基于电路等效的并网逆变器失稳分析与稳定控制

以并网逆变器为功率接口的新能源发电系统在弱电网条件下易发生振荡失稳问题。该文将并网逆变器的控制回路可视化为电路元件组成的虚拟阻抗,基于该电路模型分析了弱电网条件下电流内环与锁相环交互作用导致并网逆变器振荡失稳的机理,在此基础上,提出了基于有源阻尼的稳定控制设计方法,并对不同有源阻尼控制的电路特性以及稳定性提升能力进行了对比分析。研究结果表明,针对锁相环引入负电阻造成的振荡失稳问题,阻抗-高通滤波器型有源阻尼控制策略具有更优的稳定性提升能力。最后通过PSCAD/EMTDC仿真和远宽StarSim控制器硬件在环实验对比了不同有源阻尼控制策略的振荡抑制效果,并验证了阻抗-高通滤波器型有源阻尼控制的动态性能。结果表明,所设计的稳定控制能够在200 ms内有效抑制系统振荡,并且可实现在短路比为1的极弱电网条件下稳定运行。

基于时序卷积残差网络和鹈鹕优化算法的新能源电网安全稳定控制方法

随着“双碳”目标的推进,随机波动的新能源接入电网的规模和容量日益提升,严重影响电网的安全稳定运行。针对大干扰故障电压稳定控制问题,文章提出了一种基于时序卷积残差网络和鹈鹕优化算法的新能源电网电压安全稳定控制策略。首先,利用时序卷积信息损失少、感受野宽以及残差网络深层特征提取能力强的优势,构建基于时序卷积残差网络的电压稳定预测模型,映射出敏感节点电压时序特征和电压稳定之间的关系;其次,构建电压稳定控制模型,利用鹈鹕优化算法收敛速度快、搜索能力强的优势求解控制模型,得出最佳切机和切负荷动作措施;最后,进行了仿真验证。验证结果表明,所提方法提高了新能源电网电压安全稳定预测的准确性,通过最佳的电压稳定控制策略提高了电网故障后的安全稳定运行水平。

基于储能PCS并联的微网谐振抑制及稳定控制

微网系统中的储能电力电子接口变换器通常呈并联结构,且通过LCL滤波器连接到公共母线。LCL滤波器自身具有谐振问题,特别是在储能PCS并联系统中,频域分析结果中存在额外的正向谐振尖峰和反向谐振尖峰。此处在分析微网中带有LCL滤波器的储能并联逆变器系统谐振特性的基础上,采用基于双二阶滤波器的主动阻尼方法,在不引入额外的传感器和控制闭环的情况下,对并联系统中多对不稳定极点同时进行调整。该方法通过在控制系统中添加两对零极点,改变根轨迹的走向,使得多对不稳定极点均移动到z平面单位圆之内,因此系统稳定性得以保证。基于dSPACE1103搭建的实时硬件在环实验平台验证了理论分析结果。

面向线控制动车辆单轮制动失效的稳定性控制

基于线控制动系统四轮可独立控制的特点,提出一种协同线控转向与线控制动的制动力实时分配的控制方法。该方法根据三轮富余制动力能否补偿失效轮损失制动力,按制动强度分为轻度、中度和重度制动3种工况,针对重度制动工况下制动力补偿不足问题,基于积分滑模控制方法设计前轮主动转向器,综合考虑单轮制动失效时各轮垂直载荷的变化和前轮转角介入后轮胎力的耦合,采用序列二次规划算法(sequental quadratic programming,SQP),实时分配剩余三轮制动力。仿真结果表明:在不同制动强度及不同轮制动失效下所提控制方法相较于无控制,横向跑偏分别减少了89.98%、91.90%、96.96%、89.62%,制动强度至少达到正常制动时的97.5%。因此,该控制方法在保证横向稳定性的同时最大限度地满足驾驶员的制动期望,有效抑制因单轮制动失效导致的车辆跑偏甩尾等问题。

汽车线控转向系统稳定性控制策略研究

以汽车线控转向系统为研究对象,构建滑模观测器对汽车质心侧偏角进行实时估计,用于主动前轮转向控制器设计。以汽车线性二自由度模型为参考模型,设计了基于扰动补偿的主动前轮转向滑模控制器,由主动转向控制器决策出额外附加前轮转角,使车辆响应跟随理想横摆角速度与质心侧偏角,改善汽车的横向稳定性。通过所建立的Carsim和Simulink联合仿真平台,在双移线低路面附着系数,有、无侧向风的工况下验证了主动转向控制策略的有效性。

