带有指令滤波的电力弹簧系统反步控制

针对新能源发电系统因间接性和不确定性导致的电压波动问题,文中首次将反步控制策略应用于电力弹簧(electric spring,ES)系统,并提出一种带有指令滤波的ES反步控制策略。根据ES的数学模型利用反步法设计控制器,并加入指令滤波器,以解决ES反步控制中的计算膨胀问题,同时设计误差补偿信号,并利用Lyapunov稳定性理论验证系统稳定性。通过仿真模拟新能源发电系统网侧电压波动时,ES对关键负载(critical load,CL)电压稳定的效果,以及不同系统参数对文中控制策略的敏感性分析。与传统的比例积分(proportional-integral,PI)控制对比,CL电压动态响应速度提高0.07 s,CL电压畸变率降低31%,参数敏感性分析中CL电压最大偏差率为0.318%,能承受的最大电压幅值波动范围提高52.9 V。仿真结果验证了文中所提出的控制策略具有响应速度快、谐波含量低、抗干扰能力强的优势。

基于改进虚拟惯性控制的直流充电桩控制方法

直流充电桩充电速度快、效率高的优点使得电动汽车负载可以频繁投切,但其作为直流系统具有惯性小、阻尼弱的特点。为降低电动汽车负载投切对直流侧电压扰动的影响,文中提出一种基于改进虚拟惯性(virtual inertia,VI)控制的直流充电桩控制方法。首先,类比虚拟同步机(virtual synchronous machine,VSM)技术推出VI控制,赋予直流系统一定的惯性与阻尼支撑。其次,采用指令滤波反推积分滑模(command filter backstepping integral sliding mode,CFBISM)控制对VI控制进行改进,即采用积分滑模(integral sliding mode,ISM)控制优化VI控制,增强系统的鲁棒性,并采用指令滤波反推控制对其中关键参数进行重构,避免控制器出现计算膨胀现象,同时对电流内环采用改进ISM控制从而进一步提升控制效果。然后,通过Lyapunov稳定性判据证明所提控制方法的稳定性。最后,通过仿真对比验证了文中所提控制方法可将直流侧电压波动限制在2 V以内,动态响应速度提高约0.1 s,关键参数在稳态时的扰动限制在1 V左右,从而验证了其响应速度快、鲁棒性好的特性。

虚拟同步发电机参数设计及优化研究

虚拟同步发电机的参数众多,参数设计较为复杂,常规方法难以保证设计效果。针对该问题,采用控制变量的方法改变阻尼系数、转动惯量、下垂系数和积分系数值大小,在分析比较不同参数值下虚拟同步发电机的有功、无功动态响应效果的基础上,通过建立以系统动态响应稳定性能为目标的优化函数,提出了一种基于松鼠搜索算法的虚拟同步发电机参数优化设计方法。仿真结果表明,提出的参数优化设计方法能够更准确地选择出合理参数,有效提升了虚拟同步发电机的动态响应性能,具有较好实用性。

含能量路由器的交直流混合配电网潮流计算

能量路由器(energy router,ER)作为新兴电力电子设备,可以实现电能在电力系统中的灵活分配。分析ER对系统的影响,研究以ER为配电枢纽的交直流混合配电网潮流计算方法,对实现配电网的优化运行具有重要意义。文中首先基于改进交替迭代法建立ER的稳态潮流模型,并对ER直流端口采用下垂控制策略,结合传统解耦法,提出一种适用于含ER的配电网交直流解耦迭代潮流计算方法。以含有多个ER的IEEE 14节点和IEEE 69节点配电系统为算例进行仿真计算,验证所提方法的正确性与收敛性。为分析ER对系统运行的影响,对不同场景下IEEE 69节点测试系统进行仿真计算,证明ER在系统中可以支撑节点电压,减小系统运行损耗。

一种双管反激级联式高位取能电源设计

在柔性直流输电系统中,高位取能电源为模块化多电平换流器(MMC)的子模块控制电路供电。随着直流输电系统电压的提升,子模块直流侧的电压也随之升高。为使高位取能电源适应更高更宽范围的输入电压,设计了一种基于双管反激的级联式拓扑。首先,介绍双管反激电路的工作原理、电流控制模式及工作模态;其次,基于变压器初级电流中位值,重新推导变压器AP值公式,与传统AP值方法进行比较;然后,基于南澳柔性直流输电换流阀的相关参数,对电源主电路进行设计。最后,搭建了一台输入电压为350~4 000 V,输出为一路400 V、两路15 V的电源样机,通过实验结果验证了设计的有效性和分析的正确性。

一种采用混合控制策略的反激型光伏微逆设计

微型逆变器可直接与光伏(PV)板连接,具有结构简单、体积小、输入输出隔离等优点。为了扩展PV微逆功率范围,前级DC/DC部分可采用两个反激变换器交错并联。首先分析了反激变换器的工作原理,针对传统工作模式下反激变换器不同控制策略的功率密度与损耗等方面存在不足,设计了一台具有主从关系的临界导通模式(BCM)和断续导通模式(DCM)混合控制的微型逆变器,该控制策略可提高PV微逆的稳定性和转换效率。根据电网相位和输出功率的变化选择不同的控制策略,弥补单一控制策略下存在的不足。最后搭建了一台350 W的交错并联反激微型逆变器样机进行实验测试,实验结果验证了该控制策略的有效性与可行性。

