基于反馈线性化的广义预测控制机械臂轨迹跟踪算法

分析了机械臂轨迹跟踪控制问题的特点,建立了二自由度机械臂动力学模型。为解决广义预测控制(generalized predictive control,GPC)算法难以适用于非线性系统的问题,在现有的GPC算法基础上,设计了基于反馈线性化的广义预测控制(feedback linearization-generalized predictive control,FL-GPC)算法框架,即底层为线性系统预测控制,非线性项使用预估值来进行代替,高层为迭代修正预估量,使用迭代计算的方式对非线性项进行预估。使用FL-GPC算法对二自由度机械臂的静态、动态轨迹跟踪任务进行了仿真。仿真结果表明,算法可以进行有效的机械臂轨迹跟踪控制。

基于等效线性化的SISC隔震框架结构动力响应分析

为探究采用废旧轮胎隔震垫(STP)制成的柱下新型隔震装置(SISC)在村镇框架结构中的隔震效果,通过SAP2000建立隔震与非隔震三层框架结构模型,利用简化计算方法进行初步布置,采用反应谱法及时程分析法对比了隔震前后层间剪力比,并进行了上部结构的动力响应分析。结果表明:简化计算方法、振型分解反应谱法及时程分析法得到的底部剪力比分别为0.4207、0.4091、0.4491;隔震结构较非隔震结构自振周期延长2~3倍,由时程分析法可得隔震结构中上部结构层间位移角、顶层加速度较非隔震结构最大分别降低86.48%、49.26%,均满足规范限值要求,上部结构整体呈现平动;SISC隔震框架结构按照简化计算方法进行SISC初步布置具有可行性,该研究成果为STP隔震体系在村镇框架结构中的实际应用提供参考。

基于状态反馈精确线性化的双馈异步风机最优控制策略

该文基于微分几何理论,从状态空间的角度出发对双馈异步风机(doubly fed induction generator,DFIG)的机侧变换器和网侧变换器独立设计,通过构造微分同胚变换将其动态模型精确线性化并设计相应的非线性控制律,实现了多目标最优控制。通过仿真验证表明,基于状态反馈精确线性化的双馈异步风机最优控制策略能有效抵御外界风况和电网电压的剧烈变动并快速恢复稳定,呈现优良的抗扰特性。

基于紧格式动态线性化的吊舱推进电机滑模矢量控制

针对复杂海况下吊舱推进电机存在的模型建立困难以及负载扰动问题,提出了基于紧格式动态线性化的滑模矢量控制方法。首先,考虑船舶实际工况建立包含船舶运动模型和螺旋桨负载特性的船-桨数学模型,并通过紧格式动态线性化方法,建立带时变参数和负载扰动项的吊舱推进电机数据模型;然后,设计基于最小转速跟踪误差指标的滑模控制器,同时设计神经网络观测器对控制律中的未知负载扰动项进行估计,并将估计值反馈到控制器中进行扰动补偿。仿真结果表明,所设计的控制器减小了推进电机的转速超调、转矩脉动,提高了吊舱推进电机系统的控制性能。

基于分段线性化的泥浆一维电渗脱水模型

为进一步深入探讨泥浆电渗脱水的影响因素,基于分段线性化方法,建立了泥浆一维电渗脱水模型。该模型考虑了电势梯度、孔隙比等因素对泥浆电渗透系数的综合影响,可以描述泥浆的非线性应力应变关系和大变形效应。与相关解析解及室内模型试验的对比结果表明:所提模型分析结果的误差不超过5%。在此基础上,分析了加载电压、压缩指数、电渗透系数等参数对泥浆电渗脱水过程的影响,结果表明:增大加载电压和电渗透系数,可提高最终脱水量和缩短稳定时间;随着泥浆压缩性的提高,泥浆最终脱水量增大、稳定时间延长。

基于精确反馈线性化的PMSM自抗扰控制

为了提升永磁同步电机PMSM在负载变化和其他不确定干扰情况下的速度跟踪性能和抗干扰能力,提出了一种基于精确反馈线性化控制的自抗扰控制方法。首先,采用精确反馈线性化方法,通过坐标变化和状态反馈,将永磁同步电机模型解耦为独立的电流子系统和转速子系统,对转速子系统设计一种自抗扰控制器,对电机系统在运行中的不确定干扰进行实时估计并补偿,提升系统的速度跟踪性能和抗干扰能力。其次,针对自抗扰控制中非线性函数fal在拐点处不平滑的问题,对fal函数进行改进,减小了系统的高频抖振。最后,对基于精确反馈线性化、精确反馈线性化-自抗扰控制两种控制方法在MATLAB/Simulink仿真平台搭建相应的模型进行仿真结果对比,结果显示,精确反馈线性化-自抗扰控制速度跟踪调节时间缩短了58.33%,突加负载后恢复时间提升95.45%,表明该方法能够快速跟踪转速和负载转矩变化,具有良好的抗干扰能力,验证了所提方法的优越性。

