本生反应。C02与Zn反应生成ZnO及CO,生成ZnO与另一半HI蒸汽在水溶液中反应生成Znl2溶液。Znl2溶液经过简单蒸饱得到Znl2固体，随后进行热分解得到单质Zn和12。Zn返回Zn~C02反应器进行下一轮反应，送回本生反应器。系统总反应为H2O+CO2—CO+H2+O2，通过热化学方式达到分解水制氢和捕捉转化C02的目的。提纯后硫酸溶液浓度约为44wt%，需先对其进行浓缩再用于分解。综合考虑系统的简化和热效率，采用常压一级闪蒸进行浓缩。根据汽液平衡计算，闪蒸温度定为为410. 6K,浓缩后梳酸浓度92. 5wt%假设浓魂酸被加热至673K时完全分解为S03和H2O，随后80%的S03在催化剂存在下于1123K分解为S02和02。产物冷却过程中，未反应的S03与水重新生成硫酸。全部产物返回本生反应。
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3热化学ZnSI循环系统的简化和改进......... 30
3.1引言........ 30
3.2热化学ZnSI开路循环系统（硫磺焙烧制S02) ........ 30
3.3使用Znl2-C02反应的热化学ZnSI循环系统........ 35
3.4使用电化学本生反应的热化学ZnSI循环系统........ 38
3.5各系统的比较讨论........ 43
3.6本章小结........ 45
4 Znl2生成反应实验研究........ 47
4.1 1引言........ 47
4.2实验系统及方法........ 47
4.2实验仪器及试剂........ 48
4.3 标准溶液配制........ 50
4.4实验数据........ 50
4.5本章小结........ 58
5全文总结及展望........ 60
5.1全文总结........ 60
5.1.1本文主要内容........ 60
5.1.2本文创新之处........ 62
5.2本章小结........65
4 Znl2生成反应的实验研究
4. 1引言
将预先配置好的一定比例的Zn/ZnO固体混合物加入到双层夹套玻璃反应备，打开高温循环器用于控制反应容器温度。水浴迗到预定温度后，反应器中通入一定流量的N2气体，气体通入桂胶去水，使用氢气分析仪测定产物气体中气体组分含量。至氧气分析仪示数保持稳定时，标定氧气分析仪零点。此时，向反应备中加入预先配置一定浓度的氢破酸溶液，并打开磁力损拌装置均勻混合反应液。当产物气体中氢气浓度保持长时间稳定时，结束反应。在特定反应时刻对反应溶液进行取样分析，并由在线式氢气分析仪实时记录反应产物中氢气浓度，用于观测反应历程。根据先期试验，实验在常压下进行，载气（高纯N2)流量150niL/min。反应物摩尔比例构成为n(HI): n(Zn)+n(ZnO)=2:l,保持液体反应物中氢硬酸物质的量不变，即n(HI)保持定值。基准反应工况为25°C、氧碟酸浓度50wt%、固体反应物摩尔比Zn/(ZnO+Zn)取0. 05、固体反应物粒径（锌粉）75-95^im。为减少液体反应物汽化，温度变化范围定为25°C-80°C。由于氧換酸恒沸浓度的限制（56. 9wt%)，氢峡酸浓度变化范围为30wt%-50wt%。先期实验表明，ZrrCOz反应具有极高的反应率（转化率95%以上），反应产物中Zn含量较小，故固体反应物摩尔比Zn/(ZriO+Zn)变化范围取值为0-0. 15。
…….
