动力系统分析第1篇

1柴油机的数学仿真模型

涡轮增压柴油机是一个复杂的系统,当柴油机突然加负荷或突然加速时,由于增压器和柴油机之间是靠可压缩的废气来传递能量以及增压器本身的动力惯性,增压器转速不可能很快增加,那么压气机所能提供的空气量在短期内就不能满足突然增加的燃油完全燃烧的需要,这就是增压器的惯性滞后对柴油机系统运动过程的影响。在建立这个系统的数学模型时,要得到一个精确的描述是很困难的。本文采用“准稳态”建模方法建立柴油机仿真的数学模型。柴油机的准稳态模型是把柴油机的动态过程看成一系列的稳态过程组成,忽略进排气管的存储容积对动态过程的影响。

本文对“准稳态”模型作以下几个假设:柴油机系统中任何存储容积对动态过程影响忽略不计;柴油机的输出扭矩和排气温度(涡轮前温度)仅与柴油机燃烧过程中的空燃比和转速有关。它们可以用经验公式表示,不进行缸内过程计算。

该柴油机准稳态模型包括压气机、中冷器、涡轮、流量函数、柴油机本体诸环节。其基本模型如图1所示。

2仿真结果及分析

12VPA6柴油机按标准螺旋桨特性工作的6个稳态工况点的计算结果和试验数据的对比见表1。

比较结果表明:在高负荷时计算误差比较小,而在低负荷时,计算误差比较大。这种情况出现的主要原因是低负荷时候试验数据比较少,而且试验数据的离散程度比较大,经验公式在低负荷的某些工况有一定的偏差,但是在整个功率范围内计算误差一般都在5％以内。另外从仿真结果中我们还发现12VPA6柴油机在700rpm～800rpm转速范围内空气流量偏小,这样对柴油机的动态过程有一定的影响。

可以看出,仿真得出的稳态航速和实际航行结果基本相同,稳态误差在6％以内。因此,稳态仿真的计算结果有较好的精度。在相同的转速下,计算值一般比实际航行值略偏大,一方面是由于本文仿真计算的条件是标准海况,实际航行条件是三级海况;另一方面是由于仿真计算时候排水量是按515t计算的,而实际航行的排水量是533t～540t。

3结语

运用数值计算软件Matlab/Simulink建立仿真系统对船舶柴油机推进系统进行仿真分析,并对其做出相关的修正,通过与母型船相关资料的比较,能够对柴油机的稳态性能有很好的研究,同时为后续的动态性能的研究提供了必要参考依据。避免了采用实验方法而带来的很大的资金、人员和时间的浪费。

动力系统分析第2篇

关键词：汽车；热管理；动力舱；数值分析

中图分类号：U463文献标文献标志码：A文献标DOI：10.3969/j.issn.2095-1469.2012.01.002

Methodology for Thermal Analysis of Multi-system in Engine Underhood

Gao Qing1，2，Qian Yan1，2，Ge Fei3，Y.Y.Yan4

（1. State Key Laboratory of Automotive Simulation and Control，Jilin University，Changchun，Jilin 130025，China；

2. College of Automotive Engineering，Jilin University，Changchun，Jilin 130025，China；

3. R&D Cent.，China First Automobile Works Group Corp.，Changchun，Jilin 130011，China；

4. University of Nottingham，Nottingham NG7 2RD，UK）

Abstract：The thermal control of automotive power supply system and air conditioning system is one of core problems of vehicle thermal management. for the traditional internal combustion engines, the multi-system thermodynamic processes in engine underhood deal with water jacket cooling, air conditioning, supercharger intercooler, oil cooling, etc. This paper sums up the technology development and progress on the vehicle thermal management, discusses the current status of the underhood thermal flow and heat transfer analysis and further indicates numerical model establishment, simulation analysis and calculation method, including one dimensional（1D） analysis, three dimensional (3D) analysis and lumped parameter analysis. By analyzing the basic model of computational fluid dynamics（CFD） platform, these works will provide support and help for promoting the progress of vehicle thermal management analysis.

Keywords：vehicle；thermal management；underhood；numerical simulation

汽车动力舱内部结构复杂，半封闭的空间内包含了车辆的动力及传动装置、冷却系统，以及汽车空调系统等整车重要组成部分。当前，能源危机日益严峻，对汽车燃油经济性以及排放的要求也越来越高。为了解决这一问题，许多新技术和新装置应运而生，这些装置使动力舱内的位置更加紧凑、复杂。在运行状态下，各系统的热状态之间难免产生相互影响，不利于各系统的散热。因此，动力舱内的热流动问题以及研发更加高效的热管理系统，已经成为改善车辆散热性能、提高整车动力性的关键[1-3]。

无论是常规发动机汽车，还是新能源电动汽车，其热管理的两大核心问题都是动力源温控与汽车空调系统，以及协同控制问题。通常，它们的热过程交织在动力舱内，发生复杂的热交互影响。因此，其合理有效的匹配设计一直困扰着工程师，也制约着汽车动力性、经济性、排放性和舒适性的进一步提高。因此，基于汽车热管理发动机冷却设计和空调设计的集成开发具有很大的技术空间和潜力。

20世纪80年代，国际上一些著名汽车公司就开始关注将汽车热管理分析融入新产品开发设计中，美国汽车工程师学会（SAE）每隔两年召开一次车辆热管理系统国际会议[4]。近年来，我国也开始关注汽车热管理技术的发展，特别是动力舱内多系统热流体力学分析等问题，并在发动机冷却系统和空调设计中，逐步解决实际问题。

早期动力舱热管理分析手段主要是传统的试验方法，一般需要进行整车试验，虽然得到一些试验结果，但是试验条件和分析项目有限，耗用大量的人力物力，试验周期长，不利于开展更广泛的研究。近年来，随着计算机技术发展，数值计算和模拟仿真工具发展相对完善，使数值模拟技术的应用已经成为动力舱热管理技术的主要手段，并取得了突破性进展[2]。利用一维以及三维CFD软件对动力舱进行热流动模拟仿真分析，不但能够克服试验方法的局限性和各种困难，而且得到的结果准确性也越来越高，特别在一些细节上更为直观，更利于研究和解决实际问题。

为此，本文通过总结作者相关工作，系统归纳当前汽车热管理中动力舱热分析技术的发展形势和趋势，以及数字化仿真分析的基本方法，进一步认知动力舱多系统热力学问题，为推动汽车热管理分析平台建设提供支持和帮助。

1 动力舱热流动数值模拟方法

当前汽车动力舱热流动分析数值模拟方法主要包括一维分析和三维分析。其中的热管理系统模型包括5个主要部分：空调循环系统（Air Conditioning Circuit）、发动机冷却循环系统（Engine Cooling Circuit）、空气侧机舱循环系统（Underhood Airside Circuit）、发动机系统（Engine Lubrication Circuit）和进、排气系统循环（Intake and Exhaust Circuit）。

从一维分析到三维分析，再到一维多系统耦合分析，以及工业化设计，国际先进汽车制造商无不加强计算机辅助开发，进行多系统间的相互作用和影响分析，使设计流程越来越接近更加客观的复杂情况，同时处理多项方案，在简化试验过程的基础上，结合试验过程，评估多项设计方案，实现数字模拟技术的完善。目前国际先进的汽车热管理及其空调一体化设计开发平台通常更加重视数字化设计工作的建设，同时也希望指导汽车空调等系统的精细设计与开发。

1.1 一维仿真方法

动力舱热流动问题分析的一维仿真方法是从整体角度出发，从工业设计和开发的角度，着重分析各个系统之间的相互影响。目前应用于车辆热管理的一维仿真软件主要有英国Flowmaster International公司开发的FLOWMASTER一维设计分析平台，奥地利MAGNA公司开发的KULI一维设计分析平台，比利时LMS公司的AMESim一维设计三维分析混合平台以及美国Gamma Technologies公司的GT-COOL一维仿真平台等。

1993年，通用汽车公司的研究者们基于一维空气流道假设建立了一种工程分析方法，它利用少量数值模拟和试验数据，对更多工况冷却空气流量进行预测分析，但该方法无法准确考虑存在复杂回流的情况[5]。1999年，VALEO发动机冷却实验室研究者基于一维空气流动计算方法，分析了散热器尺寸、风扇尺寸、风扇罩以及车速对轿车冷却系统性能的影响，并与风洞试验结果进行比较，指导发动机舱的布置设计[6]。2001年，Valeo发动机冷却研究所（简称VEC）使用FLOWMASTER建立了动力舱模型，对其提出的降低油耗量和尾气排放的电子控制单元（Electronic Control Unit，ECU）控制策略进行了模拟，证明了模拟计算结果指出的控制方法可以使油耗量和尾气排放量达到最低[7]。

近年来，国内也进行了一些相关研究。2008年，上海交通大学研究者利用仿真软件AMESim建立发动机各子模块和仿真模型，着重建立发动机系统仿真模型开展分析，并利用试验台架对发动机系统仿真模型进行验证，其中利用系统仿真模型进行机油泵优化设计，并与原机油泵的相关参数进行对比，结果证明优化后的机油泵更加合理[8]。2009年，同济大学研究者以某重型柴油机为原型，利用KULI软件建立了发动机冷却系统模型，进行了瞬态工况下冷却液温度以及油温度变化的仿真研究[9]，获得了良好结果。

