基于Simulink/MATLAB电力电子系统仿真设计

论述了利用Simulink/MATLAB新型电力电子工具箱进行电力电子系统仿真设计,重点分析了Simu-link环境中非线性元件模型和电路的分割及解耦.在SIMUPEC环境中,非线性元件能够直接实现.电路分割和解耦能实现大规模复杂电路分割为多个小的子系统,这一技术能提高系统仿真的速度.

大规模海上风电场电磁暂态受控源解耦加速模型

随着风电装机容量及占比越来越大,大规模风电场电磁暂态仿真速度极慢的问题愈加凸显。针对现有建模方法复杂、无法反映风电场内部特性、灵活性不足等问题,提出一种大规模海上风电场电磁暂态受控源解耦加速模型。该方法通过受控源传递端口间电压和电流信息,实现风电机组内部元件之间以及不同风电机组之间端口的解耦,从而将系统解算过程中高阶矩阵分解为多个小矩阵以实现快速仿真。基于节点分析法和基尔霍夫定律证明了该方法的有效性。所提出的受控源解耦加速模型建模方法简单,通过仿真软件中现有模块拖拽即可搭建,可以准确仿真风电场的各种暂稳态工况,并且提速效果明显。同时,所提受控源解耦加速模型可与现有文献所提方法互补,扩展其灵活性。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了不同机组数量的风电场模型,验证了受控源解耦加速模型的仿真精度及加速效果。结果表明,所提受控源解耦加速模型可实现1~2个数量级的加速效果,且相比详细模型具有较高的仿真精度。

电力系统电磁暂态仿真中异步电动机的机-网解耦模型

电力系统电磁暂态仿真中,常用异步电动机模型来代表动态负荷模型。然而,由于异步电动机数量众多和电机-电网接口方法的局限性,传统异步电动机模型很难兼顾仿真效率和数值稳定性。针对这一问题,该文提出一种用于电力系统电磁暂态仿真的异步电动机负荷解耦(induction motor load decoupling,IMLD)模型。该模型结合异步电动机等效电路和LC传输线时延,构造出具有天然时延的电机-电网解耦接口,从而将异步电动机与外部电网解耦,异步电动机的迭代求解过程无需与外部电网同步求解。根据负荷节点给定的潮流有功和无功功率,通过求解等效电路方程并配置IMLD模型参数,使仿真功率结果与潮流计算给定负荷节点功率相匹配。测试算例结果表明,所提IMLD模型可有效减少网络方程迭代次数,同时具备较高准确性和仿真效率,且具备良好的数值稳定性。

基于智能融合算法的冷热电联供系统灵活性运行优化研究

为了进一步提高燃气轮机仿真模型的模拟精度,在建立燃气轮机机理仿真模型和BP仿真模型基础上,基于模型替代技术、BP神经网络算法以及最优加权法、动态权重分配法,分别建立了3种燃气轮机串联智能融合仿真模型和2种并联智能融合仿真模型;通过将上述仿真模型的模拟结果与实际运行数据进行对比分析,遴选出模拟效果最优的仿真模型;以燃气轮机智能融合仿真模型作为燃气轮机的出力约束,建立了考虑热电解耦技术的冷热电联供系统灵活性运行优化仿真模型。结果表明:该模型不仅可以提高仿真结果的模拟精度,而且通过对出力设备的灵活性调整,可有效应对负荷侧能源需求量的动态变化,避免出现能源浪费现象,提升系统的经济效益。

涡轮叶片寿命可靠性优化的类序列解耦法

针对含气膜孔冷却涡轮叶片多模式寿命可靠性优化设计效率与精度兼顾困难的问题,提出了基于自适应克里金代理模型的类序列解耦可靠性优化方法。该方法中,可靠性约束里的极限状态面代理模型构建过程会随着设计参数的搜索迭代而实时更新,并严格保证每个优化步下的代理精度和可行域判断的准确性,因此收敛快、稳健性强。代理模型在扩展空间中协作代理并共用训练样本点,实时自学习训练目标函数和约束函数的代理模型至收敛,在保证代理精度的同时显著提高优化效率。此外,基于所提方法开发了一体化、自动化的寿命可靠性优化集成仿真软件,并完成了涡轮叶片寿命可靠性优化设计的工程化验证,该结果验证了所提方法的高效性及工程适应性。

钢球磨中储式制粉系统智能解耦控制仿真系统

钢球磨中储式制粉系统具有多变量强耦合、非线性以及生产工况变化大的特性,其自动控制问题一直是控制界关注的热点问题。本文建立了钢球磨中储式制粉系统智能解耦控制仿真系统。该软件集成了钢球磨中储式制粉系统的仿真模型以及针对钢球磨中储式制粉系统而设计的多变量智能解耦控制技术,为钢球磨中储式制粉系统自动控制问题的深入研究提供了有力的实验工具。

