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。

低压大电流DCDC变换器并联均流控制研究

本文讨论了低压大电流工况下移相全桥变换器双模块并联电流失衡机理与均流控制技术。该技术采用电压环、电流环与均流环三环平均电流控制结构,给出了控制系统设计原则。利用Matlab仿真与一台10 kW样机分别进行仿真与实验验证,验证结果表明该控制结构有较好的自适应性,能够兼顾负载调整率与均流精度。

基于双滞环的铅酸蓄电池组并联充放电控制

铅酸蓄电池组并联充放电过程中,面临单体性能差异导致的充放电不均衡问题,进而影响了电池组整体性能和寿命。对此,研究基于双滞环的铅酸蓄电池组并联充放电控制方法。首先,通过分析铅酸蓄电池组并联充放电工作状态,建立铅酸蓄电池组工作等效模型;然后,将识别出的扰动因素作为传递函数的输入变量,从而确定扰动变量的传递函数;最后,基于双滞环技术原理,分解扰动变量进行误差弥补,实现铅酸蓄电池组并联充放电工作的均衡控制。实验结果表明,以某直流系统中退运的铅酸蓄电池组作为测试对象,在所设计方法应用后,可以实现单组电池在并联充放电过程中的额定电压控制,有效保证其稳定运行。

基于视觉的低空跟踪系统

构建了一个以无人飞行器为载体的基于视觉的低空跟踪系统。该系统由地面站和机载模块两部分组成,构建了机载自动跟踪与地面人工干预两个并联的控制回路;采用了基于灰度直方图的自适应容忍度多阈值分割算法,并在此基础上采用了基于双重子窗口的动态聚类目标提取方法;用目标的形心脱靶量作为云台的控制参数,根据目标的运动趋势对速度参数进行调整。系统通过用鼠标对监控视野中心的坐标替换目标的形心脱靶量实现机载自动跟踪和地面人工干预的平滑切换;保留不同照度下目标的灰度阈值,使得运动区域在阴影下也能被分割。经过2～3次的聚类迭代,较精确地计算出目标的形心位置,排除了干扰目标的影响,系统的处理速度达到15 frame/s。结果表明,上述算法和方法是可行的,系统具有较大的实用性。

Hex-Rotor无人飞行器及其飞行控制系统设计

提出了一种Hex-Rotor无人飞行器以克服现有多旋翼飞行器的欠驱动和强耦合特性对其飞行控制效果的影响,利用6个旋翼独特的结构配置来保证飞行器独立控制空间六自由度的能力。介绍了这种新型飞行器的结构特点并建立其动力学模型,引入滤波反步法与自抗扰算法设计了具有双环并行结构的飞行控制系统,在数字仿真中实现了飞行器的空间六自由度独立控制并克服了未知外部扰动以及模型不确定性带来的影响。结果显示,原型机试飞实验中,飞行器的水平位移跟踪误差不超过±4m,高度误差不超过±3m,姿态角误差不超过±0.05rad,均保持在传感器的测量误差范围内,飞行器较为准确地跟踪了期望指令。仿真和实验结果证明了该新型Hex-Rotor飞行器具有期望的六自由度独立控制能力,建立的数学模型准确,设计的飞行控制系统能够实现轨迹与姿态跟踪飞行。

一种新颖的数字移相控制方法的研究

提出了一种新颖的数字移相控制方法 ,并详细分析了其工作原理。针对串并联负载谐振电路进行了电压闭环控制实验。结果表明 ,该方法是正确可行的 ,不仅可达到移相角度宽、精度高、速度快 ,而且可灵活地采用数字

一种新型的电压源逆变器并联控制策略

现有的逆变器并联控制策略都是基于平均均流模式,而某些应用场合输入电压源采用发电机形式,其工作效率在额定电流点最优,此时平均均流模式显然不适用。提出了一种新型的并联控制方案,使得除最后一个并联的电压源外其余电压源均工作在额定电流处,整体效率达到最优。该方案中逆变器采用三环控制,电流内环改善系统响应,电压中环确保系统稳定性,外环跟随功率分配单元给定电流信号以获得最优效率。功率分配单元根据负载电流和电压源额定电流提供外环电流给定信号。理论分析和仿真实验验证了该方案的可行性。

