基于改进事件触发与1-D CNN的MMC冗余子模块开路故障实时诊断策略

在模块化多电平换流器(MMC)中存在大量的子模块(SM),其可靠性直接影响整个系统的安全稳定运行。本文引入了具有容错能力的新型冗余SM,并在此基础上提出了一种基于改进事件触发与一维卷积神经网络(1-D CNN)的MMC冗余SM开路故障实时诊断策略。首先,选定MMC中特定SM构成的集成单元的电容电压作为事件触发对象,大大减少了传统诊断策略中需要观测的电容数量;其次,从有效地减少计算负担角度出发,改进事件触发流程,并结合1-D CNN算法有条件地对集成单元电容电压和桥臂电流波动情况分别进行检测,构建出MMC故障实时诊断系统;最后,综合考虑故障集成单元与故障桥臂位置定位出开路SM,进而完成新型冗余SM条件下MMC的容错运行。利用Matlab/Simulink搭建的19电平MMC模型,验证了所提实时诊断策略的有效性。

单相特定谐波消除脉宽调制高频逆变器的死区补偿策略

由于死区时间的设置,开关管不能以理想时刻开断,导致逆变器输出波形发生畸变。为改善波形,需要进行死区补偿。以提前关断方式为例,深入分析高频逆变器在消除特定谐波脉冲宽度调制控制时,死区对特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)波的影响,给出了基波幅值和总谐波畸变率随死区时间的变化曲线。提出在正半周期内只对开关管S2和S3的触发脉冲设置死区,在负半周内只对S1和S4的触发脉冲设置死区的死区补偿策略,详细分析死区补偿阶段开关管及相应续流二极管的电流的工作状态。以功率MOSFET为例分析开关管的开通关断过程,并给出了死区时间设置的经验公式。最后,搭建仿真模型和硬件平台对所提死区补偿策略进行仿真和实验,结果表明该死区补偿策略有效缓解了由于死区所造成的波形畸变。

单极性弱倍频SPWM逆变器控制技术

单极性倍频正弦脉宽调制（sinusoidal pulse width modulation,SPWM）驱动波半周内的矩形脉冲数为偶数（倍数）。该驱动方法在输出电压波形对应基波电压峰值的部分有一个最小的关断脉冲,当系统高功率因数时,会产生很大的损耗。针对这一问题,考虑取消在输出电压波形对应基波电压峰值处的最小关断脉冲,使驱动波半周内的矩形脉冲数为奇数,形成单极性弱倍频SPWM控制的新方法。根据现有的SPWM控制方法,建立了逆变器仿真模型,分析了单极性弱倍频控制下逆变器输出电压的谐波含量和开关器件的损耗。在理论和仿真分析的基础上搭建了硬件平台,实验验证该方法相比单极性倍频SPWM在保持谐波总含量基本不变的情况下,降低了开关损耗。实验的结果表明在新的控制方式下逆变器效率提升1.6%~2.0%。

电阻抗成像交叉测量模式的抗噪声性能研究

电阻抗成像对噪声比较敏感,目前电阻抗成像主要采用相邻测量模式,其抗噪声性能比较差。交叉测量模式是在所有非电流注入电极对上做灵活选择,使得测量电压的幅值普遍高于相邻测量模式。在噪声源一定的情况,整体提高测量信号的信噪比。在仿真和实验当中,采用快速一步牛顿误差重构(FNOSER)静态和动态算法比较两种测量模式的重构图像质量。仿真和实验结果表明交叉测量方式优于相邻测量模式,该模式提高了信噪比,减小了测量电压的动态变化,重构图像伪迹较少,具有较好的抗噪声性能。

超声波电动机发展现状及应用

超声波电动机在精密仪器、航空航天等高端应用领域有其独特的优势。首先对超声波电动机的基本原理和结构进行了描述;然后对超声波电动机的发展现状、发展前景,以及超声波电动机的优缺点作了详细的分析,并指出了超声波电动机在数学模型、电机机构、电机控制等方向需要进一步研究和改善的手段;最后给出了超声波电动机的一些应用领域,以及超声波电动机的未来发展方向。

电阻抗测量在脑水肿检测中的应用

生物电阻抗是反映生物组织、器官、细胞或整个生物机体电学性质的物理量,生物电阻抗分析法应用于人体组成成分检测是近年来才发展起来的一种新方法。该技术是利用生物组织与器官的电特性及其变化提取与人体生理、病理状况相关的生物医学信息的一种无损伤检测技术。具有无创、廉价、安全、无毒无害、操作简单和功能信息丰富等特点,医生和病人易于接受。目前无创性脑电阻抗双道检测系统和脑电阻抗地形图系统已经进入了临床实验阶段,非接触磁感应断层成像作为一种新的、更为有效的测量方式被广为关注。

