二阶系统有限时间控制方法综述

相比于传统且经典的比例–积分–微分(PID)控制,带有指数参数的有限时间控制方法具有更好的控制性能,因而引起广泛的关注和研究.本文首先从方法设计和稳定性分析角度,对现有主流有限时间控制方法进行整理和归纳,将其分为17种有限时间状态反馈控制方法及6种有限时间输出反馈控制方法.其次,以一类具有普遍和基础性的二阶系统为例,统一变量和参数,给出了每种控制方法对应的控制器的显式结构.然后,通过原理分析和比较分析,对每种控制方法的优点及不足之处进行了总结,尤其是给出了终端滑模控制具有“控制奇异与收敛时间矛盾性”的结论,以及指出了一些方法存在较大保守性的问题.最后,通过列表的方式展示了所有有限时间控制方法的优缺点及值得进一步深入研究的课题.

HT-7装置低杂波前级系统及微波输出控制

详细介绍了HT-7装置低杂波前级系统的组成、低杂波系统的采集和功率模式控制。实验中通过前级PIN开关控制不同的低杂波输出模式,满足了HT-7装置相应实验对低杂波的要求。

无抖振离散滑模输出反馈控制方法及仿真研究

针对离散时间系统,提出了一种基于多速率采样输出反馈和幂次函数趋近律的离散滑模控制方法;理论分析表明,通过引入幂次函数可消除离散滑模控制系统的抖振;采用多速率采样技术,运用不同采样速率下的系统输出值表示系统状态,实现了仅用系统输入输出采样值完成离散滑模控制器的设计,减轻了控制系统设计的复杂性;仿真结果表明,控制器的输出、切换函数、系统的输出均不存在抖振现象,而且控制系统表现出了良好的动态特性。

基于滑模控制的风机最大风能追踪

为了最大限度地利用风能,提高风力发电系统的效率,提出了一种基于滑模控制的最大风能追踪方法.建立了风机控制系统,并且基于滑模控制原理建立了滑动平面,设计了滑模控制率,并进行了稳定性分析.利用Matlab/Simulink对系统进行仿真研究表明,实际电磁转矩能较快地跟踪期望值,验证了该控制策略的正确性和有效性.所建立的滑模控制系统不依赖于风速,具有较好的鲁棒性和控制精度,实现了最大风能追踪.

带时序的多路输出开关电源设计

针对多路输出DC/DC变换器存在的输出精度与交叉调整率问题,提出了三种改善措施:变压器堆叠绕法、输出电感耦合与输出比例取样反馈,同时给出了设计实例。针对多路供电系统中设计者需要考虑各路之间的上电顺序,提出了一种有效的上电时序控制方法。

风电叶片打磨机器人柔性末端终端滑模力控制

为了自适应叶片在磨削过程叶片曲率的变化,实现主被动磨削力控制。仿照人体肌肉组织,提出一种适用于电机驱动的直线型类串联弹性驱动器(SEA)安装于六自由度机械臂末端,以实现柔性输出。并建立了类SEA数学模型,在基于类SEA动力学模型的基础上,提出一种新型非奇异快速终端滑模滑模面和多幂次趋近率,并依据新型滑模面和多幂次趋近率设计了带扰动补偿的控制律。通过与传统终端滑模面、传统趋近率得到的控制律进行了磨削力跟踪对比仿真实验,结果表明新型非奇异终端滑模面和多幂次趋近率得到的控制律趋近平衡点速率更快,要求控制器输出较低,抗干扰能力更强。

一种用于AMOLED显示驱动芯片的电荷泵设计

基于开关电容系统理论,设计了一种多通路输出的电荷泵,为AMOLED显示驱动芯片中的源驱动和栅驱动电路提供电源电压。使用混合调制模式,根据源驱动和栅驱动的等效负载情况,分别设计相应的环路调制电路,在实现恒压输出的同时,降低VDH纹波电压与电源噪声,提高功率效率。基于0.18μm HVCMOS工艺的仿真结果表明,电路能够获得较小的VDH纹波电压,电源电压在2.6～3.3 V的范围内变化时,功率效率最高可达94.54%。