加热炉支路平衡控制中流量控制回路的取舍分析

由于加热炉支路平衡控制是一个带约束的多变量强耦合的控制问题,具有非线性、大滞后及强干扰等的特点,多偏差法的多层串级控制结构会增加系统的复杂性和不确定性。针对上述问题提出了一种改进的多偏差控制方案,通过舍去流量控制回路,避免了回路过多造成的系统稳定性变差的问题,简化了控制结构,改善了控制性能。

基于柔性励磁功率控制的载波同步策略

基于绝缘栅双极型晶体管(IGBT)电力电子元件的柔性励磁功率控制系统响应速度快,满足现今发电机大电感励磁回路的场合,但因功率回路并联引发的环流问题会导致输出电流畸变,增加系统损耗甚至造成系统崩溃。为此提出一种柔性载波同步策略抑制并联型功率控制器的环流问题。在功率控制并联模型的基础上,设置一个同步信号输出单元和若干个并联的功率控制器模块。同步信号输出单元向功率控制器模块内部的模拟载波发生器发出同步脉冲信号,模拟载波发生器同步清零,产生从零开始的锯齿波信号;实际载波发生器与模拟载波发生器同步清零,产生从零开始的三角波信号;通过模拟载波发生器的同步达到实际载波发生器的同步。此外,上述方法无需增加额外的硬件,提高了系统效率。实验验证了载波同步方法能够在不同功率点下实现很好的环流抑制效果,同时输出电流波形质量得到很大改善。

载人航天器热控系统并联回路的轻量化设计

为优化载人航天器热控系统的并联液体回路,减轻其质量,建立了并联回路传热和质量的数学物理模型;并以两支路系统为例,分析了其并联回路的轻量化设计问题,讨论了最优流量分配系数与流体流量、冷流体温度等参数之间的关系。研究发现,对并联回路而言,存在最佳管径与流量分配方案,使其质量最轻;随着流体总流量的增加,最优流量分配方案逐渐接近平均分配;给定流体总流量时,冷流体温度较低时最优的分配方式为平均分配,随着冷流体温度的提高,最优分配由支路散热任务、工作温度等因素决定。此外,还研究了支路管道长度和电源系统质量与泵功率之间的比例系数等因素对最优流量分配的影响。

串并联谐振高压脉冲电容充电电源的闭环控制

绍了3 kW LC串联谐振高压脉冲电容充电电源的设计,利用该电源对脉冲电容负载充电。实验结果表明,实际电路为LCC串并联谐振,导致该电源充电电流减小,充电速度变慢,功率降低。针对这些问题,提出了电流、功率以及电压闭环控制策略,并给出软件实现流程。闭环控制实验结果表明充电速度变快,实现了恒功率,提高了电源利用率,并可减小体积重量,在大功率时优点更明显,十分适合限制功率及体积、重量的场合。

一种用于无互连线逆变器并联的多环控制方法

针对传统逆变器无线并联系统稳态均流精度低和动态响应差等缺点,提出基于传统无线并联下垂法的新型多环控制结构,分析了逆变器并联系统有功和无功功率的环流模型。在传统的双环控制结构中增加了负载电流和输出电压补偿环,提高了单台逆变器的性能;基于PQ下垂系数法增加了瞬时电压基准补偿环和输出阻抗调节环,提高了系统的动态均流能力和对线阻抗等参数不平衡的调节能力。仿真和实验结果均验证了该方案的良好性能。