一种基于变压器集成的高位取能电源设计

在柔性直流输电系统中,高位取能电源为模块化多电平换流器(MMC)的子模块控制电路供电。目前普遍采用多路输入串联结构来使高位取能电源承受更高更宽范围的输入电压,因此存在电路中磁性元件过多及多路串联是否均压等问题。针对此类问题,设计了一种基于变压器集成式的双管反激拓扑。首先介绍双管反激拓扑结构及其工作模态;其次分析磁集成变压器自均压工作机理并推导磁集成变压器面积乘积(AP)计算公式;然后针对南澳柔性直流输电换流阀相关参数,对电源参数进行设计;最后搭建了一台输入电压为350~4000V的实验样机,实验结果验证了设计的有效性和分析的正确性。

智能车辆自动超车系统的数据驱动路径跟踪约束控制

针对智能车辆自动超车系统,提出了一种新的数据驱动超车路径跟踪约束控制方案,系统控制方案的设计仅利用自动超车系统的输入/输出数据,并不包括车辆的模型信息,所以针对不同的车型均能够实现自动超车的数据驱动路径跟踪约束控制.在控制器的设计过程中,针对控制输入受变化范围和变化速率的限制,提出了一种新的动态抗饱和补偿器来解决饱和问题.最后给出了数据驱动约束控制与原型无模型自适应控制(model free adaptive control,MFAC)以及PID控制的仿真结果对比,结果表明,本文所提控制方案能够很好的完成自动超车过程的路径跟踪,且相比原型MFAC以及PID控制方案,本文方案具有更小的跟踪误差和更快的响应速度.

新岩膨胀土滑坡特征及成因分析

新岩滑坡主要是新填方路段产生的滑坡,是位于大型古滑坡体上新近发育的局部浅层滑动。对滑坡土体进行矿物成分试验和膨胀性试验,结果表明滑坡土体具有典型的膨胀特性。从滑坡形态特征、滑坡土体特征及滑坡变形特征几方面分析了该膨胀土滑坡的特殊性,并从膨胀性岩土、人工填方、侧向变形空间及水的作用4个方面分析了该滑坡的成因,为该滑坡的支护结构设计提供了科学的依据,同时对深入研究和整治该地区其他膨胀土滑坡有深远意义。

神经网络自适应的永磁直线同步电机超扭曲终端滑模控制

为了提高永磁直线同步电机控制系统的鲁棒性和快速性,提出了一种基于超扭曲滑模控制的直线电机反推控制策略。首先,根据电机的机械动力学方程,建立了永磁直线同步电机的数学模型。其次,引入一种基于超扭曲控制的终端滑模控制器,削减系统的抖振,保证滑模面的快速收敛,从而提高系统的鲁棒性。针对直线电机易受到参数变化以及外界干扰影响的特点,为直线电机控制系统设计了一个神经网络干扰观测器。最后,通过直线电机实验平台验证控制方法的有效性。

基于预设性能的船舶直流微电网终端滑模反推控制

为了解决船舶直流微网中负载突变带来的直流母线电压波动问题,本文首先在微网中引入混合储能系统并构建船舶直流微网的数学模型,接着采用一阶低通滤波的策略分配差额功率,最后设计了一种基于预设性能的终端滑模反推控制策略.在控制器中引入预设性能函数,使直流母线的跟踪误差按照预设的曲线进行快速收敛,定义跟踪误差的终端滑模面并利用反推的方法求解出控制器,最后对整个闭环控制系统的稳定性进行了证明.通过MATLAB/Simulink仿真,并与PI、反推控制策略进行对比,突显所设计的控制策略在稳定直流母线电压、减小调节时间、加快负荷响应速度等方面的有效性与优越性.

灰色局势决策在预应力锚索优化设计中的应用

将灰色理论中灰色局势决策方法应用到某滑坡支护工程中优化预应力锚索的锚固角及锚索的钢绞线根数。采用Slope/W软件建立滑坡剖面模型,将不同的锚固角度和钢绞线根数组合,以Janbu法计算的安全系数和需要的钢绞线总长度为目标,采用灰色局势决策法,得到以锚固角35°,9根15.2mm钢绞线的预应力锚索加固该滑坡,能取得即安全又经济的效果。

基于内外环设计的超空泡航行器容错控制

针对高速水下超空泡航行器(underwater supercavitating vehicle,USV)纵向运动模型,提出一种基于内外环的容错控制系统设计方法。为实现USV的大机动控制,文中未使用小角度假设简化模型,而采用更接近物理实际的非仿射非线性模型。基于此,提出一种故障估计器用于实时在线估计故障值,采用时标分离技术设计USV的容错控制器,并利用估计的故障值在线重构控制器以达到容错的目的,仿真结果表明了所提方法的有效性。

