无轴承电动机神经网络逆系统解耦控制关键技术发展

无轴承电动机利用一套新的悬浮力绕组产生悬浮力,使无轴承电动机成为一种多变量、强耦合的非线性系统,如何实现转速与径向位移以及径向位移之间的动态解耦控制是无轴承电动机稳定运行的关键要素之一。神经网络逆系统具有以任意精度逼近非线性函数的能力,可以有效实现无轴承电动机的解耦控制。阐述了无轴承电动机悬浮力产生的原理以及神经网络逆系统解耦原理,从纯神经网络逆系统、神经网络逆系统结合智能控制器等方面分析了国内外无轴承电动机神经网络逆系统解耦控制策略的研究现状,归纳了无轴承电动机在使用神经网络逆系统进行解耦控制时的共同和不足之处,总结了无轴承电动机神经网络逆系统解耦控制的一般设计方法,并对神经网络优化、在线训练、抗干扰能力等关键技术发展趋势进行了展望。

采用改进遗传算法优化LS-SVM逆系统的外转子无铁心无轴承永磁同步发电机解耦控制

为了实现外转子无铁心无轴承永磁同步发电机(outer rotor coreless bearingless permanent magnet synchronous generator,ORC-BPMSG)的精确控制,提出一种基于改进遗传算法(improved genetic algorithm,IGA)优化最小二乘支持向量机(least square support vector machine,LS-SVM)逆系统的解耦控制策略。首先,基于ORC-BPMSG的结构及工作原理,推导其数学模型,并分析其可逆性。其次,建立LS-SVM回归方程,并采用IGA优化LS-SVM的性能参数,从而训练得到逆系统。然后,将逆系统与原系统串接,形成伪线性系统,实现了ORC-BPMSG的线性化和解耦。最后,将提出的控制方法与传统LS-SVM逆系统控制方法进行对比仿真和实验。仿真和实验结果表明:所提出的控制策略可以较好地实现ORC-BPMSG输出电压和悬浮力、以及悬浮力之间的解耦控制。

基于ICPSO优化的PMa-BSynRM神经网络逆系统解耦控制

针对永磁辅助式无轴承同步磁阻电动机(PMa-BSynRM)存在的强耦合和非线性问题,以及神经网络逆系统解耦控制收敛速度慢和易陷入局部极值的问题,提出了一种将BP神经网络与改进混沌粒子群优化(ICPSO)算法相结合的PMa-BSynRM解耦控制方法。基于PMa-BSynRM的结构和工作原理建立转矩和悬浮力的数学模型并进行可逆性分析,再建立BP神经网络作为逆系统,利用ICPSO算法优化其初始连接权值,通过仿真验证优化效果,经过充分训练后,将BP神经网络与原系统串联形成伪线性系统,从而实现PMa-BSynRM的解耦控制。仿真及试验结果表明,采用ICPSO算法优化的BP神经网络逆系统收敛速度和解耦性能均优于传统神经网络逆系统,改善了PMa-BSynRM的动态与静态性能。

基于增量非线性动态逆的导弹解耦控制设计

针对导弹大迎角机动存在强耦合动力学特点,提出了一种基于增量非线性动态逆的解耦控制方法,将自动驾驶仪分为高带宽的快变角速率内回路和低带宽的慢变角回路控制,用部分逆近似求解的方法分别设计了增量形式的动态逆控制律对消不同的耦合项,实现控制解耦的目的。典型工况数字仿真结果表明,所设计的导弹增量非线性动态逆控制解耦律大大改善了强耦合动力学下的稳定控制性能。相比传统PID控制,它能够完全消除过载响应的低频振荡和超调量,同时还使得滚转角响应能够准确跟踪指令。

基于MPC的耦合电感飞跨电容双向DC/DC变换器功率均衡解耦控制策略

耦合电感功率变换器因耦合电感阻抗、电感值等参数差异易导致功率不均衡。针对耦合电感飞跨电容双向DC/DC变换器,提出一种基于模型预测控制(MPC)的功率均衡解耦控制策略。通过对变换器原理进行分析,建立基于电感电流解耦的数学模型,得到包括电感电流和飞跨电容电压等6个控制变量的解耦控制方法。在此基础上,提出基于MPC的功率均衡解耦控制策略。同时,为降低MPC算法的运算负荷,根据解耦控制模型重构模型预测价值函数,实现各控制变量独立动态寻优,使系统能在稳定控制输出电压及飞跨电容电压的同时,实现两相耦合电感的功率均衡控制。最后,通过理论分析及实验对所提策略进行有效验证。

