基于ADMM的多区域直流系统完全分布式最优潮流算法

针对传统集中式最优潮流算法扩展性差的问题,提出一种适用于求解大规模分布式电源接入的直流系统最优潮流的完全分布式算法。首先,利用凸松弛方法将非凸的直流系统最优潮流模型转化为二阶锥规划模型;然后,基于ADMM(交替方向乘子法)建立求解该模型的分布式算法,再去除算法中的一致性变量,从而将其改进成为直流系统最优潮流的完全分布式算法;最后,在改进的IEEE13节点和118节点系统算例上进行的仿真验证表明,该算法无需中央协调单元协同各区域的边界一致性信息,通过各区域的并行优化、相邻区域间少量边界节点信息的交换,即可得出辐射式以及环网拓扑的直流系统最优潮流问题的全局最优解。

直流微网下的光伏可调度下垂控制方法

为了提升光伏调度的灵活性,并解决传统基于U-I下垂的光伏控制方法中的过载问题,提出了以U-dp/du下垂控制为第1层,以调度指令跟踪为第2层的分层可调度下垂控制方法。在不同的时间尺度上,实现了不同的控制目标。在短时间尺度上,U-dp/du下垂控制可以在光伏电源之间分担瞬态功率波动;在长时间尺度上,跟踪调度指令以实现电压控制或功率调节。而且,以dp/du作为控制变量实现了光伏运行模式的无缝切换,不仅避免了过载问题,还能作为调度中的功率裕量指标。最后,在硬件在环实验中验证了所提算法的有效性。

控制同步发电机加速功率的储能滑模控制器

针对电力系统功角稳定性问题,在建模分析储能与同步发电机能量交互关系的基础上,提出一种控制同步发电机加速功率的储能滑模控制器.利用滑模控制的强鲁棒性,将同步发电机的转速偏差引入滑模面,并通过控制同步发电机的加速功率,使同步发电机与电网在控制上解耦,并使同步发电机的频率恢复至额定值,从而增强系统的功角稳定性.为了削弱滑模控制中的抖振现象,采用非线性光滑函数代替滑模控制中的符号函数,得到实用化的滑模控制器.通过构造李雅普诺夫函数进行所提控制器的稳定性分析.在Matlab/Simulink的仿真测试中,对比所提控制器和参数反馈线性化控制器(PFL)、功率振荡阻尼控制器(POD)以及柔性控制器(FC)在扰动下的系统性能,结果表明所提控制器稳定时间比其他3种控制方法缩短30%以上.

基于空间域dP/dV计算的光伏控制方法

为了消除基于扰动观测方法下的光伏系统输出稳态振荡,针对当前步长计算中dP/dV存在的零分母问题,以空间上相邻的数据计算dP/dV,去掉扰动观测,直接以dP/dV作为控制变量.在稳态下,避免了零分母问题,实现了稳态时无振荡;在动态下,高频的信号更新反馈保证了快速的动态跟踪过程.统一了最大功率跟踪模式(dP/dV=0)和功率热备模式(dP/dV<0),可以在不同的dP/dV参考值下实现优秀的输出性能.在Matlab/Simulink仿真和实物实验中,通过与传统P&O算法及最新MPPT算法的对比,证明了所提算法在最大功率跟踪性能上的优势;与基于时域dP/dV计算的控制方法对比,证明了所提算法在功率热备输出性能上的优势.

考虑约束变化的风电场尾流优化

新能源电站投资巨大,故发电效率非常重要。尾流效应是影响风电场发电效率的重要因素,然而现有的尾流优化算法忽略了风速变化对叶尖速比(tip speed ratio,TSR)调节范围的影响,这可能导致优化结果实际无法实现。考虑到处于尾流区域内的风机,其优化变量可行区间将随前排风机的优化而变动,论文对此变动进行了建模,并提出了一种考虑约束变动的优化算法以提高风电场尾流优化的准确性。通过对比有无考虑约束变化的两种算法在相同环境下的仿真结果,验证了所提算法的有效性。

基于结构Lyapunov矩阵的静态输出反馈镇定

线性时不变系统的静态输出反馈控制可行性等价于两个耦合的线性矩阵不等式解的存在性问题,这导致了一个非线性最优化问题,是无法直接求解的.针对线性时不变系统(LTI),深入研究这两个矩阵不等式的关系,通过构造一个结构Lyapunov矩阵,给出了一个问题有解的充分条件,并在此基础上提出一个静态输出反馈镇定算法.利用线性矩阵不等式(LMI)方法,可直接求解出相应的输出反馈增益.数值实例证明了该方法的有效性.

