双线性DC/DC变换器混杂建模与优化控制

Boost、Buck-boost和Flyback等DC/DC变换器的连续时间状态空间模型实际上是由一组双线性微分方程来描述的,这类变换器控制的主要难点在于双线性项的处理和变换器所固有的混杂特性。对此,提出了一种针对这类DC/DC变换器的混杂建模和优化控制方法。该方法首先将开关周期等分为多个子周期,并通过迭代推导出变换器在开关周期内的离散时间状态更新函数。然后将双线性项在整个状态-输入空间内进行分段线性化处理,从而建立变换器的混杂模型。以Boost和Buck-boost DC/DC变换器为例,分别建立了其混杂模型,并进行了优化控制。最后通过实验对比分析了两种DC/DC变换器的优化控制效果,从而验证了该方法的通用性、有效性和优越性。

基于混杂系统的航空发动机性能退化行为建模及分析

航空发动机起飞时的排气温度裕度(EGTM)除受本身部件特性的影响外,发动机水洗、鸟击以及维修等离散事件也均能引起其突变。首先建立了发动机部件特性模型,分析了部件性能退化对EGTM的影响;然后引入支持向量回归机方法,预测了水洗事件对EGTM的影响;最后基于混杂系统模型,综合考虑了部件特性和水洗事件对EGTM的影响。通过仿真建模分析得出:与仅考虑部件性能退化相比,考虑水洗事件的发动机性能退化过程,预计可延长发动机在翼时间约1000飞行循环。基于此,可以为发动机下发决策提供参考依据。

太阳能热发电蓄热系统的混杂建模与仿真

蓄热系统是太阳能热发电站中保证电站可靠性和经济性的重要组成部分,其工作状况直接影响到太阳能热发电站的正常运行。本文针对单罐式蓄热系统,分析了系统在蓄热和放热模式下的动态数学模型,在此基础上,提出了蓄热系统的混杂动态系统模型。该模型将蓄热和放热模式统一在一个框架下,能够对蓄热系统的各种操作模式及其循环交替过程进行动态模拟。混杂模型采用MATLAB软件进行仿真,仿真结果:表明了模型的有效性。

基于键合图的风电系统功率变换器建模及仿真

作为风力发电系统中的重要接口部件,功率变换器的精确建模是风电系统建模的重要基础。功率变换器在工作时连续和离散的动态特性相互作用,给建模带来巨大挑战。针对功率变换器的不连续性和混杂特性,采用非线性阻性元件对开关器件等效,基于键合图理论构建功率变换器模型,实现其统一建模。借助Matlab仿真平台,采用Simulink子系统模块构建键合图仿真模型,仿真结果验证了模型的正确性,说明键合图作为一种工程系统的建模方法在混杂系统的建模上具有独特的优越性。

一类综合控制系统的MLD建模与仿真研究

为了实现一类综合控制系统的高性能控制,提出了利用基于混杂动态系统理论的MLD(混合逻辑动态)建模方法对系统进行建模。从分析系统的混杂特性出发,介绍了DHA(离散混杂自动机)建模框架和建立系统MLD模型的基本原理和步骤。将本质上混杂的综合控制系统在DHA框架下进行建模分析,然后利用HYSDEL(混杂系统描述语言)这种统一的建模语言对混杂系统进行抽象描述,并转换成便于计算和性能分析的MLD模型,最后通过仿真验证了所建立的MLD模型在对系统进行开环控制时的有效性。

HS理论在DC/DC变换器建模及仿真中的应用

利用混杂系统(Hybrid Systems,简称HS)理论对开环和闭环控制DC/DC变换器进行了分析和建模,并考虑了不连续电流工作情况。最后在Matlab环境下对该模型进行了仿真分析以及相同参数下的实验验证。由于电力电子变换器的开关特性,对其建立精确模型具有一定的难度,而采用HS理论能很好地解决这一问题。HS同时囊括了连续变量系统和离散事件系统的动力学特性。因此,采用HS理论能够精确描述电力电子变换器,并能在该基础上分析系统的一些复杂特性。

自主飞艇侧滑角姿态建模及控制

针对特定结构的平流层信息平台——自主飞艇,建立侧滑角姿态动力学方程,并将这一分段函数表述为混杂逻辑方程。根据飞艇侧滑角姿态跟踪误差值的大小,判断其侧滑角姿态调整范围。当飞艇需要进行较大侧滑角姿态调整时,辅助推进系统产生附加力矩,采用基于极点配置的PID控制器,使得系统具有需要的动态特性和很好的可靠性能,对于较小的侧滑角姿态调整,改变方向舵操纵角,采用基于等效策略的滑模变结构控制器,保证系统具有很好的抗干扰性能及良好的跟踪精度。通过合理配置极点的位置,确定滑模面参数,设计出的0-1逻辑触发器成功整合了这两种控制器在不同工况下的应用,避免了控制模式切换过程中常见的振动以致于系统失稳现象。数字仿真结果表明,采用的控制手段及整合方式是合理的。

一类伺服控制系统的MLD建模与仿真研究

为了实现一类伺服控制系统的高性能控制,本文提出了基于混杂动态系统理论的混合逻辑动态(MLD)建模方法对系统进行建模。从分析系统的混杂特性出发,介绍了离散混杂自动机(DHA)建模框架和建立系统MLD模型的基本原理和步骤。将本质上混杂的伺服控制系统在DHA框架下进行建模分析,然后利用混杂系统描述语言(HYSDEL)这种统一的建模语言对系统进行抽象描述,并转换成便于计算和性能分析的MLD模型,最后通过仿真试验验证了本文所建立的MLD模型在对系统进行开环控制时具有高性能。

永磁同步电机新型直接转矩控制

为了使逆变器的开关频率得到最优利用,实现永磁同步电机高性能控制,建立了基于预测控制的新型直接转矩控制。在分析系统的混杂特性的基础上,利用普通直接转矩驱动系统自身运行特点推导出适合预测控制系统的低复杂度离散混杂模型。通过设计包括逆变器控制目标和电机控制目标的预测控制器目标函数,使逆变器平均开关频率最低的同时电机输出在给定的滞环范围内。对两电平电压型逆变器直接转矩控制系统进行仿真,结果表明所设计控制方案比普通方案开关频率降低了20%,转矩脉动降低了12.5%。

电力电子变换器切换控制方法综述

电力电子变换器作为电能转换装置扮演着越来越重要的角色。电力电子变换器在开关通断的不同状态下系统的动力学特性不同,是典型的切换(非线性)系统。传统电力电子变换器的建模和分析方法采用小信号平均模型,利用线性系统理论对变换器进行分析和设计,这些方法只在工作点附近有效,当系统参数发生大范围变化时,变换器控制性能降低。利用切换控制理论分析和设计变换器,能够体现变换器的本质特征,对于提高变换器控制性能具有重要意义。本文针对电力电子变换器切换控制进行了详细的综述,对基于切换控制理论的变换器分析和设计的方法进行了分类介绍,总结了现有方法存在的问题,给出了进一步研究的方向。