1.2 三维数值模拟方法

事实上，一维分析更加关注性能分析和因素关联性表征，而三维分析更有利于现象行为分析、微观细节表征和数值试验预测。因此，三维仿真方法与一维仿真方法相比，动力舱热流动问题分析的三维数值模拟方法更加注重细节，可以关注系统的细节和局部分析，指导工程设计。应用于汽车热管理分析的主要三维软件有美国Thermo Analytics公司与福特汽车公司联合开发的新一代高级热管理设计与分析工具RadTherm，美国ANSYS公司集成的CFD高级流体仿真软件FLUENT以及CD-adapco Group公司开发的复杂流动的流体分析商用软件包STAR-CD等。

1999年至2000年，通用汽车公司Damodaran[10]等人和雷诺汽车公司Gilliéron [11]等人使用FLUENT软件对发动机舱内流场和温度场进行预测，通过风洞试验进行验证，探讨了使用计算流体力学方法解决发动机舱热问题的可行性。2002年，通用汽车公司的Yang Zhigang和德尔福汽车系统公司的James等人使用三维数值模拟方法，对汽车前置冷凝器、散热器和风扇模块的排列方式进行了研究，对各种设计下发动机舱内的流场和温度场进行了比较分析[12]。2007年，Tai [13]通过CFD方法分析了进气格栅形状及位置，以及多孔介质模型参数设置对流场形状的影响，并与一维计算结果进行了耦合分析，提供了车辆前端设计的方法。2009年，Subramanian[14] 对舱内散热空气回流进行了研究，由于舱内布置形式不合理，导致散热器出口处的空气形成的回流，造成散热器散热能力较差，通过改变动力舱结构，防止回流产生，使散热器保证良好的散热效率。

国内方面，2004年，东风柳州汽车有限公司研究人员使用CFD软件对某型两厢车发动机舱的高低速流动进行了三维数值模拟，得到发动机舱流动特征、散热能力及结构改进建议[15]。2005年，华中科技大学研究人员[16]使用FLUENT软件计算汽车外流场与发动机舱内流场，以及发动机舱的散热特性和温度场特性，利用发动机舱空气最高温度值判别温度状态是否满足设计要求。

2 动力舱三维基本模型

动力舱内包含多个系统及装置，主要是以换热器和风扇为主的单元形式。为使三维模拟接近实际，必须抓住这些装置的主要特征，有针对性地采用软件中的基本模型及模块进行模拟，本文主要针对FLUENT软件中的模型，归纳以下的模拟方法。

2.1 热交换器

动力舱中具有热交换性质的装置包含空调系统的冷凝器，涡轮增压系统的中冷器，发动机冷却系统的散热器等。这些装置一般具有多翅片、多管路和狭小缝隙特征。在动力舱模拟过程中，难于对其具体结构以及特征进行有效仿真，但它们宏观共性均具有压降特性的通气形态，同时冷热流体互换，一种流体将热量传递给另一种流体。借助该显著特征，三维模拟主要采用4种基本模型对热交换器单元的流动及换热过程进行三维模拟，分别为散热器模型、多孔介质模型、多孔跳跃模型以及换热器模型。

2.1.1 散热器模型

散热器模型（Radiator模型）是一种对热交换单元简化的模型，即不考虑模型厚度，热交换元件被假定成一个无限薄的面，只对其速度与压降特性以及换热特性进行模拟，以便突出体现热交换。散热器模型是将压降和热交换系数作为散热器法相速度的函数而定义其数学模型。

华中科技大学研究者[16]曾在货车内流场分析中，对冷凝器、中冷器、散热器都采用了这种模型，通过试验数据拟合出压强损失系数与速度的关系式以及散热系数与速度的关系式，以模拟散热器特性。2009年，索文超等[17]将散热器简化，定义压力损失系数为多项式，并输入散热器单位面积的散热量来进行模拟。

2.1.2 多孔介质模型

多孔介质模型（Porous 模型）是近年来用于对动力舱内热交换单元进行模拟的重要手段，模拟分析中假设热交换单元如同多孔介质，实现有形模拟，达到冷热流体换热，通过输入惯性阻力系数、粘性阻力系数等参数以及多孔介质固体部分的体热生成率等参数来定义通过多孔介质后流体的压降及热交换特征。

丁铁新等[18]对装载机整车罩壳内的散热器用多孔介质模型进行了模拟，多孔介质的物性通过液压油散热器试验确定。同时，毕小平等[19]对换热器芯体应用了多孔介质模型，通过输入空气流过多孔介质时的压力损失和多孔介质向空气的散热量进行了模拟。

2.1.3 多孔跳跃模型

多孔跳跃模型（Porous Jump模型）实际上是多孔介质模型的一维简化，类似于模拟已知速度与压降特性关系的薄膜，与多孔介质模型相比，多孔跳跃模型的收敛性和稳定性较好，节省计算资源[20]。其具体过程也是将模型简化为无限薄面，通过介质表面渗透性、压力跳跃系数等参数体现多孔跳跃介质的特征。

西北工业大学研究者[21]利用多孔介质的Darcy定律，结合风阻性能试验，得到多孔跳跃介质表面渗透性和压力跳跃系数，对散热器进行了模拟。2009年，袁侠义等[3]采用同样的方法模拟了动力舱内的散热器冷凝器等。

2.1.4 换热器模型

换热器模型（Heat Exchanger模型）可分两种，分别为传热单元数模型（Number of Transfer Units，NTU）和简化效率模型。前者的NTU模型中，不考虑冷却剂的相变，即可以用于模拟散热器、中冷器等单相流情况；后者的简化效率模型中，冷却剂性质可以被定义为压强和温度的函数，因此可以计算相变换热器，如空调冷凝器。

在换热器模型中，冷却剂的温度是沿流动方向变化的，可将热交换器划分成一些传热单元，通过定义冷却剂路径、冷却单元数量、冷却剂性质以及压降等参数来逐个对每个传热单元进行计算，最终得到整个热交换器的流动及换热特性。这种方法与上述几种计算热交换器的方法相比，考虑了冷却剂侧的流动与外部空气侧传热耦合效应，使模拟结果更贴近实际。

清华大学研究者[22]曾将散热器划分为多个计算单元区域，应用效能－传热单元数（ε-NTU）法进行换热计算。这种计算方法可以考虑到冷却剂温度沿流动方向的变化。2009年，周建军等[23]对散热器的热力学特性采用了换热器模型结合试验数据进行模拟，而其阻力特性采用了多孔介质模型，获得较好的分析结果。

2.2 风扇

动力舱内的风扇起着组织舱内气流，引导气流通过热交换元件的重要作用，气流通过风扇后有一个压升，一般采用的传统方法是以风扇性能曲线对风扇进行模拟。若考虑到风扇的转动对于流场产生的影响，目前在FLUENT中可采用MRF模型（Moving Reference Frame模型）或者滑移网格模型（Moving Mesh模型）。

2.2.1 风扇模型

风扇模型（Fan模型）是将风扇的几何特征和流动特征参数化，简化成一个无限薄的面，模拟风扇对流场的影响。在风扇边界条件中，风扇一般以风扇性能曲线，即静压与流速的函数关系曲线，风扇中心和旋转轴位置，以及径向速度和切向速度来模拟风扇流动特征。Fan模型具有计算速度快、稳定性高的特点。但Fan模型的缺点是其很依赖前期的试验数据，而这些试验数据又受试验时的环境和条件的影响[24]。

目前，对于风扇的模拟基本上都采用了风扇模型这种方式进行。

2.2.2 MRF模型

MRF模型（Moving Reference Frame模型）是一种定常计算模型，认为网格单元做匀速运动，这种方法适合计算区域上各点的速度等特征基本相同的问题，例如旋转的风扇。MRF模型是最简单的用于处理模型中有运动物体存在的一种方法。在使用MRF模型时，需要对计算域内的不同运动方式的子区域进行划分，单独对每个子区域进行运动方式的控制，子区域间可通过相接面进行数据交换。与Fan模型相比，MRF模型可获得更多的信息，如叶片上的流场、风扇特性、风扇效率以及叶片上的载荷分布等。

德国贝尔公司Knaus等[25]曾使用MRF模型，通过对动量方程添加科式离心力的方式对风扇进行模拟。丁铁新等[18]在对风扇模拟的几种方法进行比较之后，对风扇叶片等细节未做较大简化，直接用MRF模型进行模拟也得到了较为满意的结果。

2.2.3 滑移网格模型

滑移网格模型（Moving Mesh模型）是用于模拟风扇旋转效应的另外一种方法，采用这种方法计算出来的流场就是实际的流场，可以实时地观察到风扇的空间位置变化[18]。但与MRF模型相比，这种方法的计算时间长，计算量大，目前还是比较难于把握。

2.3 其它部件

在动力舱内部，还存在着一些辅助的部件，膨胀水箱、蓄电池以及发动机进排气装置等。一些塑料元件可以当作绝热边界来进行处理，而金属元件可以先给定一定的固定温度，从模拟计算的结果中，提取出相应位置的散热量，再将其作为边界条件，重新进行计算[26]。或者也可当作固定热源处理，给予一定的体积热源。

