导弹稳定控制中陷波滤波器的离散化研究

开展导弹稳定控制设计时,通常采用陷波滤波器对弹体弹性振动频率进行抑制,保证控制系统的弹体弹性稳定性。介绍了陷波滤波器的基本原理,针对陷波滤波器离散化设计带来的频率畸变问题,提出了一种改进预畸变双线性变换法,在不改变陷波滤波器阻尼比值的基础上,通过调节阻尼大小实现频率畸变的补偿。与传统离散化方法相比,所提出的方法既补偿了畸变频率,又保证了陷波宽度和相位特性与连续域相同,具有操作简单、适用性强等优点。

级联陷波滤波器的微型光伏逆变器谐波抑制

直流母线上出现的二倍频纹波电压会导致单相并网逆变器的基准电流失真,并使其向电网注入过多的3次谐波电流,进而严重影响电网的电能质量。为此,这里提出一种基于级联陷波滤波器的双级半桥微型光伏逆变器谐波抑制控制策略,引入级联陷波滤波器来削弱电压控制环中的谐波分量,从而产生平滑的参考功率并提高注入电网的电流质量。首先分析功率去耦电容对直流母线纹波电压的影响,接着对双级半桥微型逆变器的谐波电流进行建模,并在传统的电压环PI控制器的基础上,引入级联陷波滤波器来减轻二阶谐波电流和三阶谐波电流。最后搭建实验样机对所提方案进行验证,实验结果表明即使两个直流电容容值差为±20%的情况下,所提设计方案仍然能满足IEEE-1547标准的要求,同时拥有良好的稳态和动态响应性能。

基于附加级联陷波滤波器的MMC-HVDC多频段谐振抑制策略

针对基于模块化多电平换流器(MMC)的柔性直流输电系统(MMC-HVDC)存在的中高频谐振问题,建立了MMC交流侧阻抗模型,分析了MMC呈现负阻尼特性的关键因素,即延时、电压前馈环节是主导MMC中高频段呈现负阻尼特性的主要原因,功率外环对中频段阻尼特性有较大的影响。对此,提出了附加级联陷波滤波器配置方法以最大限度地衰减电压前馈和功率外环对MMC的阻尼特性影响,在此基础上,针对正负序控制器引发的阻抗波动性问题提出了附加阻尼反馈环节和内环附加级联陷波滤波器2种抑制策略消除特定多频段的谐振风险。最后根据奈奎斯特判据分析了采用抑制策略的MMC与电网交互的谐振稳定性,并在电磁仿真软件中验证了理论分析和抑制方法的正确性与有效性。

基于参数解耦陷波滤波器的工业机器人末端振动抑制

六自由度工业机器人关节因传动装置刚度不足而引发末端振动,通常采用传统陷波滤波器解决该问题;但滤波器参数之间存在耦合,导致滤波器参数难以快速整定。为此,基于所建立的工业机器人双惯量负载模型设计出具有参数解耦的陷波滤波器。分析传统陷波滤波器传递函数,采用极点零点抵消法对陷波器参数进行解耦设计;将陷波器中心频率、宽度以及深度作为陷波滤波器的参数;最后,利用傅里叶变换和对数衰减法快速整定改进后的陷波器参数,以此来抑制工业机器人末端振动。搭建六自由度工业机器人实验平台进行实验。结果表明:参数解耦陷波滤波器不存在参数耦合,参数整定方便;使用参数解耦滤波器比未使用滤波器相比可降低78.5%的工业机器人定位振动,证明改进的参数解耦陷波滤波器对定位振动抑制的可行性与有效性。

