电动汽车永磁同步电机无传感器FOC-DTC混合控制系统

针对电动汽车中永磁同步电机(PMSM)的高效控制问题,提出一种基于磁场定向控制-直接转矩控制(FOC-DTC)混合系统的无位置传感器控制系统.首先,在考虑FOC和DTC的各自优势下,构建FOCDTC混合控制系统,提高系统的稳定性和鲁棒性.然后,融入弱磁控制技术,提高电机高速运行时的控制性能.最后,利用滑模观测器,根据电机αβ轴的电流信息来估计电机转速,实现无位置传感器的PMSM控制系统.仿真结果表明,提出的系统能够准确且稳定地控制电机转速,具有可行性和有效性.

新型混合式贯通牵引供电系统及其复合控制策略

电分相与负序等电能质量问题是制约电气化铁路向高速化、重载化发展的桎梏。贯通牵引供电系统为消弭上述问题提供了契机,但既有贯通方案依然存在所需器件数目多、改造成本高、可靠性差等弊端。为此,在充分利用既有牵引变压器基础上,该文设计一种新型混合式贯通牵引供电装置。该装置通过共直流侧与功率均分手段有效抵消输入侧纹波功率,降低有源/无源器件数目与电容容量。同时,针对直流侧二次纹波与负荷功率冲击,提出一种输入端口复合控制策略,有效解决纹波传递与冲击波动问题。最后通过仿真与实验验证所提装置及其控制策略的可行性与可靠性。

计及SOC自恢复的混合储能平抑风电功率波动控制

混合储能系统能够较好地应对复杂的风电波动,有效地提高电网的稳定性和安全性。在混合储能平抑风电功率波动的典型应用场景下,该文首先提出一种计及荷电状态(SOC)自恢复的混合储能平抑风电功率波动控制方法,在满足风电平抑需求的情况下,通过模型预测控制快速调节储能在平抑功率过程中的荷电状态,提高储能持续稳定运行能力;然后,为提高混合储能系统协调运行能力,设计了加权滑动平均(WMA)-模糊控制策略对超级电容和蓄电池功率进行动态分配;最后,结合实际风电功率数据,通过仿真验证了所提策略能有效平衡储能寿命和平抑风电波动的矛盾,能充分考虑两种储能设备的特性差异并提高功率分配的合理性。

宽范围输入三电平半桥LLC变换器混合控制

针对传统变频(PFM)控制的LLC谐振变换器在宽电压输入条件下效率低的问题,提出一种三电平半桥LLC谐振变换器的变频-移相(PFM-PS)混合控制策略。首先,分析三电平半桥LLC谐振变换器的工作模态,建立其等效模型,获得了移相控制和变频控制下的电压增益曲线。其次,分析了变频控制的工作区间与软开关特性,推导得到了移相控制下实现软开关的最小占空比。通过混合控制策略,在升压时采用变频控制和在降压时采用移相控制,相较于全变频控制和全移相控制,混合控制可在较小频率变化范围内对电压进行升降压,在全增益范围内实现软开关,获得较宽的电压增益范围,提升了变换器的效率。最后,通过仿真和输入500~800 V/4.5 kW实验样机验证了所提出混合控制策略的有效性。

一种适应卫星姿态侧摆机动的混合轮系控制方法

针对高稳定度轮控大型卫星因动量轮力矩小而难以满足侧摆成像任务需求问题,开展了混合轮系配置方案及控制方法研究。首先,提出常规轮系配置卫星滚动轴方向串联大力矩飞轮的混合配置方案,并设计飞轮开环前馈与常规动量轮闭环反馈相结合的控制策略;其次,设计以容许角动量最大量为权重的飞轮组前馈力矩分配律和具有角动量反馈的飞轮力矩跟踪控制方法,实现飞轮力矩合理分配及其模型不确定性导致输出力矩偏差抑制;然后,设计估计器对星体内外扰动力矩进行估计与补偿,以确保卫星高稳定度性能实现;最后,给出在轨应用情况,验证所提出方案及方法的有效性。在轨应用表明,采用该控制方法,有效缩短了整星侧摆稳定时间达100 s以上,且非机动期间姿态稳定度优于3.75×10-5(°)/s。