一种求解TSP初始化种群问题的邻域法

针对遗传算法求解TSP问题时存在初始化种群敏感的问题,提出一种初始化种群的邻域法,在该方法中,从某个城市出发其下一站不是其最近城市,而在比最近城市稍远的邻域范围进行随机选取。邻域法既能提取局部优化路径特征信息,又具有多样性。用4个通用的TSPLIB标准实例进行实验验证。邻域法初始化种群相比随机法,4个实例的最优解平均改进值达到了46.3%,最优解的质量有较大改善。仿真实验结果验证了邻域法初始化种群的有效性。

应用于APT驱动模式的NOSER成像算法

研究将NOSER成像算法应用到电阻抗成像中的APT驱动模式的成像性能。APT模式采用单一电流源,硬件紧凑易于实现。NOSER算法基于最小二乘法,以一个均匀电阻率分布作为初值,取牛顿法迭代算法的第一步。给出在APT系统应用NOSER算法所需各个计算步骤的推导过程和分析,综合形成一种在硬件上易于实现,又在重构图像上有较好分辨率的成像方式。仿真结果表明,在APT系统上应用NOSER算法,获得了优于广泛采用的反投影算法的成像性能。

行波型超声电机的稳定性分析

在行波型超声波电机数学模型的基础上,研究了其稳定性。首先利用李雅普诺夫稳定性判据对超声电机驱动区间和制动区间的3种情况进行了分析,在研究数学模型基础上完成了超声电机的模型仿真、讨论和仿真验证;其次,在超声电机稳定性的分析基础之上,通过对驱动制动区间关系曲线和转速转矩关系曲线的分析得出了速度、转矩和预压力3者之间的关系,并做了超声电机运行稳定性的仿真讨论。研究表明:超声电机在满足李雅普诺夫平衡条件时,驱动区间的最大极限值是定子与接触层的边界接触点,即x1=x0。对速度、转矩和预压力3者之间关系展开分析,为超声电机设计和控制提供借鉴。

适应性粒子群寻优算法

社会性的群体寻优是秩序与混沌之间的平衡,适应性微粒群寻优算法(APSO)是在标准PSO上添加反映适应性的随机项,并引入小概率因子,使微粒飞行到粒子群的中心,平衡秩序和随机两个行为.APSO算法的本质是在有序的决策中始终引入随机的、不可预测的决定,从而使得寻优的决策尽可能模拟社会性群体寻优的复杂行为.典型复杂函数优化的仿真结果表明,APSO算法具有较好的稳定性.

组合粒子群优化和分布估计的多目标优化算法

提出组合粒子群优化和分布估计的多目标优化算法。在寻优迭代过程中,一半的后代由粒子群算法产生,带有变异操作的粒子群优化算法具有全局搜索能力;另一半后代采用分布估计算法来产生,分布估计算法具有良好的学习和局部搜索能力,由其提取决策空间的信息并建立期望解的概率分布模型,对这个分布模型进行采样而产生下一代的解。与多种多目标优化算法的比较实验表明,组合算法在基准函数ZDT1～ZDT3,ZDT6和ZDT6-1上获得的Pareto解集具有较好的收敛性与多样性,在ZDT4实例上的性能适中。

克服恋食行为的PSO算法改进研究

基本粒子群优化算法(PSO)存在易陷入局部极值的缺点.为此,研究鸟群迁徙觅食中的行为习惯,以加强PSO的鸟群社会模型和对鸟群行为的模拟.在所提出的改进算法中,历史飞行速度在实际觅食中不作为判断因子,只有发生位置重复时粒子才发生变异或摄动,以此增强粒子群优化算法跳出局部最优解的能力.实验结果表明,新算法的全局搜索能力有了显著提高.

改进的电阻抗反投影成像算法

在等位线反投影算法基础上,结合计算机断层成像中均值反投影理论,形成应用于电阻抗成像的改进反投影算法。改进算法以注入电极对中点到测量电极对中点的长度作为投影路径的近似长度,在反投影的过程中考虑投影长度的影响;计算反投影后相对电导率的正负均值;最终的相对电导率值是在反投影结果基础上根据符号减去相应的均值,如果改变符号就令相对值为0。仿真和水槽实验验证均改进电阻抗反投影算法相比于等位线反投影算法可以减小重构图像的星状伪迹。改进电阻抗反投影算法是实用有效的。

基于耦合电感的零电压零电流软开关Buck变换器

采用耦合电感替代滤波电感的方式,提出新的零电压零电流软开关Buck变换器.对该变换器工作过程的各个模态进行详细的理论分析.给出软开关实现的条件及主电路的参数设计方法,讨论耦合电感匝数比改变对该变换器性能的影响.对新电路进行仿真研究,理论和仿真结果表明,新电路中所有开关器件都实现了软开关.试制一台48V输入、32V输出,开关频率为50kHz的基于耦合电感的软开关Buck变换器样机.实验结果与理论和仿真结果一致,验证了该变换器理论和设计的正确性,实验测得最大效率达到96.5%.

