基于MPC的智能网联卡车队列最优能耗控制

针对高速公路智能网联卡车队列的能耗优化问题,提出了一种基于模型预测控制的双层控制算法。算法由速度规划层和跟踪控制层两部分构成,其中速度规划层结合道路坡度及车辆状态,通过线性能量守恒模型来消除动力学模型中的非线性项,并以发动机输出功率作为油耗优化指标,采用线性模型预测控制方法获得车队的规划速度;为减少简化车队模型引起的不确定性,跟踪控制层采用基于线性矩阵不等式的分布式鲁棒模型预测控制算法,设计状态反馈控制器对上层规划的最优速度进行跟踪。仿真结果验证了上述双层控制算法的可行性和有效性,可以在保证最优能耗控制的前提下实现车队安全稳定行驶。

超薄玻璃基板化学沉积镀膜智能产线技术中的自适应控制研究

随着电子信息技术的快速发展,扁平化显示器、光伏电池等领域对超薄玻璃基板的需求不断增加。化学沉积镀膜技术由于其高效、环保等特点,成为了制备超薄玻璃基板的重要工艺之一。研究了超薄玻璃基板化学沉积镀膜智能产线技术中的自适应控制,结合传统的控制模型和现代的智能控制技术,提出了基于模型预测控制算法的自适应控制方法,该控制方法具有良好的鲁棒性和自适应性,可以有效地提高产线的稳定性和生产效率。

基于模型预测控制的主动配电网多时间尺度动态优化调度

为应对接入主动配电网中间歇性分布式电源出力不确定,解决其预测精度随时间尺度增长而下降,造成预测不准确的问题,提出基于模型预测控制的多时间尺度主动配电网多源协调优化调度策略,精细化协调控制和管理主动配电网中的分布式电源、储能及柔性负荷,以期实现间歇性分布式电源的最大化消纳。以长时间尺度的最优潮流有功出力值为基准,短时间尺度基于模型预测控制,采用多步动态滚动优化,求解有功出力增量,使得有功出力控制过程更加平滑。通过仿真分析,证明了所提动态优化调度策略的可行性和有效性。

三相PWM整流器模型预测虚拟电压矢量控制

传统的模型预测控制(model predictive control,MPC)在一个控制周期内仅可输出单一的离散电压矢量,考虑到变流器拓扑可提离散电压矢量的局限性,三相脉宽调制(pulse width modulation,PWM)整流器存在较大的稳态功率脉动。在分析三相PWM整流器离散预测模型的基础上,提出一种模型预测虚拟电压矢量(model predictive virtual voltagevectors,MPV3)控制方法,通过构建6个虚拟的电压矢量代替传统MPC中的8个离散电压矢量,旨在拓展系统的控制集覆盖范围。首先,根据最近三矢量原则确定构建虚拟电压矢量所需的离散电压矢量,接着以功率无差拍跟踪控制为指标在线求取各离散电压矢量作用时间。为了保证虚拟电压矢量的可实现性,构建相应的目标函数进行矢量作用时间的可行性判断和动态修正。最后,为验证所提MPV3方法的可行性和有效性,分别与传统MPC和占空比优化进行仿真和实验的对比分析,并进一步归类总结出各方法的优缺点及适用范围。

两电机转矩同步系统有限集模型预测控制

首先分析了基于转矩跟随结构的两电机转矩同步控制系统,针对传统结构中同步误差开环控制的问题,通过推导同步误差变化率的影响因素,提出了一种基于统一预测模型的两电机转矩同步有限集模型预测控制策略。通过对两电机同步系统进行统一建模,将电机之间的q轴电流同步误差作为统一预测模型的一个状态变量,从预测控制的角度对同步误差实现闭环控制,使同步误差参与逆变器开关状态选择。最后,实验证明了所提控制策略能够实现系统的转矩同步控制。

异步电机低开关频率的模型预测磁链轨迹跟踪控制

提出一种采用优化脉宽调制(pulse width modulation,PWM)的模型预测磁链轨迹跟踪控制方法,不需要实时估计定子磁链和电压的基波分量,实现了异步电机低开关频率下的优化PWM高性能闭环控制。通过将控制问题构造为一个带边界线性约束的二次目标函数型最优化问题,即二次规划(quadratic programming,QP)问题,采用有效集法实现其数值求解,将模型预测滚动优化策略结合到磁链轨迹跟踪控制器,在尽可能小地修正优化PWM开关角的同时消除跟踪磁链偏差,实现基于优化PWM的磁链轨迹跟踪控制。所提出的新型闭环控制系统在低开关频率下基于优化PWM获得较小的谐波畸变,同时通过磁链轨迹跟踪获得快速的动态响应。针对4k W小功率和1.6MW大功率的异步电机驱动系统的仿真结果表明,两组驱动系统获得的动静态性能相一致,充分验证了所提控制方案的有效性。

