LCL型逆变器的积分IDA-PBC控制策略

本文基于LCL型逆变器采用互联和阻尼分配无源控制设计控制器,针对控制模型多变量相互耦合和控制结构复杂等问题,对互联和阻尼分配无源控制(IDA-PBC)模型进行等效处理,建立IDA-PBC的去耦等效控制模型,基于该模型提出了一种注入阻尼参数设计方法,推导计算注入阻尼的大小和范围;为了减小并网电流的稳态误差,在IDA-PBC的基础上引入积分控制器,并提出了一种积分IDA-PBC控制策略,动态调节时采用注入阻尼,稳态时采用积分控制,该控制策略兼顾了系统动静态性能,提高系统的全局稳定性。最后,经过实验证明了提出的参数设计方法的合理性以及改进控制策略的可行性。

基于微积分控制的智能灌溉动态监控系统设计

为了解决当前农田灌溉水肥配比不均匀、不精确的问题,借助微积分控制原理,设计了智能灌溉动态监控系统。系统分为监测部分和控制部分,监测部分加载了显示软件、监控软件、MySQL数据库、水肥浓度控制算法的工业计算机,控制部分是指嵌入式控制器及其外围电路。整个系统的工作过程为:用户设置灌溉施肥参数,监测部分通过TCP通信将灌溉指令发送给嵌入式控制器,控制器收到指令后,启动变频器和增压泵,由此打开水肥一体机的电动球阀,开始灌溉作业;与此同时,EC传感器、pH传感器、管道压力传感器、流量计实时采集灌溉过程中水肥溶液的相关参数,并发送给嵌入式控制器;由控制器将数据发送给监测部分,监测部分将采集的数据与设定阈值进行对比,如不满足误差,则启动水肥浓度控制模块,输出调节电动球阀的开合度的指令,从而调整水肥浓度,满足灌溉需求。

电动静液作动器的非线性变阻尼积分滑模控制

对于电动静液作动器(EHA),传统滑模控制器存在加速度信息难以获取,参数不易整定和控制信号抖振等问题,从而造成控制器很难应用于实际。针对以上问题,利用奇异摄动理论对EHA数学模型进行合理的降阶,从而使控制器设计避免了使用加速度信息。在此基础上,利用降阶模型设计了一种新型非线性变阻尼积分滑模控制器(NSMC),该控制器可根据位置控制误差实现系统阻尼比由欠阻尼到过阻尼的自适应调节,能有效提高位置阶跃调节性能。设计了一种基于滤波器的不确定项估计器对EHA中存在的参数不确定性和外部扰动进行实时估计并补偿。滑模面积分项的引入和不确定项估计器的使用,一方面使控制器中无需使用切换函数,实现了EHA的无抖振滑模控制,另一方面使系统整个动态过程完全表现为滑动模态,从而可根据EHA控制指标直接整定滑模面参数,大大简化了参数整定过程。同时利用Lyapunov稳定性理论对整个闭环系统和滑模面的稳定性进行了详细分析。分别与PI控制器、传统滑模控制器(SMC)和传统变阻尼滑模控制器(DVSMC)进行了详细的仿真分析比较,仿真结果表明NSMC能有效提高EHA位置跟踪性能和增强对参数不确定性和外部扰动的鲁棒性。

全超导托卡马克核聚变发电装置快控电源的干扰抑制离散积分滑模电流控制

全超导托卡马克核聚变发电装置(EAST)快控电源的首要性能指标是快速跟踪参考信号,以输出电流实现负载线圈的励磁,对等离子体的垂直位移进行反馈控制。EAST快控电源负载线圈受装置内部部件和真空内等离子体的影响,线圈感值会出现小范围内慢时变波动以及线圈上存在互感电动势干扰,传统比例-积分(PI)控制方法在电流跟踪控制过程中存在不足。为了实现干扰的抑制和应对负载波动,提出一种带干扰抑制的离散积分滑模控制方法,根据系统状态方程设计离散积分滑模控制器,结合滑模干扰观测器实现集总干扰的观测,对集总干扰进行前馈补偿控制。为了抑制抖振和加快收敛速度,设计一种新型平滑饱和函数和增益自适应观测器,根据观测电流误差和跟踪电流误差自适应调整观测器增益。对比传统PI控制,仿真和实验验证了所提控制方法具有更加优良的电流跟踪特性,在输出电流超调更小的情况下动态响应更快,能够有效地抑制负载侧扰动,具有良好的鲁棒性。