基于输入输出线性化的三电平Boost PFC控制策略

针对传统双闭环控制动态调节时间过长的问题,提出了一种基于输入输出线性化的三电平Boost PFC变换器控制策略。首先,分析了三电平Boost PFC变换器的工作模态,建立了状态空间方程;然后,推导出三电平Boost PFC变换器输入输出非线性模型,判断线性化的可行性,进而对系统进行线性化;最后,利用经典控制理论设计控制器,并增加电压平衡控制,保证变换器的中点电位平衡。仿真结果表明:负载恒定时,输入电流可跟随输入电压相位变化并保持正弦波形,电流波形更为平滑;负载跳变时,电压电流调节迅速,输出电压除纹波稍有变化外,电压平均值保持恒定。证明了所提控制策略具备良好的动、静态特性及强鲁棒性。

基于迭代隐式线性化的网状配电网潮流计算及其最优潮流模型

随着分布式能源和储能容量的增加以及电动汽车的普及,配电网的功率流动由单向转变为双向,且网络拓扑由径向转变为复杂的网状结构。为了高效应对网状配电网的潮流(power flow,PF)分析和最优潮流(optimal power flow,OPF)问题,以及进一步提升现有线性化模型的近似精度、完善对网络损耗等元素的线性近似,该文构建迭代隐式线性化潮流(iterative implicit linearization power flow,IIL-PF)模型及其最优潮流模型(IIL-OPF)。该模型将非线性潮流流形M(Manifold)视为节点电压和节点注入功率之间的隐式代数关系,之后利用切平面对M进行局部近似,并迭代更新线性化点以提高线性模型的近似精度。此外,所提模型充分考虑了支路始/末端潮流、支路潮流平方、支路损耗等因素,并对其进行明确的线性化推导。最后,基于修改的IEEE 33系统,分别在径向和网状运行方式下,验证所提模型可快速收敛,并具有较高的近似精度。其中IIL-PF计算结果、IIL-OPF的目标函数和发电机出力等优化结果与MATPOWER的非线性模型相比,误差均在1%以内,因此所提模型可以满足工程规划或日前运行模拟等应用要求。

基于等效线性化的核电厂频域隔震分析方法研究

在核电构筑物土-结构相互作用(SSI)分析中常用的方法是子结构法,这是由于其采用半解析法地基模拟技术,具有求解速度快、分析系统频率稳定的优势。因此,可在隔震核电厂房楼层反应谱计算中采用子结构法。因隔震支座具有明显的非线性特征,而子结构法基于叠加原理,在求解非线性问题时具有局限性,为了能够采用子结构法求解隔震核电厂房地震响应问题,基于等效线性化理念,在子结构法中实现隔震支座非线性行为模拟,并用SAP 2000软件验证本方法的可行性。将该方法应用于不同地基参数下隔震厂房反应谱计算,将得到的反应谱与采用隔震支座等效刚度计算结果进行对比。研究结果表明,在子结构法中应用等效线性化方法得到的隔震支座滞回曲线与采用SAP2000软件得到的滞回曲线基本一致,证明该方法是可行的;与采用等效刚度计算结果相比,采用迭代收敛刚度计算出的零周期加速度变化较小,主频略降低,峰值略有提高;由于隔震系统卓越频率与场地卓越频率并不接近,因此隔震结构楼层反应谱对地基参数的变化并不敏感。

基于状态反馈线性化的电液伺服系统模型预测控制

针对如何提高阀控离合器的位置控制精度、克服非线性等问题,该文提出了一种基于状态反馈线性化的电液伺服系统模型预测控制方案。首先建立了伺服系统状态空间模型,将非线性系统映射为新坐标空间内的线性系统模型;接着设计了一种基于马尔可夫链预测模型的反馈线性化模型预测控制器(feedback linearization model predictive controller,FLMPC),通过设计损失函数求解最优输入序列,最终作用于反馈线性化系统。仿真结果证明,在相同输入情况下,反馈线性化系统与原系统的位置误差满足控制需要,可以有效减少超调量。且在保证被控对象快速稳定控制的条件下,相比非线性模型预测控制,该算法单步计算时间更短。

基于灰度插值直方图线性化的医学MR图像处理设计与实现

为了解决医学MR图像边缘模糊、亮度不合理和噪声抑制效果不好等问题,提出了一种灰度插值直方图线性化算法。该方法先对含混合噪声的医学MR图像进行直方图线性化处理,抑制部分噪声,使亮度达到合理的范围,进一步将得到的结果进行多项式插值运算,消除象素块间的灰度差异,使图像达到层次清晰。仿真实验结果表明,该算法获得的图像亮度、峰值信噪比的值和结构相似性指数指标均最大,其中,峰值信噪比值高出其他方法约为1.6~3.2 dB,结构相似性指数指标高出其他方法约为5%~7%。该方法可有效地降低噪声,较好地保持了医学MR图像边缘和细节信息,其效果明显优于自适应直方图均衡化和直方图局部线性化等方法。

