采煤机截割轨迹自动跟踪系统的设计

为解决采煤机依靠人工控制存在的效率低、安全性差的问题,在对采煤机轨迹跟踪自动调高原理分析的基础上,确定了截割轨迹自动跟踪系统的采样周期和进刀方式,提出了基于多传感器对采煤机的截割状态监测的方案,并为其配套设计了自动跟踪控制模块,验证了基于速度前馈模糊PID控制策略的控制效果.

基于负载功率前馈一体化控制的双PWM变频调速系统的仿真

针对双PWM变频器整流侧与逆变侧独立控制时,直流侧必须利用大电容稳压,导致系统成本增加且寿命缩短的问题,提出一种整流侧采用引入新型开关矢量表的直接功率控制(Direct Power Control,DPC)方案。该方案逆变侧采用转子磁场定向矢量控制,并采用负载功率前馈控制策略,以实现双PWM变频器的协调控制。仿真实验结果表明,相比独立控制的双PWM变频调速系统,采用该一体化协调控制策略的双PWM变频调速系统,不仅能减小网侧电流的谐波,还可较好地抑制负载突变时直流电压的波动,加快整流侧和逆变侧的动态响应,大大提高系统的抗扰能力,从而减小电容体积并降低成本。

JESD204C高速串行接口电路设计技术

由于各种新兴信息技术的出现和发展,设备间传输的数据流量急剧增加,不断推动着具有更高带宽和更低功耗的高速串行接口技术的研究,也促进了各种协议标准向着更高数据率的方向迭代升级。但是高速电路的设计也带来了很多技术和架构设计上的挑战,其中比较大的挑战如信道的插入损耗就要求架构需要做相适应的改变和一些电路技术的使用。本文基于JESD204C协议,首先介绍了该协议的特点和性能指标,随后详细阐述了基于该协议的高速串行接口集成电路的设计架构和关键技术,包括前馈均衡技术和连续时间线性均衡技术,分别对其进行了理论分析和仿真验证,最后通过流片测试对其发挥的作用进行了验证和分析,结果表明相关的均衡技术提高了高速接口的性能,特别在对抗信道的插入损耗方面,发挥了重要作用,对国内外后续的研究提供了参考价值。

基于负载转矩滑模观测器的永磁同步电机转速复合PI控制

针对电动化工程机械用永磁同步电机(PMSM)频繁变转速、变负载扰动运行工况的需求,设计了一种复合PI控制器,以降低转速响应的超调。同时,为减小系统变负载扰动影响,提出一种负载转矩滑膜观测器,将其转矩观测值补偿到电流环的给定,实现对随动负载的快速响应,提升系统抗负载扰动性能。通过仿真与实验证明,设计的转速复合PI控制器能够可靠降低转速响应超调,提升系统抗负载扰动性能;提出的负载转矩观测器与前馈补偿控制算法,能够准确观测实时的负载扰动,补偿至电流环给定的负载扰动,有效减低了转速的波动,改善了动态性能。

基于BP神经网络的速度前馈PID控制器设计

针对工业控制中常出现的模型未知且具有时变特性的复杂被控系统,为满足对被控系统快速响应的控制要求,提出一种经过遗传优化预处理的基于BP神经网络的速度前馈PID控制器。通过将PID控制器与速度前馈控制器相结合,利用遗传算法对控制器参数进行一次离线优化预处理,再通过BP神经网络实现控制器参数在优化预处理基础上的二次在线自适应整定,以达到实时最优控制的目的。在MATLAB下进行仿真验证,结果表明:与常规PID控制器相比,阶跃输入下的系统响应时间减少22%,正弦输入下的系统跟随误差减少12%,控制器参数能实时自适应调节。

XY平台直线伺服系统的IP变增益交叉耦合控制

XY平台直线伺服系统中,负载扰动、机械时间延迟及各轴响应速度不同会影响轮廓加工精度,为此提出了一种将积分-比例(I-P)控制、速度前馈控制及变增益交叉耦合控制相结合的控制策略。单轴采用由IP控制和前馈控制构成的复合速度控制器,IP控制具有快速响应和抑制扰动的能力,速度前馈控制可增加系统跟踪能力,降低机械时间延迟效应。间接减小轮廓误差。并且,在X、Y轴间加入变增益交叉耦合控制器,直接减小轮廓误差。仿真结果表明该控制方案可增强系统的鲁棒性,提高系统的快速性和轮廓加工精度。

大型火电机组动态频率响应特性

当电网发生解列故障时大型火电机组的动态频率响应特性对于维持系统频率安全和稳定具有至关重要的作用。以频率最大偏移量及其出现时刻为研究关注点,建立了解列后大型火电机组频率调节动态模型,提出一种通过求解四阶线性定常非齐次状态方程组确定频率最大偏移量及其出现时刻的方法。以此为基础,采用一台600MW火电机组的实测参数,深入分析了机组一次调频限幅、调差系数、前馈系数3个重要参数对解列后电网频率动态过程的影响。研究结果可用于指导解列后电网频率安全稳定措施的制定。

