Polytopic LPV modeling and gain-scheduled switching control for a flexible air-breathing hypersonic vehicle

A novel gain-scheduled switching control method for the longitudinal motion of a flexible air-breathing hypersonic vehicle （FAHV） is proposed. Firstly, velocity and altitude are selected as scheduling variables, a polytopic linear parameter varying （LPV） model is developed to represent the complex nonlinear longitudinal dynamics of the FAHV. Secondly, based on the obtained polytopic LPV model, the flight envelope is divided into four smaller subregions, and four gain-scheduled controllers are designed for these parameter subregions. Then, by the defined switching characteristic function, these gain-scheduled controllers are switched in order to guarantee the closed-loop FAHV system to be asymptotically stable and satisfy a given tracking error performance criterion. The condition of gain-scheduled switching controller synthesis is given in terms of linear matrix inequalities （LMIs） which can be easily solved by using standard software packages. Finally, simulation results show the effectiveness of the presented method.

A theoretical and experimental investigation of an in-band pumped gain-switched thulium-doped fiber laser

In this paper, the theoretical rate equation model of an in-band pumped gain-switched thulium-doped fiber （TDF） laser is investigated. The analytical formulations of pump energy threshold, peak power extraction efficiency, and pulse extraction efficiency are derived through analyzing the interaction process between the pump pulse and the laser pulse. They are useful for understanding, designing, and optimizing the in-band pumped TDF lasers in a 1.9 μm-2.1 μm wavelength region. The experiment with an all-fiber gain-switched TDF laser pumped by a 1.558-μm pulse amplifier is conducted, and our experimental results show good agreement with theoretical analysis.

A 0.18μm CMOS GAIN-SWITCHED LNA AND MIXER WITH LARGE DYNAMIC RANGE

A 2.4GHz 0.18μm CMOS gain-switched single-end Low Noise Amplifier(LNA) and a passive mixer with no external balun for near-zero-IF(Intermediate Frequency)/RF(Radio Frequency) applications are described.The LNA,fabricated in the 0.18μm 1P6M CMOS technology,adopts a gain-switched technique to increase the linearity and enlarge the dynamic range.The mixer is an IQ-based passive topology.Measurements of the CMOS chip are performed on the FR-4 PCB and the input is matched to 50Ω.Combining LNA and mixer,the front-end measured performances in high gain state are:-15dB of S11,18.5dB of voltage gain,4.6dB of noise figure,-15dBm of ⅡP3,-85dBm to -10dBm dynamic range.The full circuit drains 6mA from a 1.8V supply.

Science Letters:Controllable high repetition rate gain-switchedNd:YVO_4 microchip laser

We demonstrated a monolithic, compact, diode-pumped gain-switched Nd:YVO4 laser at 1.064 μm wavelength with controllable repetition rate of 1 Hz to 25 kHz. Stable gain-switched pulse train with maximum repetition rate of 25 kHz and pulse width of 16 ns was obtained.

Performance of gain-switched all-solid-state quasi-continuous-wave tunable Ti:sapphire laser system

We have made a gain-switched all-solid-state quasi-continuous-wave （QCW） tunable Ti：sapphire laser system, which is pumped by a 532 nm intracavity frequency-doubled Nd：YAG laser. Based on the theory of gain-switching and the study on the influencing factors of the output pulse width, an effective method for obtaining high power and narrow pulse width output is proposed. Through deliberately designing the pump source and the resonator of the Ti：sapphire laser, when the repetition rate is 6 kHz and the length of the cavity is 220 mm, at an incident pump power of 22 W, the tunable Ti：sapphire laser from 700 to 950nm can be achieved. It has a maximum average output power of 5.6W at 800nm and the pulse width of 13.2 ns, giving an optical conversion efficiency of 25.5% from the 532 mn pump laser to the Ti：sapphire laser.

A Switching Method for a Model Reference Robust Control with Unknown High Frequency Gain Sign

The problem of controlling a single-input-single-output plant without prior knowledge of high frequency gain sign is addressed by using the model reference robust control approach.A switching method is proposed based on a monitoring function so that after a finite number of swi- tchings the tracking error converges to zero exponentially.Furthermore,it is shown that if some initial states of the closed-loop system are zero,only one switching is needed.