3 一维与三维联合应用

一维仿真计算周期短，可控性强，可从整体角度把握系统，研究系统中各部分间的影响关系和关联特性。而三维数值模拟计算关注细节和微观现象，可以观测到一维仿真无法观测到的局部情况，如面体内的流场、温度场、速度场等，观察到一些因素的作用和趋势。随着计算机资源的提升，计算方法的进步，以及客观工程分析要求，越来越多采用一维与三维联合应用。动力舱热流动分析数值模拟的趋势是将一维仿真与三维模拟计算结合起来，发挥两者的优势，从而达到更好的模拟效果[27]。

奥地利的AVL公司致力于将热管理系统内外流动联合仿真，在热管理系统空气侧流场使用SWIFT软件，热管理系统模拟使用一维热流体系统分析软件FLOWMASTER，发动机缸内燃烧和水套内流动使用三维热流体数值模拟软件 FIRE，并通过 CRUISE软件实现一维和三维系统计算数据的交换和衔接[2]。

英国MIRA公司和 JAGUAR公司利用 FLUENT

计算了发动机舱内流动与传热，使用 FLOWMASTER对冷却系统循环进行仿真，使用GT-POWER对发动机工作过程进行模拟，并将3个密切关联、相互影响的计算系统的边界条件和计算结果进行整合，各自的模拟结果为其它部分的计算提供边界条件，交换数据，互相修正，系统地研究了热管理系统性能和发动机舱内的流场以及温度场分布[28]。事实上，随着汽车和发动机数字化工程的发展，逐步完善的发动机过程仿真、空调过程仿真及整车行驶热空气动力学过程仿真等促进了动力舱多热力系统模型分析方法的不断进步。

4 结论

动力舱是车辆的重要的组成部分，也是汽车热管理涉及的主要问题。动力舱散热直接影响整车的动力性及经济性，致使动力舱热流动分析越来越受到重视，也成为评估和优化整车性能的重要途径。动力舱热流动分析涉及复杂的流动、传热、发动机工作过程、空调运行过程，以及环境热舒适性等诸多问题，面临多系统交互和性能制约，既要从全局角度进行掌控，也要从局部细节进行具体分析。一维与三维联合仿真是未来汽车开发设计的发展需求，因此集成各个系统之间耦合分析必将是未来的发展趋势。

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动力系统分析第3篇

关键词:行星齿轮;刚柔耦合;动力学

0引言

行星齿轮传动具有传动比大、体积小、承载能力强、传动的效率高等优点，因此已被广泛应用于风力发电、航空、起重运输等行业的机械传动系统。但是，经常处于低速重载的恶劣环境下工作会造成齿轮发生点蚀、裂纹、断齿等故障。故障会造成振动增加进而影响整个机械系统的运行，这不仅会造成经济上的损失，甚至会造成灾难性的后果。因此，对行星齿轮传动系统的动力学特性进行研究具有重要意义。利用ADAMS建立了风电齿轮箱传动系统的刚体模型，分析了啮合齿轮接触力随时间的变化曲线;文献［3］使用刚柔耦合模型仿真得到了齿轮箱体振动分析及轴类零件疲劳寿命的预测;考虑了阻尼和摩擦作用在虚拟样机仿真中对齿轮传动的影响;将轴等效为由多个弹性连接的离散刚体组成的刚体系统进行运动仿真，得到齿轮啮合特性曲线，但与实际轴的柔性还存在差距;综合考虑了时变刚度、啮合阻尼、传递误差等因素进行了多级齿轮传动系统仿真;对某船用行星齿轮进行刚柔耦合仿真，将太阳轮和行星架设为柔性体，分析了太阳轮断齿故障特征。目前对行星齿轮系统的研究主要集中在动力学建模、信号处理等方面，在工程应用方面的研究还很匮乏。风电机组长期处于高速重载，故障发生率较高，实现即时故障诊断及维修的需要更加迫切。对行星传动的故障机理目前还不够清晰，并没有广泛认可的故障机理，针对齿轮的故障诊断研究大多以单对直齿或斜齿轮为主，对结构复杂的行星传动系统大多进行刚性动力学分析。为掌握故障行星轮系动力学特性，本文以某型风机行星齿轮传动系统为例，使用Pro/E建立三维实体模型，利用有限元ANSYS软件进行中速轴和高速轴的柔性化，最后用动力学软件AD-AMS进行行星齿轮传动系统动力学分析。对刚性模型和刚柔耦合模型的故障动力学响应进行了对比，总结分析了刚柔耦合模型的实际应用价值。

1模型建立

1．1实体模型的建立

Pro/E可以实现参数化设计，即通过改变零件的参数就可以得到不同形状或大小的零件，例如齿轮，通过改变齿轮的模数、压力角、螺旋角等参数，就可以得到不同型号的齿轮。但是，对于风机齿轮箱这种复杂结构的动力学分析，Pro/E在功能上明显要比动力学专门软件AD-AMS弱。本文的行星齿轮传动系统由3级构成:行星级、中速级、高速级。建模参数如表1所示。在Pro/E软件中建立齿轮模型并进行无干涉装配，完成装配后检查模型是否有干涉现象，确保无干涉。

1．2虚拟样机模型的建立

在ADAMS中对风电机组齿轮箱传动系统模型进行添加约束，行星级传动:行星架、太阳轮相对于地面的旋转副，各行星轮分别相对于行星架的旋转副，齿圈相对于地面的固定副;中、高速级传动:齿轮相对于旋转轴的固定副，旋转轴相对于地面的旋转副;齿轮与齿轮之间添加实体—实体的接触副，在输入端行星架上添加驱动副，为了模拟齿轮箱的工作环境，需要在输出端添加额定负载转矩。齿轮之间由于相互接触会产生力，即接触力。在ADAMS中，运用冲击函数Impact来计算接触力，齿轮与齿轮之间的接触力主要包括两部分，即弹性力与阻尼力。首先弹性力是由于两个齿轮相互切入而产生，它相当于一个非线性的弹簧;而阻尼力是由于两个齿轮之间产生的相对速度造成的。在这里假设两齿轮之间的齿间距为x，两齿轮不发生接触时(x≥0)，接触力的大小为0;发生接触时(x＜0)，接触力的大小与刚度系数、变形量、非线性指数、阻尼系数和击穿深度这些因素有关。在ADAMS中齿轮接触参数的设置:齿轮传动是靠接触两齿轮的轮齿碰撞接触来实现的，接触参数根据Hertz接触理论及经验数据得到。

1．3刚柔耦合模型的建立

刚柔耦合是多体系统常见的动力学模型，探讨其动力学特性具有重要的意义。多体刚柔耦合系统的运动既有物体的刚性运动，又存在柔性件的弹性变形，这样的运动使得对机械系统的研究更加精准。本文利用有限元软件生成中性文件导入到ADAMS中进行中速轴、高速轴的柔性化。将中速轴、高速轴分别柔性化。其中所涉及的工作主要有:模型的导入、材料添加、网格划分、节点的创建。为了方便处理柔性部件和刚性部件的连接，以及对柔性部件添加载荷与约束，需要对模型添加刚性区域，进而需要引入主、从节点的概念。其中，主节点定义在轴的中心线上，从节点定义在主节点以外的轴面上，主、从节点通过刚性区域进行连接。完成刚性区域以后，其他的刚性部件就可以通过主节点与柔性件进行连接，其他的外部约束也可以通过主节点添加到柔性部件上。对于本文中的中、高速轴分别建立主、从节点，其中，中速轴上分别在轴上齿轮所在的中心处定义主节点，中速轴的外圆节点处定义从节点，主、从节点通过刚性区域连接。同样地，高速轴上也用相同的办法定义主、从节点。建立主节点后，需要对其划分网格与添加质量单元。另一个需要注意的地方就是在ANSYS中网格的划分。有限元网格划分后轴段中心处主节点的周围不一定会有节点，会对柔性件局部刚性化的生成造成困难，为避免该问题，对主节点所在的面进行切分。将在有限元软件中生成的MNF中性文件以接口文件的形式导入ADAMS。运用刚柔互换形式添加柔性构件，对于所需添加的约束，运用之前所建立的节点，将刚柔构件进行连接，并添加约束，得到刚柔耦合模型。

2模型仿真结果与分析

虚拟样机模型中，设定输入转速为20r/min(根据软件默认设置换算为120deg/s)，负载扭矩为5320Nm。为了施加转速和负载时不出现陡变，用step函数使转速和负载在0．03s时间内平缓加载，即转速为step(time，0，0，0．03，120deg)，负载转矩为step(time，0，0，0．03，5320Nm)，设置仿真时间为1．0s。现以刚性模型和刚柔耦合模型得到的仿真结果中的高速级大齿轮啮合力、位移、速度、加速度数据来分析刚性模型和刚柔模型动力学特性的不同。

