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磁梯度张量系统传感器阵列的快速旋转校准 被引量:9
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作者 李青竹 李志宁 +2 位作者 张英堂 尹刚 范红波 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第7期1813-1826,共14页
为有效消除磁梯度张量系统传感器阵列间非对准误差和传感器系统误差对测量精度造成的影响,提出了一种只需绕系统任意轴旋转一周便可理论上实现所有磁传感器与参考平台正交系间精确校准方法。利用两组无数学简化的非线性转换构建传感器... 为有效消除磁梯度张量系统传感器阵列间非对准误差和传感器系统误差对测量精度造成的影响,提出了一种只需绕系统任意轴旋转一周便可理论上实现所有磁传感器与参考平台正交系间精确校准方法。利用两组无数学简化的非线性转换构建传感器系统误差线性校正模型,仅需同一旋转周期的10组测量数据便能得到参考平台与各传感器的理想正交输出。通过构建磁传感器三轴横倾、俯仰、方位转换的旋转矩阵,得到传感器空间任意姿态的非对准误差校正模型并对旋转角进行最小二乘估计,仅需同一旋转周期的3组测量数据便能对准张量系统。仿真和实测结果表明:在理想情况下仿真参数估计准确率接近100%,实验校正后各传感器输出具有较高重合与同轴性,张量分量RMSE(均方根误差)小于30nT/m。能以较简单步骤和较少采样数据高效提高差分法磁梯度张量系统测量精度。 展开更多
关键词 磁梯度张量系统 误差校正 线性校正 最小二乘法 快速旋转校准
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基于椭球拟合的磁梯度张量系统集成校正 被引量:7
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作者 李青竹 李志宁 +2 位作者 张英堂 尹刚 李金朋 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第2期187-195,共9页
为了提高磁梯度张量系统测量精度,针对磁传感器轴位偏差、标度因子与非正交性,传感器阵列间非对准误差以及载体磁干扰等误差因素,提出了基于椭球拟合的磁梯度张量系统集成校正方法。根据硬、软磁材料磁场数学模型,将磁传感器系统误差和... 为了提高磁梯度张量系统测量精度,针对磁传感器轴位偏差、标度因子与非正交性,传感器阵列间非对准误差以及载体磁干扰等误差因素,提出了基于椭球拟合的磁梯度张量系统集成校正方法。根据硬、软磁材料磁场数学模型,将磁传感器系统误差和硬、软磁干扰误差构建为集成误差系数矩阵和集成零漂向量两部分,基于最小二乘椭球拟合建立了集成补偿模型以此校正传感器输出。通过正交系间旋转矩阵构建非对准参数的线性方程组并得到最小二乘估计,以此对准张量系统。研究结果表明:仿真校正后传感器总磁场强度(TMI)和系统张量分量有效收敛于预设测量噪声;实验校正后各传感器输出具有较高重合与同轴性,总磁场强度均方根误差(RMSE)降至约5nT,张量分量均方根误差限制在20nT/m内。该方法能够稳定可靠地提高磁梯度张量系统测量精度。 展开更多
关键词 梯度测量技术 磁通门传感器 磁干扰补偿 椭球拟合 误差校正 最小二乘法
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平面十字磁梯度张量系统的两步线性校正 被引量:10
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作者 李青竹 李志宁 +2 位作者 张英堂 范红波 尹刚 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第9期2232-2242,共11页
磁梯度张量系统的测量精度受限于磁传感器的零漂、灵敏度差异和三轴非正交性等系统误差以及各传感器轴系间的非对准误差。构建了平面十字磁梯度张量系统的误差参数线性模型,提出了两步线性校正法。利用两个非线性变量转换构建单磁传感... 磁梯度张量系统的测量精度受限于磁传感器的零漂、灵敏度差异和三轴非正交性等系统误差以及各传感器轴系间的非对准误差。构建了平面十字磁梯度张量系统的误差参数线性模型,提出了两步线性校正法。利用两个非线性变量转换构建单磁传感器系统误差的线性方程组,对误差参数进行最小二乘估计,将传感器实际输出校正为各自理想正交输出;利用旋转矩阵构建各传感器理想正交轴间非对准误差的线性方程组并求出最小二乘解,将各传感器输出校正到参考平台框架正交坐标系上。两步校正过程均无数学简化。仿真与实验表明,相比忽略二阶及以上高阶小量的常规线性校正,提出的张量系统两步线性校正法更为精确,误差参数仿真估计准确率高于93%,实测校正后总场强度均方根误差小于13 n T,张量分量均方根误差小于90 n T/m。 展开更多
