利用磁场控制运动电荷的几种方式

1托卡马克装置的基本原理中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所有一座号称“人造太阳”的全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST),2021年12月30日晚,这台装置创造了一个世界之最---实现1056秒的长脉冲高参数等离子体运行,而且是在7000万摄氏度的高温条件下.这样的科技突破,让我们离受控核聚变的实施又近了一步.下面我们就研究一下托卡马克装置是如何实现“控制”的.

基于bang-bang控制平滑正则化的动力制动轨迹优化

针对行星定点软着陆实时在线制导的任务需求,结合行星着陆轨迹优化技术在动力学特征、约束条件、不确定环境方面的特点,以燃料最优为性能指标,提出了一种平滑正则化处理不连续切换点的方法。而以燃料最优为性能指标的着陆问题,其推力或推力加速度大小为最多切换两次的bang-bang控制,用间接法将其转化为一个两点边值问题会带来对初值敏感、算法复杂度高且依赖于导数的数值算法无法求解的问题。为此,对比了以末端高度为性能指标的气动制动和以燃料最优为性能指标的动力制动,对动力制动中的推力bang-bang控制问题,通过对切换函数的分析将其控制形式分解为3种情形,进而引入偏差参数,对bang-bang控制的不连续切换点进行平滑处理,使其转化为可以直接用数值算法求解的连续可导函数,并通过数值仿真验证了该方法的可靠性、快速性和精确性。结果表明:相较于直接法中的伪谱法,该方法对初始值不敏感,降低了算法复杂度,收敛性好且终端误差较小,解决了模型对初始值敏感、数值算法无法直接求解bang-bang控制的难题。

CLLC谐振变换器变频+间歇Bang-Bang电荷混合控制策略研究

以LLC为代表的DC/DC串联谐振变换器对效率有着较高的要求,往往需要在宽电压范围内实现软开关特性,并且能够在宽负载条件下工作。然而,当变换器负载较轻时不可避免地会出现增益失真,导致输出电压升高,损耗增加,效率降低。针对CLLC型谐振变换器轻载电压漂高和效率损耗现象,提出一种变频PFM调制+间歇BBCC的混合控制策略。在变换器正常工作时,采用PFM调制进行变频控制,在变换器处于轻载运行时,采用间歇模式的Bang-Bang电荷控制(BBCC)。仿真结果表明,文中提出的控制策略可以有效抑制CLLC型DC-DC串联谐振变换器轻载运行时电压漂高,减小功率损耗,提高轻载工作效率,实现全负载范围内稳定高效运行。

基于Bang-Bang+前馈策略的磁轴承执行器失效故障容错控制

对于传统磁轴承系统,发生单个下执行器失效故障后,悬浮的转子通常会与保护轴承发生碰撞,影响运行稳定性,甚至导致悬浮系统失稳,危害系统安全运行。在不改变磁轴承硬件架构的基础上,通过容错控制可以避免该碰撞,对于提高系统可靠性具有重要意义。为此,该文首先建立考虑部分执行器故障的两自由度转子动力学模型,提出针对上执行器的Bang-Bang控制算法,实现了故障磁轴承侧转子回到平衡位置的时间最优控制,并结合前馈控制使转子在BangBang控制结束后直接达到稳定状态。仿真和实验结果表明,在全转速范围内故障侧最大位移幅值与转子正常轴振幅值相差不超过0.04mm,且转子在0.2s内恢复至稳定悬浮,故障侧轴承座振动加速度在0.03s内恢复到正常幅值,避免了定转子碰撞,证明了该算法的有效性。

Bang-Bang阀调节的开关型贮供系统压力控制特性

针对某射频离子电推进氙气贮供系统长期在轨、高精度减压的技术难点,提出了一种基于双无摩擦电磁阀Bang-Bang控制的开关型贮供系统方案。建立了开关型贮供系统减压模块的气动-控制-电磁-机械动态数学模型,基于AMESim平台搭建了贮供系统的工作特性仿真模型,对贮供系统减压模块中缓冲罐输出压力随时间的变化情况进行了仿真研究,分析了入口压力、缓冲罐容积和中间腔容积对压力控制特性的影响。计算结果表明:通过控制器特定的分布开关控制方式,使Bang-Bang阀组件在一个减压周期内只向缓冲罐补充极少量气体,保证了缓冲罐输出压力能够持续稳定在设定的压力上下限范围内,实现了氙气工质从550 kPa到60 kPa的长时间、高精度减压要求;入口压力对减压模块调节性能的影响较大,入口压力越大,贮供系统的压力控制精度越低;贮供系统减压模块的仿真结果与试验结果基本一致,验证了仿真模型和仿真结果的正确性。