分布式驱动电动汽车横向稳定性抗饱和滑模控制

【目的】探讨轮毂电机输出转矩的幅值和响应速度饱和的问题。【方法】以分布式电动驱动汽车为研究对象,结合二阶嵌套饱和函数对滑模控制进行抗饱和设计,并基于轮毂电机的峰值转矩及其在台架试验中的实际响应设计抗饱和滑模控制器的上下限参数。【结果】抗饱和滑模控制器能严格限制直接横摆力矩的幅值和变化速率,能极大地提高极限工况下车辆的横向稳定性。【结论】本文提出的方法有效解决了极限工况下轮毂电机易陷入饱和的问题,避免了因车轮滑移导致车辆失稳。

分布驱动无人车在极限工况下的稳定跟踪控制

针对分布式驱动无人车在低附着、高速的极限工况下行驶时偏离目标路径和失稳的现象,提出一种稳定-跟踪联合控制策略,策略包含路径跟踪控制和横向稳定控制,使无人车在提高跟踪精度的同时又使其稳定性得到保障。路径跟踪模块在汽车二自由度模型的基础上,建立了最优LQR路径跟踪控制器,并引入前馈用以改善稳态误差,其次考虑误差变化的规律和路-车位置关系以及驾驶员预瞄模型,设计了改进的权重参数自适应LQR控制器;稳定性模块基于可以减小系统抖振的滑模模糊控制原理,并结合汽车稳定性参数的实际值与期望值的差值,求解出横摆力矩。其次在分配各轮转矩时建立约束条件,使得轮胎负荷率最小用以提升汽车的操纵稳定性。CarSim/Simulink仿真表明在高速、低附着的换道工况下,改进后的LQR控制器有效地改善跟踪误差,具有良好的鲁棒性。且在加入稳定性控制器后,横摆角速度与质心侧偏角的调节时间变短,极大改善了无人车在极限工况下的稳定性。

汽车底盘传感器在动态稳定控制系统中的应用研究

本文聚焦汽车底盘传感器在动态稳定控制系统中的应用,首先阐述了汽车底盘传感器在动态稳定控制中的作用,然后深度解析了底盘传感器在动态稳定控制器中的技术应用,涉及传感器筛选和布局优化、传感器故障检测和容错以及传感器与控制系统的集成。

单级旋转倒立摆系统辨识与随动稳定控制方法研究

针对单级旋转倒立摆系统参数辨识和随动稳定控制问题,首先建立倒立摆在不受外力控制,摆杆自然下垂的顺摆模型,基于顺摆模型采用快速傅里叶变换方法对系统参数进行辨识;然后推导顺摆模型与倒摆模型之间的关系,进一步得到倒立摆的倒摆模型;根据辨识出的倒摆模型,采用线性二次型控制器对其进行稳定控制,并进行了数值仿真与实物实验验证。研究结果表明,通过辨识得到的系统模型更加精确,对比直接测量参数得到的系统模型,控制效果更好,且能对随动输入指令进行更优的跟随。该方法可以有效避免量测误差,提高模型的准确性,为火炮随动稳定控制提供参考。

安全稳定控制系统远程非实时闭环测试技术研究

目前,安全稳定控制系统的测试主要依赖于相互独立的厂内测试、实验室测试和现场联调测试,难以彻底消除安全稳定控制系统潜在的隐患。针对现有测试方法的不足,提出一种安全稳定控制系统远程非实时闭环测试技术。通过融合硬件在环仿真、5G通信组网、广域同步触发、多通信协议转换等关键技术,研发了平台管理系统、测试主站和测试终端等关键模块,并制定了远程非实时闭环测试流程。以四川电网水电经特高压直流集中送出安全稳定控制系统为例,验证了所提技术的可行性。

基于数字孪生的安全稳定控制系统试验验证展望

随着新型电力系统建设的推进,安全稳定控制系统呈现出控制对象增多、控制范围增大、耦合性增强、复杂度增高的趋势,现有工程试验验证方法无法满足未来安全稳定控制系统试验验证需求。考虑到数字孪生技术具有高保真、实时性、交互性的特点,结合数字孪生技术的内涵、模型、架构,提出了基于数字孪生的安全稳定控制系统试验验证架构。最后,对所涉及的关键技术进行了展望。

