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.

基于双环控制的光伏制氢变流器设计与仿真

变流器是实现光伏发电适用于制氢系统的重要器件,因此,研究变流器相关技术具有十分重要的使用价值和理论意义。该文研究了光伏制氢变流器及双环控制方法。首先,根据光伏制氢系统要求分别计算Boost电路和Buck-Boost电路的元件参数。然后,设计了光伏发电模块的控制回路,通过控制Boost电路中IGBT的导通和关断来升高光伏阵列的输出电压,使其能够达到最大功率点。设计基于电流环和电压环相结合的双环控制策略,控制电路中开关的导通和关断,保证系统输出电压和功率的稳定。储能模块的控制回路通过控制Buck-Boost电路中IGBT的导通和关断,实现蓄电池的充电和放电使得母线电压保持稳定。蓄电池的控制回路采用双环控制,使得光伏制氢系统的控制精度更高。完成设计后搭建光伏制氢系统仿真模型,观察系统在不同情况下的输出波形,验证设计的可行性。

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。

基于主动式阻尼的混合式步进电机转速振荡抑制控制

混合式步进电机因其特殊的机械结构导致自身阻尼极小,在实际运行过程中会发生振荡过大,甚至失步的问题。为提高混合式步进电机的控制品质,提出一种基于主动式阻尼的步进电机转速振荡抑制方法。首先,将电机模型转化至同步旋转dq坐标系,将电流i_d控制恒为额定电流,利用位置误差和速度误差调节电流i_q生成瞬时转矩,抑制电机运行时存在的振荡现象。其次,为实现电机闭环反馈控制,提出一种将同步频率提取滤波器(SFF)与三阶锁相环(PLL~3rd)相结合的无传感器控制方法。SFF可以滤除反电动势信号中的高次谐波,PLL~3rd能消除转速变化过程中的稳态误差。实验证明,该方法有效抑制了步进电机运行过程中的振荡现象,提升了电机的运行品质。

高空低温低气压模拟试验装置研制

面向飞行器高空环境相关气动基础问题研究需求,由低温模拟库嵌套低压模拟舱构建了海拔40 km以上高空大气环境模拟试验装置,采用双回路控制算法实现了低气压参数的精确快速模拟,系统工作真空度10 min内可达200 Pa以下;通过开发的制冷系统无级调节技术和冷热双回路PID自适应技术,实现了温度的稳定节能输出,温度控制精度为±0.5℃,温度均匀性优于±1℃。设计配套了环形回流风洞、螺旋桨带动力及翼型试验子系统,为开展高空环境飞行器气动性能测试提供了可靠的试验平台和技术保障。

Dual-Delay-Path Ring Oscillator with Self-Biased Delay Cells for Clock Generation

This work summarizes the structure and operating features of a high-performance 3-stage dual-delay-path (DDP) voltage-controlled ring oscillator (VCRO) with self-biased delay cells for Phase-Locked Loop (PLL) structurebased clock generation and digital system driving. For a voltage supply VDD = 1.8 V, the resulting set of performance parameters include power consumption PDC = 4.68 mW and phase noise PN@1MHz = -107.8 dBc/Hz. From the trade-off involving PDC and PN, a system level high performance is obtained considering a reference figure-of-merit ( FoM = -224 dBc/Hz ). Implemented at schematic level by applying CMOS-based technology (UMC L180), the proposed VCRO was designed at Cadence environment and optimized at MunEDA WiCkeD tool.

基于扩张状态观测器的并联直流变换器增强控制策略

为进一步改善并联直流变换器在多种内外部扰动下的动态性能,提出一种基于双闭环扩张状态观测器(ESO)的增强控制策略。该策略将比例调节器与ESO相结合,然后分别应用于公共电压外环和各个电流内环,实现各功率单元的动态均流,也强化对输入电压扰动的抑制能力,且无需额外传感器。首先,根据并联变换器的状态方程,推导内环电流ESO控制的表达式。然后,根据电流闭环极点的分布情况,从理论上分析ESO型电流内环在输入电压扰动抑制方面强于比例积分型电流内环的原因。此外,借助伯德图,给出ESO型电流内环对电感失配的鲁棒性更强并能有效消除动态电流偏差的理论依据。最后,使用三相buck变换器进行不同方案的对比验证,实验结果证明了所提策略在改进动态性能方面的有效性和先进性。

球形转向轮仿真设计

设计一种应用于农田作业环境尤其是蔬菜大棚环境的球形转向轮,为农业机器人在农田环境下不能顺利球形移动的问题提供一种解决办法。球形转向轮采用双轮驱动方式,同轴直流减速电机驱动,产生转矩从而前后左右移动,并以陀螺仪检测补偿,实现轮系闭环控制,再通过上位机整体驱动轮系运转,并设置补偿环节,使得下位机整体闭环,实现该轮系整体驱动与控制,使得农业机器人在野外球形移动,尽可能少地受到环境的约束。