2．1高速级齿轮啮合力

根据齿轮静态啮合力理论可以计算出齿轮啮合力的理论值为89525N。刚性模型与刚柔耦合模型的高速级齿轮仿真得到的啮合力结果。分析可知:当啮合力平稳以后，刚性模型中，高速级齿轮传动的综合啮合力的均值为89713N，最大值100375N，最小值为81537N;当对中、高速轴进行柔性化后，刚柔耦合模型中，啮合力的均值为89606N，最大值为100116N，最小值为81278N。由以上分析结果可以看出:仿真均值与理论值基本吻合。为高速级齿轮啮合力的局部放大图，由图可以看出:齿轮在啮合过程中，刚柔耦合的齿轮箱传动系统的啮合力幅值波动范围要小于刚性齿轮箱传动系统的啮合力幅值，这是由于齿轮在啮入、啮出时的冲击能量被柔性化的转轴吸收所致。

2．2高速级大齿轮位移

受到转轴的影响，高速级大齿轮中心的X、Y方向振动位移。可以看出转子为刚性时，齿轮在X、Y方向振幅不明显，考虑转轴的柔性后，齿轮中心的位移幅值增加。实际情况中，在齿轮啮合冲击的作用下转轴是会发生变形的，将行星传动系统当作刚性件来处理是与实际不符的;将中、高速轴柔性化处理得到的结果与实际齿轮传动的情况比较相符。

2．3高速级大齿轮的角速度

可知，齿轮传动系统中的高速级大齿轮在刚性传动与刚柔耦合传动中的角速度均在某一值附近波动，经计算两者的角速度的平均值相当。刚柔耦合的齿轮传动角速度的幅值要大于刚性齿轮传动的角速度的幅值。主要是因为在刚柔耦合的模型中，柔性轴的存在缓冲了啮合齿轮之间的冲击，从而使得其角速度的波动幅值相对较大。这也表明齿轮传动中考虑柔性转子时，齿轮啮合传动的规律更加接近齿轮实际传动情况，而且比较平稳，更加符合齿轮传动的设计要求。

2．4高速级大齿轮的角加速度

从时域，刚性模型与刚柔耦合模型的角加速度的有效值大小。角加速度围绕0deg/s2上下波动，这主要是因为齿轮周期性的啮合冲击激励造成的。由时域可以看出刚性模型的角加速度的振动幅值要大于刚柔耦合模型下齿轮的角加速度的振动幅值，说明刚柔耦合模型下齿轮振动较小。其次，在频域上，刚性模型与刚柔耦合模型齿轮的角加速度频域图。第三级齿轮传动的啮合频率为516Hz，齿轮角加速度的频谱图中出现了啮合频率及其倍频;同时，可以看出刚性模型齿轮啮合频率的幅值要明显大于刚柔耦合模型齿轮啮合频率，也说明了刚性模型下齿轮的振动要比刚柔耦合模型齿轮的振动大得多。

3结论

为提高风机齿轮箱仿真精度，本文研究了中、高速轴柔性化后模型的动力学特性。(1)建立了行星齿轮传动系统的刚性和刚柔耦合模型，并进行了运动仿真，通过理论计算传动角速度与仿真得到传动角速度对比，验证了建立模型的正确性。(2)对比分析两种模型仿真运动得到的高速级大齿轮啮合力、位移、角速度和角加速度可知:柔性转轴可以缓冲齿轮的啮合冲击，可以减小传动系统中振动的幅值，动力学仿真模型使用刚柔耦合分析比较符合实际中的齿轮系统传动。因此，行星齿轮传动系统中的轴柔性化处理后再进行虚拟样机的动力学仿真更具有实际运用意义。

参考文献

［1］雷亚国，何正嘉，林京，等．行星齿轮箱故障诊断技术的研究进展［J］．机械工程学报，2011，47(19):59-67．

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［4］钱直睿，黄晓燕，李明哲，等．多轴齿轮传动系统的动力学仿真分析［J］．中国机械工程，2006，17(3):241-244．

［5］王炎，贾长治，韩小平，等．多转子-轴承系统虚拟样机建模及仿真［J］．军械工程学院学报，2007，19(3):50-53．

动力系统分析第4篇

关键词:电力工程；电力自动化；应用

在电力工程中将自动化技术应用到电力系统中不仅能使电力系统的安全运行得到保障，还能让人们的日常用电需求得以满足，从而在根本上让电力系统的管理能力得到提高，保障系统能够供电安全。电力系统在基于科学技术的支持下结合自动化技术，这在很大程度上对电力系统的发展起到了保障作用。除此之外，电力系统与自动化技术的融合除了能够让电力系统自动化管理与监控能力得到提高，使电力系统得以安全运行以外，还能让相关工作人员的工作效率与需求同样得到提高。

1电力系统与自动化技术的概述

1．1电力系统

为了使人们日常用电需求得到满足，作为生产电能中最为重要组成部分的电力系统，其通过合理的传递将完成生产的电能传递给人们使用。另外，对于电力工程中的相关技术、设施及方案都可以总称为电力系统。其主要作用是生产、运输及运用电能。总所周知，电力属于一种能源，然而这种能源最大的缺陷就是在其运行过程中不能存储电能，如果不能在产生电能的过程中对其进行合理有效的利用，就会发生能源浪费的现象。正是为了解决这一问题便出现了电力系统自动化，从而使能源浪费减少，对电力行业的发展起到促进作用。

1．2自动化技术

所谓自动化，主要指的是一种特定的仪器，其在计算机的作用下成产并传递电能以供人们使用。对于计算机而言，其核心技术主要就是具有较高综合性的自动化技术，在对自动化技术进行操作使用时，可以将部分智能性质的硬件作为其基础，从而合理的控制整个电路系统，同时让电能生产工作的质量和效率得以保证。自动化控制系统在通常情况下主要控制和装置电力系统，同时还会组成二者间的监测和控制信息通道。

2电力工程中电力系统自动化技术的要求

对于电力系统自动化技术而言，其要求非常严格，它不仅对电力系统各元器件和元器件之间的协调有要求，同时还对电力设备的寿命提出了要求。首先，在电力运行方面要求能够实时采集和监测整个或电力系统局部运行参数;其次，在元器件方面要求各元器件都能经济实用，并且安全可靠，同时能够提供相关依据在电力系统的控制和调节上，使绝大多数自动化系统可以直接调控电力系统;最后，电力系统自动化还要让电力系统各部分、各级之间能够实现协调，使自动化系统成为电力系统经济、安全运行的保障。

3电力系统自动化技术在电力工程中的应用

3．1智能保护技术与综合自动化技术

我国信息化技术在社会不断发展的基础上其水平得到了不断提高，当然，这其中也包含了自动化技术。当前，我国智能保护技术已在发展过程中有了较大成就，在对其进行使用时可以通过综合自动化分层设施应用与各级电压电站中。为了使电力系统智能保护技术的安全与稳定性得以保证，可以在智能自动化保护设施的基础上，制定出一项包含人工智能技术、微机技术以及自动化技术在内的全新理论。配电网管理在通常的运行过程中可以通过结合自动化技术、通信技术以及计算机技术等，从而使电力系统运行的整体质量得以保证，这在很大程度上促进了电力企业的发展，对供电安全度及效率也起到了强化作用。

3．2仿真技术

仿真技术会对电力系统及其自动化技术在运行期间所产生的大量数据信息进行部分分析，并从其中将有价值的数据信息找出来，再合理的进行利用。同时，为了合理的对电力系统进行控制，可以在实际使用仿真技术时利用其对电力系统运行稳定性的保障作用，进行电能实验工作，并且可以通过分析电力系统的运行现状来对相应的监控设备与系统进行设置，通过这些操作才能建立起一个全新的实验环境。

3．3PCL技术

作为计算机技术与机电碰触控制技术重要组成部分的PCL技术，在其运行过程中可能会有电能生产出来并被存储，从而保证能够顺利进行编辑程序工作。首先，在实际运行PCL技术期间生产电能问题将得到有效解决，能够顺利进行电力系统自动化工作。其次，同传统的电力系统相比，PCL技术在灵活性、可靠性及稳定性方面都要高出一筹，并且PCL技术的应用还能使能源的损耗得以降低。

3．4计算机技术

在电力系统中处于非常重要的位置的计算机技术是其关键组成部分，计算机在电力系统的实际运行过程中可以扩大其运行范围，同时可以使电力系统输配电和发电量工作质量及效率得到保证。与此同时，在电力系统中应用计算机技术还能够对自动化技术的发展起到促进作用。

4电力工程中电力系统自动化的发展

4．1自动化水平更加的综合性发展

在未来电力系统自动化的发展过程中，其发展方向将不断向着集成化及智能化发展，这里所说的集成与智能化主要是指电力自动化的基本功能能够实现，而尤其关键的一点是能够使电力系统智能化实现及时掌握信息功能，对出现的大部分故障能够及时发现并采取相应解决措施，在最到程度上让损失减到最小。同时，能够将收集数据信息与信号处理技术结合起来，从而简化分布系统。另外，发展智能化可以让劳动量减少，解放人手，这在电力部门方面就能够让维修工人的就业减少，从而使资金得到节省。

4．2在配电系统中使用载波通信技术

目前，对于配电系统来讲最常见的技术之一就是通信技术，而在现代通信技术发展过程中光纤技术又因其自身所具有较高稳定性及传输速率等特点成为关注行业内的焦点，对光纤技术的应用将会是未来电力系统中一种非常有效的措施，然而，对光纤技术的使用需要较高的成本，且只有很小的实施可能性，所以，最有可能实施引入的就是载波通信技术，在对载波通信技术的研究中发现其不仅作用与光纤通信相同，而且其具有更高的可靠性，更快的传输速率。