基于扩张式主从自适应陷波滤波器与动态频率跟踪的永磁同步电机无传感器控制

磁链观测法是永磁同步电机在中高速区域一种有效的无传感器控制方案。但是由于逆变器非线性、初始位置误差、电流测量偏置等因素,磁链估计结果将不可避免地含有斜坡信号、直流偏置和各次谐波等多种干扰信号。这些干扰信号的存在将降低无传感器控制的稳态精度,增加转速波动,严重时甚至使系统失稳。针对这一问题,提出了基于扩张式主从自适应陷波滤波器(EMAF)的磁链观测方案。利用不同干扰信号的特性,EMAF可同时跟踪磁链观测中的多种干扰信号;通过对积分对象中的直流偏差进行反馈补偿,EMAF可消除积分环节产生的斜坡信号。进一步地,给出了EMAF的参数整定图解法,将多参数整定问题转换为单参数整定。另外,为了提高频率跟踪环节的动态性能,提出一种考虑电机运动方程的动态频率跟踪算法。相比锁相环或锁频环,该算法在频率变化时可减小频率跟踪误差,避免频率突变引起的暂态振荡。不同条件下的实验结果验证了所提方法的有效性。

高渗透率下用于改善电能质量的并网光伏陷波滤波器

为了应对光伏系统并网运行对电能质量的劣化影响,基于分数阶陷波滤波器(FONF)的控制提出了一种用于改善电能质量的改进的并网光伏陷波滤波器结构。首先介绍了并网光伏系统的系统配置;然后阐述FONF结构和光伏并网系统FONF控制方法,在FONF中所用积分器的功率可以根据系统所需准确响应进行修改。最后,通过基于IGBT的VSC和dSPACE MicroLabBox(DS-1202)开发了并网光伏系统的模型,验证所提FONF的优越性。

数字双频陷波滤波器的优化级联设计方法

数字双频陷波滤波器主要用于消除或抑制数字信号中的2个频率分量。首先推导出增益可控单频陷波滤波器的设计公式;然后采用特定的幅度响应控制策略,通过级联2个单频陷波滤波器,实现了数字双频陷波滤波器的优化设计;最后对所提设计方法的有效性和实用性进行了一系列的仿真实验验证。

具有阻尼系数的陷波滤波器设计分析

陷波滤波器(简称陷波器)是带阻滤波器(Band Elimination Filter,BEF)的一种。传统的陷波器由于其传递函数分子项无阻尼系数,是“单点滤波”,存在较大的使用局限性。因此,很少在控制系统设计中被采用。相反,具有阻尼系数的陷波器在控制系统中得到了广泛的应用。本文叙述了具有阻尼系数陷波滤波器的传递函数特点,并以此为基础,创新性地提出了多种构建型电路设计,主要有“双T型”、“基于带通滤波器”、“基于低通滤波器”、“基于传统陷波器改进型”等。以“基于带通滤波器”电路为例,给出了传递函数表达式及相关参数计算等,为这方面的电路设计提供了较为重要的设计参考。

扩频通信系统中自适应陷波滤波器的性能仿真研究

针对直接序列扩频通信系统中的窄带强干扰信号,研究了基于即时干扰频率估计与陷波滤波器的自适应开环干扰抑制方法。重点比较了2阶IIR,3系数FIR与5系数FIR陷波滤波器对扩频信号波形畸变和系统误码率的不同影响。探讨了使用此3种干扰抑制方法构建一个抗窄带干扰能力达60dB以上的扩频通信系统的可行性。研究结果表明在具有成形滤波器的直扩通信系统模型下,与RS(255,223)码结合使用,2阶IIR陷波滤波器的处理增益为1023的单纯直接序列扩频系统在信噪比-10dB及系统误码率10-6的条件下具有60dB以上的抗窄带干扰能力;而使用3系数或5系数FIR陷波滤波器的扩频通信系统不可能达到60dB的抗窄带干扰能力。

基于自适应陷波滤波器的基波与谐波有功功率分别计量

非线性负荷的广泛应用使电网遭受严重的谐波污染,如何准确、合理计量谐波条件下的功率和电能已成为电气测量技术及仪器仪表领域急需解决的问题。电能计量的关键是有功功率的准确计量,文中在单相瞬时功率理论的基础上,提出了基于自适应陷波滤波器的谐波条件下单相基波和各次谐波有功功率分别计量新方法。采用自适应陷波滤波器分别提取出单相电压、电流各自含有的基波和各次谐波分量以及各分量的正交分量,然后通过单相瞬时功率理论分别计量基波和各次谐波有功功率。仿真和实验结果表明,所提出的有功功率计量新方法具有较高的计量精度,尤其是在电网频率变化时,不需要额外的测频或同步采样,仍能快速、准确计量基波和各次谐波有功功率。