一类不确定系统的滑模观测器设计

针对一类系统矩阵不确定的线性系统,提出了一个新的鲁棒滑模观测器设计方法．通过将系统矩阵的不确定分为匹配的和非匹配的两部分,利用滑模控制对匹配不确定的绝对鲁棒性．使得观测器具有更小的保守性．基于规范型和结构Lyapunov矩阵,将观测器的综合问题转化为一个简单易求解的LMI问题,并进一步给出了优化求解过程,避免过大的控制输入．最后,仿真实例验证了所提方法的有效性．

基于扰动观测器的机械手碰撞检测与安全响应

当机械手臂与其工作环境中的物体或人体发生碰撞时,会损坏关节处的电机或给人员带来伤害,为保证人员与设备安全,设计一种外部扰动观测器对外部碰撞作用力进行估计的方法.扰动观测器基于动量守恒推导得出,当系统不受外力时观测结果指数收敛到零附近;当系统受到外力时,观测结果指数趋近于外力大小.当观测器结果及其变化率超过一定阈值时,认为外部碰撞发生.为保证手臂及碰撞对象的安全,使控制手臂远离碰撞区域,设计了机械手臂在速度和力矩控制模式下不同的安全响应控制方法.对气球以及人身体的碰撞实验表明:该方法可以在发生接触后200ms内有效地检测到碰撞的发生,并控制机械手臂以最快速度减速直至反向运动,离开碰撞区域,保证机械手臂和人员的安全.

一种混合型电力滤波器的变结构控制

在分析数学模型的基础上 ,给出了一种混合型电力滤波器的变结构控制 ,并对其相关参数进行了设计 ,仿真结果表明该控制策略具有良好的谐波抑制性能 ,且算法简单、易于实现。

基于简化非线性观测器的LuGre动态摩擦力补偿

针对机械手臂控制中使用LuGre模型进行动态摩擦力补偿时的内部摩擦力状态识别问题,在已有的非线性观测器和基于滑模的观测器的研究基础上,缩减非线性观测器中的冗余部分,提出简化非线性观测器.采用Lya-punov方法分析基于该观测器的自适应控制算法的稳定性,说明简化观测器的使用条件为加入合适的低通滤波器,消除速度采样高频波动对观测结果的影响.实验结果对比了3种内部摩擦力状态观测器在动态LuGre摩擦力补偿中对手臂控制效果的影响,采用3种观测器进行自适应跟踪控制时的位置跟踪精度分别可以达到0.010、0.009和0.004rad.实验表明,采用简化观测器可以取得比前2种观测器更好的自适应控制效果.

基于GWLN方法的冗余机械臂关节力矩约束控制

针对冗余机械臂受到的关节驱动力矩有限的约束,提出基于广义加权最小范数法(GWLN)的算法.通过引入辅助变量,考虑重力和科里奥利力的影响,排除现有方法对机械臂低速运行的假定.在逆运动学求解时,对扩展变量的加权范数优化,使得规划关节加速度所需的力矩指令保持在驱动器输出范围之内.该算法的有效性通过数学证明得到验证.在MATLAB ROBOTIC TOOLBOX中对PUMA560机械臂的仿真结果证实,基于GWLN方法控制的机械臂在遵循关节力矩约束的同时,准确地完成操作任务.同零空间力矩优化方法及现有加权方法的仿真结果对比显示,基于GWLN方法的控制算法能够更加有效地保证力矩约束,具有更好的稳定性.

带关节约束的非冗余机械手臂二阶逆运动学控制

针对关节限位和关节速度约束下的非冗余机械手臂控制问题,提出能够同时满足关节限位、关节速度约束的非冗余机械手臂二阶逆运动学算法.该算法将关节限位约束转换为带有时变阈值的关节速度约束,将时变阈值关节速度约束由真实关节空间映射到修正关节空间,变为固定阈值的关节速度约束;在修正关节空间通过加权最小二乘法,保证机械手臂运动过程中关节限位约束成立.该算法能够通过自适应调整权值矩阵满足关节速度约束,通过定理证明了该算法能够充分满足关节限位、关节速度约束.在三关节非冗余机械手臂上进行仿真实验,验证了该算法可以使闭环系统在实现轨迹跟踪的过程中保证关节限位、关节速度约束成立.

四旋翼水下航行器运动控制及可视化仿真

以实验室自主研发的微型自主四旋翼水下航行器为对象,对其进行运动建模。综合水动力、静力、推力分析其运动模型,借助MATLAB平台,结合M函数与Simulink进行运动仿真,并借助VR模块,将运动结果进行可视化输出,直观地研究水下机器人的运动规律。

配合主网调度的配电网分布式电源主动控制策略

为了降低大量分布式电源接入配电网造成的电网潮流的不确定性,提出一种能够用于配合主网功率调度的配电网分布式电源控制策略。该策略可以实现主网对配电网在公共连接点处注入的有功和无功功率对给定参考值的跟踪,从而使整个配电网等效为可控的功率节点,使配电网具有一定的功率调度性能。同时,具有分布式电源间有功功率的分担以及平衡各分布式电源并网点处的电压的特性。该策略采用分布式一致性算法,只依赖邻居节点间的通信,不需要系统的全局信息。还给出配电网分布式电源通过控制无功实现电压平衡的阻抗条件。策略的有效性通过仿真得到了验证。