关键词 磁梯度张量 平面十字张量系统 线性校正 最小二乘估计
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张量衍生不变关系下的磁源单点定位 被引量:9
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作者 李青竹 李志宁 +1 位作者 张英堂 范红波 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第8期1880-1893,共14页
为避免在利用欧拉反演方法进行磁性目标单点定位时,二阶张量数据对误差和噪声的较敏感性导致定位精度低的缺点,提出一种利用张量衍生不变关系、仅需一阶张量数据实现磁源单点定位的方法。在磁偶极子场源张量不变量和特征值分析基础上,... 为避免在利用欧拉反演方法进行磁性目标单点定位时,二阶张量数据对误差和噪声的较敏感性导致定位精度低的缺点,提出一种利用张量衍生不变关系、仅需一阶张量数据实现磁源单点定位的方法。在磁偶极子场源张量不变量和特征值分析基础上,推导了两个张量衍生不变关系:磁矩与位置矢量夹角是恒定的,且能用张量特征值表示;绝对值最小特征值的特征向量垂直于磁矩、位置矢量,其余特征值的特征向量共面于磁矩、位置矢量。据此,可计算出位置矢量关于过磁源中心某平面四象限对称的4个可能解,根据实际方位和磁测数据确定唯一解。实验结果表明,实测中经磁梯度张量系统误差校正后,对小尺度磁铁(直径5 cm、厚度0.5 cm)的定位精度控制在1 cm均方根误差范围内。相比欧拉反演方法,提出的方法在同噪声工况下探测距离更远,定位结果更可靠。 展开更多
关键词 磁梯度张量系统 磁偶极子 张量衍生不变关系 单点定位 误差校正
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带脉冲负载的独立电力系统源载耦合关系及功率分配 被引量:9
5
作者 刘正春 朱长青 +2 位作者 王勇 刘金宁 解璞 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第4期1161-1170,共10页
带有脉冲负载的独立电力系统(PL-IPS)是一个源载耦合度很高、极不稳定的非线性动态系统。本文建立了带典型结构的整流类脉冲负载独立电力系统的数学模型,对源载耦合数学关系进行推导,基于源载"解耦合"模型,从理论上对PL-IPS... 带有脉冲负载的独立电力系统(PL-IPS)是一个源载耦合度很高、极不稳定的非线性动态系统。本文建立了带典型结构的整流类脉冲负载独立电力系统的数学模型,对源载耦合数学关系进行推导,基于源载"解耦合"模型,从理论上对PL-IPS系统运行机理进行分析,指出源载双端通过电源内阻抗相互耦合,交流侧频率、电压和功率的脉动特性与脉冲负载的脉冲频率和固有频率直接相关;并结合脱、联网试验指出,脉冲频率越小,PL-IPS源载双端耦合程度越高,系统稳定性越低;并进一步指出传统平均功率分配方法无法保证PL-IPS的稳定性,以国标为依据,针对60 kW的IPS给出可实施的脉冲负载功率分配表。所述模型及相关结论对脉冲负载在IPS中的应用、设计、功率分配具有参考价值和指导意义。 展开更多
关键词 独立电力系统 脉冲负载 源载耦合 功率分配 系统稳定性
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基于差分测量的磁梯度张量系统结构寻优 被引量:3
6
作者 李青竹 李志宁 +1 位作者 张英堂 范红波 《探测与控制学报》 CSCD 北大核心 2018年第5期41-46,共6页
针对利用磁传感器阵列构建的磁梯度张量系统存在理论结构误差,以及如何优化设计以减小结构误差,确定并搭建最优结构系统的问题,提出了基于差分测量的磁梯度张量系统结构寻优方法。该方法分析了完整磁梯度张量系统结构配置及结构误差,提... 针对利用磁传感器阵列构建的磁梯度张量系统存在理论结构误差,以及如何优化设计以减小结构误差,确定并搭建最优结构系统的问题,提出了基于差分测量的磁梯度张量系统结构寻优方法。该方法分析了完整磁梯度张量系统结构配置及结构误差,提出五种简化配置结构的张量系统设计概念并推导了张量测量矩阵及测量分辨率,对五种结构的张量系统进行相同基线尺寸下的单航线磁偶极子磁梯度张量场测量试验从而对系统结构寻优。仿真试验表明,该方法寻优效果明显,对同一测量目标,相同基线尺寸及传感器分辨率条件下,平面十字形和正方形磁梯度张量系统结构误差最小,理论张量测量精度最高。 展开更多
关键词 磁梯度张量系统 传感器阵列 差分测量 结构误差 单航线测量 磁偶极子