无轴承异步电机数学模型与解耦控制

针对无轴承异步电机是一个强耦合的非线性复杂系统,实现其电磁转矩和径向悬浮力之间的成功解耦是电机稳定悬浮工作的关键问题。在给出了无轴承异步电机径向悬浮力产生原理的基础上,推导了径向悬浮力和电机旋转部分的数学模型,并采用转子磁场定向控制策略设计了无轴承异步电机矢量控制系统,利用Matlab/Simulink工具箱对该控制系统进行了仿真。仿真试验表明,该控制系统不仅可以实现转子稳定悬浮,而且实现了径向悬浮力和旋转力矩之间的解耦控制,电机具有良好的动、静态性能。

气固流化床的离散颗粒运动-碰撞解耦模型与模拟

基于分子动力学和气固两相流体动力学,建立流化床稠密气 固两相离散颗粒运动 碰撞解耦模型,采用硬球模拟方法处理颗粒与颗粒之间的碰撞,及大涡模拟方法处理气相湍流流动.单颗粒运动满足牛顿第二定律,颗粒相和气相相间相互作用的双向耦合由牛顿第三定律确定,数值模拟二维鼓泡流化床内稠密气 固两相流动,得到了气泡的形成、发展及颗粒的流化过程,计算结果表明颗粒弹性恢复系数影响气 固两相流动特性.

铝合金脉冲MIG焊过程解耦控制模型及仿真

针对铝合金脉冲MIG焊存在多参数强烈耦合并严重影响过程控制稳定性的问题,建立了其多输入多输出(MIMO)控制模型。在此基础上,运用多变量控制理论,设计了神经网络PID多变量强耦合时变控制系统。介绍了该控制器的结构和算法,分析了控制对象的特点,对铝合金脉冲MIG焊过程进行了仿真。结果表明,采用神经网络PID控制的神经网络对象逆模型解耦控制系统结构和解耦算法来控制铝合金MIG焊接过程,取得满意的动态和稳态性能。为实现铝合金脉冲MIG焊过程控制奠定了理论基础。

不耦合装药结构对岩石爆破的影响

为了研究不耦合装药结构对爆破效果的影响,在实验室中采用水泥砂浆模型对不耦合装药结构进行了模型实验,并对爆破块度和爆炸应力波进行筛选及统计与测试分析.采用AUTODYNA有限元分析软件对不耦合装药结构爆炸应力波在岩石传播过程中粉碎圈、裂隙形成进行了数值模拟研究.模型实验研究表明,不耦合装药结构可提高炸药能量利用率及改善爆破块度分布;数值模拟结果显示,炸药和炮孔壁之间的间隙可以改变应力波在炮孔壁上的加载率,延长了应力波和气体的作用时间,显著地降低了粉碎圈厚度,提高了炸药能量的利用率和爆破的效果.

用于汽车动力学实时仿真的悬架建模方法的研究

针对汽车动力学实时仿真的要求提出一种新的悬架建模方法—复合约束隔离解耦建模方法。将悬架系统视为连接车身和车轮之间的无质量复合约束,基于这个概念建立的悬架系统模型,由于实现有质量刚体的相互隔离及代数方程与微分方程的解耦,提高了模型求解效率。应用该方法建立的悬架模型,由于是面向结构的模型,因而可较为准确地描述悬架动态特性,同时由于求解效率的提高又能够满足仿真实时性的要求。

基于多模型切换的多变量直接自适应控制器

当系统参数发生跳变时 ,为了解决系统暂态响应变差的问题 ,提出一种基于多模型切换的多变量直接自适应控制器·该控制器由多个参数已知的固定模型和 2个自适应模型构成 ,多个固定参数控制器模型可由系统参数模型通过映射直接得到 ,并且和邻域一起完全覆盖控制器参数模型集·不但消除了稳态误差 ,而且实现了解耦控制·最后给出全局收敛性分析·仿真结果表明暂态响应和解耦效果得到了提高·

无轴承永磁同步电机控制系统设计与仿真

无轴承永磁同步电机是自身具有磁悬浮轴承功能的新型特种电机,是一个复杂的强耦合的非线性系统,建立无轴承永磁同步电机径向悬浮力和电机数学模型,是设计无轴承永磁同步电机控制系统的前提,实现其径向悬浮力和电磁转矩之间的解耦控制是电机稳定运行的基本条件。该文在介绍无轴承永磁同步电机径向悬浮力产生原理的基础上,推导了径向悬浮力和电机数学模型,采用基于转子磁场定向控制策略设计了无轴承永磁同步电机矢量控制系统,利用Matlab的Simulink工具箱构建了矢量控制系统,对无轴承永磁同步电机的转速、转矩及转子起浮性能进行了仿真。仿真结果表明控制系统不仅可以实现转子稳定悬浮,而且电机具有良好的动态性能。

