Digital close loop control system for current-programmed mode arc welding inverter

A small-signal model of current programmed mode pulse width modulation converter including the equivalent sampling effect is introduced and analyzed. In this model, an addition pole is brought out by the sampling effect in the current loop gain, and it affects dynamic bandwidth and stability of the inner current loop. By selecting the appropriate stability parameter which determines the additional pole and describes the degree of peaking in closed loop transfer function, a control model of current programmed full bridge arc welding inverter with maximum frequency bandwidth and stability can be obtained. Small and large amplitude pulse current outputs are employed in simulations and experiments and results validate the design method.

Frequency compensation control method for opposedpiston two-stroke folded-cranktrain engine's common rail system by loop-shaping theory

A frequency compensation control method for the opposed-piston two-stroke folded-cranktrain（ OPFC） diesel engine＇s common rail system is presented as a result of the study of the loop-shaping theory. A common rail working process and the classical frequency control theory are combined to construct a frequency restriction of common rail pressure. A frequency compensator is utilized to improve the robustness of multiplicative perturbations and disturbance. The loop-shaping method has been applied to design the common rail pressure controller of the OPFC diesel engine. Simulation and bench test results show that in the condition of perturbation that comes from the effect of injection,multi-injection,fuel pumping of a pre-cylinder,and instantaneous pressure fluctuation,the controller indicates high precision. Compared with the original controller,this method improves the control precision by 67. 3%.

Optimization of block-floating-point realizations for digital controllers with finite-word-length considerations

The closed-loop stability issue of finite-precision realizations was investigated for digital control-lers implemented in block-floating-point format. The controller coefficient perturbation was analyzed resultingfrom using finite word length (FWL) block-floating-point representation scheme. A block-floating-point FWL closed-loop stability measure was derived which considers both the dynamic range and precision. To facilitate the design of optimal finite-precision controller realizations, a computationally tractable block-floating-point FWL closed-loop stability measure was then introduced and the method of computing the value of this measure for a given controller realization was developed. The optimal controller realization is defined as the solution that maximizes the corresponding measure, and a numerical optimization approach was adopted to solve the resulting optimal realization problem. A numerical example was used to illustrate the design procedure and to compare the optimal controller realization with the initial realization.

THE DESIGN OF AN ALL-DIGITAL PHASE-LOCKED LOOP WITH LOW JITTER BASED ON ISF ANALYSIS

A low jitter All-Digital Phase-Locked Loop （ADPLL） used as a clock generator is designed. The Digital-Controlled Oscillator （DCO） for this ADPLL is a seven-stage ring oscillator with the delay of each stage changeable. Based on the Impulse Sensitivity Function （ISF） analysis, an effective way is proposed to reduce the ADPLL＇s jitter by the careful design of the sizes of the inverters used in the DCO with a simple architecture other than a complex one. The ADPLL is implemented in a 0.18μm CMOS process with 1.SV supply voltage, occupies 0.046mm^2 of on-chip area. According to the measured results, the ADPLL can operate from 108MHz to 304MHz, and the peak-to-peak jitter is 139ps when the DCO＇s output frequency is 188MHz.

Analysis and design of DSP-based dual-loop controlled UPS inverters

This paper presents a novel digital dual-loop control scheme of the PWM(PUlse width modulate)inverter. Deadbeat control technique are employed to enhance the performance. Half switching period delayed sampling and control timing strategy is used to improve the system dynamic response. Simulation and experimental results presented in the paper verified the validity of the proposed control scheme.

DOUBLE LOOP ACTIVE VIBRATION CONTROL OF PNEUMATIC ISOLATOR WITH TWO SEPARATE CHAMBERS

A newly designed pneumatic spring with two separate chambers is promoted and double-loop active control is introduced to overcome the following drawbacks of passive pneumatic isolation： ① The low frequency resonances introduced into the system; ② Conflict between lower isolation frequency and stiffness high enough to limit quasi-static stroke;③ Inconsistent isolation level with different force load. The design of two separate chambers is for the purpose of tuning support frequency and force independently and each chamber is controlled by a different valve. The inner one of double-loop structure is pressure control, and in order to obtain good performance, nonlinearities compensation and motion flow rate compensation （MFRC） are added besides the basic cascade compensation, and the influence of tube length is studied. The outer loop has two functions： one is to eliminate the resonance caused by isolation support and to broaden the isolation frequency band by payload velocity feedback and base velocity feed forward, and the other is to tune support force and support stiffness simultaneously and independently, which means the support force will have no effect on support stiffness. Theoretical analysis and experiment results show that the three drawbacks are overcome simultaneously.