基于电机控制的三维四轴表面电荷在线测量系统设计

为实现盆式绝缘子表面电荷在线测量并提高测量结果的准确性,文中设计了一套基于步进电机控制带动静电探头的三维四轴表面电荷在线测量系统,该系统测量速度快,可减小测量过程中探头对绝缘子表面电荷密度分布的影响。通过COMSOL仿真软件建立绝缘子气-固界面电荷积聚模型,并将仿真结果与试验测量结果对比,结果表明两者最大误差为15%,测量准确度高,可实现盆式绝缘子表面电荷的在线测量。

提高自动化控制水平降低石灰窑煤耗

根据石灰窑特性和工艺特点,用模糊控制理论建立模糊控制规则,通过模糊推理获得模糊控制决策,进而对石灰窑进行温度模糊控制,提高炉窑温度控制精度。通过Bang-Bang控制器解决了炉窑温度控制调节时间长的问题通过案例推理优化空煤比,降低煤耗。

小型高频X射线机的控制策略及样机研制

阴极空间电荷效应、灯丝电流漂移是X射线发射管的固有特性,是X射线机管电压、管电流精确控制的瓶颈问题。传统控制方案有缺陷,难以满足X射线机小型轻量、高效率、快速响应、高性能等要求。该文提出了新的控制策略,解决了这个难题:基于X射线机管电流的闭环控制策略,用占空比作为非线性实时动态补偿X射线管阴极空间电荷效应的影响,构建前馈控制环节,对管电压大范围变动实现快速预调;构建X射线管灯丝电流作副控变量的串级控制,应对管电流的滞后,减少整个X射线发射过程的时间常数。自主研制了4套小型高频X射线机样机,构建MC34067管电压控制电路、TL494管电流控制电路,单片机根据管电压范围段进行阴极空间电荷效应的非线性补偿,并对新研制样机的控制效果进行测试。试验结果表明,该X射线机的控制新策略有效,电路装置可靠,拍摄效果良好。

Bang-Bang+模糊PID煤湿度控制器设计与实现

介绍了湖南湘潭钢铁集团有限公司煤湿度控制系统,采用Bang-Bang与模糊PID相结合的控制策略,利用模糊控制技术在线调整PID的参数来优化PID性能,使系统在静态、动态都有比较理想的性能指标。选用ARM7 LPC2131作为控制器,给出了控制系统的结构图和模糊规则表,并对控制器硬、软件进行了设计。实际运行结果表明控制系统具有较好的控制性能。

基于Bang-Bang控制的智能开关预测控制算法

为解决Bang-Bang控制原理具体应用中存在的如何纳入状态变量的附加约束条件、开关曲线的求取和最优轨线的确立等复杂问题,提出了一种智能开关预测控制方法.该方法根据离散卷积定理提炼出一组新的控制信号集,然后设计新的切换方程和减速规律,并在开关控制框架下,实施有阈值信号制约的最小拍增量控制.本文所提出的方法全面改善了预测控制的策略和算法,使控制系统动态性能良好,过渡过程时间小于理想开关控制过渡过程,且单调衰减,原理上稳态无静差,系统反应时间短,定位精度高,对输出扰动具有一定的鲁棒性,而且适用范围更加广泛.仿真结果表明了该控制算法的有效性.

基于Bang-Bang控制的直流大信号暂态稳定控制器研制

为了利用直流大功率快速可控的特性来提高电力系统暂态稳定性,设计了基于Bang-Bang控制的直流大信号暂态稳定控制器,包括控制策略的设计和关键参数的选择。详细分析了暂态过程中换流母线电压和系统短路比对直流功率提升能力的影响,提出了直流暂态稳定控制的功率阈值选取原则。在三机系统模型中研究了直流功率控制的上升/回降速率和死区阈值的选择对控制性能的影响。在南方电网直流控制保护详细模型中测试了暂态稳定控制器的控制效果,结果表明:同一运行条件下,当无控制器投入时,系统会出现暂态功角失稳;当在±800 k V楚穗直流中加入控制器后,系统能保持暂态功角稳定,验证了控制器能有效提高系统的暂态稳定性。

高压气动体积减压系统的Bang-Bang控制研究

研究了高压气动体积减压系统的建模方法 ,推导了体积减压系统的数学模型 ;建立了体积减压系统的Bang Bang控制仿真模型 ;系统控制的仿真结果与实验结果比较 ,证明了文中提出的理论方法的正确性 ,可用于指导气动压力控制系统的设计和应用。

