基于高增益比例积分观测器的液压伺服系统全局快速终端滑模控制

针对受不确定性影响的非线性液压伺服系统,设计了一种基于高增益比例积分观测器的全局快速终端滑模控制方法。首先,采用输入输出反馈线性化方法对非线性模型进行线性化处理,使其适用于观测器与控制器的设计结构,其中比例积分观测器用于估计包括建模误差、外部干扰和测量噪声等综合不确定性,全局快速终端滑模控制器用于快速补偿观测器误差,从而进一步提高控制系统的鲁棒性。此外,根据李亚普诺夫稳定性理论证明了整个闭环系统的稳定性。最后,将所设计方法与传统PID控制以及传统滑模控制方法在相同的不确定性环境下进行了对比实验,实验结果表明所提方法具有更快的响应速度、更高的跟踪精度与抗干扰能力。

带耦合电感的高增益比Boost变换器的分析

针对连续工作状态(CCM)的Boost变换器的升压比小于5这一缺陷,提出了一种带耦合电感的高升压比Boost变换器,详细分析了它的工作过程,推导了等效电抗、升压比等参数,并对电路进行了仿真.仿真结果证实了理论分析的正确性.

一种高效、高增益比FlyBoost直流变换器

针对传统Boost与反激变换器在宽占空比条件下低效率的缺陷,提出一种高效率、高增益比FlyBoost组合变换器,详细分析了变换器的稳态工作原理。采用状态空间平均法,建立了变换器动态小信号模型并分析了漏感对组合变换器的影响,给出了小信号特征Matlab仿真波形。电路仿真结果证明了理论分析的正确性。

一种基于耦合电感的高增益软开关谐振变换器

该文提出了一种具有高增益、软开关的新型谐振变换器。该谐振变换器使用耦合电感来提高电压增益,升压比不仅取决于占空比,还取决于耦合电感的变比,具有高增益的优点。此外,由于采用了有源钳位技术,漏感中的能量可以被回收利用,用来对开关管的结电容充放电提供能量,从而实现软开关。由于采用了耦合电感,所提出的变换器可以在较低的开关管电压应力的情况下实现较高的输出电压,因此可以使用低导通电阻的低压器件,从而提升系统的效率。该文分析了该谐振变换器的工作原理,并推导了输出电压、关断电流应力等参数的解析表达式。在此基础上,从理论上分析了该变换器取得软开关的条件,并对该变换器的各个器件的电压电流应力进行分析,为器件选型提供了理论依据。最后,搭建1kW实验样机,针对该文提出的基于耦合电感的谐振变换器的高增益、软开关、低电压应力、高效率等性能进行了实验验证。通过实验得出所提出的拓扑可以在10倍增益的情况下达到最高97.5%的效率,表明所提拓扑的优越性。

基于新型CD单元的两相交错并联高增益Boost变换器

为减少基于电容-二极管(CD)升压单元的两相交错并联高增益Boost变换器的CD单元数量,提升变换器电压增益,提出一种最后两级CD单元电容并联充电、串联供电的新型两相交错Boost变换器拓扑结构,进一步发挥CD单元的升压能力。分析新型3CD、4CD两相交错并联Boost变换器的拓扑演化过程,提出新型NCD两相交错并联Boost变换器的拓扑演化规律。以新型4CD两相交错并联Boost变换器为例,分析变换器工作原理,以及电感、电容寄生电阻对变换器电压增益的影响。最后在StarSim硬件在环实验平台搭建1 kW的新型4CD单元交错并联Boost变换器,验证该文所提拓扑的正确性。

偶极子对激发的宽带平面端射高增益天线

文中提出了一款单向辐射特性的微带缝隙结构双偶极子宽带天线。该天线由阶梯型缝隙结构、共面双偶极子和5组引向器构成。阶梯型缝隙结构用于改善阻抗匹配,拓展了天线的带宽;共面双偶极子改善了天线的辐射特性;引向器提高了天线的增益。仿真和实测表明,该天线的相对带宽为66.4%(5.78 GHz~11.53 GHz),带内前后比为15.7 dB~27.4 dB、增益为8.4 dBi~11.9 dBi,并且天线的交叉极化低、辐射方向图稳定。该天线的良好性能使其在无线通信和雷达领域的应用具有极强的吸引力。

用于微波无线输能的高增益柔性天线研究

为克服传统有线供能方式的接入不便问题,提出了一种用于5.8 GHz微波无线输能(MWPT)高增益柔性天线。天线以聚酰亚胺(PI)为基底,采用广义迭代设计方法得到3层圆环结构,并选用共面波导(CPW)方式馈电。此外,为提高天线增益,在天线背面加载空气层和柔性反射板,并对天线性能进行了测试。测量结果显示:该天线在频率5.8 GHz处的峰值增益为9.51 dBi;当天线弯曲在曲率半径为85,60,45 mm时,增益始终保持在8.89 dBi以上,S_(11)幅值始终小于-10 dB。最后,通过微波无线输能实验测得该天线最大能量捕获效率可达71.3%,在弯曲状态下也能保持59%以上的捕获效率。该天线的高增益、高能量捕获效率以及稳定性证明了其在微波无线输能中具有潜在的应用价值。