考虑平抑未来时刻风电波动的混合储能系统超前模糊控制策略

【目的】现有的混合储能系统控制策略难以在保持荷电状态(state of charge,SOC)处于合理范围的同时,满足未来时刻风电波动造成的混合储能系统超前充放电需求,因此提出一种考虑平抑未来时刻风电功率波动的混合储能系统超前模糊控制策略。【方法】首先,通过采用集合经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition,EEMD)方法分解得到不同类型储能设备需要平抑的风电功率;其次,根据混合储能系统SOC和功率饱和程度整定功率修正参数,对混合储能系统输出功率进行修正;再次,由风电预测算法得到前瞻周期内风电功率预测值,根据前瞻周期内风电功率波动情况和超前控制理论整定提前充放电参数,校正储能系统输出功率;最后,以某风电场的实际数据为例,通过仿真验证了所提超前模糊控制策略的有效性。【结果】提出的控制策略不仅能够降低风电并网波动越限概率,显著减少总输出功率与目标功率偏差值,而且能够使混合储能系统的SOC控制在合理范围内。【结论】该策略可以为平抑风电波动的相关研究提供有益参考。

多变运行工况下混合励磁轴向磁场永磁电机自适应模型预测电流控制

针对多变运行工况下混合励磁轴向磁场永磁(hybrid excited axial field permanent magnet,HE-AFPM)电机中电励磁磁场与电枢磁场之间矢量耦合、端部漏磁等导致的电机参数非线性变化问题,该文提出一种混合励磁轴向磁场永磁电机自适应模型预测电流控制方法。详细分析HE-AFPM电机拓扑结构及参数变化特性;引入多矢量模型预测电流控制,理论推导分析HE-AFPM电机参数对控制系统的敏感性。在此基础上,将多矢量预测模型作为自适应控制的可调模型,降低了控制算法的复杂度和控制系统的计算负荷,提高了控制系统响应速度;依据波波夫(Popov)超稳定理论,引入3个不等式稳定判据设计各参数的自适应律,可实现多变运行工况下的HE-AFPM电机磁链、自感、互感等参数的有效识别,提高了控制模型的准确性和电流跟踪性能。最后,通过实验验证所提出的自适应模型预测电流控制的有效性。

一种增加辅助子模块的MMC改进混合调制控制策略

传统的最近电平逼近调制NLM(nearest level modulation)具有控制简单,开关频率低的显著优势,但在输出电平数较少时,采用NLM调制的模块化多电平换流器MMC(modular multilevel converter)输出波形谐波畸变率较大。在传统三相六桥臂MMC拓扑的各桥臂中增加1个全桥结构的辅助子模块,控制该辅助子模块的电容电压为半桥子模块的一半。针对该MMC拓扑,提出了一种改进的混合调制策略,该混合调制策略可以实现半桥和辅助子模块的平衡控制。在降低MMC交流侧输出电流的谐波畸变率同时,还可以降低全桥子模块的开关频率和系统损耗。在Matlab/Simulink中搭建了详细的仿真模型,仿真结果验证了所提MMC拓扑和改进混合调制策略的有效性。

电-氢混合储能型多微电网系统有功功率均衡控制方法

在多电-氢微电网并联运行的交流系统中,采用传统控制方法的逆变器会受到输出线路阻抗差异所产生的影响产生较大环流,甚至无法实现有功功率的合理分配,考虑到系统中电压偏差与有功功率间的关系,对多微电网的有功功率分配问题进行分析研究.首先,构建含光伏、燃料电池、电解槽、蓄电池的电-氢混合储能微电网交流系统模型;其次,根据反下垂控制中有功功率与电压间的关系,构造考虑电压偏差的反下垂控制,并为使额定有功功率自适应调节,提出基于功率跟随控制的反下垂控制方法;最后,在多电-氢微电网并联运行的系统中,对本文所提方法进行RT-LAB半实物实验验证及与其他方法的对比验证.实验结果显示:基于本文所提控制方法的系统稳定后功率分配的准确度达97.50%,母线电压的精准度达99.86%,环流大小的范围约为[−3.0,3.0]A,均优于其余方法.

