基于零极点对消的简单整系数数字滤波器的设计与实现

本文介绍了一种建立在零极点对消基础上的简单整系数数字滤波器的设计方法,以及利用滤波器网络结构图写出流程图,从而实现该滤波器功能。

开环零极点对消情况下利用根轨迹判定系统稳定性

线性控制系统的稳定性,只与系统闭环极点在[s]平面的分布有关.根轨迹法可以根据开环零、极点分布,描述当某一参数变化时,系统闭环极点在[s]平面上的变化轨迹.因此利用根轨迹可以简便直观地判断控制系统的稳定性.本文从线性定常系统稳定的充分必要条件出发,分析了在系统开环传递函数自身存在开环零、极点对消情况时,直接应用根轨迹判定系统稳定性可能会遇到的问题,并提出了在此种情况下应用根轨迹判稳的几个结论.

开环零极点对消情况下的闭环系统稳定性判别

针对开环传递函数出现零极点对消情况时如何进行闭环系统的稳定性判别作出了全面的分析阐述 。

一种基于零极点对消法的串联校正环节

针对自动控制系统的性能指标不能满足设计要求的情况,本文利用零极点对消法,对系统进行串联校正。通过建立校正前系统的传递函数数学模型,研究了系统的性能指标,进而利用零极点对消法设计了校正环节,并利用MATLAB软件编程,对校正前后的系统进行了仿真分析。

永磁同步电机电流环PI控制器参数整定及优化

针对永磁同步电机电流环PI控制器参数自整定依赖电机参数和系统模型精确度的问题,提出一种基于模型与规则相结合的PI控制参数自整定及优化方法。首先,采用直流激励法对电机的电阻和电感进行离线辨识;其次,利用零极点对消法设计出一组合适的PI控制器参数;最后,以这一组PI控制参数为初值,将响应的上升时间、超调量和调整时间纳入综合评价指标中,通过二自由度变量轮换法在PI控制参数初值邻域内优化后得到一组性能最优的PI控制参数。实验结果表明,该方法可以快速整定得到一组合适的PI参数,同时优化后的PI参数控制性能相较于优化前明显提升,响应调整时间减少50%,具有良好的动态性能。

阻抗法分析背靠背变流器稳定性的释义与推广

已有文献指出,在局部交/直流回路应用阻抗法分析多端系统稳定性是不完备的。基于一个两电平电压源型背靠背变流器,理论解释了该现象。首先,借助状态空间,完善了常用坐标系下端口/回路解析阻抗模型的一般导出方法。进而对比不同回路稳定性的频域判定结果和全系统的时域零极点信息,证实了零极点对消导致子系统对全系统模式的不完全可观,是部分判据失效的根本原因。阐明了该结论对同一变流器采用不同控制策略与不同类型变流器间的通用性。最后,由相关概念设计了一种基于阻抗交互的多端系统致稳方案。

电磁直驱柔性微定位平台谐振抑制控制器设计

针对音圈电机驱动柔性微定位平台的低阻尼谐振问题,利用零极点配置的根轨迹校正方法对其谐振振动模态进行有效抑制以满足其跟踪精度高、响应速度快、抗干扰能力强的性能要求。首先,搭建了音圈电机驱动柔性微定位平台系统并进行系统辨识,获得平台的动态特性;其次,为改善系统的响应特性,在原系统根轨迹上加入共轭零点消除低阻尼共轭极点带来的振荡;此外,在闭环系统基础上加入前置的相位超前前馈控制器以消除闭环系统的相位误差;最后,利用所设计控制器对频率为1 Hz、2 Hz、5 Hz的正弦信号和三角波信号进行跟踪实验,最大跟踪误差分别为轨迹幅值的7.08%和6.05%。实验结果表明,系统能够较好的复现所跟踪的信号,跟踪误差得到了较好的抑制,证明了所设计控制器的准确性、有效性。

电网电压不对称故障下软件锁相技术

介绍了传统软件锁相环(SPLL)的工作原理及优缺点,针对电网发生三相不对称故障情况下负序分量对锁相环检测精度的影响,提出基于整系数滤波器的SPLL。通过零极点对消的方法设计出低通整系数滤波器来抑制由负序分量转换而来的2次谐波,提高了锁相环的抗干扰能力和检测精度。由于整系数滤波器运算量小,其对SPLL的实时性影响很小。实验结果验证了所提方法的可行性。