弹光调制器相频特性分析与稳定控制技术

针对弹光调制器(Photoelastic Modulator,PEM)在高压驱动下的谐振频率漂移问题,研究了一种基于PEM谐振相位跟踪的稳定控制技术。建立了PEM与其谐振匹配回路的等效电路模型,推导了PEM驱动电压的幅频、相频关系,以及PEM谐振频率与驱动电压谐振相位的关系。搭建了PEM控制系统,以初始谐振频率的反馈电压相位为零相位基准,调节驱动电压将反馈电压相位稳定在相位基准值附近,并随谐振频率的变化修正相位基准值,从而使驱动电压频率始终稳定于PEM谐振频率附近。以1/4波、半波的PEM的相位延迟幅值为例,分别进行了时长60 min稳定控制测试,实验结果表明:(1)PEM工作在1/4波状态时,相位延迟幅值δ0标准偏差σδq=0.0014 rad,最大相对偏差为0.58%;(2)PEM工作在半波状态时,标准偏差σδh=0.0013 rad,最大相对偏差为0.32%。

大攻角条件下制导弹滚转稳定控制方法

制导弹跨域飞行过程中,伴随着大攻角下的涡流非对称以及跨音速气动转捩,这些干扰将引起控制失稳,进一步增大脱靶量。针对以上问题,考虑气动模型强非线性、强参数不确定性及强外界干扰,建立制导弹滚转通道动力学模型,进而提出一种基于滑模观测器与非奇异终端滑模的滚转姿态组合控制方法。以此为基础框架,结合微分跟踪器设计一种反步控制方法,以补偿执行机构动力学。利用Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统稳定性及有限时间收敛特性。通过仿真实验验证了所设计控制方法的优越性及普适性。

基于仿生技术的尾座式VTOL无人机起降稳定控制及轨迹优化

尾座式垂直起降(Vertical takeoff/landing,VTOL)无人机(Unmanned aerial vehicle,UAV)稳定性差,与传统起落架的适配性低。针对上述问题,提出了一种采用自由尾翼技术的新型起落架。该起落架采用串联多级结构,在降低机身高度的同时,保证了巡航状态下尾翼力臂的长度,并通过虚拟中心点力分布技术对动态着陆过程进行调控,简化了控制过程,有利于模式转换过程中的无缝轨迹优化。随后基于猫中心点单点数据集,利用神经网络对起落架控制进行训练,有效提高了起落架自适应起落速度和精度。最后,结合无人机不同模式的参数要求,进行多目标优化和相似性转换,有效提高了尾座式垂直起降无人机的着陆适应性和稳定性。

温室电动拖拉机旋耕稳定性时序分析与前馈PID控制方法研究

针对温室小型农机对地面平整度敏感,微小的地面起伏便会造成机具俯仰的情况,基于课题组已开发的温室电动拖拉机,将基于时间序列分析的角度预测方法引入前馈PID控制(Angle prediction and feedforward PID,APF-PID),解决了温室旋耕作业中因机具俯仰而出现的响应性差、耕深不稳定和功率突变的问题。建立了温室电动拖拉机旋耕作业的功率模型,并建立了俯仰角-耕深的转换矩阵,得到了旋耕系统实际耕深的转换值;采用时间序列分析预测机身俯仰角,并作为旋耕系统的扰动输入;结合耕深的转换值和预测得到的扰动,采用APF-PID控制器调节旋耕系统的提升机构,将旋耕机维持在目标耕深;在温室内未旋耕和已旋耕的两种地块进行实车试验。结果表明:俯仰角时序预测模型的相关系数可达0.983 2;APF-PID控制的控制性能优于PID控制,在目标耕深6 cm的测试路面中,APF-PID在两种试验地块上的平均耕深分别为6.47 cm和6.44 cm,均方根误差为0.80 cm和0.72 cm,绝对平均误差为0.67 cm和0.58 cm,耕深稳定性系数为89.95%和91.30%,消耗的总能量较PID控制分别降低4.18%和19.13%,较好地实现了温室电动拖拉机旋耕稳定性控制,满足温室作业需求。

基于大变形升阻锚索深埋巷道围岩稳定性控制研究

研发了一种新型大变形升阻锚索支护结构,通过串联6个壁厚5 mm含环形V槽的直管型钢结构实现锚索吸能让压,吸能率为44.55 J/g。拉拔试验结果表明新型锚索极限变形量(221.58 mm)与普通传统锚索相比增加了4.87倍,具有大变形、增阻及高吸能等优良性能。通过离散元UDEC程序的二次开发,模拟了新型大变形增阻锚索支护阻力−变形曲线的双弹性阶段。采用新型锚索对深埋巷道围岩支护效果数值模拟结果表明,与无支护及传统锚索支护相比,顶板下沉量分别减小了88.33%与74.64%,稳定状态下最大主应力峰值分别减小了23.15%与18.34%,塑性区厚度分别减小了37.50%与62.50%。最后将新型大变形增阻锚索成功应用于真实巷道,两帮最大收敛变形量约为300 mm,实现了较好的支护效果。