基于分数阶的电力调度网络发令多任务实时解耦控制方法

为了避免出现网络内部混乱导致发令执行时间延迟问题,提出基于分数阶的电力调度网络发令多任务实时解耦控制方法。构建分数阶多输入输出系统结构,将线性化拓展结果运用到输入输出解耦。考虑解耦后广义传递函数非对角线元素,得到解耦后广义传递函数矩阵。结合PID控制器,改善收敛速度,有效控制极小正值,构建多任务实时解耦控制器,实现多任务实时解耦控制。仿真实验结果表明,所提方法停电时间为1:40—3:00,送电时间为3:02,与真实时间一致,能够达到实时、精准控制发令多任务的目的。

永磁同步电机变频调速系统动态解耦控制方法

常规的永磁同步电机变频调速系统解耦控制,主要采用系统反馈信号完成解耦控制,忽略了反馈信号的预测误差,导致解耦控制结果负荷响应幅值不够稳定.因此,提出永磁同步电机变频调速系统动态解耦控制方法.建立系统数学模型,在该模型中分离系统模式系数获取控制信号,对该信号进行优化处理,基于输出期望值计算预测误差,加权修正预测值,形成动态控制信号,分离有功-无功信号实现动态解耦控制.实验结果表明:所提方法应用后得出的动态解耦控制结果,表现出的负荷响应幅值较为稳定,满足了永磁同步电机变频调速系统的实际解耦控制需求.

基于多智能体深度强化学习的解耦控制方法

[目的]在现代工业生产过程中,实现复杂非线性多输入多输出系统的解耦控制对于生产过程的操作和优化都具有至关重要的意义.[方法]本文基于多智能体深度确定性策略梯度(MADDPG)算法,提出了一种解决复杂非线性多输入多输出系统解耦控制问题的设计方案,并通过连续搅拌反应过程的解耦控制仿真计算,验证了设计方案的有效性.[结果]验证结果表明:本文所提出的方案能够同时对连续搅拌反应过程中反应温度、产物摩尔流量两个被控量的设定控制目标进行跟踪调节,且在同样的控制目标下,该设计方案比单智能体方案和PID(proportional-integral-derivative control)控制方案都具有更好的稳定性与更小的稳态控制误差.[结论]仿真结果表明:针对复杂非线性多输入多输出系统的解耦控制问题,多智能体强化学习算法能够在不依赖于过程模型的基础上,实现复杂非线性多输入多输出系统的解耦控制,并保证较好的控制性能.

可控电流源型换流器功率解耦控制策略

可控电流源型换流器(current source converter,CSC)是高压直流输电技术重要研究方向,随着逆阻型IGCT器件的发展,推动其应用技术上已经可行。但由于其电流源特性,大部分研究主要考虑定直流电流策略,针对定直流电压下的功率控制策略研究较少,严重制约其工程化发展。该文首先建立可控CSC的数学模型,获得有功、无功的影响变量。接着,对电容电压的d-q轴分量进行解耦,提出换流器内环和外环控制策略。然后,以直流电压和调制比为约束条件,对换流器的功率运行范围进行分析。最后,搭建基于常规直流和可控电流源的混合输电系统,对所提的控制策略进行分析,重点对单位功率因数运行和定直流电压时策略下功率调节特性进行仿真分析,对CSC在单相接地故障下抵御换相失败能力和向孤岛系统送电进行仿真。研究结果表明:所提的功率控制策略,能够实现有功、无功的解耦控制,以及对功率的有效调节,具备抵御换相失败的能力。

考虑质量分布的雨蚀叶片横向振动分析与自抗扰解耦控制

为提升高速耐雨蚀测试装置运行的稳定性与安全性,以其转子-雨蚀叶片系统为研究对象,开展雨蚀叶片的横向振动特性分析。首先,综合考虑雨蚀叶片振动、旋叶连接盘质量偏心及转子不平衡磁拉力的影响,建立转子-雨蚀叶片系统的四自由度横向振动模型。然后,基于Lagrange方程建立转子-雨蚀叶片系统的运动微分方程,并利用Runge-Kutta算法对方程进行数值求解,以观察转子及雨蚀叶片的轴心轨迹与振幅的分布规律。考虑到转子与雨蚀叶片的非线性强耦合关系,采用自抗扰解耦控制方法来抑制雨蚀叶片的横向振动,其中扩张状态观测器的参数采用极点配置和带宽进行调节。最后,通过搭建实验平台来分析采用自抗扰解耦控制前后雨蚀叶片的振动特性,并与数值分析结果进行对比。结果表明,在采用自抗扰解耦控制前转子-雨蚀叶片系统存在振动超标现象,而采用自抗扰解耦控制后雨蚀叶片的横向振动得到了有效抑制,验证了该控制方法的可行性和有效性。研究结果可为后续高速耐雨蚀测试装置的结构优化提供理论参考。