一种低电流纹波高增益软开关直流变换器

提出了一种应用于新能源发电系统的低电流纹波高增益软开关直流变换器。在传统交错Boost变换器基础上,该变换器通过引入耦合电感和二极管、电容升压单元提高电压增益,耦合电感在整个开关周期过程中都传递能量,提高了磁芯利用率。输入侧工作在交错模式,两相电感电流纹波可以相互抵消,从而获得较低的输入电流纹波。由于耦合电感自身漏感的存在,减轻了整流二极管反向恢复问题,同时采用有源钳位电路回收利用漏感能量,实现了所有开关管零电压软开关,抑制了开关管关断电压尖峰,提高了变换器转换效率。详细分析了变换器的工作原理、电路特性以及软开关实现方法。最后,搭建了一台200 W的试验样机验证了理论分析的正确性。

一种交叉倍压型高增益DC/DC变换器

针对光伏发电、燃料电池发电等领域对高增益直流变换器的需求,以两相交错并联升压变换器为研究对象,由2个含有电感的倍压单元组合设计出实现电压提升的交叉倍压结构,据此提出了一种新颖的交叉倍压型高增益DC/DC变换器。该变换器可实现(3n+4)/(1-d)倍的高电压增益(1∶n为耦合电感匝数比,d为变换器占空比),且具有电路器件的低电压应力特性。对于漏感引起的开关管电压尖峰问题,引入了钳位电容构成释放漏感能量通道,同时提升了输出电压。介绍了新型交叉倍压型高增益变换器的拓扑结构,分析了变换器各模态的工作过程,推导了电压增益、输入电流纹波及各器件电压应力等稳态特性,并搭建样机进行实验研究,验证了该直流变换技术方案的可行性和先进性。

一种应用于光伏的高增益DC/DC变换器研究

基于耦合电感、开关电容与输入电压源组成的基本功率单元,提出一种集成式新型DC/DC变换器。该拓扑结构具有模块化和可扩展性,耦合电感和开关电容结构组成的倍压单元提升了电路的升压比。漏感能量通过钳位电路回收,以降低开关管电压应力和功率损耗;同时缓解了二极管的反向恢复问题,优化了开关管和二极管的选择。详细介绍了稳态分析、工作原理和设计考虑;最后并制作了90 W实验样机,验证了理论分析的正确性。

一种混合耦合电感和开关电容的高增益变换器

为实现用于可再生能源系统的更高电压增益,传统的升压式结构常与相同模块级联以产生高的升压系数。针对此方案效率低和成本高的问题,提出了一种混合耦合电感和开关电容的高增益DC/DC变换器,可在较低的占空比下具有高电压增益;同时具有连续的输入电流、高效率以及输入和输出之间的共地特征。详细分析了新拓扑结构的性能,并与其他高增益升压变换器进行了比较分析。最后,实验结果证明了所提变换器的正确性和可行性。

一种新型准Z源高增益DC-DC升压变换器

针对传统准Z源阻抗网络DC-DC升压变换器存在电压增益低和元件电压应力高的问题,提出一种新型准Z源高增益DC-DC升压变换器(HSQZSC)。首先,分析HSQZSC变换器两种模态工作原理,并对其进行稳态分析和参数设计。其次,与现已提出的Z源变换器进行性能对比,表明HSQZSC变换器具有高电压增益和元件电压应力低的优势。然后,对其建立状态空间模型进行小信号分析、稳定性分析和控制器的设计。最后,搭建100 W实物样机,实验结果验证了HSQZSC变换器的可行性与有效性。

一种可拓展双输入高增益DC/DC变换器

针对光伏发电系统中光伏电池板集成汇流的需求,提出了一种可拓展双输入高增益DC/DC变换器。该变换器采用了一种新型拓扑结构,可在实现输入输出电压高增益变换的同时降低了开关器件的电压应力。此外,所提变换器还具有可拓展性,可以根据不同的光伏电池板数量和输出电压要求对端口进行扩展,从而降低系统的复杂性和成本。首先详细介绍了所提变换器的拓扑结构,并推导出变换器在不同工作模态下的运行原理。然后,对该变换器的增益特性、开关器件的电压和电流应力、关键器件的参数选择和损耗计算等方面进行了深入的理论分析。最后,搭建了一台输出功率为1 kW的实验样机,并进行了实验测试。实验结果验证了所提变换器理论分析的正确性和可行性。

基于SEPIC的新型高增益DC-DC变换器及衍生拓扑分析

针对光伏并网系统中单开关升压变换器(如SEPIC、Boost、准Z源、二次型)电压增益低和半导体器件电压应力大的问题,提出1种基于SEPIC的外部升压型高增益DC-DC变换器。首先对所提变换器在电感电流连续导通模式和断续导通模式下的工作原理和稳态特性进行详细分析,并与其他新型拓扑进行性能对比。在此基础上,给出了基于外部升压网络的衍生拓扑。最后,通过搭建1台400 V/200 W的实验样机证明了理论分析的准确性。所提变换器利用阻抗网络和开关电容单元构成的外部升压网络提升了SEPIC变换器的电压增益,并改善了半导体器件电压应力大的缺点。