基于二次型升压变换器和开关电容的混合式升压方案研究

提出一种混合式高升压比DC-DC变换器。该变换器由二次型升压变换器、开关电容和耦合电感单元集成。为了减少元件的数量,耦合电感一次侧与二次型升压变换器共用;二次型升压变换器的输出电容一分为二,并与开关电容共用。由于电源和负载之间的共地特性,则输入电流连续。对所提变换器的电压增益进行了推导,并分析其电压应力。结果表明所提逆变器具备高电压增益、低电压应力的特性。最后,搭建了80 W的实验样机,实验结果验证了所提变换器的正确性和有效性。

一种混合耦合电感和开关电容的高增益变换器

为实现用于可再生能源系统的更高电压增益,传统的升压式结构常与相同模块级联以产生高的升压系数。针对此方案效率低和成本高的问题,提出了一种混合耦合电感和开关电容的高增益DC/DC变换器,可在较低的占空比下具有高电压增益;同时具有连续的输入电流、高效率以及输入和输出之间的共地特征。详细分析了新拓扑结构的性能,并与其他高增益升压变换器进行了比较分析。最后,实验结果证明了所提变换器的正确性和可行性。

一种低电流纹波高增益软开关直流变换器

提出了一种应用于新能源发电系统的低电流纹波高增益软开关直流变换器。在传统交错Boost变换器基础上,该变换器通过引入耦合电感和二极管、电容升压单元提高电压增益,耦合电感在整个开关周期过程中都传递能量,提高了磁芯利用率。输入侧工作在交错模式,两相电感电流纹波可以相互抵消,从而获得较低的输入电流纹波。由于耦合电感自身漏感的存在,减轻了整流二极管反向恢复问题,同时采用有源钳位电路回收利用漏感能量,实现了所有开关管零电压软开关,抑制了开关管关断电压尖峰,提高了变换器转换效率。详细分析了变换器的工作原理、电路特性以及软开关实现方法。最后,搭建了一台200 W的试验样机验证了理论分析的正确性。

基于开关电感的宽电压增益双向DC/DC变换器

此处提出了一种用于储能系统的基于开关电感的宽电压增益双向DC/DC变换器。该变换器在实现双向升降压的同时进一步扩大了双向变换器的电压增益,可以适应不同电压等级的储能电池;相同电压增益下功率器件占空比有效降低,进一步减小了输入电流纹波,有助于提高电池充电性能。分析了放电和充电两种工作模式的工作原理,并搭建实验样机进行验证。实验结果表明在输出电压稳定的工况下,该变换器放电模式可以实现0.5~5倍的电压增益,充电模式可以实现0.2~2倍的电压增益,证明了所提变换器的双向升降压能力和宽电压增益能力。

2μm大能量掺铥脉冲光纤激光器研究进展

2μm波段掺铥脉冲光纤激光器目前可实现最高毫焦量级的能量输出,对医疗、材料、通信等领域有重要意义。本文主要介绍近年来大能量掺铥光纤激光器系统研究的主要进展,讨论大能量掺铥光纤激光器的技术类型和影响因素。在此基础上,对大能量掺铥光纤激光器的研究前景进行展望。

一种超宽电压增益双LLC谐振变换器及控制方法

为解决传统LLC谐振变换器在宽电压增益应用中所需开关频率范围过宽、总体效率较低等问题,文中提出一种多模式双LLC谐振变换器。该变换器基于半桥、全桥切换以及桥式、倍压整流切换的拓扑重构思路,以增益不同的4种模式实现较窄频率范围内的超宽输出电压,提高变换器效率的同时通过复用开关器件来降低成本。为了实现模式间的平滑过渡,针对所提变换器设计一种脉冲宽度频率调制控制方法,并根据模式切换特性进一步优化,提高模式切换速度。基于SiC开关器件,设计并搭建一台60~450 V输出电压、最大功率为900 W的实验样机,以验证所提拓扑及控制方法的可行性。

跷跷板系统干扰补偿的分层滑模控制策略研究

为提高跷跷板系统在外部干扰下的平衡控制性能,提出一种基于指数收敛干扰观测器与切换增益模糊自适应分层滑模控制相结合的复合控制策略。首先,设计一种指数收敛干扰观测器,对系统受到的外部扰动等不确定因素进行估计补偿,以改善控制器鲁棒性。该观测器不需要状态变量二阶导的信息,可以应对实际工程中难以通过求导的方式获取加速度信号的问题。然后,针对跷跷板这类强耦合欠驱动系统提出一种分层滑模控制算法,并进一步针对滑模控制算法在未知大干扰下切换增益过大的问题,通过模糊规则的设计将切换增益模糊化,以降低系统抖振。最后,仿真和试验结果表明,相较于传统的滑模控制算法,该分层滑模控制算法抗干扰能力更强、切换增益更低。该策略可应用于类跷跷板平衡控制的实际系统。

弱光触发下GaAs光电导开关的载流子输运和热失效机制

弱光触发下高倍增砷化镓光电导开关(GaAs PCSS)内以丝状电流为表现形式的载流子输运机制对其瞬态工作特性和寿命研究有重要意义。该文基于有限元方法构建了GaAs PCSS的物理模型,结合丝状电流的生热机制对1.5μJ弱光触发下开关的瞬态输出电流和晶格温度进行了仿真分析,考察了偏置电场对GaAs PCSS输出特性的影响。通过不同时刻开关内部的瞬态电场、电子浓度和晶格温度等方面研究了高倍增模式下GaAs PCSS的光生载流子输运过程和损伤机理。结果表明,高密度丝状电流的存在伴随于高场畴的产生和发展。开关内部电场越高,负微分效应引起的载流子聚束现象越明显,相应的电子浓度和晶格温度值也越高;在浓度达1017 cm^(-3)数量级的等离子体通道中,阳极附近电场强度和晶格温度最大值分别为220 kV/cm和821.92 K。

