基于虚拟中心电流法的 HL-2M快控电源数学模型

针对中国环流器2号M(HL-2M)装置中用于核聚变物理实验等离子体的垂直不稳定性控制的快控电源拓扑结构，充分考虑线圈的自感与互感对输出的影响，构建出数学模型，首次提出并运用虚拟中心电流法，使得控制算法更加简单，采用多输入多输出的控制方法，利用2个参量控制3个变量。本文基于基本供电方案得到多线圈耦合电压，基于快控电源拓扑推导出快控电源电路方程，再将其合并得到最终的线圈电压数学模型，最后进行仿真验证。结果表明数学模型搭建正确，为今后进行进一步计算提供了坚实的基础。     

等离子体激励器的静特性与高速特性仿真研究

A parametric study of high-frequency plasma jet actuator was carried out, using the experiment- tally measured energy distribution law of arc discharge as an ideal heat source. The influence of the exit angle of the actuator on the flow field was explored. The jet flow field characteristics of the spark discharge actuator under supersonic flow (Ma0=2.0) were investigated. The results show that the energy density of heat flux increases and the jet front and forward shock wave moves faster with the decrease of discharge region, and the smaller the exit angle of the jet is, the stronger the momentum injection ability of the actuator along the flow direction is. The rule still applies under high-speed air flow conditions. Compared to the static condition, the momentum injection capability of the jet is stronger and the influence domain is larger under supersonic flow conditions.     

适用于等熵流动的交错拉氏Godunov方法

为消除传统单元中心型Godunov方法在求解稀疏波问题时的非物理过热现象，发展一种适用于等熵流动的交错拉氏Godunov方法.主要的特征是采用速度与热力学变量交错分布的形式，避免在单元内进行速度平均，从而消除由于动量平均过程导致的动能耗散.与传统的von Neumann型交错网格方法相比，网格的边界通量由节点处的多维黎曼求解器提供，克服了多维人工粘性选取带来的困难.为减少多维黎曼求解器在求解稀疏波问题时的非物理熵增，给出稀疏波出现的合理判据，从而保证了热力学关系式的满足.数值实验表明：该方法能很好地消除稀疏波的过热现象，同时在求解激波问题时又能保持与传统单元中心型拉氏方法相同的激波捕捉能力.     

基于正弦控制因子的Lateral变异鲨鱼优化算法

针对传统鲨鱼优化算法在求解高维目标函数时,易早熟收敛,陷入局部最优的缺陷.提出一种基于正弦控制因子的Lateral变异鲨鱼优化算法.通过正弦曲线的特性和自适应惯性权重,改善了传统鲨鱼优化算法中由于随机选取控制因子数值大小可能导致算法在迭代后期全局搜索能力降低的问题,提高了算法在迭代后期的全局收敛能力,并对最佳鲨鱼位置引入Lateral变异策略,加强了算法跳出局部最优的可能性.改进后的算法对多个shifted单峰,多峰以及固定维测试函数进行求解,实验结果表明,对比多种不同优化算法而言,本文所提LSSO算法具有更高的收敛精度和搜索速度.     

质子治疗装置动态电源控制系统研发

针对质子治疗装置中主环动态电源多平台能量的引出需求,研制了基于开源平台的高速实时动态电源控制系统,该控制系统以开源平台Beaglebone作为顶层硬件接口,以现场可编程逻辑门阵列(FPGA)为核心的控制器作为底层硬件接口,采用分布式的实验物理及工业控制系统(EPICS)进行远程控制。该系统可实时传输任意动态电源的输出参考电流波形数据,并结合定时系统与联锁系统,控制动态电源按预设电流波形进行输出,并实现多平台能量的引出。实验结果显示该控制系统能实现每秒最高十万条指令传输,百万次数据传输零误码率。同时,该系统结构灵活、扩展性强,可作为通用控制平台。     

高温超导无绝缘线圈励磁电压特性研究

本文通过实验研究了焊锡浸渍、励磁电流PI控制、励磁速率以及励磁幅值对高温超导无绝缘线圈励磁电压特性的影响。实验结果表明:高温超导无绝缘线圈励磁电压具有时延特性,焊锡浸渍、励磁电流PI控制分别会增大和减小时延特性,而励磁速率和励磁幅值不会影响时延特性;励磁电压幅值随励磁速率增大而增大;焊锡浸渍可降低励磁电压幅值,而励磁电流控制对励磁电压幅值影响不明显。     

