Three-dimensional surface current loops in broadband responsive negative refractive metamaterial with isotropy

We propose a bulk negative refractive index （NRI） metamaterial composed of periodic array of tightly coupled metallic cross-pairs printed oR the six sides of a cube for applications of superlenses. The structural characteristics of the three-dimensional （3D） metamaterial consist in the high symmetry and the superposition of metallic cross-pairs, which can increase the magnetic inductive coupling between adjacent cross-pairs and realize a broadband and isotropic NRI. The proposed 3D structure is simulated using the CS~ Microwave Studio 2006 to verify the design validity. The simulation results show that the proposed structure can not only realize simultaneously an electric and magnetic response to an incident electromagnetic （EM） wave, but also exhibit a broadband NRI whose relative bandwidth can reach up to 56.7%. In addition, the NRI band is insensitive to tile polarization and the incident angle of the incident EM wave. Therefore, the proposed metamaterial is a good candidate material as three-dimensional broadband isotropic NRI metamaterial.

Current Loop Disturbance Suppression for Dual Three Phase Permanent Magnet Synchronous Generators Based on Modified Linear Active Disturbance Rejection Control

A modified four-dimensional linear active disturbance rejection control(LADRC)strategy is proposed for a dual three-phase permanent magnet synchronous generator(DTP-PMSG)system to reduce cross-coupling between the d and q axis currents in the d-q subspace and harmonic currents in the x-y subspace.In the d-q subspace,the proposed strategy uses a model-based LADRC to enhance the decoupling effect between the d and q axes and the disturbance rejection ability against parameter variation.In the x-y subspace,the 5th and 7th harmonic current suppression abilities are improved by using quasi-resonant units parallel to the extended state observer of the traditional LADRC.The proposed modified LADRC strategy improved both the steady-state performance and dynamic response of the DTP-PMSG system.The experimental results demonstrate that the proposed strategy is both feasible and effective.

Parameter Design of Current Double Closed Loop for T-Type Three-Level Grid-Connected Inverter

To reduce current harmonics caused by switching frequency,T-type grid-connected inverter topology with LCL filter is adopted.In view of the disadvantages of the slow response speed of the traditional current control and the failure to eliminate the influence of the LCL filter on the grid-connected current by using current PI control alone,a current double closed loop PI current tracking control is proposed.Through the theoretical analysis of the grid-connected inverter control principle,the grid-connected inverter control model is designed,and the transfer functionmodel of each control link is deduced,and the current loop PI regulator is designed at last.The simulation results show that the control strategy is feasible.

Symbolic Computation and Graphic Presentation of Magneto-Static Field and Its Associated Vector Potential for a Steady Looping Current

With the advent of Computer Algebra System (CAS) such as Mathematica [1], challenging symbolic longhand calcula-tions can effectively be performed free of error and at ease. Mathematica’s integrated features allow the investigator to combine the needed symbolic, numeric and graphic modules all in one interactive environment. This assists the author to focus on interpreting the output rather than exerting the efforts of relating the scattered separate modules. In this note the author, utilizing these three features, explores the magneto-static field and its associated vector potential of a steady looping current. In particular by deploying the numeric features of Mathematica the exact value of the vector potential of the looping current conducive to its 3D graph is presented.

Voltage Generation by Rotating an Arbitrary-Shaped Metal Loop around Arbitrary Axis in the Presence of an Axial Current Distribution

A thin metallic wire loop of arbitrary curvature is rotated with respect to an arbitrary axis of its plane. The device is excited by an electric dipole of infinite length and constant current. The resistance of the loop is computed rigorously as function of the position of the source. In this way, the induced voltage along the wire, under any kind of axial excitation, is given in the form of a superposition integral. The measured response is represented for various shapes of the coil, with respect to the time, the rotation angle and the position of the source. These diagrams lead to several technically applicable conclusions which are presented, discussed and justified.