基于模糊比例积分控制的商用车驻车空调控制器设计

驻车空调控制系统是一个非线性、强耦合复杂控制系统,传统驻车空调控制系统存在调节时间长、控制精度低、能耗高等问题,难以满足不同环境下的控制需求。基于模糊比例积分控制,设计了商用车驻车空调控制器。通过AMEsim软件建模分析,针对驻车空调的主要可控部件蒸发风机、冷凝风机、压缩机设计了各自独立的模糊比例积分控制器。采用AMEsim软件和MATLAB软件Simulink模块联合仿真,搭建驻车空调控制系统模型,并对传统比例积分控制和模糊比例积分控制进行对比。仿真结果表明,模糊比例积分控制相较于传统比例积分控制,在温度控制方面具有更高的控制精度和动态性能,调节时间明显缩短,无超调,同时还具有更高的能效比。

基于双积分滑模控制的DAB电压控制研究

提出一种基于双积分滑模控制的双向有源全桥(DAB)DC-DC变换器电压控制策略,该策略在模型精度要求低、控制器设计流程简单的情况下,可以获得良好的控制效果。首先,基于单移相调制方式建立变换器的降阶模型。然后,采用双积分滑模控制理论设计变换器的输出电压控制器。设计过程通过引入时域分析法进行滑模面系数的选取分析。最后,仿真和实验结果表明了所提控制策略的有效性。

基于广义积分器二自由度PID控制的LCL逆变器

传统有源阻尼控制可抑制LCL逆变器谐振,但需要增加额外的电压或电流传感器。为此,提出了一种无需额外传感器的基于广义积分器的LCL并网逆变器单电流反馈二自由度PID控制(GI-2DoF-PID),GI-2DoF-PID比例积分环节实现并网电流无静差跟踪,而基于广义积分器的微分环节则增强LCL逆变器的阻尼特性。推导了控制系统的传递函数,分析了其稳定裕度与动态特性,提出跟踪和抗扰动优化的参数设计原则并选取了合适的控制参数。最后,构建了基于PLECS系统仿真模型,仿真结果表明:基于GI-2DoF-PID控制的LCL并网逆变器可以有效抑制谐振;电网电压严重畸变时,其满载并网电流畸变率仅为3%,远低于国家标准的要求;当系统从半载跳变到满载时,系统超调量低,响应速度快。

基于KFESO的四轮主动转向积分滑模控制

为消除参数不确定和外部不确定扰动对四轮转向车辆操纵稳定性的影响,提出了一种基于卡尔曼扩张状态观测器的四轮主动转向非线性积分滑模控制(KFESO-ISMC)方法。首先设计了一种卡尔曼扩张状态观测器(KFESO),实现了车辆状态观测以及外部扰动估计,克服了传统卡尔曼滤波算法对模型参数精度的依赖的缺点。其次为降低外部扰动引起的车辆状态的跟踪误差,将KFESO观测的系统总扰动补偿到控制输入;并为实现全局鲁棒控制和抑制积分饱和现象,设计了四轮主动转向非线性积分滑模控制方法。最后,硬件在环试验结果表明:在存在内外部不确定扰动情况下,KFESO观测器具有较高的观测精度;在四轮主动转向操纵稳定性的控制方面,KFESOISMC方法相比LQR和ISMC方法具优良的抗扰性能。

电动汽车PMSM控制系统抗积分饱和滑模控制器

针对电动汽车电机PI控制系统易因系统内部饱和限制而产生积分饱和现象,从而引发超调和振荡问题,提出一种参数自适应抗饱和滑模控制策略。采用基于幂次—指数混合趋近律的平滑非奇异终端滑模控制器代替传统滑模控制,降低稳态误差,加快响应速度。设计参数自适应抗饱和积分器通过限幅前后误差计算和速度环补偿,减小永磁同步电机物理受限系统饱和效应对系统超调的影响。为保证新控制系统的稳定性,利用Lyapunov理论进行了稳定性证明。仿真和实验结果表明,该策略在电机速度控制中能够有效改善系统超调,同时削弱滑模控制存在的抖振问题。

高速动车组数据驱动无模型自适应积分滑模预测控制

同许多复杂系统一样,动车组(Electric multiple unit,EMU)运行过程也具有多变量、强耦合以及非线性等特性,这严重影响着列控系统的性能.针对包含外部扰动的动车组自动驾驶系统,提出一种新型的多输入多输出(Multi-input-multi-output,MIMO)数据驱动积分滑模预测控制(Integral sliding mode predictive control,ISMPC)算法.首先,该算法基于与动车组运行过程等效的全格式动态线性化(Full format dynamic linearization,FFDL)数据模型,设计一种离散积分滑模控制(Integral sliding mode control,ISMC)律.为了使系统能够获得更高的输出跟踪误差精度,利用模型预测控制(Model predictive control,MPC)代替ISMC的切换控制,进一步推导出ISMPC算法.同时,通过对FFDL数据模型的未知扰动、参数误差等不确定项进行延时估计,提升了算法的控制性能和对系统的等价描述程度.在提供两种算法的稳定性证明分析之后,以实验室配备的CRH380A型动车组仿真实验台对提出的ISMC和ISMPC算法进行仿真测试,并与其他方法进行对比,仿真结果表明ISMPC算法控制性能较好,动车组各动力单元速度跟踪误差均在±0.132 km/h以内,满足列车的跟踪精度需求;控制力和加速度分别在[-52 kN,42 kN]和±0.9249 m/s2以内且变化平稳.