基于四元数的机械手姿态定向控制

为了有效利用机械手关节自由度,提出机械手的姿态定向控制方法,即保持机械手末端朝向,而允许工具绕某一朝向轴的旋转自运动.四元数法在姿态控制上不存在奇异点,因而采用四元数的方法,实现机械手的姿态定向控制.通过构建姿态定向误差的四元数表述形式,引入姿态定向误差反馈,构造李雅普诺夫函数,证明了其全局稳定性.采用定向控制后,机械手由原先的六维度控制任务转变为五维,从而多出一个冗余度,可以用于提高机械手在避免关节限位、奇异点以及提升可操作度等方面的能力.实验证明,采用该方法能够良好地实现姿态定向误差收敛,验证了理论上的稳定性证明,获得比姿态定位控制更好的运行效果.

海上多平台互联电力系统故障后的供电恢复策略

在电力系统出现故障后,恢复非故障区域的供电可有效提高系统自愈能力。针对应急发电机、储能装置辅助的海上多平台互联电力系统,提出了一种适用于孤岛电网故障后的供电恢复策略。首先,提出了电源恢复优化模型所考虑的4种指标:故障恢复效果、故障恢复时间成本、对非故障区域内潮流影响和启动应急发电机数量。此外,给出了具有潮流约束、网络安全约束和网络拓扑约束的故障后供电恢复优化模型。然后,将遗传算法应用于该供电恢复策略中,通过改变电力系统中开关的分合状态来调整电网的运行方式,进而恢复非故障区域的供电。最后,结合IEEE 53节点配电系统和海上多平台互联电力系统的大量仿真实验,验证了所提电源恢复策略的有效性,此外,还评估了含储能的海上多平台互联电力系统的自愈控制能力。

基于虚拟阻抗和锁相环的孤岛检测技术

针对被动孤岛检测存在较大检测盲区,而传统的主动检测法会对电网电能质量造成影响,提出了一种结合锁相环和虚拟阻抗的孤岛检测方法。该方法通过锁相环的输出跟随本地负载谐振频率变化的特性,来对孤岛进行检测。正常并网时,锁相环的输出会稳定在线路频率上;而处于孤岛时,锁相环的输出则会跳变到本地负载的谐振频率处。同时,引入了虚拟阻抗技术对此方法进行了完善,应对频率出现匹配的情况。通过Matlab仿真和RT-LAB半实物仿真平台进行了实验验证,验证了理论推导的正确性及所提孤岛检测方法的有效性。

基于ARM9和嵌入式Linux的注塑机机械手上位机控制器

为配合三轴伺服注塑机机械手的操作控制,将嵌入式技术应用到机械手上位机控制器的设计中。根据注塑机机械手人机交互的要求,上位机控制器采用了AT91RM9200为硬件核心,以嵌入式Linux为操作系统,详细配置了LCD显示和触摸屏输入、键盘输入、以太网通信以及串口通信模块。试验结果表明,该控制器运行安全可靠,可以给其他同类型的工业控制器在设计方面提供一些参考。

基于立体视觉的动态鱼体尺寸测量

获取渔业养殖鱼类生长态势的人工测量方法费时费力,且影响鱼的正常生长。为了实现水下鱼体信息动态感知和快速无损检测,该研究提出立体视觉下动态鱼体尺寸测量方法。通过双目立体视觉技术获取三维信息,再通过Mask-RCNN(Mask Region Convolution Neural Network)网络进行鱼体检测与精细分割,最后生成鱼表面的三维点云数据,计算得到自由活动下多条鱼的外形尺寸。试验结果表明,长度和宽度的平均相对误差分别在4.7%和9.2%左右。该研究满足了水产养殖环境下进行可视化管理、无接触测量鱼体尺寸的需要,可以为养殖过程中分级饲养和合理投饵提供参考依据。

应用PSO和SVM的水下航行器黑箱建模

随着新型水下航行器不断涌现,现有水下航行器数学模型已难以与实际模型吻合.为更好了解新型水下航行器实际模型以及预测新型水下航行器运动,提出应用粒子群(particle swarm optimization,PSO)参数寻优和支持向量机(support vector machine,SVM)的水下航行器黑箱建模方法.首先根据水下航行器的运动状态信息和推进器力,应用支持向量机构造出之间的非线性映射关系,然后通过粒子群智能优化算法获得支持向量机的最佳参数组合,进而实现水下航行器的黑箱建模,最后根据推进器力是否时变,分别以新型四旋翼水下航行器的两种空间运动进行实验验证,并以均方根误差作为空间运动预测结果的评价标准.试验结果表明,基于粒子群参数寻优和支持向量机所构建的水下航行器黑箱模型对空间运动预测具有较小的均方根误差,空间运动预测结果与实际运动基本一致,所建黑箱模型与实际模型基本吻合,能有效预测水下航行器运动状态.