高速重载永磁耦合器多场状态感知与智能调控

基本信息
批准号:U1808217
项目类别:联合基金项目
资助金额:250.00
负责人:刘巍
学科分类:
依托单位:大连理工大学
批准年份:2018
结题年份:2022
起止时间:2019-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:王雷,盛贤君,张军,祝钊,姜连军,高菲,张黎,司立坤,张洋
关键词:
智能控制多参量传动设备多场耦合精密测量与控制
结项摘要

In order to meet the urgent need of high-power drive technology which is utilized in the core equipment of national major engineering projects, a key technology for high-speed heavy-load permanent magnetic coupler is proposed to solve the problems of high-power permanent magnetic driving’s strong characteristic, nonlinearity, performance degradation under the time-varying load and low operational reliability. The “magnetism-machine-thermal” multi-physical field coupling mechanism of the permanent magnetic coupler under the high-speed and heavy-load conditions is presented to provide important theoretical basis for the design and operational control of the high-efficient, high-reliable permanent magnetic coupler. An on-line synchronization awareness method considering the system state of parameters including output torque, air gap, rotational speed difference and vibration is proposed to obtain the real-time operating state of the permanent magnetic coupler, followed by researching the full-field information measurement method of internal magnetic field and temperature field of coupler. A method of on-line prediction and intelligent control of driving performance based on the real-time awareness of system state variables and bi-directional drive of coupling model is put forward to study the mechanism-sensor-control-drive integration technology of high-power permanent magnetic coupler in order to improve the robustness and reliability of the permanent magnetic coupling transmission. To verify and improve the maturity of the multi-field perception and intelligent control technology of the high-speed and heavy-load permanent magnetic coupler, the applied research in the CCTEG Shenyang Research Institute and other unites will be conducted. The research results can provide technical support for the safety and energy-efficient operation of China’s large engineering equipment, and the application prospect is very broad.

面向我国重大工程核心装备对大功率传动技术的迫切需求,针对大功率永磁传动中特性强非线性、时变负载下性能退化、长时间运行可靠性低的难题,研究高速重载永磁耦合器关键技术,拟揭示高速重载条件下永磁耦合器“磁-机-热”多物理场耦合作用机理,为高效、高可靠永磁耦合器设计与运行控制提供重要的理论基础;研究耦合器内部磁场与温度场的全场信息测量方法,提出虑及输出转矩、气隙、转速差、振动等参量的系统状态在线同步感知方法,以获取永磁耦合器的实时运行状态;提出基于系统状态参量实时感知与耦合模型双向驱动的传动性能在线预测与智能控制方法,研究大功率永磁耦合器机构-传感-控制-驱动一体化集成技术,以切实提高永磁耦合传动的鲁棒性与可靠性,在煤科集团沈阳研究院有限公司等单位现场进行应用研究,验证并完善高速重载永磁耦合器多场感知与智能调控技术成熟度。研究成果可为我国大型工程装备安全与节能运行提供技术支撑,应用前景十分广阔。

项目摘要

大功率传动技术对能源动力、深海探测等重大工程领域核心装备的高效高可靠运行至关重要。项目围绕高速重载永磁耦合器多场状态感知与智能调控的核心问题开展理论、技术和实验研究,形成一套具有自主知识产权的大功率永磁耦合器机构-传感-控制-驱动一体化集成技术。针对运行过程中“磁-机-热”耦合关系不清的问题,提出了永磁耦合器“磁-机-热”三场多向作用分析方法,明晰了机械场、磁场、温度场的动态作用关系;针对内部磁场变化规律不清、磁场及温度分布特性不明的问题,提出了基于“有限测点实测+全场分布信息估算”的磁场状态感知方法,建立了基于测量边界的永磁耦合器导体盘温度分布重建预测方法;针对不对中条件下力学传递规律不清、负载时变下大惯量控制时效性稳定性差等问题,研究了虑及不对中影响的永磁耦合器磁场特性、传递转矩特性、各向力传递变化特性,建立了永磁耦合器的软启动控制及多机功率平衡控制策略。在上述成果基础上,提出了基于开槽式导体盘的传动性能提升方案,搭建了永磁耦合器在环半物理仿真平台和运行状态综合实验系统,实现了永磁耦合器运行状态监测信号的快速提取与性能预测,突破了大功率永磁传动多场耦合分析、性能衰减抑制及在线控制等技术瓶颈,切实提高高速重载永磁耦合器的效率、寿命和可靠性。项目执行期共发表论文23篇,其中SCI/EI检索21篇;申请发明专利24项,其中授权中国发明专利17项;授权实用新型专利8项;登记软件著作权2项;申报行业标准1项;培养博士生5名,硕士生14名(含在读)。项目负责人获得“国家自然科学基金杰出青年科学基金”,获得中国仪器仪表学会技术发明一等奖、获得国家科技进步一等奖(创新团队)。项目成果为研发5-10MW级高速重载装备用永磁耦合装置提供重要的理论和技术基础,对加速辽宁煤炭、化工、发电等产业转型升级、实现低碳节能的目标具有重要的工程应用价值,并为提升我国大型工程装备运行的安全性与可靠性提供技术支撑。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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