多路Marx并联高压脉冲电源研究

脉冲功率技术在工业和生物医学领域有着广泛的应用,很多应用场合要求输出数百安培的高压脉冲。固态Marx发生器虽已研究多年,但是被广泛采用直插封装的IGBT和MOSFET功率半导体开关管的额定电流通常都低于100 A,无法满足低阻抗负载的应用需求。为提高输出脉冲电流幅值,提出两种多路Marx发生器并联的脉冲电源的拓扑结构,第一种方案采用多路Marx发生器直接并联,第二种是共用一组充电开关管的多路Marx发生器并联。由FPGA提供充放电控制信号,采用串芯磁环隔离驱动方案实现带负压偏置的同步驱动,主电路选用开通速度快、通流能力强的IGBT为主开关的半桥式固态方波Marx电路。实验结果表明,6路16级Marx直接并联的脉冲发生器能输出重频100 Hz高压方波脉冲幅值可达10 kV,在30Ω负载侧输出峰值电流可达300 A,上升时间230 ns。共用充电开关管的6路4级Marx并联发生器在5Ω电阻负载上的输出电流峰值可达300 A,最大输出电流可达460 A,上升时间272 ns。表明多路Marx发生器并联可以有效地减小系统内阻,提高系统带载能力;改进后的并联方案实现大电流脉冲输出的同时,所采用的开关管数量减小近一半,提高了系统的抗干扰能力的同时,降低了脉冲电源的成本;且增加级间并联导线可进一步改善均流效果。     

基于PLC 的中央空调制冷系统变频控制研究

针对现有中央空调系统能源消耗严重的现状,基于可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)对中央空调系统进行变流量节能改造。分析改造后中央空调系统的结构组成和变频运行原理,并提出适用于冷冻水泵和冷却水泵的分段速温差控制和PID温差控制设计方案。控制硬件选用三菱FX3U系列PLC和台达VFD-EL变频器,软件选用GX Work2编程软件及力控组态软件。将控制方案进行实验验证,实验结果表明,所设计的两种控制策略不仅跟随系统末端负荷变化快速达到稳定运行状态,提高运行能效比,而且节能效果显著,节能率分别为40.2%和48.7%。     

基于氧化石墨烯的长周期光纤光栅的全光控制

实验验证了一种通过将氧化石墨烯分散液沉积在长周期光纤光栅的全光控制的相关研究。通过外加的垂直泵浦光的作用,氧化石墨烯吸收泵浦光产生热量,改变长周期光纤光栅的包层模式的相位差,由于热膨胀的作用改变了氧化石墨烯所覆盖部分的光栅周期,使得谐振谱发生了移动,其最大调制深度可达10.6 dB,谐振谱最大可红移12.8 nm。通过实验发现,沉积相同浓度氧化石墨烯分散液的次数影响实验结果,通过在相同光栅的相同位置分别沉积三次,发现沉积三次可以在光纤表面获得更加均匀的氧化石墨烯膜,进行了时间响应的测试,其中沉积三次后的长周期光纤光栅的响应速度可达0.61 ms,沉积多次氧化石墨烯分散液可以在光纤表面沉积得更加平整均匀,从而获得更大的导热性能。     

电枢膛内高速运动控制仿真与试验

电磁轨道发射的过程中，电枢在膛内高速运动时会受到电磁力、电枢初始正压力、摩擦力、空气阻力、烧蚀阻力等多种因素影响，电枢的出口速度呈现出在一定范围内波动的特征。为了提高电枢的出口速度精度，针对膛内电枢与轨道摩擦不均衡性和烧蚀程度不确定的特性，综合考虑脉冲成形网络的电路模型与电枢的动力学特征，建立了电枢在膛内的运动开环控制仿真模型。通过仿真，得出了脉冲电源模块触发时刻与电枢出口速度之间的关系，提出了电枢出口速度闭环控制模型，探究了电枢出口速度控制可行方案。结果表明:应用闭环控制算法，可实现对电枢出口速度的精确控制。