结论
由于当今气候变化的严峻形势，寻求二氧化碳减排途径成为各国的研究热点。热化学循环作为一种转化利用二氧化碳的技术途径，避免了 二氧化碳捕集封存技术（CCS)可能存在的泄漏风险，而相较与电化学催化、生物化学催化等技术具有更高的转化效率和可操作性。同时其所需热量的温度范围可耦合太阳能、核能等绿色能源，具有极大优势。热化学ZnSI循环系统即使在传统的热化学SI循环制氢系统的基础上，结合两步式金属及其氧化物分解水和二氧化碳循环提出的一种新型热化学循环，在制取氢气的同时分解并利用二氧化碳。本文对热化学ZnSI循环系统流程进行了相关的设计和模拟评估。本文第一章对二氧化碳减排背景和相关技术进行了介绍和阐述，着重概述了热化学循环转化利用二氧化碳技术的相关研究成果和进展，并引出及简要介绍本文研究对象——热化学ZnSI循环系统。本文第二章对热化学ZnSI闭路循环系统进行了设计和模拟计算。使用小组本生反应实验数据，对产氢率O.5mol/S的系统进行物料平衡、能量平衡计算，并计算系统热效率进行评估。同时研究了相关设计参数对系统总体热效率的影响。
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参考文献（略）
机械工程硕士论文篇九
1. 绪论
1.1 课题研究的背景
钢铁工业是我国国民经济的基础，并且随着它不断发展，球团矿已经成为高炉炉料中不可缺少的一部分。球团矿技术的发展可以有效地减少大中城市的污染，因此对整个球团系统的自动化水平要求越来越高。球团生产的工艺流程包括精矿配料、精矿干燥、辊压、膨润土与灰尘配料、混合、造球、生球布料、生球干燥、预热、氧化焙烧、冷却及成品输出等[1-2]。整个球团系统以其生产工艺为研究对象，基于工业以太网和现场总线技术，采用可编程控制器、软启动器、电机综合保护器、变频器、组态软件、编程软件等先进的软、硬件设备，实现了整个生产过程的自动化控制，使系统的总体装备达到了国内外的先进水平，为实现球团矿生产提供了良好的条件，使生产更加先进、高产、优质、低耗。但是球团系统发展到现在，在设备状态监控与故障诊断方面仍然存在着各种各样的不足，主要有以下几方面[3-5]：(1) 球团设备的实时在线状态监测系统还不完善，除了选矿、烧结等球团部分设备的部分参数实现了在线实时监测外其他设备比如采矿生产线上的设备还是主要以离线检测、离线管理为主，也有部分单体设备在机旁只有在线或离线状态显示。(2) 整个系统没有全面的故障报警，故障检测和故障分析系统，当故障发生后不能快速地定位故障，即便定位了故障，也得靠经验丰富的工作人员分析和查找故障原因，测试并解决故障，此过程耗费长，给生产运行情况带来了严重的影响。(3) 系统没有将设备库与在线实时监测系统相结合起来，目前，设备库的管理主要以离线管理为主。(4) 设备的点检主要以人工的为主，更多的是依靠工作人员的工作经验，没有标准的量化指标。而目前随着设备数量的不断增加并且其先进性也逐步提高，这就要求工作人员具有更高的素质。
………
1.2 课题研究的意义
设备状态监控与故障诊断是一种时刻监视设备的运行状态，确定其是否正常工作，如不正常工作能及时发现和排除潜在的设备故障，保证生产设备的安全、稳定、有效运转的技术，同时还可以对设备进行科学有效、规范标准的点检和维护保养，快速准确的排查和解决设备运转中发生的各种问题，减少非计划停机的时间，保证了设备受控、人员受控、工作受控[6-8]。当出现故障征兆时，能够预测其要发生的故障；当故障发生以后，能够进行快速定位故障，快速解决故障。这里所的“设备”是广泛意义上的设备，不仅包括球团中的电气设备，还包括机械设备以及加热炉，反应釜等。本文主要研究球团厂中异步电动机及其控制器比如变频器，软启动器以及电机保护器等的故障报警与故障诊断。设备是生产线上的主要载体，设备的装备水平和运转水平直接影响到生产线最终产品的产量和质量。所以要提高生产系统的生产率，关键是要提高设备的生产效率，减少设备发生故障的频率，提高设备的利用效率。现代化生产线的一个显著特点就是生产连续化、设备大型化、控制复杂化。设备的运行与管理的自动化水平势必要提高。所以设备的实时在线监控系统融入到管理系统中也是必然的趋势。本课题研究的球团厂电气设备状态监控与故障诊断系统能够帮助生产企业实现设备管理的自动化、数字化、信息化。
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2. 系统整体结构设计
2.1 系统总体网络结构图
球团厂电气设备状态监控与故障诊断系统是一个复杂的网络生产系统，涉及到计算机网络、通讯技术、现场总线技术、各种设备的故障诊断技术等多方面技术。该系统采用以 PLC 为核心的设备控制级，采用现场总线和工业以太网技术，实现了工控机、PLC、远程 I/O、直流调速装置、交流变频装置及现场智能控制设备的通信连接，实现了球团生产的集中管理和分散控制[26]。球团厂按功能可分为配料站、造球站、焙烧站、成品站四个站点，每一个站点都有很多设备包括大型机械设备和电动机等。下位机 PLC 通过现场总线控制大型机械和电动机及变频器，软启动器和电机综合保护器等；上位机数据服务器与操作站通过以太网与下位机 PLC 进行通讯。通过变频器等可以对每一台电动机进行实时监测，把检测到的电动机运行数据通过 PLC 传给上位机，这样就可以结合后台数据库来进行设备的故障诊断。变频器，软启动器和电动机综合保护器可以凭借其智能性通过 PLC 编程实现自报警功能。