大范围高速原子力显微镜的前馈反馈混合控制方法

为了扩大原子力显微镜(Atomic Force Microscope,AFM)使用范围,研制了一套大范围高速AFM系统。针对大范围高速扫描时Z方向控制问题,提出了前馈反馈混合控制方法。前馈控制包括自动调平前馈和基于前一行扫描前馈,前者通过多线扫描确定样品倾斜位置,将所有扫描点的倾斜位移差用函数式表达,然后将其换算为Z向驱动电压后驱动下扫描器运动;后者利用前一行扫描高度数据作为当前行Z向扫描器驱动的参考输入。反馈控制为在普通比例-积分(PI)控制基础上改进的动态P参数PI控制,P参数设置与误差大小有关。实验结果表明:采用本控制方法最大控制误差由40.17nm减小为6.01nm,误差均方根值由22.85nm减小为2.01nm,明显抑制了误差信号,提高了Z向控制效果,获得了更精确的高度图像。

抑制载荷的风力机扰动前馈与预测反馈复合控制

针对实际作用在风力机上的有效风速难以测量的问题,设计Kalman滤波器,通过对风轮气动转矩的最优估计及其与风速的关系,对风速进行递推计算。优化抑制扰动的前馈控制律,减小湍流风对风力机性能的不利影响。同时,以风轮转速的平稳性和塔顶位移的最小化为优化控制目标,设计了变桨距预测控制器。在Matlab平台上,使用5MW风力机的数据,进行仿真实验。结果表明,前馈控制与预测反馈控制相结合的复合控制,可有效地抑制扰动,减小风力机机械部件的疲劳载荷,改善整机性能,延长风力机寿命。

双馈风力发电机组网侧变换器电压空间矢量电流滞环控制

利用电压空间矢量滞环电流控制(VSM-HCC)和变速PI电压控制,实现了变速恒频(VSCF)双馈风力发电机组网侧变换器功率双向流动和直流侧电压稳定的控制目的。电压空间矢量调制方法的引入,降低了变换器的开关频率,同时也保留了滞环控制响应快、简单及鲁棒性好等优点。通过增加负载电流前馈补偿环节,提高了系统的响应速度,有效抑制了直流侧电压的波动。仿真验证了该控制策略比传统的双闭环PI控制对外部扰动有更好的自适应能力和良好的动态性能,并示出与VSCF双馈风力发电机组进行联调仿真的结果。

基于模糊PID参数整定的收获机前进速度控制优化

为了提高联合收获机前进速度控制的精度,解决前进速度控制的滞后问题,使收割机具有稳定的负荷和良好的脱粒能力,对驱动轮轴装配机构进行了改进,并提出了基于灰色预测的模糊PID控制方案,将其应用在了纵流联合收割机的控制系统中。控制系统使用单片机作为速度的控制装置,并可对装置故障做出预警。为了测试收割机速度灰色预测模糊PID控制方法的有效性和可靠性,对收割机的速度控制进行了测试。以喂入量作为干扰信号,通过测试发现:灰色预测模糊PID控制的速度控制响应时间短,响应迅速,满足设计需求,可以在各类联合收割机的速度控制器推广使用,为收割机速度控制的研究提供了较有价值的参考。

海底静力触探贯入速度的前馈补偿控制

针对海底静力触探(CPT)贯入速度控制目标为2cm/s±10%的技术要求,建立了贯入速度的仿真控制模型,并以地层阻力的抽象仿真模型为干扰激励源对海底CPT系统进行了仿真分析;针对仿真中传统PID控制策略无法消除大幅值斜坡干扰所导致的静态误差的分析结果,利用CPT测试的本质即是采集地层阻力这一特点,提出了将CPT所采集的锥尖阻力和侧壁摩擦力的合力作为前馈控制的输入量的前馈补偿控制方案,仿真分析与现场试验均证明此方案达到了预期的控制目标,保证了2008年9月在南海万山群岛海域开展海底数据采集的顺利有效进行。

并网型双馈发电机速度控制模式研究

提出了一种基于定子磁场定向的并网型双馈发电机励磁控制模型。有别于传统的功率控制模式,采用所提的速度控制方案,在实现并网型双馈发电机定子端口有功和无功功率解耦控制的同时,还能实现转速的独立控制。另外,带系统耦合量前馈补偿的电流内环控制器设计,能够有效抑制电网电压的波动,并提高系统的动态性能。

