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圆柱绕流电磁控制与优化

作　者: 徐美松
导　师: 陈志华
学　校: 南京理工大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 电磁力圆柱绕流电极脉冲控制器数值模拟优化控制
分类号: TM15
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

本文主要从以下几个方面对电磁流体控制进行了研究,首先设计与研制了电极脉冲控制系统,为电磁优化控制提供可靠的实验平台;然后基于简化的Maxwell方程对圆柱表面定常的电磁场与Lorentz力分布进行了数值模拟,为电磁优化控制提供基础;最后基于优化控制理论对圆柱绕流进行了优化控制模拟。电极脉冲控制系统是产生行波Lorentz力的关键装置,本文对其进行了设计与研制。该控制系统集硬件控制电路的高可靠性和用户图形界面的可操作性于一体。通过它,可以很方便的改变电磁力的空间分布与时序变化。从而为过去对非时变电磁力控制的研究迈向时变状态下电磁力控制的研究提供了便捷的实验平台。其次,根据简化的电磁场基本方程,在稳定电场、磁场条件下,对置入流动弱电解质中的圆柱形电磁激活板周围的电势,磁势,电场强度,磁场强度和Lorentz力进行了数值计算,为电磁优化控制提供重要参考。最后,以Bewley的优化控制理论为依据,得到优化的电磁场强度的变化规律。讨论了该优化控制下,流场和圆柱表面阻力和升力的变化过程。研究表明,利用该优化控制量,可以有效的控制圆柱绕流,达到减少阻力、抑制分离和消除涡街及涡生振荡的目的。本文对圆柱绕流电磁控制实验系统的设计与研究,经多次实验证实,能够满足实验要求。而对圆柱绕流的优化控制模拟,可以为实验提供重要指导。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
图表目录  8-10
1 绪论  10-14
  1.1 课题背景及意义  10-11
  1.2 国内外研究概况和发展趋势  11-12
  1.3 本文的主要工作与研究内容  12-14
2 电磁流体的基本理论  14-20
  2.1 边界层理论  14-17
    2.1.1 边界层定义  14-15
    2.1.2 边界层分离  15-17
  2.2 升力和阻力  17-18
  2.3 圆柱绕流  18
  2.4 电磁流体控制方程  18-19
  2.5 本章小结  19-20
3 圆柱绕流实验控制系统的硬件设计  20-36
  3.1 控制系统的设计要求  20
    3.1.1 工作原理  20
    3.1.2 设计要求  20
  3.2 总体方案设计  20-21
  3.3 电极脉冲控制器的设计  21-31
    3.3.1 电极脉冲控制器的设计思想  21-22
    3.3.2 PCI-TMC12的工作原理  22-25
    3.3.3 脉冲控制电路的实现  25-31
      3.3.3.1 脉冲控制电路原理图的设计  25-29
      3.3.3.2 印制电路板的设计  29-31
  3.4 电磁激活板的设计  31-33
  3.5 其它实验仪器的设计与改造  33-35
    3.5.1 实验用的液体槽  33-34
    3.5.2 直流稳压电源  34
    3.5.3 测试系统  34-35
  3.6 本章小结  35-36
4 圆柱绕流实验控制系统的软件设计  36-48
  4.1 计数芯片的设置  37-39
    4.1.1 8254的控制字组的设置  37-38
    4.1.2 缓存器配置及组态设定  38-39
  4.2 脉冲与方波的产生  39-45
    4.2.1 脉冲的产生  39-44
    4.2.2 方波的产生  44-45
  4.3 输出输入控制程序  45-46
    4.3.1 CON3数字输出控制  45-46
    4.3.2 CON2数字输入侦测  46
  4.4 系统调试与运行  46-47
  4.5 本章小结  47-48
5 圆柱绕流优化控制  48-62
  5.1 流体边界层电磁力分布的数值计算  48-52
    5.1.1 基本方程  49-50
    5.1.2 计算结果与分析  50-52
      5.1.2.1 电势与磁势的分布  50
      5.1.2.2 电场强度与磁场强度的分布  50-51
      5.1.2.3 Lorentz力的分布及极板宽度对其的影响  51-52
  5.2 流体边界层电磁力优化控制  52-60
    5.2.1 控制函数  52-55
      5.2.1.1 守恒方程  52-53
      5.2.1.2 阻力系数和升力系数  53-54
      5.2.1.3 性能指标  54
      5.2.1.4 伴随方程  54-55
    5.2.2 优化控制  55-60
      5.2.2.1 瞬间优化控制量N(t)  56-57
      5.2.2.2 控制过程中，流场涡量和流线的变化  57-60
      5.2.2.3 控制过程中，阻力和升力的变化  60
  5.3 本章小结  60-62
6 结束语  62-64
  6.1 本文的工作及成果  62-63
  6.2 本文工作的不足  63
  6.3 一点展望  63-64
致谢  64-65
参考文献  65-67

圆柱绕流电磁控制与优化

内容摘要

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