基于固定时间积分滑模观测器的双闭环UUV轨迹跟踪控制

针对水下无人航行器(UUV)轨迹跟踪控制问题,设计一种基于固定时间积分滑模观测器(FTISO)的双闭环运动控制策略。建立UUV运动数学模型,对运动学外环设计积分滑模控制器,使用非线性微分器获得外环虚拟控制律的导数,以保证航行器位置能够精确收敛。考虑动力学内环存在的模型不确定性和外部干扰难以测量等问题,采用FTISO实现对集总干扰快速估计,同时引入李雅普诺夫函数分析系统的稳定性。在仿真环境下对比基于FTISO的双闭环积分滑模控制与积分滑模控制、RBF网络自适应滑模控制的控制效果。仿真结果表明:基于FTISO的双闭环滑模控制对集总干扰有良好的补偿能力,可提高控制系统的性能及精度,可保证UUV在不同环境下均能实现轨迹跟踪。

不平衡负载下并网逆变器功率解耦控制方法

为了解决并网逆变器在不平衡负载下有功功率和无功功率为耦合影响状态、关联复杂,导致控制精度不佳、响应慢等问题,提出不平衡负载下并网逆变器功率解耦控制方法。根据并网逆变器拓扑结构获取并网逆变器功率,对并网逆变器有功功率与无功功率实行解耦,并通过带比例系数的双闭环功率控制器,完成并网逆变器功率解耦控制。在此基础上,通过遗传算法进行控制参数优化,获取比例系数的最优解,进一步提高并网逆变器功率解耦控制能力。实验结果表明:解耦后的控制方法在并网逆变器响应功率与给定功率上基本一致,解耦后的功率波动范围降低了8 kW,功率控制电流和功率波动最小,具有良好的控制效果。

一种基于双环LADRC的混合储能变换器控制方法

混合储能变换器可以帮助提升光伏发电系统的动态响应能力和稳定性,但传统线性控制器在执行双向DC-DC变换器控制时表现不足。针对直流母线电压易受变换器非线性噪声、光伏输出功率和负载扰动影响的问题,设计了一种基于双环LADRC的混合储能变换器控制策略。通过分析混合储能变换器主电路的工作原理,建立了主电路的扰动模型。基于扰动模型完成了对电压-电流双环LADRC控制器的设计,并结合功率分频实现了混合储能变换器的整体控制策略。仿真结果表明,与传统比例积分控制器相比,基于双环LADRC的混合储能变换器控制策略使母线电压幅值波动减小了39.4%,调节时间减少了25.0%,在功率响应和直流母线电压支撑方面表现出优越的动态响应和抗扰能力。

双闭环直流调速系统设计

在电气传动领域,直流调速系统因其宽广的调速范围、高精度的控制能力、出色的动态响应及易控性而被广泛应用。为提升此类系统的控制精度与稳定性,文章依托Simulink仿真平台开展了双闭环直流调速系统的数字化设计探讨。借助Simulink环境,文章构建并优化了数字化控制器模型,对整个调速控制系统进行了详尽的设计与调试,旨在实现更高水准的控制性能。

前级可变车载充电机双闭环区间二型模糊控制研究

现有车载充电机拓扑结构无法兼顾单相和三相交流电,控制策略难以实现宽范围电压的动态调节和高精度、低抖动的输出。针对上述问题,提出一种双闭环区间二型模糊控制的前级可变车载充电机。在图腾柱功率因数校正电路结构上,增加第三桥臂和对应的控制开关,设计出前级可变电路;选用LLC谐振电路作为车载充电机的后级电路。基于此拓扑,提出区间二型模糊电压外环和区间二型模糊电流内环的双闭环控制策略。经仿真分析验证了所提拓扑结构能够兼容两种规格交流电的可行性。同时,所提控制策略的系统输出与电压外环电流内环的双闭环PID和一型模糊双闭环PID相比,有了明显改善。

考虑滑块动态特性的变质心四旋翼无人机双回路控制

针对滑块动态特性引入的附加干扰力矩造成系统姿态抖动强烈的问题,开展变质心四旋翼无人机滑块参数设计与姿态/伺服双回路控制研究。通过建立双滑块变质心四旋翼无人机八自由度运动模型,明确了滑块的引入对系统的影响,给出了与滑块动态特性相关的各项附加干扰力矩;分析并设计了滑块的安装位置、质量以及行程等参数,降低滑块对系统的耦合与干扰;最后以滑块驱动力作为控制量,设计了姿态/伺服双回路动态滑模控制器,同时利用非线性扰动观测器对复合扰动进行估计和补偿,并进行了仿真试验。仿真结果表明,在考虑滑块动态特性的情况下,所设计的控制器能够实现对变质心四旋翼无人机的姿态控制,并具有良好的抗干扰性能与鲁棒性。