应用于储能系统的CLLLC谐振变换器控制策略研究

动态性能和运行效率是CLLLC谐振变换器的重要性能指标。针对传统电压闭环控制加入电流驱动同步整流后系统动态性能进一步变差的问题,提出一种谐振电流内环的电压电流双闭环变频控制策略,并给出双环控制和同步整流的综合控制方法。首先根据变换器的增益特性,分析电感比和品质因数对增益曲线和效率的影响,并据此进行谐振参数设计;其次根据不同谐振状态下的谐振电流特性实现同步整流;最后引入谐振电流内环控制,实现双环控制和同步整流的综合控制。仿真结果表明,所提综合控制策略能够产生精确的同步整流驱动信号,相比于传统电压闭环控制,能够显著改善变换器对负载扰动和电压扰动的动态性能。

一种进行环路隔离的大电流高电源抑制比LDO设计

针对传统带有电荷泵、以NMOS作为功率管的LDO驱动能力低下和输出纹波偏高的问题,基于Huahong 0.35μmBCD工艺,设计了一种隔离交直流环路的大电流LDO。该LDO通过将直流环路和交流环路进行隔离,降低了对电荷泵驱动能力的需求,从而保证NMOS功率管栅极驱动电压的较低纹波并实现大电流输出。通过加入纹波电流吸收电路,增强了LDO的PSRR。结果表明,在3.41~5.5V的输入电压范围内,LDO的输出电压为3.3V,输出电流最高达到3 A,压差为110 mV。LDO在轻负载下的PSRR为:111.261dB@DC,86.9005dB@1kHz,78.9472dB@1MHz;重负载下的PSRR为:111.280dB@DC,84.1231dB@1kHz,39.2638dB@1MHz。

某型地面发控点火电流异常分析和电路改进

针对某型地面发控系统在使用过程中出现的点火电流异常问题,采用数学方法研究点火电流与元器件参数的变化规律,发现地面发控点火电流在某些环境下不稳定的根本原因。最后提出一种闭环控制方案,增加电流反馈环节,解决点火电流异常问题。实际应用验证表明,改进后的点火电路能适应更大的点火负载,有效提高了点火的可靠性。

抑制采样白噪声干扰的PWM整流器无差拍控制

无差拍控制(DBC)是一种应用于整流器电流内环的预测控制,但该算法对系统参数敏感,当采样受到持续噪声干扰时波形畸变严重。为此,此处提出了一种基于DBC的白噪声抑制算法,实验结果表明,该算法在较大电感参数偏差下能保持稳定,在白噪声干扰下能够显著降低电流畸变率。

基于反激变换器的电池充电系统设计

以具有结构简单、电气隔离等优点的反激变换器为电池充电电源,分析反激变换器电路的连续和断续模式工作原理,通过设计电压电流双闭环控制方法,实现电池的恒流充电模式和恒电压充电模式,也可实现两种充电模式的切换。实验结果证明了反激变换器的连续工作模式和断续工作模式的正确性,验证了应用于电池充电电源的可行性和有效性,切换时间小于1 ms,电压波动小于1 V。

考虑MAF延时和前馈补偿的高压直流快速锁相环

同步参考坐标系锁相环是高压直流(high voltage direct current,HVDC)同步触发控制系统中广泛应用的一种窄带宽锁相环,在交流系统故障引起相位跳变情况下,其动态响应缓慢。为增大锁相环的带宽,一种滑动平均滤波器(moving average filter,MAF)被前置于锁相环路,然而MAF本身存在响应延迟,制约了锁相环的同步速度。为了缓解响应延迟问题,文中提出一种考虑MAF延时和前馈补偿的HVDC快速锁相环。首先,利用MAF线性暂态特征预测相位变化,并分别针对故障接入和切除引起的相位跳变问题提出不同的补偿策略;接着,利用不变性原理对锁相环路进行前馈补偿,在负反馈控制和前馈补偿共同构成的复合校正控制系统的作用下,锁相环能够在较小PI参数下实现快速响应;最后,将所提快速锁相环在CIGRE HVDC标准模型和三峡—上海直流工程模型中进行仿真验证。结果表明,该快速锁相环能够有效缓解滤波器响应延迟的制约,缩短失锁时间,进而提高高压直流逆变侧抵御换相失败的能力。