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2.2 智能控制器自报警子系统的设计
在大型工业控制系统，可编程控制器 PLC 和工业控制计算机 IPC 在综合自动化系统中得到了广范的应用。控制系统越大，其自动化水平也就越复杂，那么系统发生故障的频率也就越来越高，这使得生产效率也就很难大幅度的提高。一般一个大型控制系统有 80%以上的停机的时间用故障诊断，实际维修的时间只有不到 20%。因此当故障发生后能够快速准确的进行故障定位尤为重要，如果故障发生后有对应故障的提示信息，那么排除故障的效率就会有所提升。而单独的PLC 控制系统没有较全面的故障提示信息，人机界面也不够友好，所以本文提出了一种新方法，既可以快速定位故障也有详细的故障信息提示。
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2.2.1 智能控制器自报警子系统的结构
本子系统基于专家系统的知识库探讨了使用组态软件 FactoryTalk View SE（以下简称 FTSE）进行 PLC 控制系统故障诊断的方法。诊断系统利用 PLC 内部设备的各种控制信息和组态软件 FactoryTalk View SE 进行大型工业控制系统的故障诊断，并设计了友好的人机界面来提供详细的故障信息以及相应的对策。同时，该人机界面还可用于后期故障分析和专家知识库的完善。本子系统是通过组态软件作为上位机实时监测设备的运行状态，当设备发生故障时，它自动报警并发出声音，系统还会自动弹出发生故障的设备代码和故障代码，工作人员登入系统进入故障诊断界面，运用快速诊断的方法快速定位故障设备并排除故障。同时故障发生时，系统会记录故障时间，并通过 FTSE 中的标签从 Controllogix 控制器获取故障发生时的设备的运行情况，将其参数值存储在故障库中，作为历史故障分析的依据。这个子系统的结构框架如图 2.2 所示。
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3. 基于故障树的异步电动机故障诊断的研究............14
3.1 故障树分析法的研究.......14
3.2 异步电动机工作原理与常见故障的研究.....18
3.3 球团厂异步电动机故障树的建立..........22
3.3.1 异步电动机故障树的建立.....22
3.3.2 故障树的定性分析........27
3.3.3 故障树的定量分析........28
4. 基于故障树的故障诊断专家系统的设计........30
4.1 基于故障树的专家系统知识库的建立..........30
4.2 知识库的设计............31
4.3 基于故障树的专家系统推理机的设计..........36
4.4 故障诊断解释机的设计...........37
5. 人机界面的设计与故障诊断过程的实现........38
5.1 人机界面设计与分析........38
5.2 智能控制器自报警管理功能的实现......40
5.3 基于故障树的电动机故障诊断过程的实现..........44
5.4 基于故障树的故障诊断专家系统的实现.....50
5. 人机界面的设计与故障诊断过程的实现
5.1 人机界面设计与分析
当今是一个科技飞速发展的时代，办事效率的高低直接影响到最终事业的成败。而作为球团厂设备自动化监测系统的人机界面要必须要考虑到效率的问题，尤其是在故障诊断专家系统中。另外，能否为球团厂使用用户提供一个人机界面友好、操作方便的工作平台已经成为应用软件发展的趋势。因此在球团厂设备故障诊断专家系统的开发过程中，除了考虑设计软件应有强大的功能外，还要为其设计一个高效友好的人机界面。从球团厂设备的故障情况来分析，本系统功能模块主要就是设备故障诊断专家系统。由于球团厂设备种类和数量极多，而且故障情况异常复杂，目前市面上也没有全套的故障诊断系统，其中异步电动机及其智能控制器的故障诊断是整个系统故障诊断的核心部分，也是最重要的部分，所以本文重点讨论这两种设备的故障诊断和故障报警部分的设计。球团厂电气设备状态监控与故障诊断系统的主界面（第二层界面，第一层界面为系统登录界面）显示了总体设备群（配料站、造球站、焙烧站、成品站）的概况，包括设备群的位置、运行状态，除此之外还有故障诊断专家系统的快捷按钮和设备库管理系统以及设备点检系统的快捷按钮。点击四个工作站之一，便可进入具体生产站的设备状态监测界面（第三层界面）。该界面显示具体设备的运行参数、状态，发生故障时，具有故障定位功能；点击故障诊断专家系统的快捷按钮，便可进入故障诊断的界面；点击设备库管理系统的快捷按钮，可以对设备库进行管理（本文不再细讲）。
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总结
本文致力于球团厂设备自动化监测系统的研究，主要对系统中的电动机故障及其智能控制器的自动报警进行详细的研究。该系统研制成功并且开发后可以大大提高生产效率，减少工作人员的投入。本文主要讲了球团厂设备自动化监测系统的总体结构；分析了基于故障树的球团厂电动机故障诊断的方法；设计了故障诊断的专家系统和智能控制器的自报警系统；最后开发了球团厂设备自动化监测系统的人机界面和故障诊断过程的实现。本文的主要研究工作及成果归纳如下：