基于通信的大规模空调与电网互动的分布式合作模型及优化控制

大规模空调系统在集中响应时变电价时,容易形成新的电力尖峰。针对该问题,提出基于网络信息交互的大规模空调与电网互动的分布式协调模型与优化控制策略,在保证用户舒适性条件及最低费用的同时,避免（或改善）集中响应形成新的电力尖峰。控制过程中,先将系统目标分解到每个子系统,由分布的模型预测控制器（distributedmodel predictivecontroller,DMPC）进行并行的优化决策计算,并将计算出的结果通过网络发送给其他子系统;每个子系统再根据接收到的其他子系统的信息和电网信息,按合作博弈模型计算可合作的控制行为,重新发送自己的控制量给其他子系统,直至所有子系统的控制行为不再能使峰值降低。该方法在每一个预测状态演进过程中,都进行信息交互,实现对大规模分布式空调与电网协调的闭环优化控制。对某地区5万台空调响应分时电价的模拟控制结果验证了该方法的有效性。

一种基于优先级的控制系统性能评估和安全监控系统

控制系统性能监控和评估的研究对保障生产过程安全高效运行具有重要意义。对于一个控制系统,各种监控评估指标的重要性不同却有内在冲突性,例如控制系统的性能'卡边'操作与安全生产有时是矛盾的。因此,提出了优先级性能评估与监控的思想,系统依照优先级序列对各指标进行性能评估,并对事关安全的关键过程变量重点监控;开发了针对MPC多变量控制系统的优先级性能评估与监控系统,并应用于催化裂化反应-再生系统。

一种快速非线性模型预测控制律研究

为滑翔增程弹设计了一种滑翔控制律,在考虑其非线性、状态约束和控制舵偏角幅值约束的情况下,针对滑翔控制过程中采样周期短,系统动态变化快的特点,采用直接多重打靶法和实时迭代策略来缩短非线性模型预测控制中递推优化的计算时间,并应用预先优化策略避免反馈控制延迟。仿真结果表明,该控制器的控制律求解时间小于采样周期,能满足滑翔增程弹滑翔控制要求,控制效果良好。研究结果可为同类弹箭非线性模型预测控制律设计提供参考。

五桥臂双永磁同步电机系统优化模型预测控制

五桥臂逆变器传统模型预测控制一个控制周期内由单矢量作用,降低了2台电机的运行性能。针对该问题,提出了优化模型预测控制策略。通过对2台电机有效电压矢量和零电压矢量的占空比进行整体优化分配,减小电机的转矩波动,提高2台电机的控制精度,进而在满足2台三相电机控制独立性的情况下,提升了电机系统的控制性能。仿真结果验证了所提优化模型预测控制的正确性和有效性。

取水泵站能效的模型预测控制

在研究取水泵站能量模型及能效开环优化控制基础上,提出一种系统级的运行效率模型预测控制方法。本控制方法以定速泵运行状态为优化变量,以泵站总能源费用最小为目标。目标函数融入了分时电价及取水口水位等变量,并处理了总用水量、清水池水位高低限等约束。以一座配置定速泵的取水泵站为例,对开环优化及模型预测控制方法分别进行了仿真研究和对比分析。验证了能效模型预测控制方法的有效性及其处理变量预测误差的性能。提出的控制方法还能实现需求侧优化管理,有助于电网'移峰填谷'策略的实施。

基于模型预测控制的冷热电联供型微网动态优化调度

冷热电多能联供(combined cooling heating and power,CCHP)型微网具有节能、环保、经济等特点,有良好的发展前景和应用价值。为应对可再生能源的大规模接入及负荷的不确定性,该文提出基于模型预测控制的CCHP型微网动态优化调度策略。该优化策略首先对设备效率曲线模型进行分段线性化处理,以日前计划联供设备的出力值为参考值,在日内调度下建立可再生能源及负荷预测模型,基于多步滚动优化求解出各联供设备的平滑出力。仿真结果表明:分段线性效率曲线模型不但能更好模拟系统实际运行工况,且计算时间满足在线调度需求;滚动时长选取4h,不仅满足鲁棒性也能满足快速性;所提模型能够有效应对系统不确定性对系统经济调度的影响,实现其经济及安全运行。

基于模型预测控制的开绕组永磁同步电机高性能驱动系统控制策略

为了解决传统开电机驱动系统中存在的成本和响应特性问题,本文提出一种基于开绕组结构永磁同步电机的四桥臂变换器驱动系统的新型拓扑结构,采用模型预测控制算法来提高电流环的响应速度。为了抑制系统中的零序电流,改善驱动系统的特性。本文通过测得的绕组反电势三次谐波作为共模电压的补偿量,并采用比例环节等效增加零序电流阻抗来抑制其他次电流谐波,并将共模电压分配到预测控制输出的载波中,以此将零序电流抑制策略纳入模型预测控制,在此基础上构建了综合考虑电机绕组反电势三次谐波和逆变器死区的开绕组永磁电机驱动系统的仿真模型,通过仿真验证了本文提出的系统控制策略的有效性。