基于大创项目的应用技术开发实践——以数字电源教具设计为例

针对教学环节中的难点和重点内容,基于dsPIC33CK256MP505数字信号控制器芯片,为开发新型的数字电源教具,在降压转换器的电路拓扑结构基础上,利用MplabPowerSmart开发软件,完成了电压控制型数字环路补偿器的设计,实现3P3Z数字补偿器的实时算法功能。

高海拔潮气量双环PID控制系统研究

为解决高海拔地区气压降低导致急救呼吸机潮气量控制精度下降的问题,提出了双环PID潮气量控制系统。该系统采用气压补偿型PID控制器调整风机转速,并辅以积分分离式PID控制器,以实现对气流速度的精确控制。在实际海拔4370 m、大气压59 kPa的环境中,系统性能测试表明,相较于单环PID控制,双环控制系统在高海拔条件下表现出快速响应和无超调的卓越性能。平均气流速度输出误差为3.19%,最大误差为4.1%,优于现有临床设备的准确性。这一技术突破不仅提供了高海拔急救呼吸机潮气量控制的有效解决方案,也为特殊环境下的通气控制技术发展贡献了重要参考。

DAB储能变换器双闭环模型预测控制与PI补偿控制策略研究

针对直流微电网中分布式电源输入输出功率不稳定造成的直流母线电压波动问题,鉴于双有源桥(DAB)储能变换器具有能量双向流动的特点,提出一种基于内模原理的双闭环模型预测控制策略。在分析DAB变换器扩展移相调制原理与特性基础上,重点研究电压外环和电流内环的模型预测控制策略。针对模型预测控制性能依赖电路参数准确度问题,分别从电路主要参数失配对功率传输和直流母线稳压的影响两个角度出发,深入分析模型参数敏感度。最终设置直流母线电压稳态误差灵敏度区,在误差灵敏度区外仅采用双闭环模型预测控制以保证系统的动态响应性能,在误差灵敏度区内采用双闭环模型预测控制和PI补偿控制以消除系统稳态误差。搭建实验平台进行实验验证,结果表明:在系统受到扰动时,DAB储能变换器可实现快速地充放电对系统进行补偿,混合控制策略可快速保持母线电压的稳定,实现系统功率均衡,增强系统抗扰能力。

正负脉冲电压驱动的电磁螺纹插装阀动态特性分析

提出了一种基于PWM技术的正负脉冲电压控制策略,用于提高锥阀式电磁螺纹插装阀启闭动态响应速度,使其满足数字液压技术的要求。在分析电磁螺纹插装阀结构和工作原理基础上,建立了电磁螺纹插装阀的数学模型,并在AMESim软件中搭建电磁螺纹插装阀及其测试系统的多物理场耦合建模,研究不同正负脉冲电压持续时间条件下电磁螺纹插装阀线圈电流、阀芯位移、电磁力的变化规律,确定了电磁螺纹插装阀响应速度最快时正负脉冲电压控制策略的最优控制参数。利用半实物仿真系统搭建SCV硬件在环测试实验台,对所提正负脉冲控制策略进行验证。实验表明,与常规电压控制策略相比,当正负脉冲电压控制策略中正负脉冲电压持续时间都为10 ms时,电磁螺纹插装阀的开启时间由30 ms缩短到13.5 ms,其关闭时间由139 ms缩短到14 ms。研究结果为电磁螺纹插装阀的高响应化和数字液压技术的发展提供参考。