(1) 本文首先分析了球团厂电动机的常见故障，并考虑到球团厂是个设备数量比较多、故障模式比较复杂的大型生产系统，所以对其电气设备尤其是电动机提出了一种基于故障树的故障诊断方法。在分析了电动机常见故障的基础上，建立了其故障树分析模型，并将其与专家系统有效的结合起来。通过对故障树进行定性分析及定量分析，确定了设备各部件的重要度，建立了专家系统知识库，设计了专家系统推理机，从而快速准备的确定设备故障诊断的最优程序，有效提高故障诊断专家系统的效率。
(2) 本文就球团厂的智能控制器（变频器等）的故障报警管理子系统做了详细的设计。运用专家系统知识库中的设备库和故障库实现故障设备的快速定位和故障的快速解决，打破专业壁垒。同时还可以进行设备历史故障的分析，有利于设备的维护，进而提高整个生产系统效率。
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参考文献（略）
机械工程硕士论文篇十
Chapter I: Introduction
1.1 Background of the research
The community grid or microgrid as pertain this research refer to a collection of eco-houses linked together in a common grid with the aim to optimally control energy flow to andfrom the main grid with the aid of advanced information flow system between the various gridcontrollers to bring about maximal use of renewable electricity sources within its location,subject to techno-economic considerations. The next generation community grid is not diiferentfrom the widely researched smart or microgrid⑴[2] as regards its setup but could have fewer loadwith residential storage and aims at increasing the on-grid cost benefit to the customers, maintainmain grid integrity(Peak shaving and load smoothing) and reeliability. Unlike in most micro-gridthat can be islanded the Community grid is connected to the main distribution grid in other tohelp customers take advantage of different energy plan from their energy supplier and usingtechnologies of Integrated Energy System to tap Renewable Sources of Electricity (RES-E), thuspresenting a viable approach for dealing effectively with persistent global challenges such asClimate Change, Global Warming and ever increasing power demand.Next Generation community grid in summary integrates renewable energy sources withinits small network, takes power from the main grid only when necessary, incorporates storagetechnology to prevent reverse power flow to the distribution transformer of the main grid andfully automated while considering several factors as energy price, energy surplus, energydemand and the status of network components over a long period.Automation of the community grid is best accomplished with having sufficientknowledge of the output power of the renewable energy sources, load demand, security of thesystem (i.e. protection system), the storage technology and other variable factors of the grid[3].Being able to manage these factors is achieving effective power management.