提升柔性直流系统惯量主动支撑能力的自同步解耦控制策略

针对电力电子化电力系统低惯量特性引起的频率稳定问题,从挖掘电网输电环节调控潜力的视角出发,提出了提升柔性直流系统惯量主动支撑能力的自同步解耦控制策略。定量分析了利用柔性直流系统能量裕度提升系统惯量水平的可行性,提出了计及子模块电容和电感元件能量裕度的换流站自同步控制策略,在实现无锁相环自同步的同时主动支撑受端系统惯量;在此基础上,为了解决现有控制中直流电压安全约束限制电容能量利用的问题,提出了柔性直流系统直流电压与子模块电容电压解耦控制策略及参数设计方法,通过自适应调节子模块投入数量与电容电压参考值,实现柔性直流系统内储能元件能量裕度的充分利用,并设计了其恢复策略及启动判据,有效提升了受端系统惯量水平和频率稳定性。定量评估了柔性直流系统的惯量支撑能力,并通过实时数字仿真验证了所提控制策略的有效性。

不对称故障下低电压穿越的多目标解耦控制策略

在传统不对称故障低电压穿越控制中,由于控制自由度有限,并网逆变器控制存在无法同时实现输出电流负序分量和直流侧电压二倍频波动抑制的问题。对此,文中提出一种不对称故障下两级式光伏并网系统低电压穿越的多目标解耦控制策略。该策略将逆变器的控制目标设置为输出电流负序分量抑制,给出了综合考虑逆变器输出电流限幅和无功输出需求的逆变器电流内环控制参考值计算方法;通过双向Buck-Boost变换器将超级电容接入直流母线电容两端维持其电压稳定,并将直流侧电压二倍频波动转移至超级电容输入侧进行抑制。仿真结果表明,相比传统控制方法,所提控制策略有效降低了逆变器三相间的不平衡度,改善了输出电流畸变,减小了直流侧电压二倍频波动。

机载LiDAR姿态角稳定装置的神经网络逆系统解耦控制研究

机载激光雷达(LiDAR)工作过程中,机载平台姿态角波动会造成激光扫描点云的密度分布不均匀,导致后续数字表面模型重建时精度降低,因此设计了一种推转式姿态角稳定装置,可实现机载平台姿态角波动的实时补偿。设计的姿态角稳定装置具有非线性和强耦合的运动控制特点,为消除其运动耦合关系、提高运动控制精度,基于神经网络逆系统解耦控制策略对姿态角稳定装置进行解耦处理,取得了满意的控制效果。首先,建立了姿态角稳定装置动力学系统的多变量神经网络逆系统模型;其次,采用PID闭环反馈控制器与神经网络逆系统前馈补偿器组合的前馈-反馈复合控制器,实现控制系统的实时解耦,改善动态控制性能;最后,进行了实验验证。结果表明,设计的神经网络逆系统解耦控制方法可有效提高姿态角稳定装置控制精度,并对误差干扰具有优良鲁棒性。

基于占空比主动调节的钳位开关电容型DC/DC解耦控制策略

钳位开关电容型DC/DC(Clamping Switched Capacitors-based DC/DC,CSC)是构建具有直流故障自清除能力直流变压器的有效模块。由于传统控制策略下的CSC中直流电压与电容电压存在着耦合效应,直流电压的变化将直接引起电容电压与交流环节电压幅值的变化,使得CSC在两端直流电压不匹配时可能发生软开关丢失、电流应力增大、功率损耗增加等运行性能下降的现象。鉴于此,为改善CSC在直流电压不匹配时的开关及效率性能,提出了一种基于可变占空比的CSC电容电压解耦控制策略。该策略可以在CSC的整个运行范围内保证交流电压幅值的自动匹配,对于改善CSC的整体运行性能具有明显效果。基于试验样机,验证了所提控制策略的正确性与有效性。