基于电容电压全前馈的并网逆变器高鲁棒性稳定控制策略

虽然并网逆变器采用电容电压全前馈控制策略,能够有效抑制电网电压背景谐波对并网电流的影响。但是在弱电网工况环境下,由于锁相环、数字控制延时等因素与电网阻抗相互耦合,导致逆变器稳定较差、在阻抗交截频域中呈现弱无源性,易引发系统谐波振荡甚至失稳问题。鉴于此,该文借助无源性理论和阻抗分析方法,深度揭示了影响系统各频带阻抗特性的主导因素,进而提出了一种基于电容电压全前馈的并网逆变器高鲁棒性稳定控制策略。理论分析表明:所提控制策略不仅能有效地拓宽系统输出阻抗稳定范围,还可以保证改进后的系统输出阻抗具有较高的幅值增益。最后,通过仿真和实验验证了所提控制策略的有效性。

有源电力滤波器补偿的PI解耦控制技术研究

电网中电压和电流波形的失真会产生谐波,导致电网功率因数降低,并影响电力系统的稳定性和可靠性。为了确保电力系统的正常工作,研究了基于有源电力滤波器补偿的比例积分(PI)解耦控制技术。设计了基于二极管钳位式的有源电力滤波器模型。结合基尔霍博电压法,降低控制谐波和解除部分变量耦合。针对设备非线性产生的谐波,分析有源电力滤波器的可逆性,获得输入雅可比矩阵,以实现滤波器旋转坐标的线性化。利用变换矩阵转换转动角速向量,输入谐波的幅度,输出电流取样延迟,完成无差PI解耦控制。试验结果表明,所提技术能够有效解耦滤波器的谐波电流成分,从而补偿电网中的失真电流。该技术可以减少谐波对电力系统的整体影响,保证设备的正常运行。

基于GRU-BP算法的高精度动态物流称重系统

针对动态物流秤测量精度对载重、采样频率、带速较为敏感的问题,提出了一种高精度动态物流称重系统。首先,采用三因素五水平正交试验法,结合皮尔逊相关性检验原则,使用低通巴特沃斯与卡尔曼滤波器对传感器压力信号进行了滤波降噪处理,并将加速度信号作为模型输入信号,进行了特征补偿;然后,基于深度学习算法,提出了一种改进的门控循环单元模型,在该模型采样区间内将压力与振动改写为时序化信号,并将其共同输入门控循环单元(GRU)模型;最后,对GRU模型进行了改进,对其结构输出了层堆叠误差反向传播神经网络(BP),有效加强了模型的非线性映射能力。研究结果表明:在各类传动速度及测试货物下,该模型的最大测量误差相对于同类型深度学习模型长短期记忆(LSTM)神经网络、循环神经网络(RNN)时序模型及传统数值平均模型的误差,依次降低了16.14%、27.14%、76%,可用于各类称重系统。

大数据驱动下防疫供应链协同机制研究

COVID-19疫情暴露出当前防疫供应链协同机制还存在很大改进空间,亟须深入推进数字化转型。基于供应链运营参考模型,构建面向未来的大数据驱动防疫供应链协同体系,通过计划模拟评估物资需求,采购环节实时监测生产和流通动态,运用优化算法动态调整生产计划,支撑物流路径选择,指导防疫物资合理分配,实现全链条精细化调度,端到端打通信息流,各环节形成闭环控制,使系统具备主动供给和持续自我优化的能力。不仅大幅提高防疫物资配置的响应速度和精准度,还将显著提高供应链主体的协同效率,有助于构建敏锐度高、弹性强的应急保障体系,使之更好地适应疫情防控的严峻形势。

基于改进型积分滑模观测器的PMSM无位置传感器控制

针对传统滑模观测器在位置估计过程中的抖振问题,设计一种易于实现的分段平方根切换函数代替传统不连续开关函数,并利用李雅普诺夫稳定性判据对其稳定性进行分析。针对传统锁相环在进行位置估计过程中对转速变化跟踪能力差的问题,提出一种改进锁相环,通过增加微分环节提高电机转速与位置的估计速度,通过增加速度负反馈环节提高系统在暂态过程中的动态性能。在此基础上,通过锁相与位置误差辨识机制,提出一种位置误差全补偿算法,解决了由滤波器、零阶状态保持器等相位延迟环节引起的位置估计误差问题。此外,该文利用形式简单的d-q坐标系电压方程建立滑模观测器,在采用PLL进行位置估计时,无需进行α-β坐标系下的位置误差构建。最后,通过仿真和实验验证所提方案可行性和有效性。