基于自适应陷波滤波器的在线机械谐振抑制

针对不断拓展的伺服系统带宽将会超过系统固有机械谐振频率而引发机械谐振,克服原本被忽略的弹性部件的影响以提高伺服系统性能,采用自适应陷波滤波器进行在线机械谐振抑制.首先对双惯量弹性负载模型进行理论分析,解释及验证了机械谐振机理及现象.通过FFT法实时分析电磁转矩电流,可以在线快速辨识机械谐振特性,并以此辨识结果在线自动整定陷波滤波器参数,快速有效地抑制机械谐振.实验结果表明,该方案能够在线自动抑制弹性负载引起的谐振问题.离散化的高刚度谐振系统将以自然谐振频率持续振荡,而在线自适应滤波器无需对控制器参数进行改变,即可满足系统高刚度控制的同时抑制谐振.

基于自适应陷波滤波器的内置式永磁电机转子位置观测方法

针对逆变器非线性和磁场空间谐波引起定子电流及反电动势产生6k±1次谐波,进而导致6k次转子位置脉动观测误差,提出一种改进的基于有效磁链模型的自适应滤波转子位置观测方法,实现无位置传感器内置式永磁同步电机(interior permanent magnet synchronous motor,IPMSM)矢量控制系统准确解耦控制,改善其控制性能。通过自适应陷波滤波器(adaptive notch filter,ANF)滤除指定的反电动势观测值谐波分量,从而提高正交软件锁相环获得转子位置信息的精度。该方法根据谐波分析结果,通过最小均方算法(least mean square,LMS)在线连续调整滤波器参数,保证了转子位置观测器的快速收敛性。最后通过2.2k W IPMSM无传感器矢量控制系统验证了控制策略的有效性。

基于自适应陷波滤波器的频率和幅值估计

估计正弦信号的频率和幅值以实现准确信号跟随具有广泛的应用.本文采用三维自适应陷波滤波器分析正弦信号,提出了非归一化和归一化两种频率估计方法,两种算法都具有圆形周期轨道,能够获得信号的频率和幅值的准确估计以及正弦跟踪.用Lyapunov定理和平均方法证明积分流形的存在性和一致渐近稳定性.归一化算法改进了非归一化的收敛速度受制于信号幅值的缺点.分析了估计器的带宽参数和频率自适应增益参数对频率跟踪暂态速度和稳态精度以及噪声特性的影响.通过仿真证实了算法的有效性.

磁电轴承中抑制不平衡振动的陷波滤波器设计方法

为解决陷波滤波器在实际应用中存在影响控制系统稳定性的问题和兼顾系统的干扰抑制和稳定特性,提出了一种陷波滤波器的设计方法。该陷波滤波器采用通用式结构,其中心频率分布在转子转速附近以抑制不平衡振动。陷波滤波器中的其他三个参数,与滤波器的带宽和极点分布相关,可影响系统的稳定性。推导出包含该陷波滤波器的系统传递函数和稳定方程,综合采用根轨迹、频域分析的方法,给出了这三个参数与系统稳定性的关系。然后考虑稳定裕量、刚度、振荡幅度和滤波效果的要求以设计陷波滤波器。试验结果表明,采用该设计方法的陷波滤波器,不仅使磁电轴承的转速衰减率和控制电压噪声分别减小91％和67％,而且也使系统的稳定性指标和附加振荡幅度满足设计指标。