风电系统全风速段下双模变桨距控制

功率平稳输出与最大风能跟踪是风电机组在高、低两种不同风速下的控制目标,而当前变桨距控制的研究集中在高风速段,大部分是基于平衡点处的线性化模型,风力机偏离平衡点运行的动态性能较差,也不适用于低风速段。因此,针对高、低风速段的不同控制要求,设计了双模变桨距控制器:低风速段采用基于最大功率点跟踪(MPPT)的双PI控制,高风速段采用模糊自适应PID控制器,根据风速变化实时切换控制策略。最后,在Simulink平台下,通过与传统的PI控制器进行了仿真比较,验证了双模变桨距控制的控制效果。

微处理器电压调节器瞬态响应特性的改善

为设计具有快速动态响应的微处理器电源电压调节器,分析了在负载突变时电压调节器的瞬态响应特性和电路器件参数对输出电压瞬态响应影响.分析表明,采用合适电容值的低等效寄生电阻的滤波电容,并提高开关频率,可减小输出电压跌落.仿真结果显示,电感减半使电压跌落减小约20%,响应时间减小约60%;取临界(优化的)电容值可使电压波动减小约40%,但延长了响应时间;电流型控制方法比电压型控制方法电压跌落减小了约20%,响应时间缩短70%以上.

不平衡及谐波电压下双馈感应电机谐振滑模控制技术

为提高不平衡及谐波电网下双馈感应电机(doubly fed induction generator,DFIG)的运行性能,该文提出一种静止坐标系下的谐振滑模控制策略;通过在滑模控制切换面方程中加入6倍频谐振项,使系统实现对6倍频交流参考的无静差跟踪;实现了DFIG输出定子电流三相平衡且正弦,或者输出定子有功功率/无功功率平稳无脉动的控制目标,改善了不平衡及谐波电网下DFIG输出的电能质量。对比分析了不平衡及谐波电网下积分滑模控制与谐振滑模控制系统的性能,并证明了所提出控制系统的稳定性和收敛性。最后,构建了1 k W功率等级的DFIG实验平台,对所提控制策略进行了实验验证,证明了其可行性和有效性。

BLDC位置伺服系统的离散滑模输出反馈控制

研究了有界不确定离散时间系统的输出反馈滑模控制设计问题。提出一种基于多速率采样输出反馈和幂次函数趋近律的离散滑模控制方法,并将研究结果用于设计无刷直流电机位置伺服系统。该方法仅需已知位置信号即可完成位置伺服系统的设计。理论分析及仿真结果表明,所设计的控制器可以消除系统抖振,并使伺服系统具有良好的跟踪能力和强鲁棒性。

软开关弧焊逆变电源外特性的理论分析

通过分析移相全桥软开关弧焊电源工作特性,提出了基于峰值电流反馈控制软开关弧焊电源拓扑结构,运用电路分析方法把全桥弧焊电源等效为Buck模型,在不同负载条件下,Buck模型分别工作于电感电流连续方式和电感电流断续方式,运用电路知识对移相全桥零电压脉宽调制器稳态运行单周期波形图参数进行了理论计算,对模型的外特性工作点边界进行详细分析,通过分析计算证明了弧焊电源外特性形成机理,并给出一种所需外特性的实现电路.结果表明,软开关弧焊电源外特性边界曲线直接决定了焊接工艺参数的调节范围,通过不同的控制策略可以实现弧焊电源的所需外特性.

基于积分滑模控制的风电机组最大功率跟踪及恒功率控制

风能的随机不确定性以及风轮机自身特性使风电机组的发电功率、风轮转速等随风速变化而波动,降低了风电机组发电效率和输出电能质量。在分析变桨变速双馈风力发电机组的机电特性的基础上,提出了积分型滑模控制(ISMC)和PI复合控制策略。考虑到风能的不确定性、模型参数的时变性等对系统性能的影响,提出了一种积分滑模控制(ISMC)策略。为了进一步降低系统进入滑模稳态区域的抖动、提升系统响应的快速性,设计了带自适应修正项的滑模趋近控制率。仿真结果表明,所提出的控制方法能快速地跟随风速的变化,有效地抑制风轮转矩持续波动所引起的传动链振荡,既提升了低风速段的发电效率,又能保证了高风速段风机输出功率的平稳性。