排球训练机器人扣球位姿修正中的解耦控制

因排球训练机器人在扣球位姿控制过程中需要多回路控制,不同控制回路之间相互影响,导致存在不同回路之间的耦合干扰,要获得良好的训练效果,需要对排球训练机器人在扣球训练过程中的耦合干扰进行解耦控制。为此,提出一种针对排球训练机器人扣球位姿修正的解耦控制方法。根据机器人的主要能量和扣球速度独立非线性项计算排球机器人姿态运动参数,采用扩展卡尔曼滤波器,估计机器人在扣球训练过程中的位姿。根据机器人位姿估计结果,建立位姿修正解耦控制的目标函数,并设定扣球位姿控制的约束参量,引入变步长动态平衡反馈调节方法实现单一回路的解耦控制。实验结果表明:这种解耦控制方法在x轴和y轴中的跟踪误差均低于0.3m,在控制过程中的俯仰角、关节旋转角度和加速度变化曲线与设定期望值相符,证明所提方法可有效提高排球训练机器人的跟踪精度和控制效果,获得较好训练效果。

绕线式无刷双馈电机伺服系统的双同步转差型解耦控制研究

针对无刷双馈电机在解耦控制以及整体性能分析方面的不足,首先提出了一种双同步坐标系下无刷双馈电机的转差型解耦控制方案,并分析了该控制实现的必要条件。其次,通过对双同步坐标系下的静态方程求解得到该闭环控制下无刷双馈电机的带载特性。当电机转速和控制电机转子磁链一定时,可求解该工况下电机所能达到的带载边界,通过在负载转矩边界内部取值保证整个伺服系统的稳定运行。最后,通过仿真和实验验证了该控制方案的解耦性能和动态性能,同时也验证了该控制下带载性能分析的正确性和有效性。

膝-踝-趾动力型假肢解耦控制研究

针对膝-踝-趾动力型假肢系统的强耦合性,导致系统控制效果不理想等问题,本文设计控制法则分解法解耦器对系统进行解耦,降低耦合度,提高控制效果。利用拉格朗日方程建立了膝-踝-趾动力型假肢系统支撑末期的动力学模型,此模型的耦合度为1.22,耦合性较强,需要进行解耦;基于控制法则分解法设计模型解耦器,以此简化假肢系统,将耦合度强的系统简化为膝、踝、趾独立控制的模型;基于自适应迭代学习设计控制器,对解耦前后三自由度假肢系统的各关节进行控制。结果表明:此解耦器可以将假肢模型简化为3个单输入、单输出的系统,同时降低关节间的耦合度,加快系统的收敛速度,与解耦前的控制效果相比,解耦后系统收敛误差明显减小。本文为多关节假肢系统提供了模型简化方法,为实物样机控制提供理论验证。

基于模糊解耦控制的质子交换膜燃料电池阴极控制方法研究

为实现质子交换膜燃料电池(PEMFC)空气子系统流量和压力的协调控制,应用模糊控制原理,采用Mamdani模糊推理方法推理了模糊解耦控制规则,配合MAP前馈控制,组合设计了模糊解耦复合控制器,最后,将其与模糊PID控制器进行对比测试并补充环境适应测试,结果表明,变载工况下模糊解耦控制器的流量控制误差小于±3g/s,压力控制误差小于±10kPa,具有良好的解耦控制效果,同时具有很好的环境适应性。

基于多变量参考的风电机组解耦控制方法及仿真验证

变桨变速型风电机组分别采用变桨和转矩调节控制模式。解耦控制被用于平滑切换2种控制模式,避免转矩与变桨调节同时作用或频繁切换带来的机组转速和功率振荡问题。提出一种基于变桨角度、转矩输出、发电机转速等多种变量参考的变桨转矩解耦控制方法,并引入时间迟滞判断条件,实现转矩控制和变桨控制的解耦。采用上述解耦控制策略,基于PLC可编程控制器、Bladed仿真软件构建了3 MW双馈型风电机组控制系统及仿真模型。结果表明,额定风况附近,风电机组平均功率波动在±50 kW以内,统计功率曲线达到设计功率曲线要求,可满足额定风况附近风电机组的控制需求。

基于虚拟质心的GSLQR最优控制和力前馈解耦控制算法

针对龙门同步双驱(GSD)平台因负载不均导致的同步误差影响加工精度的问题,目前的研究大多忽略了双驱轴之间的交叉耦合效应,或者重负载在龙门架横梁上的位置变化对同步误差的影响。为解决这一问题,首先,通过定义龙门架横梁的虚拟质心,量化双驱电机之间的交叉耦合力;然后,设计一种基于虚拟质心的GSLQR最优控制和力前馈解耦控制算法;最后,进行仿真实验。仿真实验结果表明,该算法的同步误差最大值比GSLQR最优控制算法和推力分配算法分别降低了约70%和60%,提高了GSD平台的同步性能和运动性能。