考虑稳定性的4WD/4WS无人车路径跟踪控制策略研究

根据分布式四轮驱动/转向的无人车单轮独可控的特点,提出一种考虑稳定性的路径跟踪控制策略,以提升无人车在高速、低附着工况下的车辆稳定性:具体通过预瞄-跟随理论搭建路径跟踪控制器,实现对无人车规划路径的实时跟踪;并通过滑模控制理论对后轮转角和直接横摆力矩进行集成控制,考虑前后轴荷及路面附着系数实现转矩分配,提高车身稳定性。仿真结果表明:相对于未考虑稳定性的路径跟踪控制策略,考虑稳定性的路径跟踪策略在高速双移线工况下,平均横向跟踪误差下降5.2%,质心侧偏角峰值下降57.4%,横摆角速度峰值下降23%;在低附着山路工况下,平均横向跟踪误差下降9.1%,质心侧偏角峰值下降54.3%,横摆角速度峰值下降1.4%,车辆能够保持良好的跟踪能力和行驶稳定性。

基于滑模协调控制的四轮独立电驱动车辆稳定性控制研究

针对四轮独立电驱动车辆动力学特性及驱动控制策略复杂等问题,提出了基于力矩分配系数法的驱动协同控制策略,并设计了驱动力矩滑模协调控制器,配合车辆失稳判断模块计算出车辆维持稳定所需的附加横摆力矩,同时利用载荷分配方法设计了驱动力矩最优分配控制器,基于载荷分配方法将驱动力矩分配至4个车轮,以维持车辆稳定行驶。为验证驱动协同控制策略的有效性,基于CarSim软件建立四轮独立电驱动车辆模型,并将提出的驱动协同控制策略和普通滑模控制策略进行仿真对比。结果表明:驱动协同控制策略使横摆角速度偏差降低了25%,质心侧偏角偏差降低了23%,能够满足车辆稳定性控制要求,同时降低了整车驱动力矩分配控制难度。

基于MCMC的电网安全稳定控制系统动态可靠性评估方法

现有安全稳定控制系统(简称稳控系统)的可靠性评估方法本质上属于静态建模,由于未能体现系统内各装置老化和检修等动态过程,在一定程度上影响了评估结果的准确性。为此,文中提出一种基于马尔可夫链蒙特卡洛(Markov chain Monte Carlo,MCMC)的稳控系统动态可靠性评估方法。首先针对失效过程,构建四状态非齐次马尔可夫模型来模拟装置老化过程,并给出各状态评判方法;其次针对修复过程,分析不同检修策略对装置状态转移的影响以体现状态检修的差异性;最后考虑稳控装置状态转移过程的时序或条件相关性,对稳控系统可靠性进行动态建模。以实际稳控系统为例,仿真对比不同检修策略下的可靠性,并对模型参数进行灵敏度分析。评估结果表明,该方法可以求解稳控系统的时变可用度,用于指导稳控装置现场合理检修。

通信中断下考虑行驶状态时空收敛的混合编队稳定性控制算法

针对通信中断下由智能网联车辆(Connected and Automated Vehicles,CAV)与人工驾驶车辆(Manually Driven Vehicles,MDV)所组成的混合编队的稳定性控制问题,考虑基于前车-领航车通信拓扑(Predecessor-Leader Following topology,PLF)和协同自适应巡航控制(Cooperative Adaptive Cruise Control,CACC)的混合编队,构建通信正常和通信中断状态下的车辆控制器.基于Routh-Hurwitz稳定性判据和频域分析方法设计稳定条件求解算法,计算控制器和MDV跟驰模型的稳定性条件,并提出针对两种控制器的平滑切换策略.案例分析表明:车队能够稳定安全行驶,各车速度标准差变化率均低于1.8%,平均加速度变化量和其平均值均低于0.016 m/s^(2),说明所提出的稳定性控制算法具有良好的有效性,可实现车辆及编队行驶状态的时空收敛;针对加速场景和减速场景,所提出的控制器切换策略能够分别减小车辆加速度波动幅度达37.1%和59.9%,控制器切换过程中的车辆状态稳定性得到显著提升.