火箭发动机喷管伺服机构负载模拟系统设计与实验

针对火箭发动机喷管伺服机构的半物理仿真需要,设计一种可对惯性负载、摩擦力矩负载、弹性力矩负载、伺服机构安装刚度进行模拟的电液负载模拟系统。依据伺服机构负载特点,由机械的方式实现惯性负载、摩擦负载以及安装刚度的模拟,由阀控伺服马达实现弹性力矩的模拟;分别建立伺服机构系统和马达加载系统的数学模型,并为马达加载系统设计基于速度前馈补偿和力矩前馈的控制系统;进行负载模拟器的现场实验,实验结果表明,各种加载负载满足精度要求,验证了负载模拟器设计的合理性和实用性,以及控制策略的有效性。

适用于光电跟踪仪的高速目标跟踪控制算法

为了提高光电跟踪仪对于高速运动目标的跟踪精度和稳定性,提出一种适用于光电跟踪仪的高速目标跟踪控制算法。利用光电跟踪仪、火炮、载体惯导系统、视频跟踪器和激光测距机输出的相关参数,通过一系列坐标转换、递推迭代和坐标反变换,完成瞄准线坐标系下方位速度环和俯仰速度环跟踪前馈补偿参数的计算,并将该参数分别叠加到方位、俯仰跟踪控制回路,参与跟踪控制;采用模拟航路进行验证,该跟踪控制算法对速度2.5 Ma的高速运动目标,跟踪系统误差和随机误差均小于0.15 mrad。实验结果表明,该方法能有效提高光电跟踪仪对高速运动目标的跟踪精度,响应速度快、动态滞后小。

并网型双馈发电机励磁控制技术研究

根据双馈发电机的数学模型,采用空间矢量的分析方法,对系统耦合量的处理方式进行了详细分析。在定子磁场定向控制策略的基础上,针对并网型双馈发电机系统的不同控制模式建立了相应的励磁控制模型,并分析了两种控制模式的异同。实验结果与理论分析均表明,带反电势前馈补偿的系统耦合量处理方式能够有效抑制电网电压的波动,并提高整个系统的动态响应性能。而且,无论系统采用功率控制模式还是速度控制模式,均能实现双馈发电机定子端口有功功率或转速和无功功率之间的解耦控制,但无法同时实现三者之间的独立控制。

基于前馈的风力发电机组变桨距控制

针对变速变桨(Variable Speed Variable Pitch,VSVP)风力发电机组如何抑制反馈信号滞后引起的输出功率波动进行研究。在研究了传统PID反馈控制和基于测量风速前馈控制的基础上,提出了有效风速估计的前馈与传统PID反馈结合的变桨距控制策略,通过卡尔曼滤波与牛顿-拉夫逊算法进行有效风速估计,根据估计的有效风速给出合适的前馈桨距角,实现动态前馈补偿。以2 MW变速变桨风力发电机组为验证对象,基于Bladed软件平台对前馈控制策略与传统的变桨控制策略进行仿真比较。结果表明:相对传统的变桨距控制,提出的变桨距控制使风力发电机组能够在额定转速下保持稳定的电功率输出。

耦合电压对高速电主轴动态性能的影响

针对高速电主轴动态模型中耦合电压的非线性变化对主轴动态性能所产生的影响,通过对比前馈控制和内模控制(Internal model control,IMC)的电压解耦机理,指出IMC能够避免前馈控制时电压解耦效果依赖主轴模型参数与实际参数相匹配的不足,并利用170MD15Y20油雾润滑型电主轴和Matlab/Simulink软件分别对两种控制方法进行试验和仿真分析。结果表明,主轴的耦合电压主要受频率和转矩电流变化的影响,改变磁链子系统和转矩子系统的给定电压、以及耦合回路中无功功率在输入功率中的比例,不仅可以对主轴的功率因素、输出转矩、抗扰动能力和动态速度跟随精度等特性参数产生影响,而且使主轴的转矩脉动程度、带负载能力和转差率等随耦合电压的大小成反比例变化。因此可以根据包含上述特征信息的机械特性曲线、功率因素曲线和恒转矩曲线的变化趋势,准确判断高速电主轴的解耦效果,并预测主轴在该控制方式下的动态性能。

一种平台运动误差纠正复合双环控制方法

对于非线性系统提出一种新型双环复合控制方法,一是利用干扰观测器实时观测外部扰动,进而引入补偿消除外部扰动,二是引入速度观测器观测出电机的速度作为速度环上的反馈信号,降低了测量带来的高频干扰;其次,证明了干扰观测器和速度观测器能有效提高系统的稳定性;最后,对于一个实际系统进行单独加入干扰观测器、速度观测器和同时加入二者进行实验仿真,结果表明,在控制系统中同时使用二者能有效提高系统的性能。

高性能直流伺服系统控制方法研究

首次研究了直流电机电流环的转移特性,并给出了完整的传递函数,在此基础上,提出了新的前馈控制算法。与传统的前馈控制算法相比,直流伺服系统的控制性能得到了极大的提高。