基于非奇异快速积分终端滑模的机械臂鲁棒控制

为了克服机械摩擦、未知负载和模型误差等不确定性因素对机械臂控制精度的影响,采用指数障碍李雅普诺夫函数设计了非奇异快速积分终端滑模有限时间鲁棒控制律。首先,建立了带有各类不确定性因素的机械臂数学模型,并通过设计的观测器准确地估计出干扰值;然后,利用机械臂转角误差设计了非奇异快速积分终端滑模面,在指数障碍李雅普诺夫函数的基础上,设计出了有限时间鲁棒控制律;最后,通过稳定性分析验证了设计的有限时间鲁棒控制律能够在有效时间内收敛。三自由度机械臂的仿真结果表明:提出的有限时间鲁棒控制律能够有效克服不确定性因素对机械臂控制精度的影响,观测器的最大估计误差为0.1(°)/s 2,机械臂各关节转角的最大跟踪误差为0.1°,验证了设计方法的有效性。在三维空间固定坐标定位实验中,机械臂在提出的有限时间鲁棒控制律作用下的最大定位误差为0.22 cm,最长运行时间为2.2 s,验证了在实际工程应用中能够实现更高的控制精度和运行效率。

基于加幂积分法的水面船舶有限时间轨迹跟踪控制

针对具有在模型参数不确定性和未知时变扰动下的水面船舶,该文提出1种基于扩张状态观测器的有限时间轨迹跟踪控制方案。首先,基于反步法和加幂积分法,提出了1种新的有限时间控制律,所设计的控制器通过采用连续反馈,可确保水面船舶的轨迹跟踪误差在有限时间内收敛到原点附近的邻域内;其次,在李雅普诺夫意义下严格证明了闭环控制系统的有限时间稳定性;最后,通过仿真比较表明了所提出的控制方案的优越性。

量化积分式血液透析质量控制体系策略的建立与临床实践成效初探

目的探讨血液透析质量控制核心策略与方法,增加血液透析室对质量控制工作的响应度,进一步提升血液透析质量控制效果。方法参照国内外指南,制定适合北京市血液透析质量的临床评估标准与方法,统计分析2014~2020年北京市血液净化质量控制与改进中心数据库,并结合现场抽样核对数据上传的准确性,计算全市及各透析中心相关临床指标的达标率与执行率,根据达标率与执行率进行得分计算,并进行排名与回馈。结果结合血液透析临床指南和北京市血液透析现状,将血红蛋白、白蛋白、铁蛋白、血钙、血磷、血全段甲状旁腺激素(iPTH)、尿素下降率(URR)、尿素清除指数(Kt/V)等8项指标纳入年度临床指标质量控制体系内。5年间,血红蛋白达标率(χ^(2)=18.339,P=0.005)、铁蛋白达标率(χ^(2)=8.935,P=0.003)、血钙达标率(χ^(2)=5.113,P=0.024)显著提升;血红蛋白平均水平从107.9g/L上升至110.3g/L;血白蛋白达标率从82.2%上升至85.6%,血白蛋白平均水平稳定于38.8g/L至38.6g/L;铁蛋白平均水平从405.1g/L下降至308.6g/L;血钙平均水平维持在2.2mmol/L;血磷达标率从41.7%上升至47.6%,血磷平均水平稳定于1.76mmol/L至1.79mmol/L;血iPTH达标率从28.2%上升至35.3%,血iPTH平均水平从336.4pg/ml下降至310.1pg/ml:URR与Kt/V达标率略有下降。结论量化后的积分式临床质量控制标准与方法可能更适合于当前血液透析质量控制管理体系,对不断提升血液透析质量与管理质量具有推动作用。

基于T-S模糊模型的桥吊系统积分状态反馈控制

小车定位精度和负载摆角大小是桥式起重机控制系统的两个重要性能指标。采用状态反馈控制时小车位移会存在稳态误差,为了消除稳态误差,提高系统的定位精度,给出基于T-S模糊模型的积分状态反馈控制方法。在桥式起重机非线性动力学模型基础上,建立增维T-S模糊模型,基于所建模型设计并行结构的积分状态反馈控制器,通过线性矩阵不等式计算反馈增益矩阵,并对闭环系统的稳定性进行分析。实验结果表明积分状态反馈控制不仅可以提高系统的定位精度,减少定位时间,而且有较好的抗干扰能力。