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一种基于自适应下垂系数的虚拟惯性控制策略 被引量:2
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作者 柴英博 解璞 《电测与仪表》 北大核心 2021年第6期153-160,共8页
由于直流微网中元件的特性与采用的控制方法,其往往呈现出惯性小的特点。当负载突变时,电压也会发生剧烈变化。针对此问题,文中提出了一种改进的下垂控制方法,并将电压变化率引入下垂系数中,控制了蓄电池的充放电动作,使得微网在原有储... 由于直流微网中元件的特性与采用的控制方法,其往往呈现出惯性小的特点。当负载突变时,电压也会发生剧烈变化。针对此问题,文中提出了一种改进的下垂控制方法,并将电压变化率引入下垂系数中,控制了蓄电池的充放电动作,使得微网在原有储能元件的基础上进一步增大了惯性。详细讨论了算法中的一些细节问题,在MATLAB/Simulink中搭建包含了光伏电池及蓄电池的多端直流微网,并进行仿真验证。结果表明,所提算法能够减轻由于负载突变带来的电压剧烈变化,具有有效性与可行性。 展开更多
关键词 直流微网 下垂控制 虚拟惯性
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抗频率波动的有源电力滤波器谐波补偿控制方法 被引量:19
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作者 王勇 刘正春 +2 位作者 尹志勇 王文婷 程二威 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第10期3290-3299,共10页
在系统频率偏移或波动的情况下,常规的有源电力滤波器(active power filter,APF)谐波补偿控制方法往往容易失效。为此,以基于dq0同步坐标系的三相四桥臂APF为应用对象,通过比较比例谐振(proportional resonant,PR)、矢量比例积分(vector... 在系统频率偏移或波动的情况下,常规的有源电力滤波器(active power filter,APF)谐波补偿控制方法往往容易失效。为此,以基于dq0同步坐标系的三相四桥臂APF为应用对象,通过比较比例谐振(proportional resonant,PR)、矢量比例积分(vector-proportional integral,VPI)和重复控制(repetitive control,RC)这3种谐波补偿方法的控制结构、幅频特性和稳定性,分析它们各自的优缺点,并对传统RC进行改进,提出了一种快速重复控制(fast repetitivecontrol,FRC)方法。结合零极点分析了控制系统的稳定性,并通过试验对比分析了3种控制方法的实际补偿效果。研究结果表明:所提方法通过缩短重复周期,在提高RC控制器响应速度的同时扩展了频带宽度,且具有较好的选频特性和较强的抗频率波动鲁棒性。试验证明了FRC具有最佳的谐波抑制能力和对系统频率波动的适应性。 展开更多
关键词 频率波动 有源电力滤波器 谐波补偿 比例谐振 矢量比例积分 重复控制
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基于二阶磁张量欧拉反褶积的磁源单点定位方法 被引量:11
9
作者 李青竹 李志宁 +1 位作者 张英堂 范红波 《石油地球物理勘探》 EI CSCD 北大核心 2019年第4期915-924,I0013-I0014,共12页
为了从强地磁背景场下有效分离小尺度磁性体的磁异常信息,提高磁源单点定位精度,本文提出了基于二阶张量欧拉反褶积的磁源单点定位方法。在平面十字形磁梯度张量系统基础上提出了二阶张量系统概念及测量方法,利用三维欧拉反褶积公式推... 为了从强地磁背景场下有效分离小尺度磁性体的磁异常信息,提高磁源单点定位精度,本文提出了基于二阶张量欧拉反褶积的磁源单点定位方法。在平面十字形磁梯度张量系统基础上提出了二阶张量系统概念及测量方法,利用三维欧拉反褶积公式推导了磁异常场源一阶、二阶张量数据与位置矢量关系;在磁偶极子场源下推导了张量矩阵特征值的特征向量与磁源位置矢量间的衍生不变关系,并以此作为限定方程,据此解得磁源位置坐标。研究结果表明:仿真实验在均匀强磁背景环境下对单点目标进行了精确定位;实测数据经磁梯度张量系统误差校正后,对小尺度磁铁的定位精度控制在10cm均方根误差范围内。 展开更多
关键词 二阶磁梯度张量 单点定位 欧拉反褶积 误差校正
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柱棒式超磁致伸缩振动能量收集装置建模与实验 被引量:4