4．3电力技术更加贴近用户

经济的发展带动了电力行业的发展，现阶段的电力系统自动化技术也愈加完善，由于当前客户对于电能的需求量越来越大，为了尽可能满足客户，就必须对电力系统自动化服务进行改善。目前，有一种采用一系列高科技技术的用户电力技术能够满足有较大用电需求量的客户，并且其电压在供电时能够保持非常稳定，这样就使得因电压引起的巨大不稳定性得以减少，实现柔性配电。这样一方面使电源质量得到保证，另一方面也是对用户用电负责的一种方式。

4．4电力系统更加的集成化和综合化

对于电力系统自动化技术而言，至关重要的一点就是要在降低成本的同时使经济效益还能有所提高，对此必不可少的就是加强信息集成与系统功能的集成，所以在系统中的数据和功能可以被集成，使得功能可以统一化。

4．5更加智能化

在不断发展并趋于完善的电力自动化技术支持下，电力系统自动化水平将大大提高，逐步向智能化发展的方向发展，而智能化是电力系统自动化技术发展的必然趋势。随着智能电网研究的深入，电力系统将得到优化，故障容错性能将大大提高，使电力系统的运行更加稳定可靠。

5结束语

综上所述，电力系统自动化技术不仅能够对电力系统及自动化技术的发展起到促进作用，让电力系统运行质量得到保证，而且还能使电力系统供电的安全与可靠性也得以保证，是电力工程中一项全新的技术与重要措施，对我国电力行业的发展有着重要意义。通过本文简单的分析与探讨，电力系统自动化技术尚且还有一些不足之处，因此，还需要专业技术人员进一步对电力系统自动化技术加强研究。

参考文献

［1］娄进．浅谈电力工程中的电力自动化技术应用［J］．广东科技，2012(13):50，69．

动力系统分析第5篇

【关键词】计量自动化；作用

1 引言

电能计量是保证电费合理、公平结算的根本方式，在电费结算中占据着很重要的位置。日常生活中，个人、单位、企业等任何需要用电的用户，其使用电能的多少都需要电能计量装置体现出来，所以，如果计量装置出现损坏、计量不准等故障，将会直接导致装置计量装置记录的电能量与实际消耗电能之间出现偏差，进而导致供电、用电双方出现用电不明确等问题。

2 计量自动化系统的概述

2.1 大客户负荷管理系统

主站端的计算机系统、客户端的现场终端、计量表计和数据通信网络是大客户负荷管理系统的主要构成，其主要职能是利用先进的计算机网络通信技术和自动控制技术，在线检测客户的用电数据，并结合客户抄表和原有负荷管理系统自动采集、分析、计费电量。此系统节省了很多人工作业量，大大地提高了用电监测及负荷管理水平。

2.2 地网遥测系统

地网遥测系统由主站、终端和传输通道三部分组成，系统依靠网络技术、数据库技术、存储技术、实时接口技术以及Web 技术，计量考核各变电站，并对关口的电能量及时、自动地进行采集，然后加工处理、计算后再存储传递，是电量数据的一个综合应用平台。该系统为线损的统计、分析和电网电量的管理和决策提供了可靠详实的基础数据，有助于建立真实、准确、全面且及时的电网电能量管理机制。

2.3 配变监测计量系统

主站系统、公用变用户处的电量计量装置、采集装置、供电电源及传输通道等构成了配电检测计量系统，其主要负责监测该计量点的运行情况，统计负荷情况，同时进行该计量点的月电量营销上传以及分析配网线损的工作。此外，配变监测计量系统的终端具有采集月冻结电量、瞬时量等的功能，同时还可以监测计量异常、交流采样、采集开关状态、监测电能质量，并管理预购电等。该系统一般每15min采集一次数据，这些检测到的基础数据便于进行电量分析、线损分析、无功潮流分析、谐波分析、负载分析、电流不平衡分析及电压合格率统计等。

2.4 低压集抄系统

统计计量点的负荷情况，并上传该计量点的月电量营销到系统中以及对配变台区的线损进行分析等是低压集抄系统的主要工作。该系统包括主站系统、居民用户侧和小区配电房侧装设的相关电量计量装置、采集装置、供电电源、传输通道等。其中，低压集抄设备采集小区居民的月冻结电量和电能表表码时多应用RS-485组网或载波等方式。

3 计量自动化系统的应用

3.1 计量自动化的“四分”线损

分压、分区、分线和分台区的对所管辖电网的线损进行管理为线损的“四分”管理。

（1）分压管理。按不同电压等级对所管辖电网进行线损统计、分析、考核为线损的分压管理。具体来说，电力系统对于管辖区内的电压，根据电压的等级分别统计线损，进行线损分析后再考核管理。实际上就是从宏观的角度，了解整个电路的管理单位在不同电压下线路的损耗情况。

（2）分台区管理。分台区管理是指电业部门和相关企业对管辖区内的公用配电变压器进行管理。相关部门和企业要准确统计供电区域内公用配电变压器的电能损耗，然后再对统计数据进行全面的分析，最后进行考核。

（3）分线管理。是指及时地对管辖电网里的电压主设备（主要包括10KV馈线、主变变损和送电线路）的电能损耗情况进行统计、分析和分线管理的考核，

（4）分区管理。电业相关部门和企业以行政管理单位为基准对管辖区内的供电区域进行划分，进行数字的统计和分析，再分别进行考核。其中分区管理考核的线损率被称为综合线损率。

3.2 计量自动化系统线损管理的优势

以往线损分析计算工作都需要待抄表人员到现场读取完所有表计冻结数据，汇总上报后，线损分析人员才能根据填写好的电量数据执行线损公式计算，得出结果。但由于工作人员每月抄表一次、线损也就分析一次，实时性差，且因抄表的不同时性和不准确性使统计线损率与实际值有较大的误差波动。因此，传统的方式时效性差，难以及时控制线损指标，也就不能及时地调整运行方式、及时地发现并堵塞管理线损的漏洞，从而使供电企业的经济损失增加。

相比传统的分析计算，计量自动化系统具备了线损四分计算实时分析功能。在分析对象已实现所有计量点全覆盖并正确采集数据的情况下，通过在系统中建立正确的线损计算公式和线路、用户对应关系，对采集到的电能数据进行计算，就能够得出真正实时准确的线损率，能够实现当前、日、月不同时段的线损情况分析计算；对于线损率超过设定告警阀值的分析计算结果采用涂色突出显示方式提醒相关人员；根据自定义分析对象，自动生成各种线损四分报告，有效减少等待月度电量数据收集和人工分析的耗时，使线损分析依据数据和手段更多元化，切实为员工减轻工作负担。而且在计量自动化系统中，我们改进了传统的线损“四分”管理模式，使其能够自动生成线损计算公式并建立线损的动态模型。并且及时更新了配电GIS网络，建立了线到变、变到户的关系维护机制，很好地解决了10kV线路在环网供电下的分线线损的计算难题。在流转处理和分析线损异常的基础上，能够闭环监督线损的异常并实施管理。理水平的精细化。

4 计量自动化系统的效益分析

4.1 解决了接入系统电能表远程抄表问题

利用电能计量自动化系统，大力推广专变客户、公用配变和低压居民的远程抄表，代替人工抄表。抄表人员在营销系统可以直接调取电能计量自动化系统的当月月冻结电量表码值，用于计费结算。极大的减少了抄表的工作量，提高了电量的准确性和正确性，解决了线损计算中由于抄表时间不一致，而导致影响线损的准确性。

4.2 错峰管理

在系统中对错峰客户下发限电功率曲线后，系统能自动统计各单位制定的错峰负荷是否满足全局错峰负荷指标的要求，从而对错峰计划的制定进行有效监督通过负荷分析引导用户移峰填谷，提高负荷率。通过对专变用户负荷数据的分析，结合行业特点，引导用户移峰填谷，既降低了用户成本又提高了用电负荷率。

动力系统分析第6篇

关键词：电气；自动化技术；电力系统

前言

目前，随着我国电力自动化市场的快速发展，电力自动化技术在人们的日常生活中显得越来越重要。电力自动化技术是应用电气系统中关键的技术环节，由于传统电力自动化的效率较低，已经不能满足现代电力系统快速发展需求。电力自动化技术是一种新型的自动化控制技术，科学合理地运用计算机等多种高科技，能大大提高电力自动化控制的效率。目前，我国的电气系统中的电力自动化技术得到较快的发展，并且具有非常广阔的应用前景。

1 电力自动化技术在电力系统中运用的理论基础

电力自动化技术在运用过程中的理论基础包含了很多学科，主要有控制学、语言学和信息学等，电力自动化的综合性相对较强。为了确保电力自动化技术在运用过程中具有较强的实际操作性，一般是结合计算机技术对其进行可操作性的实验。对电力自动化技术的研究是电气系统中的主要内容。电力自动化已经发展成为现代计算机技术中的高端技术，同时，电力自动化技术正逐渐被应用到电气系统的自动化控制的过程中。当然，电力自动化技术在电气系统的应用过程中已经取得了很多成果。自动化技术在电气系统中的应用，不仅可以提高电力自动化控制过程中的工作效率，还能在一定程度上降低工程的成本，从而减轻控制人员的工作压力，更利于实现对人力资源的合理利用。因此，认识到电力自动化技术在电力系统中运用的理论基础对于提高我国电力自动化技术的应用水平显得非常重要。