用于眼底成像的双光楔裂像电控调焦系统

为了实现眼底成像时的精准调焦,设计了双光楔裂像电控调焦系统。采用905 nm近红外半导体激光经双光楔和矩形狭缝在视网膜上形成矩形视标的方法,通过电机控制视度补偿镜和双光楔机构移动,得出视度补偿镜和双光楔位移关联关系;根据矩形视标分离情况实时反馈离焦补偿状态,指导控制系统移动双光楔和视度补偿镜,实现眼底成像时的准确调焦,在模拟眼上开展了眼底成像调焦实验。结果表明,系统可实现-10 m^(-1)~10 m^(-1)屈光度补偿,调焦精度在1 m^(-1)以上。该双光楔裂像电控调焦系统调焦速度快、精度高,为发展自动眼底成像仪器提供了基础。

面向悬浮光力系统的集成化反馈控制器研究

悬浮光力系统具有高灵敏度、高稳定性和低耗散等特点,有望发展成为新型高性能力学传感器。针对目前悬浮光力系统存在的反馈控制器兼容性差、软硬件成本高、集成度低等问题,提出了一种兼容多种反馈控制模式的软硬件设计方案,并研制了一套高度集成的反馈控制器,在160 mm×170 mm×42 mm的尺寸上集成了六通道模数/数模转换器、滤波器、现场可编程门阵列+微处理器(FPGA+ARM)等功能模块,并且开发了基于数字锁相环和比例积分微分(PID)控制器的控制算法,最终在同一套硬件系统上实现了跨尺度微粒的运动信息采集和反馈控制,以及数十赫兹至亚兆赫兹的感知带宽。实验结果表明,该集成反馈控制器能够实现超高真空(10-6 Pa量级)下亚微米及微米尺度微粒的稳定悬浮和运动控制。在扩展系统感知带宽的同时减小了整体体积,为悬浮光力传感技术的器件化奠定了基础。

基于Kent映射的数字集群动态负载均衡算法研究

由于动态负载均衡是保证数字集群系统正常运行中不可缺少的环节,但其在控制过程中存在易受通信故障等因素的干扰问题,为此提出基于Kent映射的数字集群动态负载均衡算法。通过基于云平台的虚拟机系统采集数字集群的节点连接数、响应时间、动态负载等信息,分析数字集群系统的负载情况。其次构建数字集群资源利用率模型,通过基于Kent映射的灰狼算法对模型求解得到数字集群的资源利用率。最后将资源利用率输入LQR(Linear Quadratic Regulator)控制回路器中,通过控制服务器的迁移实现数字集群的动态负载均衡。实验结果表明,所提算法处理后的数字集群响应时间短、适应度值大、容错能力强。

非线性环路补偿的交错并联BUCK变换器数字控制策略研究

针对氢能燃料电池输出低电压、大电流,不能适用通讯基站电源的问题,设计了一种电力电子交错并联BUCK变换器,同时提出了一种非线性环路补偿的数字控制策略。文中采用两个BUCK电路并联,控制信号为180°两相交错脉冲宽度控制,采用小信号模型建立了电压环、电流环数学模型,控制策略采用电流内环、电压外环双闭环控制。为了控制快准稳,分别对两环路控制策略补偿校正设计,通过环路补偿数字控制策略搭建交错并联BUCK变换器simulink模型,仿真结果表明变换器在输入范围下实现了48 V直流稳定输出,验证了本研究的有效性。

基于环路补偿的增程式发电机组稳压控制策略研究

在增程式发电机组永磁同步发电机的稳压控制实验过程中,传统电压电流双闭环控制方式虽然能够得到稳定的直流母线电压,但在突加负载实验时存在电压波动较大、恢复时间较长的问题。对电压环路进行改进设计,在原有双闭环基础上加入转矩内环补偿,经过仿真实验与传递函数伯德图分析,验证了该方法能够有效抑制电压波动并提升响应速度。为提升控制效果,考虑将PI控制与免疫粒子群算法相结合,实现发电机控制器PI参数自整定,满足发电机组不同电机的变参数需求。算法运行结果表明,相较于传统试凑方法,稳压精度得到进一步提升。