10
作者 何忠波 柏果 +2 位作者 郑佳伟 周景涛 刘国平 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第8期400-409,共10页
针对目前超磁致伸缩式振动能量收集在理论研究上的不足,根据超磁致伸缩材料的材料特性,设计了一种柱棒式超磁致伸缩能量收集装置(GMEHD),并对其工作原理进行了阐述。结合GMEHD的结构特点,建立了装置的输入输出模型,推导了输出电压计算公... 针对目前超磁致伸缩式振动能量收集在理论研究上的不足,根据超磁致伸缩材料的材料特性,设计了一种柱棒式超磁致伸缩能量收集装置(GMEHD),并对其工作原理进行了阐述。结合GMEHD的结构特点,建立了装置的输入输出模型,推导了输出电压计算公式,对系统在正弦激励下的响应进行了求解;根据线圈结构,通过电路分析,对线圈匝数进行了优化。利用仿真软件COMSOL Multiphysics,建立了GMEHD有限元模型,得到其仿真结果。在上述基础上制作了GMEHD样机,搭建了实验测试系统,得到了不同频率正弦力作用下GMEHD输出电动势曲线,并与模型计算值和仿真结果进行了对比。结果表明:在1、10、50 Hz单位正弦激励下,GMEHD输出电动势幅值分别为2、15、75 mV,相位超前于输入力π/2。实验与模型计算和仿真分析结果基本吻合,验证了模型的准确性,为GMEHD优化设计提供了参考依据。 展开更多
关键词 超磁致伸缩 振动能量收集 线圈优化 有限元分析 实验
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AFCM聚类和张量不变量用于磁源多目标定位 被引量:4
11
作者 李青竹 李志宁 +1 位作者 石志勇 范红波 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第20期2523-2537,共15页
为了实现不同位置、磁矩和埋深的多个磁偶极子同步定位,提出通过自适应模糊c-means(Adaptive Fuzzy c-means Clustering,AFCM)聚类和张量不变量进行磁目标多源定位的方法。首先,在磁梯度张量系统的二维平面网格测量基础上,利用归一化磁... 为了实现不同位置、磁矩和埋深的多个磁偶极子同步定位,提出通过自适应模糊c-means(Adaptive Fuzzy c-means Clustering,AFCM)聚类和张量不变量进行磁目标多源定位的方法。首先,在磁梯度张量系统的二维平面网格测量基础上,利用归一化磁源强度和张量缩并的不变量改进倾斜角对目标二维分布区域进行预识别。然后,利用张量衍生不变关系定位方法计算识别区域内各节点处的磁偶极子初始位置三维坐标,这些坐标将在磁源的真实位置空间周围形成稠密点云。最后,AFCM聚类算法将对这些初始位置解集点云进行三维聚类并自动检测簇质心数目,估计的簇质心数即为目标数量,簇质心即为目标位置坐标,张量矩阵和位置矢量可用于目标磁矩计算。仿真数据集表明,在5 nT/m方差的高斯噪声环境下,对20个磁偶极子目标数目估计精度为100%,水平位置估计精度大于91.7%,埋深估计精度大于85.6%;实测中,在2.1 m×2.1 m和1.2 m×1.2 m测区内对多个小型磁铁的坐标估计偏差小于0.091 m。 展开更多
关键词 自适应模糊c-means聚类 张量不变量 多目标定位 磁梯度张量测量
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可控参量对水面仿生矢量推进器性能影响 被引量:2
12
作者 张仲志 吕建刚 +2 位作者 宋彬 刘金华 赵正龙 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第9期171-179,共9页
针对两栖平台水陆差异式推进机构复杂、水上航速低的问题,首先,基于蛇怪蜥蜴脚掌运动学规律,研究矢量推进器的仿生机理,设计新型水面平台和两栖平台,样机试验达到了推进器气穴式推进以及平台10.6°攻角滑水航行的仿生效果.然后,结... 针对两栖平台水陆差异式推进机构复杂、水上航速低的问题,首先,基于蛇怪蜥蜴脚掌运动学规律,研究矢量推进器的仿生机理,设计新型水面平台和两栖平台,样机试验达到了推进器气穴式推进以及平台10.6°攻角滑水航行的仿生效果.然后,结合ЦАГИ方法,开展了水面平台滑水航行动力学分析,进一步建立了平板旋转绕流模型,在单叶片力学特性和推进器合成分析的基础上,得到了驱动输出对应的最优轮轴高度以及航速与转速协同变化对驱动性能的影响,并进行了试验验证.结果表明:由单叶片三维驱动可推导推进器的周期性输出;轮轴从水面开始升高,托举力和转矩振幅先增大后减小,推力振幅单调递减,三维驱动输出峰值对应不同轮轴高度;推力和转矩整体随航速增加而减小,随转速增加而增大,托举力的变化趋势不同. 展开更多