2 电力自动化技术的特点

2.1 技术涵盖面广泛

目前，电力自动化技术在我国电力系统中的应用越来越广泛。导致电力自动化技术在电力系统中的应用也变得更加复杂。由于电力自动化技术在电力系统中的应用涵盖的技术面比较广泛，因而需要完全掌握电力自动化技术的应用技能。同时，现代化的电力自动化技术主要是建立在电子信息技术和网络技术等基础上的，电力自动化技术的技术含量比较高，因而在整个电力自动化系统设计的过程中不仅要加强对电力自动化系统硬件的设计，还需要加强对电力自动化系统软件的设计，当然，电力自动化系统的设计应该根据使用范围的不同而设计不同的设计方案。因此，电力自动化技术具有非常广泛的知识面和技术涵盖面。

2.2 对电子技术依赖性强

目前，电力自动化技术对现代化的电子技术具有很强的依赖性，尤其是对一个完整的电力自动化系统，无论是信号采集系统还是电力自动化系统中的传感器，都需要采用现代电子计算机技术实现对信号的控制。因此，现代化的电力自动化技术是建立在电子技术的基础上的，电力自动化技术对电子技术和网络技术等都具有很强的依赖性。

3 电力自动化技术在电力系统中的具体应用

3.1 自动化控制

随着我国电子科学技术的不断发展，自动化技术在电力自动化技术中的应用也越来越广泛，将自动化控制技术和电力自动化技术结合，应用于电力系统中，就能较好地实现对电力系统的自动化控制。电力自动化技术还能给电力自动化控制过程创造一个良好的发展空间。电力自动化技术在电力系统中的广泛应用也在一定程度上说明了自动化技术较好的优越性。电力自动化技术在电力系统中的应用就是一个很好的说明。

3.2 优化设计

在电气系统设计的过程中，电力系统中会涉及到不同电气设备的设计，并且电力系统的电气设备的设计过程又非常复杂，这一过程不仅要求设计人员掌握磁力、电气和电路等学科有关的知识，还要能将这些知识合理地运用到实际的设计工作中去，并且它还要求设计者拥有较多的工作经验。然而，传统的设计方式主要是通过实验与经验的结合来进行，这种设计方案的效率很低，出现问题后修改的难度也比较大。而现在的设计技术可以利用计算机辅助软件来完成，这样不仅减少了设计时间，最重要的是设计出来的方案具有较高的质量和性能保障。

3.3 故障诊断

在电气系统运行的过程中，电力系统的电气设备出现故障是不可避免的，然而，在故障发生前，一定会有与故障有关的症状产生，在电力系统中应用电力自动化技术时，就能很好地对其进行全面且准确的诊断。变压器是电气设备中非常重要的设备之一，监测电力系统中电气设备的工作人员对它的工作状况都比较重视，这就需要检测人员及时地对其进行检测和维修，即使这样做也不能完全保证电气设备不出现故障，因此，为了能及时地将电气设备的故障诊断出来，将电气设备的故障所带来损失降到最低，电力自动化技术的应用无疑就是最好的选择。运用电力自动化技术对变压器的故障进行诊断时，一般采用的诊断方法就是对变压器中渗漏油的分解气体进行检测和分析，从而快速找到变压器发生故障的原因，然后再进一步把故障出现的原因缩小，进而能找出发生故障的具置和原因，并对其进行检修。因此，电力自动化技术在电力系统中的使用还具有加快故障的诊断和检修速度的作用。

3.4 智能电网技术的应用

因为智能电网的自动化程度相对较高，这就需要在智能电网运行的过程之中时刻保持正常的工作状态，只有在这样的工作状态下，才能保证智能电网提供的电力的高质量和稳定性。针对这样的情况，需要利用电力自动化技术有效地排除谐波对电力系统的破坏，防止智能电网的正常运行受到干扰，截至目前为止，智能电网在运行的过程之中已广泛地使用超导无功补偿设置，来满足智能电网内部无功补偿的需要。

3.5 电力自动化技术在智能电网智能发电过程中的应用

近几年来，随着智能电网建设的逐步开展，电力自动化技术在电力系统中的应用也逐步完善起来，通过对相应的电力电子器件使用，有效完成了电力系统内部的电能之间的转化和控制。通过将电力自动化技术在电力系统中的应用，能够有效地降低电力系统中机电设备的损耗费用，有效提升电力系统的运行效率。因此，电力自动化技术在智能电网发电过程中的应用也显得非常重要。

4 结束语

总而言之，电力自动化技术在电力系统中的应用不仅加强了电气设备进行自动化控制的能力，而且它还为电气工程的快速和安全运行打下了坚实的基础。目前，电力自动化技术在电力系统中的应用越来越广，与人们实际生活的关系也越来越大。但是，电力系统在利用电力自动化技术时也遇到了一些问题，从而导致电力自动化技术在电力系统不能被广泛应用。

参考文献

[1]易婵鸣.简析电力自动化技术在电力系统的应用策略[J].信息技术，2014（25）：104.

[2]李茜.电力自动化技术在电力系统中的应用[J].科技论坛，2013（18）：43-44.

[3]陈建明.电力自动化技术的发展现状及方向[J].信息科技，2014（5）：143-144.

动力系统分析第7篇

【关键词】自动化；综合报警系统；电力系统

随着国民经济的迅速发展，电网规模在不断的扩大，出现了越来越多的无人值班变电站，这样就对自动化系统提出了很高的要求。如果还是采用原来人工定期巡视的方法，自然无法满足需求，因为采用原先的方法会有着特别大的工作量，并且工作效率也不高，甚至电网运行的安全性也不能得到保证。在这种情况下，自动化综合报警系统就能够很好的满足需求，它的数据接口标准和报警输出接口都是统一的，这样就可以有效的整合原来分散的电子值班功能模块，从而实现统一管理，也让管理更加的规范，电网的自动化程度和运行管理的效率也得到了很大的提高。

1 系统设计

随着时代的发展，地调自动化专业的系统已经呈现多样化，不仅有电量采集TMR系统，还有调度自动化SCADA系统等等。依据电监会的相关要求，要按照安全分区和横向隔离的原则来部署各个应用系统，各个分区也不能直接进行网络连接，在这样的技术背景之下，十分重要的一个问题就是自动化综合报警系统的分区定位和组网方式。通常情况下，可以将组网方式分为两种：

一种是在生产控制大区部署自动化综合报警系统，这样自动化综合报警系统就会通过TCP/IP协议来直接接收生产控制大区各应用系统的报警信息，管理信息大区的各个应用系统要想将信息传送给自动化综合报警系统，就需要首先通过反向隔离装置，然后利用专用的传输软件来进行。如果采用这种组网方式，就需要向生产控制大区传输管理信息大区的数据，然后依据安全防护方案，来进行反向物理隔离装置的安装，同时，还需要对专用数据传输软件进行编制，这样就会增加自动化综合报警系统部署的难度。

另一种是在管理信息大区内部署自动化综合报警系统，这样自动化综合报警系统就可以通过TCP/IP来直接接收管理信息大区各个应用系统的报警信息；因为生产控制大区的各个应用系统都将WEB系统部署在了安全三区，并且利用现有软件就可以传输生产控制大区的信息，这样就不必重新进行软件的开发。

通过上文的叙述，我们最终确定了第二种组网方式。

2 系统功能

自动化综合报警系统主要是集中管理自动化各个应用系统的报警平台，对机房环境监控系统、网管系统、以及自动化专业各大应用系统的电子值班功能模块产生的报警信息进行收集，报警信息主要是通过统一的报警输出出口来的，具体来讲，主要包括这些基本功能：

一是接口形式是统一的，这样就可以有效的收集和分类整理所有其他应用系统的报警信息，并且接口十分的简洁，安全性和可靠性较高，还可以有效的进行扩展。

二是可以统一管理人员电话薄，并且具备信息类别管理功能，这样在给制定的人员发送报警信息的时候，可以分类来进行。

三是可以存储报警信息，并且还可以分类查询历史数据。

四是可以离线诊断各个应用系统，并且还可以及时的预警，这样就可以有效的避免出现系统离线而无法有效的分布报警信息等问题。

五是还可以进行自我故障诊断，并且将故障信息及时的进行，同时，如果报警信息发送失败了，还会继续重发，这样就可以让报警信息的传送变得更加可靠。

3 系统接口

一般来讲，可以由两种方式来获取自动化综合报警系统的报警信息，分别是主动获取和被动获取，主动获取指的是自动化综合报警系统发出查询制定，对各个应用系统进行周期巡检，这样就可以将各个应用系统的报警信息和电子值班信息及时的获取；被动获取指的是自动化综合报警系统主动接收各个应用系统所产生的报警信息和电子值班信息，自动化综合报警系统并不主动巡检，只是被动的接收。为了使其他应用系统的在线情况能够被自动化综合报警系统实时的监测到，从而对异常情况及时的发现，并且进行报警，那么我们建议，自动化综合报警系统在对应用系统的报警信息和电子值班信息进行获取的时候，采用主动查询的方式，可以采用这样的方案：