运动控制类课程群多维度教学模式研究与实践

针对运动控制类课程教学存在的教学形式单一、教学过程承接关系薄弱、学生的系统工程观难以建立等问题,以运动控制类课程群教学为载体,采用学科竞赛、科研项目开发、跨课程统一资源库建设等手段相结合,对课程群的多维度教学模式进行了研究与实践,结果表明,所提出的多维度教学模式对学生批判思维、实践能力、创新思维和设计能力的培养起到了积极的促进作用。

近空间飞行器故障诊断与容错控制的研究进展

近空间飞行器具有飞行速度快、飞行包线大、气动特性变化剧烈及飞行环境复杂多变等特点,故障诊断与容错控制技术对提高其安全性和可靠性具有重要意义。本文通过对近空间飞行器故障诊断与容错控制技术的国内外研究现状调研和分析,阐述了近空间飞行器动力学模型及飞控系统的故障类型,分析了近年来国内外关于近空间飞行器故障诊断与容错控制技术的主要研究成果和存在的问题,最后对近空间飞行器故障诊断与容错控制技术未来的发展方向和面临挑战进行了展望。

新型六旋翼飞行器的轨迹跟踪控制

针对新型六旋翼飞行器,提出一种轨迹跟踪控制策略。首先,给出了六旋翼飞行器的运动学模型和动力学模型,同时给出存在复合干扰情况下的运动学模型,并提出了一种新的复合干扰估计算法,该算法是由干扰估计误差驱动而非传统的状态跟踪或者预测误差。随后,设计了飞行器动力学和运动学模型的backstepping控制器,在动力学模型的控制器设计中将指令滤波和线性跟踪微分器用于其中,以提高系统对控制指令的响应速度。最后,通过仿真验证实验,验证了所提干扰估计算法和轨迹跟踪策略的正确性和有效性。

基于三维裂隙网络RQD的确定及最佳测线数量的研究

作为评价岩体质量好坏的重要指标,RQD的应用已十分广泛,其在工程地质与岩土工程的分析中发挥着重要的作用。而通过钻孔的方法进行RQD的获取具有明显缺点。真实岩体不同方向的RQD并不一致,而以垂直于地表的钻孔获取的RQD并不能完全代表整体岩体的好坏程度。引入三维裂隙网络的方法进行RQD的计算,在三维裂隙网络内设立测线,以测线的形式来模拟钻孔,获取指定方向的RQD值。岩体不同于其他人工材料,其具有明显的非均质性,即在不同位置获取的RQD值并不一致,现今RQD的研究则鲜有考虑。对岩体内的最佳测线数量进行了研究。结果表明:当沿x,y与z轴分别存在25,80与55条测线时,可获取岩体各方向的真实RQD值,且最大限度的节省计算时间以实施进一步的研究。

四旋翼飞行器的分散式容错控制

针对存在复合干扰和执行器故障的四旋翼飞行器姿态系统提出一种故障调节策略.首先给出了四旋翼飞行器的姿态模型和存在复合干扰情况下的姿态模型,并给出执行器的失效故障表达形式.针对姿态控制系统的复合干扰和执行器失效故障,分别给出一种复合干扰估计和局部故障诊断和辨识(fault diagnosis and identification,FDI)算法.复合干扰估计器由干扰估计误差驱动,并非直接与传统的状态跟踪或预测误差有关.针对执行器失效故障的局部FDI结构类似于模型参考自适应,基于复合干扰估计和局部FDI设计出四旋翼飞行器姿态系统backstepping容错控制器.仿真实验验证了文中所提容错控制策略的正确性和有效性.

无人机姿控系统鲁棒动态面容错控制设计

针对含有不确定和执行器故障的无人机姿态控制系统,提出了一种鲁棒自适应动态面容错控制方法。在设计中,首先提出由非线性阻尼技术抵消不确定性及外界干扰,然后设计一种基于自适应动态面控制方法的容错控制策略,保证无人机在出现未知执行器故障情况下,其闭环姿态控制系统是全局渐近稳定的,实现姿态输出对制导指令的容错跟踪。最后对所提出的容错控制方法进行了某无人机非线性姿态控制系统的仿真验证,结果表明了所提方法的有效性。

带有指令滤波的孤岛分布式能源系统反步控制

针对分布式能源(DER)的微电网系统处于孤岛运行模式时,因负载产生扰动导致输出电压难以保持稳定的问题,设计了一种基于矢量控制的指令滤波反步控制器;给出了孤岛DER系统的结构及数学模型,对该模型利用反步法设计了控制器,并加入指令滤波器,意在解决反步控制中的计算膨胀问题;利用Lyapunov稳定性定理验证了系统的稳定性,并通过仿真观察此控制器在不同负载情况下的控制效果。仿真结果显示,系统的输出电压在不同类型负载情况下都能对参考电压保持良好的跟踪,验证了此控制器的有效性。