关键词 踏水奔跑 矢量推进器 平板旋转绕流 可控参量 驱动输出
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差分磁梯度张量测量极限估计 被引量:2
13
作者 李青竹 石志勇 +1 位作者 李志宁 范红波 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第11期1325-1336,共12页
为了研究磁梯度张量系统(Magnetic Gradient Tensor System,MGTS)的理论探测极限,利用磁偶极子正演公式、张量矩阵特征方程和张量不变量推导了差分磁梯度张量测量范围公式,提出了MGTS理论探测极限估计方法。利用磁梯度张量空间衍生不变... 为了研究磁梯度张量系统(Magnetic Gradient Tensor System,MGTS)的理论探测极限,利用磁偶极子正演公式、张量矩阵特征方程和张量不变量推导了差分磁梯度张量测量范围公式,提出了MGTS理论探测极限估计方法。利用磁梯度张量空间衍生不变关系定位方法估计目标体磁矩,并利用差分计算原理在背景场静态采样中估计MGTS的张量分量测量准确度。利用提出的方法估计现场MGTS的理论探测极限。滑动磁性物体远离MGTS并进行连续采样,记录张量信号实际可观测范围并对估计结果进行验证。结果表明,MGTS的理论探测极限与基线距离d、测量准确度q、目标磁矩强度M、观测点与目标磁矩间夹角θ等有关;d越长,q越高,M越大,MGTS理论可探测距离越远;d越长,观测距离越近,MGTS测量的理论误差越大;探测距离在MGTS平行于磁矩方向时最大,在垂直于磁矩方向时急剧减小。实验表明,平面十字形MGTS针对4个典型磁铁的探测极限估计准确度为±0.4 m。 展开更多
关键词 磁梯度张量 差分测量系统 探测极限 目标定位
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变角度水面矢量推进器性能分析 被引量:1
14
作者 吕建刚 张仲志 +2 位作者 宋彬 赵正龙 刘金华 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第2期419-426,共8页
现行大方形系数两栖平台在水中排水航行,受到"兴波阻力墙"的影响,速度难以提高。为了减阻提速,以蛇怪蜥蜴为仿生对象,提出了一种变角度的水面矢量推进器,通过角度和转速控制,实现了驱动力矢量输出的新模式;增加了托举力和转... 现行大方形系数两栖平台在水中排水航行,受到"兴波阻力墙"的影响,速度难以提高。为了减阻提速,以蛇怪蜥蜴为仿生对象,提出了一种变角度的水面矢量推进器,通过角度和转速控制,实现了驱动力矢量输出的新模式;增加了托举力和转矩驱动,为平台水上低阻高速航行提供了新思路。进一步结合PISO算法和两相流瞬态分析,建立了推进器的流体动力学模型,分析了运动参数和结构参数对三维驱动输出的影响,并进行了试验验证。结果表明:叶片角度从0°到90°增大,实现了驱动力输出角从-6.85°到51.95°的矢量连续变化,且存在驱动均衡输出区间[40°,60°];托举力与轮辐长度呈线性关系,且推进力、转矩与轮辐长度呈二次函数关系;随转速增加,驱动输出增加,转速为5 r/s时因流场恢复能力不足导致频率为转速的2倍;托举力随轮毂宽度、直径的增加而减小。研究结果为深入开展推进器驱动调节和平台航行控制打下基础。 展开更多
关键词 两栖平台 减阻 仿生 矢量推进器 试验
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基于形状匹配优化设计的仿生叶轮力学性能分析 被引量:1
15
作者 白向华 吕建刚 +1 位作者 毛保全 徐振辉 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2018年第10期1189-1197,共9页
通过研究蛇怪蜥蜴踏水过程和仿生试验分析,构想出新型非直板型的仿生叶轮机构,基于计算流体力学理论构建动力学模型,运用基于欧拉网格的流体体积法和动网格技术,通过求解多相体积分数的连续方程实现力学模型的最终求解。通过研究四种类... 通过研究蛇怪蜥蜴踏水过程和仿生试验分析,构想出新型非直板型的仿生叶轮机构,基于计算流体力学理论构建动力学模型,运用基于欧拉网格的流体体积法和动网格技术,通过求解多相体积分数的连续方程实现力学模型的最终求解。通过研究四种类型仿生叶轮在不同参数下的力学特性及其变化规律,为仿生叶片的最优化设计提供技术基础。 展开更多
关键词 仿生叶轮 水动力性 叶片设计 计算流体力学
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