混合动力车辆永磁同步电机偏心故障引起的机电耦合非线性振动研究

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基本信息

  • 批准号：
    51875575
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    60.0万
  • 负责人：
    刘锋
  • 依托单位：
    中国人民解放军陆军装甲兵学院
  • 学科分类：
    E0502.传动与驱动
  • 结题年份：
    2022
  • 批准年份：
    2018
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The rotor eccentricity faults of the permanent magnet synchronous motor (PMSM) in hybrid electrical vehicle cause the complex nonlinear vibration due to electromechanical coupling effect. This research focuses on the dynamic problem. The air-gap magnetic field distribution of the PMSM of which power is supplied by inverter is studied and then the UMP model is obtained. The dynamic characteristics caused by rotor mass and static eccentricities are investigated. Considering the vibration of the stator, the continuum model of the stator and the lumped parameter model of the rotor are established, respectively. Furthermore, the mixed model of both is modeled by coupling interface which leads to the coupling of the electromagnetic system and mechanical system. Due to the nonlinearity of UMP, the forward and backward whirling motions are coupled and the corresponding mechanism is investigated. Moreover, the internal resonance and multiple resonance mechanisms and conditions are analyzed carefully. This research can be considered as the theoretical support for the vibration suppression and dynamic modification and provide the criterion of the health monitoring and the fault diagnosis for the PMSM in hybrid electrical vehicle.
由于机电耦合效应，混合动力车辆永磁同步电机转子的偏心故障导致了非常复杂的非线性动力学行为。本项目针对这一问题，研究永磁同步电机在逆变器供电时偏心气隙磁场的分布获得不平衡磁拉力解析模型；研究转子偏心作用下电机转子系统的动态特性；进而考虑永磁同步电机定子的振动，建立连续体电机定子振动模型和集中参数转子动力学模型，并利用定转子的耦合界面进行综合，建立系统定转子的混合机电耦合动力学模型。研究探明在考虑定子振动时转子正、反涡动模态耦合形成机制，以及定、转子系统产生内共振和多重共振的机理。研究成果可为混合动力车辆传动系统的振动抑制及其动力学修改提供技术支持，还可为车辆在使用过程中的健康监测管理和故障诊断提供原理依据。

结项摘要

混合动力车辆永磁同步电机转子的偏心故障导致系统复杂的非线性动力学行为，这使系统的状态估计和故障诊断十分困难。针对这一问题，本项目开展了混合动力车辆永磁同步电机转子系统的非线性动态特性研究。通过磁场分析和Maxwell应力张量法建立了考虑谐波效应和齿槽效应的不平衡磁拉力解析模型并进行了有限元验证，为动力学分析提供了解析输入。建立了考虑转子轴非线性、谐波和齿槽效应的转子系统横向振动模型，利用平均法得到了转子的频率特性并解释了正反涡动的形成机制。考虑混合偏心（质量偏心和静态偏心）建立了转子动力学模型，通过系统保守力分析获得了平衡点的通有分岔特性和系统的稳定性条件。通过相位分析改进了多尺度法得到了系统频率特性并解释了转子正反涡动的耦合机理。建立了相对运动、相对/牵连复合运动作用下的电机非线性振动模型，利用多尺度法对两种模型的动态特性进行了解析求解，分别获取了相对运动和复合运动作用下电机的非线性动力学行为。通过相位分析获得了转子内共振幅度调制的产生机理。通过试验分析获得了定子悬置的能量耗散机制并验证了转子涡动理论分析的正确性。本项目研究成果可为地面无人装备状态估计和故障诊断提供动力学依据和为机电复合传动系统的振动与噪声抑制及其动力学修改提供技术支持。

项目成果

期刊论文数量（6）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（3）
Model and experimental verification of a four degrees-of-freedom rotor considering combined eccentricity and electromagnetic effects
考虑偏心和电磁综合效应的四自由度转子模型与实验验证
  • DOI：
    10.1016/j.ymssp.2021.108740
  • 发表时间：
    2022
  • 期刊：
    Mechanical Systems and Signal Processing
  • 影响因子：
    8.4
  • 作者：
    Feng Liu;Changle Xiang;Hui Liu;Xing Chen;Fuzhou Feng;Hua Cong;Kuilong Yu
  • 通讯作者：
    Kuilong Yu
Primary Resonance Analysis of Permanent Magnet Synchronous Motors Caused by Unbalanced Magnetic Pull
永磁同步电机磁拉力不平衡引起的一次谐振分析
  • DOI：
    10.1109/access.2021.3075618
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    IEEE ACCESS
  • 影响因子：
    3.9
  • 作者：
    Shanle Li;Feng Liu;Kuilong Yu;Fuzhou Feng
  • 通讯作者：
    Fuzhou Feng
高功率密度推进系统热管理关键技术
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2022
  • 期刊：
    内燃机与配件
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    桂勇;周亮;刘锋;杨奇东;张倩倩;刘红彬;骆清国
  • 通讯作者：
    骆清国
Investigation of analytical solution of super harmonic resonance of rotor system in permanent magnet synchronous motors considering mixed eccentricity
考虑混合偏心的永磁同步电机转子系统超谐波谐振解析解研究
  • DOI：
    10.1016/j.cnsns.2023.107125
  • 发表时间：
    2023-01
  • 期刊：
    Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation
  • 影响因子：
    3.9
  • 作者：
    Feng Liu;Hui Liu;Xing Chen
  • 通讯作者：
    Xing Chen
车辆热管理系统的控制策略与算法
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2022
  • 期刊：
    内燃机与配件
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    桂勇;周亮;刘锋;杨奇东;张倩倩;刘红彬;骆清国
  • 通讯作者：
    骆清国

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其他文献

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  • 通讯作者：
    刘锋

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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