抑制局部放电在线监测中周期性干扰的级联式IIR陷波滤波器的研究

在分析用IIR陷波滤波器来抑制局部放电在线监测中周期性干扰的基础上 ,提出和论述了级联式IIR陷波滤波器基本原理及简明设计方法。模拟仿真和现场实验证明这种滤波器能有效的抑制局部放电在线监测系统中的周期性干扰。对于采样频率低的窄带系统 ,采用该滤波方法能在滤波同时 ,得到一个周波里的放电波形。

基于粒子群优化的数字多频陷波滤波器设计

数字多频陷波滤波器用于同时滤除或抑制数字信号中的多个频率分量,粒子群优化是模拟鸟群迁徙行为的元启发式搜索方法。以改进的粒子群优化算法为基础,提出了数字多频陷波滤波器的设计方法,它通过优化配置陷波系统的极点位置,实现了具有稳定特性的陷波系统的优化设计。所提设计方法的有效性和实用性,得到了一系列仿真实验的具体验证。

自适应陷波滤波器频率估计新方法及性能分析

现有的自适应陷波滤波器(ANF)受误差函数所限,导致其自适应频率估计方法收敛速度较慢,对初始迭代频率值设定范围要求较高,特别针对频率接近于0或π的信号,还存在频率估计精度不高、算法稳定性差的问题,为此,提出一种ANF频率估计新方法.首先,分析现有ANF方法估计信号频率时存在精度低、速度慢、稳定性差的原因,提出一种新误差函数以提升ANF收敛速度;然后,根据ANF估计信号频率时偏差产生的机理,通过偏差补偿方式,降低噪声对ANF的影响,以获得近似无偏的频率估计结果,提高ANF频率估计精度,同时与离散卡尔曼滤波相结合,以改善算法的稳定性,并对该方法进行稳态条件下的性能分析;最后,给出了ANF频率估计结果,并讨论了ANF各参数对频率估计精度的影响,给出了具体计算结果.计算表明本文方法的有效性与正确性.

一种采用陷波滤波器的超前角弱磁控制算法

针对永磁同步电主轴在弱磁阶段,当采用SVPWM过调制控制时稳态速度产生波动的现象,在分析超前角弱磁控制算法的基础上,将主要原因归结为SVPWM过调制引起逆变器输出电压的6次谐波分量通过弱磁电压闭环传导到dq轴参考电流中,造成电流环控制性能变差进而影响电主轴的速度控制性能。对此,提出一种采用陷波滤波器的超前角弱磁控制算法。此方法在弱磁电压闭环回路中设计了陷波滤波器,以滤除输入电压信号中的6次谐波分量,同时不影响其他信号分量。实验结果表明,加入陷波滤波器之后,弱磁阶段的输出电压、电流与速度信号中的6次谐波分量明显地减小,其波形得到了显著改善,从而有效地提高了电主轴的弱磁调速性能。

超小绝缘硅微环陷波滤波器特性分析

设计了基于SOI结构的超小微环陷波滤波器,该滤波器便于集成且可实现深度陷波。根据对全通结构微环谐振腔的传输特性分析得知,为得到好的陷波特性就必须增加波导间的耦合强度。在相同半径的全通微环谐振环结构中,耦合系数主要与3个参数(波导宽度、间距以及耦合区域的长度)有关。通过理论计算及仿真分析,对以上3个参数对陷波滤波器输出光谱响应的影响进行了讨论。实验结果表明,陷波滤波器越接近临界耦合条件(r=a)时,消光比越高。此时,消光比达36 dB以上,滤波器的FSR约为72 nm。

多通道自适应陷波滤波器组设计及性能分析

通过对多个单频自适应陷波滤波器的组合,得到了多通道自适应陷波滤波器,推导了其并联和级联结构的传递函数,分析了单通道、并行多通道和串行多通道3种滤波器的工作特性,并比较了它们的滤波性能.仿真结果表明,多通道自适应陷波滤波器既可有效抑制宽带噪声,又可同时完成对多个不同频率正弦波的提取;增设陷波通道可以去除正弦干扰,避免包络波动.另外,串行多通道陷波滤波器更适合单通道接收的情况,而并行多通道陷波滤波器则适用于多通道接收的场合,具有较大的实用价值.