CCM Buck变换器的状态反馈精确线性化的非线性解耦控制研究

基于非线性系统的微分几何理论,应用脉冲模型积分法建立CCM(电流连续型)Buck变换器的非线性仿射模型,推导出对应的非线性坐标变换矩阵和非线性状态反馈表达式,得到了Buck变换器状态反馈精确线性化模型,由此提出了电感电流和输出电容电压解耦控制策略。研究结果表明,Buck变换器通过状态反馈实现精确线性化得到的非线性控制策略,比现有的PI控制有更好的动态响应调节和稳态误差调节特性。同时说明状态反馈精确线性化能对Buck变换器这类分段线性系统实现完全解耦控制,从而具有一般性理论和实际意义。

基于直接反馈线性化的异步电动机非线性控制

异步电动机是一个存在复杂耦合的非线性系统。该文应用直接反馈线性化理论,通过对输出方程的简单求导,得到所需的坐标变换和非线性状态反馈,实现了异步电动机系统的输入输出线性化。对于反馈线性化中重要的零动态问题进行了详细研究,保证了控制系统的稳定性。同时,系统分解成转速和磁链两个独立的最简线性子系统,实现了二者的动态完全解耦。仿真结果表明该文提出的方法具有优良的控制性能。

基于输入输出线性化的船舶全局直线航迹控制

针对水面船舶直线航迹控制系统的非线性数学模型,基于输入输出线性化技术,给出了一类重定义输出变量和采用该输出变量的状态反馈控制律,并得到了保证系统全局渐近稳定的充分条件．数值仿真和模拟试验结果表明,所提出的充分条件能够保证船舶航迹控制全局渐近稳定,设计的控制律具有比较理想的控制效果．

基于等效线性化的土–地下结构整体动力时程分析方法研究

地下结构抗震设计简化分析方法离不开场地地震反应分析,而频域内的等效线性化方法是一维土层地震反应分析的主流方法。在一维土层地震反应分析的等效线性化方法的基础上,提出了一种地下结构抗震设计的等效线性化分析方法,并给出场地材料参数的确定方法。将该方法应用于地铁车站的横断面抗震分析中,并与土体直接采用非线性的Davidenkov模型进行的动力时程分析方法对比,两者计算误差满足工程需要的精度要求。此方法兼具场地等效线性化方法和地下结构动力时程分析方法的双重优势,可以作为一种动力时程分析方法运用于地铁车站等地下结构的抗震设计中。

一种基于非平衡点处线性化的同调识别方法

提出一种能够充分考虑故障的基于系统非平衡点处线性化模型的同调识别方法。从理论上推导了电力系统在非平衡点处线性化后的数学模型,得到了电力系统在非平衡点处动态特性的一般规律。在此基础上设计了2种新的电力系统同调识别算法,并在4机11节点系统和IEEE39节点系统中对这2种算法分别进行了测试。与时域暂态仿真结果对比表明,新的同调识别方法结果令人满意。最后,对新方法的特点和优势及其在工程实际中的应用前景进行了探讨。

基于反馈线性化的EMS型磁浮列车非线性悬浮控制器设计

悬浮系统控制技术是EMS型磁浮列车的关键技术之一。针对悬浮系统的非线性特征,设计了一种非线性悬浮控制器。在合理假设的基础上,建立了EMS型磁浮列车悬浮系统的非线性数学模型;通过反馈线性化将该非线性模型精确线性化,得到等价的线性模型,采用状态反馈的方法设计了非线性控制器。仿真结果表明,该非线性控制器的控制性能明显优于传统的局部近似线性化方法设计的控制器,对间隙干扰和负载干扰具有鲁棒性。

基于线性化的发电机励磁鲁棒控制器

结合非线性系统线性化技术和鲁棒控制理论 ,研究了具有不确定性的非线性的单机—无限大电力系统 ,讨论了以反馈线性化为基础的鲁棒励磁控制器 ,给出了励磁控制器的形式 ,并讨论了一个实例及其控制效果。

基于反馈线性化的直流微电网全局稳定方法

建立直流微电网的数学模型,分析得出直流微电网的小信号稳定区域。为扩大直流微电网的稳定区域,提出反馈线性化的直流微电网稳定方法。应用Lyapunov稳定性理论,通过非线性反馈控制,克服直流微电网中恒功率负载的非线性影响,使得整个系统线性化,并确保系统全局稳定。仿真实验结果验证了所提方法的可行性和有效性。

基于反馈线性化的高性能逆变器数字控制方法

传统逆变器控制方法大多基于小信号原理,其频域模型并不能保证系统在大信号扰动下的稳定性。提出一种新型的基于逆变器大信号模型的反馈线性化控制策略,可改善逆变器在输入电压波动和输出负载扰动下的输出特性,并具有良好的电压和电流跟随特性。根据逆变器电路的大信号方程,分析提出数字控制器的线性化反馈结构及其参数设计方法。与传统控制结构相比,此控制策略在动态响应和稳态精度上更具优越性,并具有较强的鲁棒性。仿真与实验结果均验证了该策略的正确性和有效性。