低开关频率下异步电机电流环的数字控制

电流环数字控制在异步电机矢量控制系统中占有非常重要的地位,其性能的优劣直接影响电机转矩与磁链解耦控制效果、输出转矩响应速度,甚至牵引变流器–异步电机系统稳定性。而在大功率传动系统中,为降低开关器件损耗,牵引变流器开关频率通常较低,从而产生较大数字控制延时,加剧电机定子电流励磁分量与转矩分量之间的耦合程度。为解决上述问题,文章全面分析异步电机耦合因素,结合零极点对消原理提出一种改进型离散电流控制器,在离散时间域下,不仅确保电流环系统具有良好的动态响应,而且可以实现定子电流转矩分量与励磁分量的有效解耦。模型仿真与实验验证了改进型离散电流控制器的有效性与可行性。

基于欧拉公式的宽频谐波谐振稳定性评估法

分布式电站宽频谐波谐振现象描述与稳定性评估之间尚存矛盾:馈线模型的复数双曲函数特征是准确描述上述现象的必备条件,但上述函数使经典稳定性分析法无从适用。为此,该文利用欧拉公式将上述函数等价变换,建立系统时域特征根与频率的直接联系;进而,稳定性评估转化为特征根在复平面上随频率变化的运动问题。评估表明:1)随系统频率递增,当主导极点从s右半平面至上而下穿越负实轴时,非主导极点与零点无法严格对消,引起非主导极点上的留数过大,系统欠稳;2)合理选取协调阻尼器控制参数,可限制特征根跟随系统频率变化的运动范围,确保宽频范围内系统时域性能的不变性。最后,搭建了分布式电站模拟实验平台,验证协调阻尼器控制参数选取的合理性。

高瞬态响应指标的伺服系统设计方法

提出了一种高瞬态响应指标的伺服系统设计方法。经典的伺服系统设计方法,采用小时间常数处理技术,这种处理引入误差大,导致设计的伺服系统瞬态响应指标不高。为了设计出高瞬态响应指标的伺服系统,提出用比例微分单元对消掉较大时间常数的极点,同时降低小时间常数处理引入的误差,然后按照典型Ⅰ型与Ⅱ型系统的设计准则设计系统的调节器。通过仿真实验对比证明,该方法能够设计出具有高瞬态响应指标的伺服系统。

小超调快过渡时间的电流环转速环设计

本文提出了一种新的电流环、转速环双闭环系统的设计方法,该方法减小了经典设计方法小时间常数处理引入的误差,同时通过比例微分单元实现零极点对消,对消掉较大时间常数的极点,然后按照典型Ⅰ型与Ⅱ型系统的设计准则设计系统的调节器。通过实验对比证明,本文提出的设计方法设计的系统具有超调量小、过渡时间快的优点。该方法能够用于对超调、过渡时间要求高的电流环、转速环双闭环系统设计。

基于复合PI控制器的永磁伺服电机电流控制

在永磁电机伺服系统中,电流环PI控制器通常基于零极点对消的方式设计得到,这会限制系统动态性能的提升。针对这一问题,首先通过传递函数分析说明传统电流环PI控制器存在的问题,然后基于状态方程设计电流环复合PI控制器。通过传递函数进行对比,从理论上说明电流复合PI控制器比传统电流PI控制器具有更好的抗扰性能,并给出相应的约束条件。最后,通过实验对比电流阶跃响应和跟踪正弦给定响应。实验结果表明,采用复合PI控制器的电流控制系统对正弦给定的跟踪误差更小,电流阶跃响应也更快,即电流复合PI控制系统具有更好的跟踪性能和抗扰性能,证明了所提方法的有效性。

基于热网络的异步电机过载保护模型及数字算法

以试验样机为例,依据电机内部不同的发热源将电机分作五部分,即定子铁心和机壳、定子槽绕组、定子绕组端部、转子导条和转子铁心,分别应用集总参数法建立了五阶的热网络分布模型。在保证模型精度的前提下,利用零极点对消法对五阶热模型进行了降阶简化,从而得到了反应电机温升主要特性、精度高、计算简单的低阶热网络模型。对低阶热模型进行离散化,得到了适用于智能电机过载保护继电器的数字算法。