有源电力滤波器补偿的PI解耦控制技术研究

电网中电压和电流波形的失真会产生谐波,导致电网功率因数降低,并影响电力系统的稳定性和可靠性。为了确保电力系统的正常工作,研究了基于有源电力滤波器补偿的比例积分(PI)解耦控制技术。设计了基于二极管钳位式的有源电力滤波器模型。结合基尔霍博电压法,降低控制谐波和解除部分变量耦合。针对设备非线性产生的谐波,分析有源电力滤波器的可逆性,获得输入雅可比矩阵,以实现滤波器旋转坐标的线性化。利用变换矩阵转换转动角速向量,输入谐波的幅度,输出电流取样延迟,完成无差PI解耦控制。试验结果表明,所提技术能够有效解耦滤波器的谐波电流成分,从而补偿电网中的失真电流。该技术可以减少谐波对电力系统的整体影响,保证设备的正常运行。

双闭环控制的三相电压型PWM整流器的研究

针对传统的不控整流电路中网侧电流谐波很大、晶闸管相控整流电路中深控时网侧功率因数低和闭环控制时动态响应慢等问题,设计出一种引入脉冲宽度调制技术的三相电压型整流器。在完成三相电压型整流器的电压外环电流内环的双闭环控制系统设计的基础上,对其进行了仿真实验。仿真结果表明,与不控或相控整流电路相比,该三相电压型PWM整流电路中,不仅输入电流的谐波大大减小,电能可双向流动,能够实现整流和逆变状态下的单位功率因数运行,还可较好地抑制负载突变时直流侧电压的波动,从而显著提高系统的抗扰能力,真正实现绿色环保和高效节能的高度结合。

基于SABO算法的PMSM弱磁和MTPA控制方法

永磁同步电机因其结构紧凑、噪声较少、功耗较少、运行速度快、操作稳定,已被普遍采用。针对永磁同步电机弱磁控制过程中,转速环参数选取采用传统PI(proportional-integral)控制方法,依靠经验整定参数,外界抗干扰能力较差、难以保证在各运行区间具有优良性能等问题,提出了一种基于减法平均优化算法的永磁同步电机的弱磁和MTPA(maximum torque per ampere)控制的宽运行范围方法。将智能寻优算法、MTPA控制、弱磁控制三者相结合,利用减法平均优化算法优化PI控制器的参数,提高了系统的响应性能和抗干扰能力;工作电压未超过电压极限圆使用MTPA控制策略运行;工作电压超过电压极限圆利用电压闭环反馈,进行弱磁控制。使用MATLAB/Simulink构建的永磁同步电机弱磁控制仿真模拟,通过PI控制器和减法平均优化算法优化后的PI控制器性能对比,从仿真结果得到控制器方法的有效性。实验有效证明了该控制方法能够解决各种运行工况下控制器参数的优化整定问题,提高电机控制精度。

高响应交流永磁伺服系统快速电流环带宽扩展方法

交流永磁伺服控制系统中现有电流采样和脉冲宽度调制(Pulse width modulation,PWM)占空比更新的方法延迟时间较长,在一定程度上会影响电机的电流环带宽和动态特性;针对该问题,建立了电流环闭环系统数学模型,分析了电流环的内部延迟和影响电流环带宽的因素,在此基础上提出了一种通过改进电流采样与PWM更新时间的电流环带宽扩展方法。该方法通过提前PWM占空比更新时机来降低电流采样和PWM占空比更新之间的延迟,减小信号传输滞后,从而扩展电流环系统的闭环带宽,提高系统响应速度。仿真与实验结果表明,相比现有电流采样方法,采用新方法的交流永磁伺服控制系统的电流环具有更宽的带宽和更高的动态响应能力,从而提高了交流伺服系统的动态响应能力和稳态精度。该方法可为交流伺服系统在机器人、高端智能装备等对响应速度和定位精度要求较高领域的应用提供参考。