在管理信息大区的系统方面，可以在服务器的某一特定目录下保存报警信息和电子值班信息；在生产控制大区的系统方面，各个系统要向WEB服务器上传输报警信息和电子值班信息，只需要利用已有正向物理隔离传输软件即可，然后在WEB服务器的某一特定目录下保存这些信息。

具体来讲，自动化综合报警系统要想对其他应用系统的报警信息进行主动查询，一般可以采用两种方式，一种是WEB WERVICES方式，在管理信息大区内，由各个应用系统提供相应的WEB SERVICES接口，这些服务可以被自动化综合报警系统直接调用，那么报警信息或者电子值班信息就可以被及时的获取。另一种是文件夹共享方式，指的是各个应用系统按照共享的原则来设置保存报警信息的目录，这样利用文件目录的操作方式，其中的报警信息就可以被自动化综合报警系统所及时的获取。

通过分析研究，第一种方式有着更加规范化的接口，有着更加强大的功能，如果以后要对功能进行扩展，也十分的方便；第二种方式也有着很大的优点，比如十分的简单，不需要利用目前的各个应用系统来对WEB SERVICES接口进行开发，这样就可以有效的降低成本。通常情况下，我们都会选择第一种方式，这是从接口的标准化以及内部逻辑的封装等方面考虑的；如果要将实现成本作为考虑的重点，那么第二种方式也是不错的选择。

自动化综合报警系统需要对各个系统进行周期性的自动扫描，这样报警信息和电子值班信息就可以及时的被获取，扫描周期是可以被设置的，通常情况下，会被设置为5秒到10秒之间，如果连续进行了3次失败的扫描，那么系统就会认为系统处于离线的状态；在这种情况下，自动化综合报警系统就会自动产生报警信息，将系统离线及时的通知给相关的人员。

4 结语

通过实践研究表明，在电力系统中应用自动化综合报警系统，可以有效的提高工作效率，实现了自动化值班，如果出现了事故，处理速度也可以得到大大的提高。因此，自动化综合报警系统就值得在电力系统中推广和应用。

参考文献：

[1]刘冬梅.调度自动化设备状态在线报警系统的设计与应用[J].城市建设理论研究，2012（35）.

[2]秦勇.论自动化技术在电力系统中的应用[J].城市建设理论研究，2011（13）.

动力系统分析第8篇

【关键词】汽车工程；电动助力转向系统；振动；噪声

一、引言

随着经济社会的发展，人们对生活品质的要求越来越高，对汽车的舒适度的要求也越来越高。汽车的噪声是影响汽车舒适度的一个重要因素，因此，如何减低噪音是汽车研究的一项重要课题。电动助力转向系统（Electric Power Steering），简称EPS,是当今汽车的主流配置之一，正逐渐取代传统的液压助力转向系统。然而，电动助力转向系统也有噪音产生，如何降低电动转向系统的噪音也是当前汽车技术改进的一个重要课题。

二、汽车电动助力转向系统概述

    电动转向助力系统，是在传统液压机械转向系统的基础上，多增加了传感器设备、电子控制设备和转向助力机构等。电子控制设备依据各种传感器传回的信号，精确控制转向过程中的转向、回正、中间位置等各项环节，使的汽车在行驶中从低速度到高速度的整个范围内都能够得到最优化的转向回正，可以大大提升汽车在行驶过程中的操控稳定性。简单的来说，电动助力转向系统由控制器和控制对象两部分组成，根据控制对象的性能特征，控制器进行相应的校正，是系统达到最优的状态，满足车辆稳定需求。与传统的液压机械动力转向系统相比，电动助力转向系统有一下优点：①只有在需要转向的情况下，电动转向系统才会启动电机开始是工作，可以减少发动机的燃油消耗；②无论何种形式工况下，电动棒转向助力系统都能够提供最佳助力，也就是说，无论是高速行驶还是低速行驶，还是其他形式条件发生了变化，电动助力转向系统都能够提供最佳的转向助力，提高了车辆行驶中的安全性、操控性和稳定性。③电动助力转向系统没有液压回路，在调整和检测的时候更加简便容易，装配的自动化程度更高，并且可以通过设置不同的程序，快速匹配不同的车型，大大缩短了生产和开发周期。④电动助力转向系统不存在漏油问题，能够减少对环境的污染。因此，采用电动助力转向系统也是汽车节能减排的一个重要环节。但他也有缺点，与传统的液压机械动力转向系统相比，电动助力转向系统的缺点就是噪音比较大。不过，电动助力转向系统拥有的种种优点，仍然使得其成为大多数家用汽车的标配，越来越多的走进千家万户[1]1-2+5。

三、汽车电动助力转向系统振动噪声分析

    1、振动造成产生原因测试分析

电动助力转型系统的噪声大致有这个几种：电磁噪声、连接件间隙撞击产生的噪声以及摩擦噪声等。这些都是因为振动[l1] 所造成的噪音。确定噪声来源，是控制噪声的基础。为了准确找出电动助力转向系统产生噪声的原因，我们采用主观评测与客观实测数据分析相互结合，实验验证和信息处理相结合的研究方法。一般驾驶员操作转向系统是随时性的操作，因此，如果想要了解电动助力转向系统的噪声基本特征，就不能只在某一时段去分析，必须要使用小波分析等时频域分析的方法，才能了解噪声信号在时变过程中的频率特性，清晰显示出可能与异响相对应的信号[2]314-317。时域信号因为各种频率信号的重叠，很难看出规律。频域信号是完整采样周期内的的频域能量分布，同样不能直观反映出间断性异响所对应的局部时段的频率特性。然后在小波变换所反映出的色谱图当中，各个局部时段的频率特性能够清晰的显现出来。例如，在色谱图中的0.3秒左右时段，能够清晰观察到900Hz上下的频率波段很突出；在色谱图的1.2秒左右时段，能够清晰观测到1700Hz上下的频率成分很明显，这种在某一时间段特别突出的频率波段，在人们的耳朵中听来，感觉就是间断性异响。

为了能够进一步判断驾驶员在转动方向盘的时候噪声的时频特性，也就是确定噪声的频率和时间的延续性。我们使用MATLAB软件”，将噪声的测试结果还原成声音信号，并且根据色谱图显现出的信号时频的特性，对此信号进行时域局部取样和频域低通、高通、带通、带阻等多项处理，同专业的听音师共同确定了EPS所产生的明显的间断性噪声，其中，主要对应的就是色谱图中的900Hz和1700Hz左右的频段。转动方向盘时电机所产生的噪音之所以让人感到烦恼，是因为某些特定的单调的频率的声级较大并且持续的时间很长。下图就是司机在转动方向盘的时候所持续产生的频率在900Hz与1700Hz附近的噪音情况[3]114-116。

    2、数据处理方法分析

    使用电动助力转向系统时所产生的噪音是来源于各种激振力所造成的振动发声，当中的结构共振是其主要的组成部分。为了准确判断电动助力转向系统工作时所发出噪音频段所对应的部件，使用快速小角度重复转动方向盘产生冲击力的方式，得到了主要部件的其中一部分固有频率特性。随后，我们对同步测量的噪声振动信号进行了时频特征分析，得到的时域曲线与频谱分析结果。其中，对噪声明显的电动助力转向系统，在发动机怠速和不工作的两种工况下，快速大幅度的转动方向盘，进行振动噪声测试的得出的数据，对噪声不太明显的电动助力转向系统，同样在发动机怠速和不工作的两种不同的工况下快速大幅度转动方向盘，进行震动噪声的测试数据，因为使用小电机时系统噪音不明显，所以其数据仅仅作为使用大电机系统时候的参照数据[4]14-19。

四、振动噪声产生因素分析

1、在使用大电动机的电动助力转向系统，当发动机怠速和不运行的两种不同工况下快速大幅度转动方向盘，所产生的噪音听起来使人感觉不快，原因是某些特定频率的声音较大且持续的[l2] 时间较长，因此人听了之后会感觉烦躁。

2、使用该电动助力转向系统，在发动机不工作的情况下快速大幅度转动方向盘，所产生的噪音频率在1300Hz左右。和有阻尼自由振动信号有相对应的衰减信号特征，并且具有持续性。这种震动噪声一般与持续变动的载荷激励有关。而在使用小电机的电动助力转向系统时，则噪音不明显。其原因为，在电动助力转向系统的传动链中，电机的转子和丝杆[l3] 的转速是其他运动部件的16倍多。而根据动力学基本原理，传动系统存在速比时，当量转动惯量是常规转动惯量乘以速比的平方。所以，如果以涡轮轴转速为标准，电机的转子和蜗杆的当量转动量是其常规转动量乘以16.52，而其他运动件的当量转动惯量就是其常规转动的惯量。因此，当使用大电机的电动助力转向系统的时候，就容易会持续性的激励起某些状态的有阻尼自由振动，所引发的结构升表现出来就是噪声[5]482。