一种全透明宽带高增益离子液体透镜天线

基于5G美化移动基站和军用领域中光学/微波多模复合制导隐身等对天线光学透明和易伪装隐蔽的现实需求,本文设计了一种全透明宽带高增益离子液体天线。天线由离子液体,椭球透镜容器,锥形辐射引向器,以及带有透明导电膜的反射地板组成。首先,利用介质透镜上对频率的无选择性使得天线获得宽带特性。其次,通过使用低损耗离子液体和椭球透镜结构,使得液体介质透镜产生一个同相射线场,从而可以产生极强的方向性。最后,在液体介质周围加载一个锥形辐射引向器,使得辐射波束进一步集中,从而提高增益。此外,通过在天线的背面加载透明导电膜反射地板,进一步降低了后瓣,并且使整个天线呈现了光学全透明的效果。仿真和实验表明,天线工作在9.9 GHz~18 GHz(S11≤-10 dB)频带范围,最大实测增益可达12.1 dBi。天线在雷达探测、5G基站、电子对抗以及透明电子产品等领域中具有广泛的应用前景。

一种基于磁集成的零输入电流纹波高增益直流变换器

针对光伏系统发电模块输出电压低、DC/DC变换器输入电流纹波大等问题,提出一种基于磁集成的零输入电流纹波高增益直流变换器。该变换器在改进型Sepic电路结构的基础上,将输入电感与变压器进行磁集成设计,使变换器只用一个磁性元件即可实现高增益和零输入电流纹波。该文详细分析所提变换器的工作原理以及输入电流零纹波特性、电压增益特性和开关器件应力特性,给出关键参数设计,并详细阐述磁集成设计方案。搭建1台143 W、56 V/380 V的实验样机,验证理论分析的正确性。

新型高增益耦合电感二次型变换器

将开关-耦合电感单元引入二次型变换器,采用一个耦合电感和两个独立电感,在开关管关断时,电感为电容充电;导通时,利用电容为负载供电。与传统变换器相比,所提出的变换器采用更少的器件,能得到高电压增益效果与低占空比。采用了降低电压应力的电容,二极管和半导体开关,开关管应力更低。提出了稳态和比较性能分析,制作了一台140W实验平台,给出实验数据与结论,验证了理论分析的正确性。

一种新型准Z源三电平高增益DC/DC变换器

在此提出一种准Z源三电平高增益DC/DC变换器,该变换器集成了准Z源网络和三电平结构。准Z源网络具有升压和无源箝位的功能,三电平结构能够降低开关管的电压应力。其整体结构对称新颖,设计合理,在保证效率的基础上,实现了变换器的高电压增益和低电压应力功能,延长了有源器件的使用寿命,在光伏发电中具有较大的应用潜力。在此对变换器的工作模态、器件电压电流应力、参数设计和效率进行详细阐述。最后,在实验室制作了100 W实验样机,通过实验验证了所提拓扑结构的可行性。

一种高增益超薄柔性可穿戴天线阵列设计

为克服微带天线增益较低的限制并提高天线的整体性能,基于聚酰亚胺材料和十字形单元,提出并设计了一种超薄柔性可穿戴的高增益天线阵列。该天线阵列由16个十字形天线单元均匀分布在4×4的拓扑结构中组成,体积为72 mm×72 mm×0.4 mm,最大增益可达9.7 dBi,天线单元工作频段为5.75~5.83 GHz,中心频率为5.8 GHz,相比于现有文献的微带天线平均增益提升了3.87 dB。对天线阵列进行了实物制作及测试,测试结果与仿真结果吻合较好,证明了该设计方案的可行性和实用性。

一种无桥高增益单级LED驱动电路及其混合控制策略

中小功率的LED驱动电源中,传统两级LED驱动电源存在体积大、成本高以及传统Boost PFC电路在低压输入时导通损耗大等问题。为此提出一种由无桥二次型Boost PFC电路和DC-DC LLC电路集成的无桥高增益单级LED驱动电路,实现了高电压增益、功率开关器件软开关、一套控制电路和高电路转换效率。针对单级电路在电网输入电压变化引起直流母线电压变动范围大等问题,设计一种适用于所提电路的APWM-PFM混合控制策略,并对混合控制原理和控制过程进行详细分析。最后设计一台200 W的实验样机,在输入电压80~120 Vrms范围内,占空比最大为0.5,最大电压增益为6.7,直流母线电压基于网侧特性和LLC电路特性设计在700 V以内,样机的功率因数值均高于0.990,THD均低于15%。在满载条件下,110 Vrms输入时,样机效率为93.20%,相比于传统无桥PFC,电压增益提高了2.21倍,实现了高电压增益和软开关,有效提升了在低压输入条件下的电路转换效率。仿真和实验结果验证了所提出电路和控制方法的有效性。