基于锁相环与电流环解耦的并网变换器稳定性控制策略

在弱电网中,并网变换器的锁相环会与电流环产生动态交互进而引发小信号(或谐波)失稳问题。为了解决这一问题,利用小信号建模方法建立了并网变换器等效阻抗模型,并在此基础上将变换器阻抗模型与系统稳定性判断方法相结合,利用极点变化轨迹以及Bode图分析了弱电网工况下并网变换器的失稳机理。针对多输入多输出系统,在考虑多环耦合的同时,提出了一种基于数字滤波器的有源阻尼控制策略,3种不同类型的滤波器分别被用于控制系统的稳定性,提高系统稳定裕度。所提出的控制方法能实现锁相环与电流环的之间的解耦,有效抑制多环耦合。同时,给出了控制策略具体的实现方案、参数设计方法,并分析了控制策略对多环耦合部分的影响。另外,为了研究不同工况下所提控制策略的有效性,分析了不同电网强度、锁相环带宽和电流环带宽下采用所提控制策略的系统稳定裕度,并将其与传统控制方法进行了对比。最后,仿真和硬件在环实验结果验证了所提理论的正确性。

CMG框架超低速无电流环矢量控制研究

针对控制力矩陀螺框架在超低速工况下存在转速测量精度低、多源扰动力矩及非线性摩擦等问题,提出了基于无电流环矢量控制的超低速驱动控制方法。首先,建立超低速工况下的框架电机的机电模型,设计了无电流环磁场矢量控制器(field-oriented control,简称FOC);其次,针对转速测量精度的问题,设计了转速观测器作为反馈环节。结果表明,与方波驱动法相比,该方法无换相转矩,提高了转速测量精度,且在面对多源扰动、非线性摩擦时具有鲁棒性。仿真和实验结果验证了该方法的可行性和有效性。

不同故障状态下电网形成变换器的故障穿越控制

电网形成GFM(grid-forming converter)变换器作为高渗透率电力电子设备电力系统的主要元件之一,其故障穿越FRT(fault-ridethrough)能力是保证高度电力电子化电力系统稳定运行的重要基础。基于此,提出1种适用于GFM变换器的FRT策略,既考虑了变换器的硬件约束(即电流约束),又可在发生对称和非对称故障时使GFM在保护模式下运行。首先,详细分析了GFM变换器的FRT相关问题;然后,建立了1种适当的FRT模型及控制方法;最后,通过功率硬件在环仿真与实验验证所提方法的有效性。结果表明,与电网跟随变换器相比,所提控制方法可保障GFM变换器在故障时瞬时注入无功电流,以防止变换器出现过流问题,并最终实现GFM变换器在严重故障条件下仍可容错运行。

多谐振控制的同步磁阻电机鲁棒预测电流控制系统转矩脉动抑制方法

为抑制同步磁阻电机的转矩脉动并提高系统的鲁棒性,文中提出了一种基于多谐振速度环控制与自抗扰电流环的复合控制策略。由于同步磁阻电机的磁阻变化不均匀,从而导致电机电感随着磁饱和与交叉耦合效应变化,一方面,电感参数的变化会给电流环控制带来影响;另一方面,电感参数的变化还会引起转矩的脉动。因此提出基于多比例谐振的速度环控制策略,以抑制同步磁阻电机的转矩谐波。基于超局部模型的无差拍电流预测控制,利用改进的锁相环观测器对下一拍的电流和扰动进行预测,在电机参数变化时可以很好地实现电流的跟踪,从而提高系统的抗干扰能力。

半导体激光器驱动器的SPICE仿真及其在气体传感系统的应用

为了提高激光器的工作可靠性和稳定性,借助TINA-SPICE软件对其驱动电路进行辅助设计,并通过电调制和光电检测系统实验检验设计效果。对驱动器的恒流输出电路的幅频特性和瞬态响应进行仿真,预测潜在的电流振荡现象,并提出一种用于补偿环路增益的易用方案。通过对比补偿前后的仿真曲线,验证了该方案的可行性。在此基础上,以STM32H743作为中央处理核心,通过触摸屏图形化设置和监测驱动电流参数,从而调度激光器驱动电路的运行。在296 K环境温度下,利用该电路进行半导体激光器电调制特性实验,通过拟合波长与电流得到调制系数为0.045 cm-1/mA。进一步地,将该控制器引入基于红外光谱吸收技术的气体传感系统,完成了对甲烷气体的定量分析。分析结果表明,所设计的电路能稳定地驱动激光器并实现对波长的精准调制,获得的气体传感系统的检测下限低于8 ppm。