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1.2 Significance of research
With growing environmental concerns，high premium fossil fuel and the availability ofreliable forms of renewable such as wind power and solar power which are stochastic in nature,integration of renewables to the grid portends a problem, so the need for a more sophisticatedcontrol systems become necessary. Also, power from photovoltaic cells and wind turbines hasquestioned the imperative for large, centralized power stations. The falling costs of setting uprenewable DG's drives change from the centralized grid topology to one that is highly distributed,with power being both generated and consumed right at the limits of the grid. This research is very useful to engineers in the Development, Planning, Operation andResearch departments in power firms as they will be further empowered in their ability to makebetter informed renewable energy integration decisions，investment and reliable operations of thegrid. This research focuses on designing a control model for Energy Management System，donewithin the operable limits and broad capabilities of lithium ion battery and seeks to exploit itsfeatures to bring about:
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Chapter II: Literature Review
2.1 Recent research review on Energy Management
In 2010, Henerica and Tawande[8] presented a paper “A techno-economic model foroptimising component sizing and energy dispatch strategy for PV-diesel-battery hybrid powersystems”. They proposed the development and application of a spreadsheet-based simulationmodel for energy performance evaluation, economic analysis and sizing of PV-diesel-batterypower system. Analysis was done on five system types with solar fraction from zero (diesel only)to 100% solar only, with coupled or decoupled battery storage. The model was able to simulate atime series energy flow and demonstrated the merits of hybrid concept.In 2011, Wolfs, P，Jayasekera, N. and Subawickrama, S. [9] presented a paper “A Fourierseries based approach to the periodic optimisation of finely dispersed battery storage" This paperproposed an algorithm for optimizing the cyclic operation of battery storages. The periodic dailyor weekly battery state of charge profile is compactly represented by a vector of Fouriercoefficients. A key optimization constraint, that the solution is periodic, is inherently embeddedallowing a number of optimization algorithms to be efficiently applied also Peter wolfspresents a predictive control solution using neural networks to predict the load and PVgeneration at hourly intervals for twelve hours into the future in a microgrid.In 2012, Arturs Purvins，loulia T. Papaioannou and Luigi Debarberis presented apaper “Application of battery-based storage systems in household-demand smoothening inelectricity-distribution grids，，. They proposed two management models; time-dependent anddemand-tracking battery system management models to analyze the application of battery-basedstorage systems for household demand smoothening in electricity-distribution grids.