考虑双积分和碳交易背景下基于最优控制的新能源汽车生产决策分析

近年来,随着我国承诺在2030碳达峰2060碳中和,新能源汽车取代传统燃油车以及绿色生产已成为汽车行业未来发展趋势。基于此,本文研究了有无双积分和碳交易政策下新能源汽车生产商的生产决策问题,运用动态最优控制理论探讨双积分和碳交易背景下的生产库存成本及最优生产决策。在Arrow-Karlin模型的基础之上,利用Hamilton函数分析最优控制条件下的最优决策问题,建立了在没有双积分和碳交易政策下新能源汽车生产决策模型、只有双积分政策下的新能源汽车生产决策模型,以及同时具有双积分和碳交易政策下的生产决策模型,比较了它们对新能源汽车企业的生产影响,以及各自背景下新能源汽车总成本最小的动态最优控制策略。最后结合数值模拟验证了双积分和碳交易政策下最优控制策略的有效性。

基于积分补偿模糊控制的气压控制系统

针对电磁阀无法建立精确的数学模型,及存在小信号死区时间的问题,课题组设计了基于STM32单片机的控制系统,提出了一种积分补偿模糊控制算法,将目标气压和实际气压的气压差以及气压差的变化率作为输入,建立模糊控制规则库,将脉冲宽度调制(PWM)信号作为输出作用于电磁阀,实现了气压的精准跟踪控制。实际运行结果表明:该方法在气压控制系统中具有控制精度高、鲁棒性好等特点,优于传统的PID控制方法。

磁悬浮系统的积分滑模自抗扰控制

针对磁悬浮系统存在着非线性、时滞和易受到其它不确定性因素干扰的问题,首先建立了单自由度的磁悬浮系统模型,提出一种基于积分滑模自抗扰的位置控制算法。算法利用扩张状态观测器对悬浮球的位置和未知干扰进行估计,再将估计的位置信息和干扰项用于控制的反馈和控制量的补偿。将积分滑模控制引入到非线性状态误差反馈控制律中,设计了积分滑模自抗扰控制器,并根据Lyapunov理论对控制系统的稳定性进行了证明。仿真结果表明,所设计的积分滑模ADRC控制器实现了对磁悬浮球的位置控制,对系统存在的内外扰动和不确定性具有较强的鲁棒性,同时能对设定位置信息进行跟踪,并有较好的动态特性。

基于自适应积分补偿神经网络模糊气压解耦控制

多支路气压系统中的各支路气压的变化不仅会影响其他支路气压的变化,还会影响总管气压的变化,导致各支路气箱中的气压与总管的气压产生了耦合震荡。针对气压控制系统中多支路气压的耦合震荡的问题,提出了自适应积分补偿神经网络模糊控制方法对气压控制系统进行解耦控制,采用自适应神经网络对模糊规则进行训练和学习,并引入了自整定积分控制器共同控制多路高速开关电磁阀,达到多路气压精准跟踪控制效果。试验平台采用AMESim搭建了64支路的气压控制系统仿真模型,并结合MATLAB/Simulink进行联合仿真分析。仿真实验结果表明,所提出的自适应积分补偿神经网络模糊控制算法对气压稳定控制效果提升明显,在气压控制系统中具有控制精度高、鲁棒性好、稳定性强等特点。

变论域模糊补偿的机械臂积分终端滑模控制

为了减小机械臂在环境扰动、参数漂移和建模误差等影响下的轨迹跟踪误差,设计了基于积分终端滑模和变论域模糊补偿的组合控制器。采用拉格朗日方程建立了机械臂系统的动力学模型,制定了不确定因素影响下机械臂跟踪控制方案;设计的积分终端滑模控制器可以将系统初始状态限制在滑模面上,消除了控制过程的抖振并提高了跟踪速度;提出了自适应论域策略,该策略可以提高补偿力矩的输出细粒度,并将变论域模糊算法用于不确定因素补偿。经实验验证,变论域模糊补偿控制对关节1角位置的最大跟踪误差为0.103 rad,误差绝对均值为0.025 rad,对关节2角位置的最大跟踪误差为0.073 rad,误差绝对均值为0.012 rad,跟踪控制精度高于模糊补偿控制、RBF-BP控制和自适应鲁棒控制,验证了变论域模糊补偿控制方法的有效性和先进性。

不平衡负载下四桥臂逆变器的积分滑模控制

为了解决逆变器在不平衡负载下三相输出电压不对称的问题,提出一种基于矢量控制的积分型滑模控制器。首先推导四桥臂逆变器在dq0旋转坐标系下的数学模型;基于此模型设计积分滑模控制器,对逆变器系统中参数变化敏感性较低,并采用李雅普诺夫函数稳定性理论验证系统的稳定性。仿真结果表明:逆变器在不平衡负载下能够输出对称的三相电压;当系统参数摄动或负载突变情况下,系统表现出良好的动态特性和较强的鲁棒性。