三相整流器改进的模型预测直接功率控制

针对传统的三相电压型整流器(VSR)直接功率控制的控制滞后和开关频率不固定的缺陷,在此基础上将模型预测控制(MPC)与直接功率控制(DPC)相结合,利用功率预测模型和最小误差原则推出输出电压矢量对空间矢量脉宽调制进行控制,针对传统三相整流器模型预测控制静态误差跟踪不精确的问题,将内模控制加入三相整流器模型预测直接功率控制进行改进,减小有功和无功功率误差同时也减小交流侧电流谐波,最后在Matlab/simulink中搭建模型对传统MPC-DPC与改进的MPC-DPC进行比较,证明了所提控制策略的可行和有效。

基于概率Tubes的Markov跳变系统的随机预测控制

针对一类带有随机干扰的Markov跳变系统,考虑状态概率约束,提出一种随机预测控制方法.采用Tube技术,将概率约束转化为递推可行的概率Tubes,基于概率Tubes设计的控制器,保证闭环系统随机稳定.仿真实例验证了本文方法的有效性.

污水处理过程中模糊自适应广义预测控制方法

污水处理是一个复杂的生化反应过程,具有高度非线性、强耦合、不确定性等特点。本文以基于活性污泥1号模型(ASM1)的污水处理benchmark为研究对象,采用模糊模型描述污水处理过程,利用自适应辨识策略提高模型的精确度,以模糊自适应模型作为预测模型,提出了污水处理过程模糊自适应广义预测控制方法。仿真结果表明:采用的模糊自适应预测控制方法能有效地控制出水水质。

风力-光伏发电系统功率平衡预测控制器设计及仿真分析

为了提高风力-光伏发电系统的功率预测的境地,大多充分分析风力-光伏发电系统的基础上,提出一种风力-光伏发电系统功率平衡预测控制器设计。考虑到控制器的设计需以线性化模型为依据,对风力-光伏发电系统进行功率平衡预测的具体控制结构进行设计。为获得将来时刻所有系统能够达到的最大可用功率,需假定在规定的采样时间中可以达到恒定的光照、风速与温度状态。当t=8s时,在保证风力-光伏发电系统能够满足负荷发电功率要求的基础上,降低风机的发电负荷,使Pw减小为1.03kW,同时进行光伏发电,此时Ps增大至0.46kW,通过功率平衡预测控制的方法,能够有效克服系统受到的输出功率增幅限制。

基于滑模观测器的PMSM模型预测控制

为满足电动车在驱动过程中对电机的控制精度及快动态响应的要求,在PMSM矢量控制系统框架下,研究基于滑模观测器PMSM模型预测控制方法。结合模型预测控制原理,设计预测速度控制器,提高了电流环跟踪精度和电机启动性能。设计离散滑模扰动观测器,有效地估计了外部扰动并对系统进行前馈补偿,提高了系统的鲁棒性。通过仿真实验验证了方法的有效性。

基于随机模型预测控制的自主车辆转向控制

车辆系统实际存在的诸多不确定性因素会对控制器的性能产生严重影响.首先在传统自行车模型的基础上,充分考虑模型简化过程中可能产生的未建模动态,建立考虑未建模动态的车辆二自由度模型;其次根据随机模型预测控制算法设计转向控制器,实现对车辆侧向轨迹的跟踪.为证明该算法的有效性,结合车辆动力学软件ve DYNA在车辆运行的各种工况下进行仿真研究,都实现了较好的跟踪效果.为进一步验证建模过程中考虑的未建模动态的影响,设计了两个控制器并做了一系列的实验,结果表明对车辆的非线性进行补偿可以提高轨迹跟踪的精度.

增程式城市客车能量的分段跟踪优化方法

为在保证动力性的条件下提高增程式城市客车的燃油经济性,提出了一种基于电池荷电状态(SOC)消耗管理和功率分配的能量分段跟踪优化方法。该方法通过在每个控制周期内构建一个短期的需求功率预测序列,并设计参考曲线以实现SOC消耗管理的方式,建立了以费用最小为目标的动力系统功率分配的阶段性优化模型。引入模型预测控制方法,滚动优化并调整功率分配策略。基于该方法,一辆12m增程式城市客车在中国城市公交工况下的100km油耗为21.8L,电耗为25.4kWh,优于CDCS策略的结果(100km油耗24.1L,电耗25.4kWh)。该方法能通过防止SOC在行程中被过早耗尽并使其在行程结束时降到最低,保证增程式城市客车的动力性并提高燃油经济性。