基于准Z源与开关电容的高增益三端口变换器

针对光伏、燃料电池等新能源混合供电系统输入电压低、范围宽等问题,提出了一种基于准Z源与开关电容的高增益三端口变换器。变换器3个端口分别连接新能源、蓄电池和负载,实现了3个端口之间的能量流动。采用准Z源结构限制开关管占空比,避免了开关管工作在极限占空比的情况,并且能够使变换器在较低的占空比下获得更高的电压增益。同时引入开关电容单元,提供额外的2倍电压增益,并且易于拓展。详细分析了所提变换器拓扑结构、工作原理以及稳态特性。最后,搭建了实验样机平台,实验结果验证了理论分析的正确性,该变换器可以在较低的占空比下获得较高的电压增益,同时具有良好的动态性能。

高轻载效率少功率器件的可模块化扩展ZVS高增益变换器

提出一种高轻载效率且少功率器件的可模块化扩展零电压开关高增益Boost变换器。该变换器可以通过增加升压模块数量n,极大地提高变换器的升压能力;具有2个开关管和n+1个二极管,且各功率管承受相同的电压应力,均为[(n+1)U_(in)+U_(o)]/(n+2);输入电感工作在连续导通模式,其余电感工作在双向导通模式,且反向峰值电流之和大于输入电感电流的谷值,从而实现所有功率管的软开关。所提变换器采用柔性开关频率控制策略,即根据输入电压和负载大小适当地调整开关频率,使电感电流脉动量维持在合适的范围内,既确保实现功率管的软开关,又具有较小的通态损耗,因此在整个负载范围内均具有较高的运行效率。以一个扩展模块为例,对所提变换器的工作原理、稳态特性、软开关条件、控制方法进行深入分析,并通过一台250 W的样机实验验证了理论分析的正确性。

变模态宽电压范围双向LC谐振变换器

提出了一种变模态宽电压范围双向隔离型谐振变换器,所提变换器具有升压电路及反激电流馈拓扑的优势,通过复用谐振电感的预先储能和反激馈能,提高了电池侧向网侧输出的增益和变换器功率密度,减小了电路无功环流。变换器采用定频脉冲宽度调制,根据不同的工况分别对应多种工作模式,适合宽范围输出。首先介绍了变换器工作原理,分析了能量在不同方向流动时的输出增益,最后以满足在家庭分布式储能系统中电池充放电为前提,对器件和控制参数进行了设计,验证了理论分析的正确性。

一种高增益软开关三绕组耦合电感直流变换器

为在光伏组件及燃料电池中实现功率调制,提出一种高增益软开关三绕组耦合电感直流变换器。三绕组耦合电感及倍压电路构成的升压结构,能够在较小的总匝比与合适的占空比时得到高电压增益。变换器固有的箝位回路降低了开关管的电压应力,并吸收再利用了漏感能量。由于开关管和所有二极管均工作在电流软开关条件,变换器的效率较高。分析和推导所提变换器工作原理及稳态性能,对比不同变换器,计算变换器效率及关键器件参数设计。实验室搭建一台输出电压380 V、功率200 W的样机,验证了所提变换器的可行性。

一种无桥高增益单级LED驱动电路及其混合控制策略

中小功率的LED驱动电源中,传统两级LED驱动电源存在体积大、成本高以及传统Boost PFC电路在低压输入时导通损耗大等问题。为此提出一种由无桥二次型Boost PFC电路和DC-DC LLC电路集成的无桥高增益单级LED驱动电路,实现了高电压增益、功率开关器件软开关、一套控制电路和高电路转换效率。针对单级电路在电网输入电压变化引起直流母线电压变动范围大等问题,设计一种适用于所提电路的APWM-PFM混合控制策略,并对混合控制原理和控制过程进行详细分析。最后设计一台200 W的实验样机,在输入电压80~120 Vrms范围内,占空比最大为0.5,最大电压增益为6.7,直流母线电压基于网侧特性和LLC电路特性设计在700 V以内,样机的功率因数值均高于0.990,THD均低于15%。在满载条件下,110 Vrms输入时,样机效率为93.20%,相比于传统无桥PFC,电压增益提高了2.21倍,实现了高电压增益和软开关,有效提升了在低压输入条件下的电路转换效率。仿真和实验结果验证了所提出电路和控制方法的有效性。