数字锁相技术在逆变器并联系统中的应用

逆变器并联系统中各模块输出电压的频率、相位应时刻保持一致,这样才能保证并联系统的安全运行。针对输出母线电压频率可变(300-500Hz)的并联系统,研究了采用TMS320F240型数字信号处理器(DSP)实现锁相的锁相环原理和方法;给出了硬件实现电路及算法流程图。实验结果验证了该方案的可行性和有效性。

气垫车并行双环控制系统设计

针对车速和载荷分配比分别作为气垫车驱动系统和垫升系统的独立控制变量具有不同的控制要求和目标值更新频率但均可对能耗产生影响的特点,设计了以模糊PID控制器为核心的并行双环控制系统.其中:车速控制跟踪瞬态目标值,目标值更新频率较高,因而设计更加注重动态性能;载荷分配比控制跟踪稳态目标值,目标值更新频率较低,因而设计更加注重静态性能.从减小能耗的角度出发,在载荷分配比控制中考虑了滑转率(车速相关量)的影响,反映出参数协调控制的思想.仿真试验结果表明:在所设计控制系统的作用下,气垫车能够顺利抵达目的地并实现软着陆;车速控制表现出良好的动态性能,有利于提高车辆的安全性;载荷分配比控制表现出良好的静态性能,有利于降低车辆能耗.

三平移并联机器人步进电动机闭环控制

对自主开发的新型三平移并联机器人进行了位置分析 ,设计并建立了以 DSP为核心的并联机器人步进电动机闭环微机控制系统 ,利用 VC++6 .0设计了机器人系统的控制软件。实验结果表明 :由于系统采用的步进电动机体积小、转矩大、转速范围宽 ,因而简化了机械设计 ,减小了机器人系统的体积 ,实现了并联机器人运动轨迹的高精度控制。

基于电流双环控制的燃料电池DC/DC变换器

在燃料电池DC/DC变换器中,为了减小纹波电流,同时确保输出稳定,实验拓扑采用六相交错并联电路,能有效减小电流纹波,减小电感体积。并且提出一种新型的控制模型,通过电流双环控制,外环通过对输入电流的控制,确保输入电流的恒定。而内环通过控制输出电流,实现负载对功率的需求。

一种新型电动轮自卸车电源系统的研究

针对传统电动轮自卸车重载上坡时柴油发动机动力不足、电源稳压性能低、响应速度慢等问题,此处在电机驱动侧加入三相交错并联双向DC/DC变换器和超级电容构成新型电源系统。该系统有效降低了输出电流的纹波,可更好地延长电动轮自卸车寿命;同时,其功率变换器开关器件的开关电流应力低,能提高变换器的动态响应和系统效率。此处详细分析了其功率变换器的工作原理,推导出其功率变换器输出电流纹波的表达式,验证了交错并联技术可以大大减小输出纹波值;并采用双闭环控制策略,通过Matlab/Simulink对其变换器的不同工作模式进行仿真,最后搭建了实验样机来验证理论分析的正确性。

逆变电源并联的谐波环流抑制研究

在逆变器系统中,滤波电感对死区等因素造成的波形畸变能够有效地抑制。对于大功率的逆变器,当滤波电感及并机电抗都很小时,死区等因素可引起很大的谐波环流。研究了逆变器的基本原理,描述了谐波扰动的双环控制模型,介绍耦合电感抑制谐波环流的方法。在此基础上建立了无互联线逆变电源并联的数学模型。研究表明耦合电感能有效的抑制谐波环流,电压电流双环反馈控制有效的抑制并联逆变电源间的环流。

准比例谐振控制的单相逆变器并联控制技术

针对传统的逆变器控制策略对交流信号跟踪出现的偏差问题,在准比例谐振控制器的双环控制基础上,提出输出有功功率和无功功率与输出电压相位和幅度解耦后的新型下垂控制算法。应用时变相量法建立并联系统的小信号模型,分析下垂系数的变化对系统稳定性和动态性能的影响。仿真实验结果表明,利用准比例谐振控制器和新型下垂控制策略能有效地实现单相逆变器并联控制。