3、对于使用这种电动助力转向系统，分别在正常情况下和去除电机机刷的情况下，快速小角度重复转动方向盘进行振动噪音测试分析，其中，电机在正常情况下快速[l4] 小角度重复转动方向盘所引起的冲击性振动噪音带有宽频带的特征，高、中、低的成分都有。在摘掉电机机刷之后，快速小角度重复转动方向盘所引发的冲击性振动噪音中，3000Hz以上的波段基本消失，说明3000Hz以上的频率波段主要是因为电机机刷和其他零部件碰撞所引起的噪音[6]1-6。

经过使用MATLAB软件对电动助力转向系统工作时所发出的的噪音进行测试数据分析，我们找出了电动助力转向系统工作时所发出噪音的主要原因以及发出噪音的主要部位。这些噪音的主要由电机的电磁摩擦噪音、连接件间隙之间撞击的噪音以及摩擦音等构成的。解决的办法是，电机的电磁噪音可以通过优化结构设计、精选部件材料、严格控制加工工艺和进一步改善装配[l5] 工艺解决。连接件之间的间隙也同样可以用改进结构和装配工艺[l6] 来减小或消除。对于降低摩擦噪音，可以改善转向机的小齿轮，丝杆和丝杆螺母的表面粗糙度，并涂上适当的润滑脂[l7] 。电刷的质量也要提高，电刷的压力要合适，一般400-500g/cm2 为合适的压力值。当然，随着无刷电机的日益广泛应用，电磁摩擦音带来的噪音也会大幅度降低，我们将主要着眼于改善连接件间的撞击和摩擦带来的噪音。[l8] 当我们逐步解决这些噪音问题之后，电动助力转向系统将变得更加完善，装载到汽车当中，将会对汽车的舒适度有更大的提高，让人们轻松享受驾驶的乐趣！

【参考文献】

[1]晋兵营,宁广庆,施国标.汽车电动助力转向系统发展综述.[J].拖拉机与农用运输车, 2010, (01):1-2+5

[2]程寿国,陈小龙.汽车电动助力转向系统改装技术研究.[J].机电工程, 2013, (03):314-317

[3]徐春华.汽车电动助力转向系统测试和分析.[J].制造业自动化, 2011, (08):114-116

[4]何融,韩琦,顾彦.电动助力转向系统永磁同步电机噪声分析及改进[J].上海汽车, 2015, (03):14-19

动力系统分析第9篇

关键词：系统动力学；环境保护；水资源；固体废物；土地资源

中图分类号：X1 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）31-0023-03

随着经济的快速发展，其所带来的环境问题也越来越多，而这些环境问题也成为了国家与地方政府关注的焦点。系统动力学（System Dynamics，SD）是1956年由美国麻省理工学院的Forrester教授所创立的，其是一门研究信息反馈的科学，也是一门认识系统问题与解决系统问题相互交叉的综合性科学。系统动力学主要是将计算机模拟技术作为主要手段，通过功能分析，对复杂动态反馈性系统问题进行研究与解决的一种仿真方法。系统动力学是一种适合进行动态预测与政策影响分析的方法，其可以有效地将系统内的各个因素组织起来，并对它们之间的关系进行全面的分析，从而为科学决策提供依据。因此，将系统动力学应用于环境保护中对实现环境的可持续发展起着很重要的意义。

1 系统动力学的特点与优势

系统动力学能够从宏观和微观两个方面入手对所研究的整个系统进行综合的分析，而其主要特点则是能够对系统的结构——功能进行模拟分析。一般系统动力学所研究的对象是整个开放系统，而在进行该类系统的研究时，其主要是从微观结构入手，研究分析系统内部元素之间存在的因果关系以及反馈环的动态行为，然后利用分析结果将系统的基本结构构造出来，最后再应用计算机技术根据其基本结构构建一个相互作用的流图与仿真模型，采用该模型模拟不同因素可能对系统造成的影响，根据模拟结构制定不同的决策方案，最终达到有效地调控系统的目的。

由于系统动力学的建模方法与模拟语言较为成熟，因此在应用过程中和其他的方法相比则具有很多优势：能够解决高阶次、非线性、多重反馈以及复杂时变等系统问题；能够明确地体现出系统内部与外部因素之间的关系；能对系统进行动态模拟以及战略性的研究，对系统的行为以及发展趋势进行分析；其使定性分析与定量分析实现了统一；其能进行长期性与周期性仿真，即使数据不多，仍能进行研究；其有专用的模拟软件，因此操作更方便、容易。

2 系统动力学应用于环境保护

系统动力学作为一种系统分析和仿真的方法，目前其在国内外的环境中已经被广泛地应用，而且取得了一定的成绩。下面我们将简单地分析其在环境保护中的某些领域的应用。

2.1 在水资源保护中的应用

水资源是人类赖以生存的重要资源，而随着水污染情况的加剧，水资源的保护则越来越重要。水资源的保护是一项系统的工程，要想水资源的污染情况好转，则必须加强水污染处理、再生水回用等方面的探索与研究，同时，督促人们保护环境。系统动力学在水污染保护中的广泛应用大约是从20世纪80年代末开始的，国内外学者均对系统动力学在水资源保护中的应用进行了研究。如国外学者Simonovic将第三世界模型作为基本模型，建立了全球水资源系统动力学模型，对世界范围内的用水情况和工业发展之间的关系进行了研究，指出了水资源保护中所面临的重要问题。而国内学者也在这方面做过很多研究，例如袁汝华等将广东省北江下游影响区作为研究区域，在该区域建立了水资源供需系统动力学模型，并进行了动态的仿真模拟。总之，系统动力学在水资源保护中的应用主要是建立系统动力学模型，对水资源的污染情况、再生水作为饮用水的方法、区域水资源的动态仿真以及水资源承载力的研究等方面进行探析。

2.2 在固体废弃物管理中的应用

固体废弃物主要是指在生产生活以及其他领域中已经失去了原有的价值或是仍保留原有价值但是已被抛弃的固体、半固体、置于容器中的气体物质以及法律和行政法规纳入固体废弃物管理中的物质。固体废弃物的组成成分较为复杂，且其排放的地域较广，因此存在着难以处置和管理的问题。系统动力学在这方面的应用国内外学者也进行了相关的研究。例如Chaerul等将印度尼西亚雅加达作为研究对象，建立了医疗废物管理的系统动力学模型。又如蔡林应用系统动力学方法建立了一个北京市人口、经济和垃圾处理协调发展的系统动力学模型，对人口随着经济发展的变化、垃圾排放污染以及占地损失、绿色GDP核算、居民家庭、企事业单位生活垃圾和建筑垃圾组合收费方案等问题进行了研究。系统动力学应用于固体废弃物管理中主要是对固体废弃物的产生、处理以及管理收费等环节进行深入的探讨，以达到保护环境的

目的。

2.3 在环境影响评价中的应用

环境影响评价主要是指对拟议中的规划与建设项目实施后可能对环境造成的影响进行分析、预测以及评估，从而提出预防或是降低对环境影响的策略、措施等。环境评价是一项相当复杂的工作，其对环境的可持续发展起着非常关键的作用。系统动力学在其中的应用主要是通过建立系统动力学模型的方式将环境影响因子的动态变化过程反映出来，从而达到对环境影响评价的目的。系统动力学是目前环境影响评价的系统方法中较为理想的一种方法。其应用于环境影响评价中主要是进行环境经济评价、环境战略评价、累积环境影响评价以及环境区域规划评价等。

2.4 在土地资源利用及规划中的应用

土地资源是人类赖以生存与发展的重要物质基础，而在人类的发展中，土地资源的开发与利用存在一些问题，这也为可持续发展带来了一定的影响。随着系统动力学在环境保护中的应用，其在土地资源的利用及规划中也发挥了一定的作用。将系统动力学应用于土地资源利用与规划中可以对土地规划方案的可行性进行验证，并为科学决策与管理提供有利的依据。系统动力学在土地资源利用与规划中的应用主要是研究农业土地资源的合理利用、城市土地的规划以及土地承载力等。

2.5 在生态环境保护中的应用

生态环境主要是指对人类生存和发展有影响的自然资源，其与社会和经济的可持续发展息息相关。在人类的发展过程中，为了自身的利益利用与改造自然环境的过程中对生态环境造成了很大的破坏与干扰。在人们意识到生态环境保护的重要性后，开始对生态环境进行保护与恢复，而很多学者在这方面也有较深入的研究。系统动力学在生态环境保护中的应用也是非常广泛的，很多学者在研究过程中采用系统动力学对生态环境进行了情景模拟，从而了解与判断生态环境系统的发展情况。系统动力学在生态环境保护中起着非常重要的作用，其主要是研究系统生态、种群生态以及生态承载力等问题。

3 结语

近年来，系统动力学在环境保护中的应用越来越广泛，而且其应用于环境保护中所解决的环境问题也越来越复杂。虽然系统动力学应用于环境保护中已经取得了一定的成绩，但是从目前的研究状况以及未来的发展来看，系统动力学还应在自身理论、完善模拟软件功能、模型的适用性与其他理论和方法相结合等方面进行深入的研究，从而为环境保护提供更好的理论依据。

参考文献

[1] 孙烨，梁冬梅.系统动力学在环境保护中的应用[J].安徽农业科学，2012，（7）.