强制循环蒸发系统线性自抗扰解耦控制的鲁棒设计

针对强制循环蒸发系统液位与出料密度两个回路的非线性耦合问题,提出了一种基于粒子群算法的线性定常自抗扰解耦控制设计。首先通过引入虚拟控制量,将对象解耦配置为两个单输入单输出子系统,并对每个回路设计降维线性扩张状态观测器。随后,对观测器动态线性化得到的近似积分器环节进行比例控制。最后,在可能的大工况内通过粒子群算法优化控制增益耦合矩阵和比例增益。该算法使用观测器估计并补偿动态耦合部分,降低了控制器对数学模型的依赖程度;使用粒子群算法优化定常控制增益矩阵,避免了实时测量出料温度,降低了对传感测量的要求,提高了可靠性并降低了实施难度。数学仿真结果表明该算法能有效地消除液位回路和出料密度回路的耦合作用,在大工况内具有很强的鲁棒性。

导弹动力学建模与BTT解耦控制

建立了导弹非线性动力学方程、线性化模型和X型舵机由4舵面到3舵面的转换模型,在纵向和横航向通道分别设计了基于模型跟踪的最优控制器,满足导弹的BTT控制的三轴解耦要求。设计结果进行了部分参数的非线性调参设计,控制器参数依据高度、法向过载指令nyc和滚转角指令φc进行实时调参,通过非线性仿真验证,满足侧滑角近似为零、快速跟踪滚转和法向过载指令要求(小于0.5秒),为进一步设计实现BTT控制打下了基础。

VSC-HVDC并网稳态建模及仿真研究

介绍VSC-HVDC的基本原理及其并网的运行机理,分析换流器两侧的功率关系,建立VSC-HVDC系统并网的数学模型,利用灵敏度法则进行解耦分析,从而确定控制器的内部控制关系。建立VSC-HVDC的仿真模型,加入控制策略,仿真分析验证了加入控制策略能够提高系统的稳定性。

无模型多变量解耦控制方法及其在球磨机控制中的仿真应用

介绍了基于无模型控制的多变量解耦控制方法,讨论了这种控制方法的原理和设计思想,给出了这种控制系统的结构,分析了此方法的解耦特性,还分析了球磨机制粉控制的特点,并应用该方法进行了仿真.结果表明,该控制系统对多变量强耦合时变的球磨机制粉控制对象具有良好的解耦性能和自学习控制特性,此控制方法为解决复杂对象的控制问题提供了一个新的思路.

基于动态电弧模型的交流电弧炉三相不平衡分析与控制

由于电弧炉三相电极之间的强耦合作用,使得调节系统对三相负载不平衡很敏感,常规单相控制方法容易出现失调过调。本文提出了基于阻抗补偿的解耦控制方法,通过电弧机理分析和辨识方法,建立了一种基于能量平衡动态电弧模型的电弧炉主电路模型,用作测试电极调节器调节性能的仿真电弧炉;在此模型基础上对三相负载不平衡时的电气特性进行仿真,以及三相之间阻抗耦合分析。最后建立了基于前馈补偿解耦控制电极调节系统的控制模型,并通过Matlab/Simulink对其调节性能进行仿真。仿真结果表明,带有前馈解耦控制器的电极调节系统,能很好地消除由三相耦合引起的互相扰动。

IP调节下DFIG解耦控制的建模与仿真

为了准确分析双馈发电机(DFIG)功率的解耦控制,针对实验室容量为4.5kW的小型双馈发电机,运用了一种IP(PI控制器的改进形式)电流内环和电压外环的控制来实现解耦控制。在M-T坐标系下搭建了有功功率和无功功率的解耦控制的数学模型,并利用Matlab/Simulink软件对其数学模型进行了仿真,得出了系统相应的电压、电流、功率的仿真曲线;然后根据相应的参数进行实验并与仿真结果相比较,其实验结果与仿真结果的吻合性反映了该模型符合双馈发电机功率解耦的实际运行特性,从而证明了该数学模型的有效性与实用性,为双馈发电机在解耦控制的设计上提供了有效的控制方案。

双三相永磁同步电机多矢量控制技术研究

传统空间矢量调制技术只控制α-β平面的电压参考矢量,忽视了x-y平面的电压参考矢量,因此x-y平面产生较大的电流谐波分量,导致电机定子铜耗增加,影响电机控制性能。以双三相永磁同步电机为研究对象,采用2种4矢量SVPWM调制策略,同时控制α-β平面和x-y平面的电压参考矢量。结合电机解耦数学模型和基于id=0的矢量控制技术,对双三相永磁同步电机调速系统进行仿真分析。结果表明,两种SVPWM控制算法能够提高直流母线电压的利用率,输出电压接近正弦,电磁转矩脉动小,电流谐波含量少,定子铜耗低,验证了该方法的可行性和有效性。