超声波电动机驱动控制综述

超声波电动机的发展和应用离不开超声波电动机的驱动控制技术,并且在很大的程度上驱动器的性能决定了超声波电动机的性能。比较全面地阐述了驱动控制的各个组成部分和技术要点,介绍了超声驱动控制技术中升压电路和匹配电路,最后对未来超声波电动机驱动控制技术的发展做了一定的展望。

开放式电阻抗成像的灵敏度和病态性问题

开放式电阻抗成像(OEIT)系统能对局部浅层的生物组织给出有价值的电阻抗分布信息。研究OEIT系统的灵敏度,并绘制其分布图。采用奇异值分解技术分析开放式电阻抗成像的病态性,Jacobian矩阵的条件数是2.27×107,体现出很强的病态性。仿真结果表明:当单个目标位于体表下高灵敏度区域时,成像具有较好的分辨率和定位准确度,随着设定目标逐渐偏离高灵敏度区域,其重构图像逐渐发散,最终重构图像失败。由于OEIT的病态性,表层高阻抗目标起到了类似屏障的作用,导致图像重构失败。

电压模式Buck变换器混沌建模与控制研究

DC-DC变换器混沌现象与控制是复杂的非线性问题,而大部分该问题的仿真模型也是抽象的数学模块仿真模型。为了方便直观地研究,利用Matlab中simulink电路仿真模块建立了电压模式Buck变换器电路仿真模型。推导获得了变换器非线性系统的精确离散模型,并在经典OGY方法的机理上,给出了应用上述方法控制变换器混沌状态的控制序列。结合所建电路仿真模型仿真分析Buck变换器由周期分岔直至混沌与OGY控制混沌回到稳定的一周期轨道的过程。仿真结果表明,所建仿真模型准确而直观地验证了离散模型的正确性及OGY方法的有效性。

电阻抗成像交叉测量协议的灵敏度性能

电阻抗重构图像技术对噪声敏感。测量数据中比较小的误差可能在最终图像上导致很大的误差。测量技术应提高对被测场域的灵敏度。在二维圆形均匀场域和相邻电流激励条件下,研究相邻和交叉测量协议的灵敏度性能。相比相邻测量协议,交叉测量协议提高整体灵敏度,同时也提高了中心区域的灵敏度比例值。交叉测量的合成灵敏度峰值是相邻测量的4.54倍。中心处相邻测量的灵敏度比例值是10.7%,交叉测量时为27.2%。实验结果表明交叉测量协议在灵敏度性能方面优于相邻测量协议。

线圈前移式直线音圈电机的设计与分析

针对直线音圈电机出力密度不高的问题,提出了线圈前移式电机结构。通过改变电机出力特性曲线,使其向右移动到合适位置,从而获得更大的平均出力密度以及更小的推力波动。采用磁路分析法推导该线圈前移式直线音圈电机在工作行程范围内的出力表达式,并分析其出力特性曲线。此外,通过有限元法仿真研究音圈电机的音圈前移量对电机平均出力的变化规律,从而分析确定前移量的理论优化值。最后,在理论与仿真的基础上,制作了实验样机,实验结果表明该样机的出力特性曲线与理论仿真结果基本一致,证明了线圈前移式结构在提高直线音圈电机平均出力和出力密度方面具有非常重要的意义。

异形永磁体圆柱型直线电机的优化设计

为了进一步提高直线电机的推力密度,结合异形永磁体圆柱型直线电机(T-CLM)和传统Halbach结构提出了异形永磁体Halbach阵列圆柱型直线电机(TH-CLM)。建立了异形永磁体Halbach阵列圆柱型直线电机的磁路分析模型,研究了异形永磁体的异形角对电机磁场和推力的影响,得到了推力密度最大时的永磁体角度。对比分析了异形永磁体结构的两种圆柱型直线电机的推力密度,结果表明异形永磁体Halbach阵列圆柱型直线电机增强了电机的气隙磁通密度,具有更高的推力密度,并与传统的圆柱型直线电机进行了比较,验证了异形永磁体结构圆柱型直线电机在推力密度方面具有一定的优势。