双能量源纯电动汽车制动能量回收控制策略研究

该文以前轮永磁直流电机驱动的双能量源纯电动汽车为研究对象,以开发合理高效的纯电动汽车制动能量回收系统及设计相应的控制策略为目的,建立了蓄电池、超级电容、双向DC/DC变换器等部件的数学模型,并进行了双能量源系统主回路、恒流恒压双闭环PI控制器设计研究,建立了系统的仿真模型并进行仿真。仿真结果表明,PI控制器可有效实现恒流恒压充放电过程,恒流充电以限制充电电流,当蓄电池达到额定电压或超级电容SOC饱和后再进行恒压充电,实现了保护储能元件并完全充电的目的。

基于PLC控制伺服电机实现全自动同步升降重物双闭环控制系统

利用PLC较强的控制稳定性和伺服电机的闭环控制技术,针对大型重物的升降工艺要求,使用工业现场总线作为通信协议,设计一种基于PLC控制伺服电机实现全自动同步升降重物的双闭环控制系统,详细阐述了控制系统的硬件组成、组件选型及程序设计。经过多个工程应用证明,本控制系统的性能稳定、精度高、稳定性强。

A Control Strategy for Grid-connected Inverters With LCL Filters

把LCL滤波器作为电压源型并网逆变器与电网的接口已受到广泛关注。与单电感L滤波器相比，利用电感值较小的LCL滤波器对入网电流的高次谐波具有显著的衰减效果，特别是在低开关频率的大功率并网逆变系统应用中更具明显优势，但是仅采用直接入网电流控制时，LCL滤波器接口的并网逆变器系统存在稳定性问题。该文采用电网侧电感电流和逆变侧电感电流双闭环控制策略对并网电流进行直接控制，电网侧电感电流作为外环更容易抑制并网电流的谐波因素，且可以直接控制入网电流的单位功率因数，采用逆变器侧电感电流作为内环可以增加系统阻尼，从而可抑制系统振荡，增加系统稳定性。对该方案进行系统建模，并深入分析了滤波器参数、控制器参数及系统稳定性之间的精确量化关系。仿真和实验结果表明，该控制策略既可有效抑制入网电流谐振和实现进网电流的高功率因数运行，同时又具有良好的稳态和动态性能。

混合型有源电力滤波器双闭环控制

混合型有源滤波器(HAPF)是一种改善电能质量的装置,针对其无源器件容易造成直流侧电压难以控制以及系统谐振的问题,提出一种变流器输出电流和电感电压反馈的双闭环控制器。首先建立变流器输出电压和无源支路上电感电压的数学模型,但模型中存在大量耦合项,为了实现无静差控制,采用变量前馈的解耦方式消除耦合量。然后对系统控制进行设计,电感电压作为外环保证跟踪精度;选用变流器输出电流作为内环,加入系统有源阻尼,抑制系统谐振尖峰。最后仿真和实验结果表明,该控制策略提高了直流侧电压控制的动态响应速度和稳态精度,同时降低了谐振尖峰对系统稳定性的影响。

SHAPF的电流控制策略及参数设计

为了实现并联混合型有源电力滤波器(SHAPF)高补偿性能的要求,提出一种SHAPF电流双闭环控制策略。利用基波电流环为谐波电流环控制器提供阻尼项,实现有源阻尼的同时减少一组传感器,降低系统复杂度。分析了SHAPF的滤波特性,并给出了SHAPF系统配置的参数设计方法。分析了电流双闭环控制器在离散系统中的稳定性条件,并给出了控制器参数设计方法。搭建了SHAPF的仿真模型与实验样机。结果表明SHAPF具备良好的谐波补偿性能,验证了电流双闭环控制策略及参数设计的合理性。

LC型逆变器的改进双环控制策略

为提高LC型逆变器的性能,提出了一种改进电压电流双环控制策略。首先,分析了传统电压电流双环控制策略。在此基础上,为提高电流环的响应速度,当电流跟踪误差较大时采用bangbang控制;为兼顾稳态精度,当电流误差较小时切换为PI控制。然后,通过实时跟踪电压环积分器预测状态值,使电压误差按指数收敛,从而消除了阶跃指令下和负载突变时的电压超调。经MATLAB/Simulink平台仿真试验验证所提改进控制策略的正确性和可行性。