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2.2 Recent research review on Storage Technologies
Research developments in smart meters, distributed energy resources, electric vehicles(EV，s)，photovoltaic EV，s, hybrid vehicles, stationary microgrid storage technologies, etc. areincreasing both the potential benefits of microgrids and the ease with which they can beimplemented and operated. As earlier stated the focus of the research will be on the EnergyStorage System. Pumped storage is the largest-capacity form of grid energy storage available, and as ofMarch 2012, the Electric Power Research Institute (EPRI) reports that PSH accounts for morethan 99% of bulk storage capacity worldwide, representing around 127,000 MW PSHreported energy efficiency varies in practice between 70% and 80%，with some claiming up to87%. A typical pumped hydro plant consists of two interconnected reservoirs (lakes), tunnelsthat convey water from one reservoir to another, valves, hydro machinery (a water pump-turbine),a motor-generator, transformers, a transmission switchyard, and a transmission connection(Fig.3). The product of the total volume of water and the differential height between reservoirs isproportional to the amount of stored electricity. Thus，storing 1,000 MWh (deliverable in asystem with an elevation change of 300 m) requires a water volume of about 1.4 million .Since dynamic security issues are of primary importance it is worthwhile to consideranother storage technology to better meet the reserve needs. The shedding of pumped storageload is able to limit large frequency excursions, however, it is not a substitute for spinningreserve, and the use of renewable generation continues to be limited by the dynamic securityconstraints, Li-ion, nickel cadmium and lead-acid batteries are good options for spinning reserveapplication.
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Chapter III: Theoretical overview........ 12
3.1 Community Grid........ 12
3.2 Renewable Sources of Electricity........ 13
3.2.1 Photovoltaic Structure and Modeling........ 13
3.2.2 Wind Turbine........ 18
3.3 Energy Storage (Litibium Ion Battery)........ 21
3.3.1 Lithium Ion Battery........ 21
3.4 Power Management System ........ 22
Chapter IV: Algorithm Overview........ 25
4.1 Methodology........ 26
4.2 ADAPTIVE INTELLIGENT TECHNIQUE (AIT)........ 30
Chapter V: Results........ 34
Chapter IV: Algorithm Overview
Automation of microgrid network is best accomplished by real time communicationbetween the grid components and adequate knowledge of the output power of the renewableenergy sources, consumer load demand，system security，the storage technology and othervariable factors of the grid shown in Fig.3-9.The microgrid components are controlled using a decentralized decision making processin order to balance demand and supply coming from the micro-sources and the grid see Fig. 3-1.The Central Controller (CC) executes the overall control of micro-grid operation and protectionthrough the Micro-source Controllers (MCs). Its main function is to maintain power quality andreliability through power-frequency (P-f) control, voltage (Q-V) control and protectioncoordination. It also executes economic generation scheduling of the micro-sources and helps tomaintain power intake from the main utility grid at mutually agreed contract points.Themicro-sources and storage devices in a micro-grid are fitted with MCs that execute smooth andflexible operation of these devices to meet customer and utility requirements. A microgridconfiguration showing the main controller internal operation is presented in Fig. 4-1 also we seea component "External Factor" this means adjustments could be make based on non-technicalfactors such as weather and environmental consideration to fit the desired outcome.
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Conclusion
This research presentted an efficient technique for energy dispatch in an energymanagement system within a microgrid. It showed a case study of load demand and generationpattern from eco houses on a microgrid forming a centrally controlled energy storage communitywith efficient power management from predicted or pre-fixed values after technique application.In this thesis the algorithm was developed and implemented on MATLAB proved to be able toimprove the energy dispatch in real time from initially predicted dispatch power points andpreserve the idea behind the intial dispatch management decisions. The application of thetechnique developed yielded; peak shaving, load smoothening danced high penetration ofrenewable energy, helps the consumer exploit available Time of Use (TOU) tariff and its lookback adaptive process helps it quickly adapt with changes in consumer demand patterninfluenced by attitude of consumer or weather change, simply gradual change in demand patternreflected in daily adjustments of model components.The main conclusions are summerised in chapters as follows:
1. Reviewed the benefits of a community microgrid, introduced the general researchconcept and structure of tiie thesis power management scheme, which enhanceshigh RES-E penetration, load smoothening and peak shaving using the smartconditions of Adaptive Intelligent Technique.
2. Survey of different literature related to renewable energy management usinglinear programming, neural methods, demand and time tracking, model predictivecontrol. Different types of storages were examined and choice of lithium ionbattery storage was favoured for this research.
3. Theoretical overview of various components within the grid and the significancewas presented.
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Reference (omitted)