汽车坡起中EPB的Bang-Bang控制研究

针对车辆坡道起步问题,提出了基于Bang-Bang控制的气压式EPB控制策略.分析了坡道起步过程中的受力变化以及气压式EPB工作原理,研究了电磁阀的工作特性,提出了EPB电磁阀的脉宽调制(PWM)和脉频调制(PFM)的结合控制方式.研究了坡道起步过程中驱动力矩与制动力之间的对应关系,提出了坡道起步需求气压理想控制目标,采用Bang-Bang控制算法作为系统控制策略核心算法控制EPB电磁阀.在试验车上进行了坡道起步试验,起步平稳无溜车,控制效果良好,证明了控制策略的可行性.

基于Bang-Bang控制的宽量程电流互感器

当一次工作电流大范围变化时,电流互感器的测量误差也将发生较大变化。该文在分析造成互感器误差变化原因的基础上提出采用双级互感器的手段,通过Bang-Bang控制对互感器的误差曲线进行平滑改造。该方法利用Bang—Bang控制的快速响应特性,可以有效提高互感器的测量准确度,拓宽互感器的量程。实验证明,一次电流从额定值的2％变化到120％,该电流互感器的测量误差不超过一次电流额定值100％时准确度为0.1级的测量标准。

基于电荷控制压电陶瓷驱动方法的研究进展

压电陶瓷驱动器在电场作用下将产生迟滞和蠕变,从而降低其定位精度。采用电荷控制可以减小位移迟滞和蠕变,该文从电流源电荷反馈和电压源电荷反馈两个角度,总结国内外各种电荷控制方案,进而提出应该优先选用电流源驱动压电陶瓷,并根据应用场合不同选择相应电荷控制方法的结论。

胺对联苯胺黄颜料的电荷控制作用及其红外光谱分析

为了确定胺类化合物,特别是聚异丁烯琥珀酰氨(PIBI)对联苯胺黄颜料颗粒的电荷控制作用,选择一系列氨基化合物与联苯胺黄PY14反应,同时进行四乙五胺成盐实验,通过测试产物的Zeta电位和红外光谱,对比分析电荷控制机理,还根据Zeta电位值,研究了不同取代氨对PY14的电荷控制作用强弱。根据氨基和成盐氨基的红外吸收频率,确认胺对PY14的电荷控制作用主要是Lewis酸碱反应,空间位阻小的仲胺和伯胺的电荷控制作用比较强,发现PY14 Zeta电位值发生反号,是由于大的反号离子在颜料表面吸附所致。

电荷控制LLC谐振变换器分析与设计

针对电压型控制LLC谐振变换器动态响应速度较慢的缺点,研究了基于电荷控制的LLC谐振变换器。与电压型控制LLC谐振变换器相比,电荷控制LLC谐振变换器具有快速的动态响应速度,且无需压控振荡器,简化了控制器的设计。此外,电荷控制LLC谐振变换器还保持了LLC谐振变换器的软开关特性,即初级开关管的零电压导通(ZVS)和整流二极管的零电流关断(ZCS)。详细分析了电荷控制LLC谐振变换器的工作原理及关键参数的设计原则,最后通过实验验证了理论分析的正确性。

全负载DC-DC变换器电荷平衡数字控制

提出一种适用于连续模式和断续模式DC-DC变换器的电荷平衡数字控制方法。该方法基于并行运算和组合逻辑,通过连续计算和比较平均充电电流和输出电流从而生成期望的占空比。得益于该机制,新的方法对跨越两种导通模式的扰动仍具有良好的动态性能。该方法通过引入双模控制策略利用线性补偿器消除稳态误差,且适用于包括Buck,Boost和Buck-Boost在内的3种基本变换器。对同相Buck-Boost变换器的仿真与实验验证了该方法的有效性。

分段变结构Bang-Bang控制器在气动脉宽调制位置伺服系统中的研究

本文提出了一种分段变结构 Bang- Bang控制方法 ,并应用于气动脉宽调制高速开关阀控气缸位置伺服系统 ,使得控制性能得到了明显改善 。

基于Bang-Bang控制思想的迭代学习控制算法研究

根据迭代学习控制基本原理,吸取了Bang-Bang控制的思想,提出了新的迭代学习控制算法。与常用的利用迭代误差或误差变化率进行控制率计算的算法相比,该算法只需根据迭代误差的符号即可计算控制率,不仅大大减小了计算工作量,而且增强了系统的抗干扰能力。给出了算法表达式和控制结构图,进行算法收敛性分析。仿真结果表明该算法的有效性和收敛性。