“RSFS”反馈式短周期地震计的改进试验

回顾了"RSFS"反馈式短周期地震计前期研究和设计,通过分析电子反馈网络存在的问题,提出了新的解决方案。新方案采用深度阻尼反馈环电路,减少需要精确选配的阻容元件,具有精简装配调试工序和节约工时的优点;新方案对地震计机械部分参数精度一致性要求降低,提高了部件互换性。新方案对地震计的动态范围、幅频特性在整个观测频带内保持平直,参数一致性带来益处,并可以降低地震计的制作成本。

根轨迹法在燃油控制回路PI控制器参数设计中的应用

为进一步提高航空发动机燃油控制回路的控制性能,使其达到数控系统性能指标要求,针对发动机的特性,从其控制系统的实际运用角度出发,开发出适用于其燃油控制回路PI控制器的根轨迹参数设计方法。该方法采用根轨迹图并结合控制性能指标要求确定了闭环主导极点的期望区域,在根轨迹图上放置极点和零点,移动闭环主导极点到期望区域内以确定满足性能指标要求的PI控制器参数。通过仿真试验发现,采用根轨迹法所设计的燃油控制回路PI控制器参数不仅能达到数控系统性能指标要求,所设计PI控制器的控制品质还明显优于零极点对消法。

多并网逆变器系统灰箱阻抗辨识与阻抗聚合分析方法

新能源发电网络谐波振荡问题凸显,阻抗分析法分析该问题的关键是聚合路径的正确选择。对此,提出了一种考虑零极点对消现象的多并网逆变器系统阻抗聚合方法。说明新能源发电网络及其对应阻抗网络的建立过程,并对新能源发电阻抗网络的聚合过程进行展现;基于“灰箱”背景利用矢量匹配算法对并网逆变器、电抗器和电容器的阻抗模型进行获取;对阻抗聚合路径中可能存在的零极点对消现象进行理论基础分析。在MATLAB/Simulink中搭建多并网逆变器系统进行仿真,分别选择不同的阻抗聚合路径,利用阻抗分析法进行系统稳定性分析,进一步验证所提聚合方法的有效性和实用性。

Study of recursive model for pole-zero cancellation circuit

The output of charge sensitive amplifier(CSA) is a negative exponential signal with long decay time which will result in undershoot after C-R differentiator.Pole-zero cancellation(PZC) circuit is often applied to eliminate undershoot in many radiation detectors.However,it is difficult to use a zero created by PZC circuit to cancel a pole in CSA output signal accurately because of the influences of electronic components inherent error and environmental factors.A novel recursive model for PZC circuit is presented based on Kirchhoff's Current Law(KCL) in this paper.The model is established by numerical differentiation algorithm between the input and the output signal.Some simulation experiments for a negative exponential signal are carried out using Visual Basic for Application(VBA) program and a real x-ray signal is also tested.Simulated results show that the recursive model can reduce the time constant of input signal and eliminate undershoot.

广义系统输出反馈镇定与零点配置

研究了线性时不变广义系统的输出反馈镇定与零点配置问题。首先从状态空间角度出发,利用双互质分解方法得到输出反馈镇定控制器的参数化形式。然后从频域角度,在保证广义闭环系统容许的条件下,研究闭环系统的零点配置问题,给出了系统具有不同零点的配置方法。最后通过数值算例证明了所提方法的有效性。

基于VxWorks操作系统的某随动系统控制算法软件设计与实现

针对某倾斜瞄准式装置具有大质量大惯量且非线性的特点,以军用加固计算机作为控制系统的硬件平台、嵌入式操作系统VxWorks为软件平台设计了一种零-极点对消自校正PID控制器。在对自校正PID控制器从原理、设计方法上进行详细说明的基础上,对某装置的随动系统进行了控制器设计,利用零-极点对消的原理计算了3种工况下的PID控制参数,通过满载、半满载和空载工况试验,结果表明采用该控制算法具有控制量小、鲁棒性强的特点,适合于最小相位系统,系统在稳定性和快速性方面都取得良好的控制效果,适用于变质量变负载装置的随动控制系统。