基于分数阶滑模控制的直接矩阵变换器控制策略研究

直接矩阵变换器是一个无中间直流环节的AC-AC变换器,但是它和传统的间接矩阵变换器一样,在电网电压不平衡时其输出性能会下降。针对这一问题,提出了一种分数阶滑模控制以改善矩阵变换器的输出性能。首先,分析了矩阵变换器的拓扑结构和数学模型,得到了不平衡电网下的输出功率,并且根据输出功率表达式设计对应的输出补偿。其次,结合控制目标和直接矩阵变换器的数学模型设计出应用于不平衡电网的分数阶滑模控制器。所设计的控制器旨在实现恒定的有功功率,同时以单位功率因数输入。接着,结合输出补偿使输出的有功功率无脉动,同时无功功率能够跟踪参考信号。最后,在Matlab/Simulink和RT-LAB实验平台建立对应模型,验证该算法的有效性。实验结果表明,分数阶滑模控制在控制性能上要明显优于传统PI控制。

采用自适应变分模态分解的混合储能平滑光伏出力波动控制策略

光伏出力的随机波动性对电网稳定运行产生一定影响,针对这一问题,提出了基于自适应变分模态分解的混合储能系统(hybrid energy storage system,HESS)平滑光伏出力波动方法。首先,针对典型光伏出力场景,结合光伏功率波动标准及储能元件特性,对光伏原始功率自适应的进行变分模态分解,从而实现功率初级分配;其次,在储能系统内部,监测超级电容荷电状态,通过模糊控制对储能元件初级功率进行二次修正。研究结果表明:所提控制策略能够自适应地实现光伏出力的最佳分解及合理分配,在有效减少光伏出力波动的同时避免了储能元件出现冗余容量;基于模糊控制的初级功率优化修正,使储能元件在荷电状态(state of charge,SOC)安全范围内工作,极大延长了储能元件的经济寿命。研究结果为变分模态分解算法的广泛应用提供了坚实基础,同时为实现大规模光伏电站的可靠并网及进一步开展光伏功率在线控制提供了一定的理论依据。

考虑输出约束的静止无功补偿器改进滑模控制设计

针对含静止无功补偿器(SVC)的多机电力系统,考虑系统在输出约束的条件下,应用改进backstepping方法,构造约束Lyapunov函数,结合滑模控制,设计一种非线性SVC控制器。最后,将含静止无功补偿器的多机电力系统等值为两机系统,对其进行暂态稳定性仿真。仿真结果表明,设计的SVC控制器不但使系统的功角差输出量满足约束条件的限制,而且加快了功角差的收敛速度和减小了功角差的振荡幅度。

电动汽车用开关磁阻电机五电平功率变换器

功率变换器是开关磁阻电机控制系统的重要组成部分,为相绕组提供励磁和退磁电压,其性能的好坏会对系统性能产生直接影响。提出了一种新型五电平功率变换器,直流侧串联2个电容,电容中点通过2个横向桥分别与每一相绕组两端相连。通过主桥臂和横向桥配合,为相绕组提供不同等级的电压,可使电机工作在5种不同的工作模式。相对于传统的功率变换器,五电平功率变换器提供了更多的电压选择,有利于提高电机输出性能。通过仿真对比传统半桥式功率变换器和五电平功率变换器在直接瞬时转矩控制中的控制效果,证明了新拓扑能够更好地抑制转矩脉动。

基于滑模变结构的风力机变桨距控制研究

根据风能的不确定性和风力发电机的系统有着很强的非线性特点,设计了滑模变结构控制器,对1台采用该控制策略的异步双馈发电机进行变桨控制,利用Matlab/simulink对其运行行为进行仿真研究,仿真结果表明,滑模变桨性能不仅能有效控制风力发电机的转速范围,而且能保持风力发电机在额定风速以上的最大功率输出。