混合储能聚合商参与能量-调频市场控制策略

提出了一种混合储能聚合商(hybrid energy storage aggregator,HESA)参与能量-调频市场的控制策略。首先,对于独立系统运营商(ISO)发出的调频指令信号进行VMDWVD时频域分析,重构固有模态分量(IMF)生成高频信号与低频信号,分别作为HESA中功率型储能和能量型储能的输入信号。其次,构建了计及多市场价格不确定性的HESA投标与运行策略min-max-min模型,基于列和约束生成算法(C&CG)和强对偶理论对主子问题进行迭代交替求解。最后,基于实际PJM市场的价格、调频信号等数据进行了仿真,验证了HESA主体投标运营策略的有效性。

船舶混合动力系统能量管理预测控制方法研究

针对混合动力系统控制稳定性和节能减排问题,明确模型预测控制在船舶能量管理中的作用、研究现状及趋势。借助CiteSpace对船舶能量管理进行可视化分析,理清了船舶能量管理的发展脉络,并通过不同能量管理策略的对比分析揭示模型预测控制在船舶能量管理中的重要性;从预测建模、优化目标及约束、求解和改进策略等3个方面开展了船舶能量管理预测控制方法的分析;最后从考虑可再生能源的能量管理策略、建模与验证的标准化、协同优化和多维度评估等方面对船舶能量管理预测控制的未来研究进行展望。结果表明:模型预测控制在智能船舶、多能源船舶等复杂的动力系统的实时控制中具有重要潜力。与其他算法结合开展多目标算法融合是提升控制精度和计算实时性的重要途径,开展多维度测试评估有利于推动策略的实船应用。

基于混合储能的交直流混联微电网功率分级协调控制策略

针对交直流混联微电网孤岛运行时,仅靠互联变流器协调网间功率无法有效缓解系统频率与电压波动,且单一蓄电池储能难以适用多场景功率需求的问题,提出利用超级电容和蓄电池混合储能的交直流混联微电网功率协调控制策略。将混合储能作为储能子网连接在直流母线上,优先采用超级电容平抑交直流子网内功率波动,提出以储能荷电状态来划分五种工作模式的改进混合储能控制策略。兼顾超级电容快速响应特性和减少互联变流器的频繁起动,根据直流子网电压和交流子网频率波动程度,提出功率自治和功率互济工况的两级分层协调控制策略。通过设计混合储能处于不同工作模式的网间功率互济场景,仿真证明了所提混合储能和互联变流器协调控制策略能够平抑各子网负荷功率波动。

“自动控制原理”课程思政混合式教学探索

为兼顾专业教学与思政教育,探索了“自动控制原理”课程思政的线上线下混合教学模式。明确了专业思政与课程思政之间的关系,吸收马克思主义学院的教师进入教学团队,建立思政案例库,然后将思政教育融入线上、线下各个环节,并改进课程评价方式,形成了一套“自动控制原理”课程思政的线上线下混合教学模式。多年教学实践表明,该教学模式能够取得好的教学效果。

“运动控制系统”课程混合式教学改革探索

文章针对目前“运动控制系统”课程教学过程中存在的不足,充分利用线上和线下、课内和课外等多种教育资源、教学工具及教学手段,重点从课程教学平台、课程教学流程和课程实践环节等方面深入开展“运动控制系统”课程的教学改革,以期突破传统教学在时间和空间等方面存在的局限性,大力促进信息技术与教育教学的深度融合与创新,充分发挥学生学习的自主性和积极性,多角度锻炼学生的思维能力和创新能力,有效培养学生分析和解决实际问题能力,为培养满足新工科需求的自动化专业技术人才提供重要支持。

机电系统网络控制课程的多维度混合式教学探索与实践

针对研究生课程机电系统网络控制的教学现状与发展需求,开展多维度混合式教学探索与实践。构建包含课堂讲授、资源库、专题研讨等在内的线上线下多维度教学体系;针对主题研讨实践环节引入翻转课堂,以项目驱动和研讨式教学引导学生分组完成课程相关的项目任务,掌握并运用所学知识分析解决问题,体验科学研究的过程与思维方法,形成理论知识到科研实践的闭环训练;最终建立形成性和终结性相结合的多元考核评价体系,旨在通过课程学习培养专业基础扎实、科研素养和工程实践能力突出的高端创新型人才。

基于模型预测控制的高频隔离型混合配电变压器

配电台区新型源/荷占比逐年提升,使得高/低电压、谐波放大、三相不平衡等配电终端电能质量问题凸显。提出一种基于模型预测控制的高频隔离型混合配电变压器,具备电能质量综合治理、交/直流混合配电等功能,可以满足配电终端用户高品质供用电以及新型源/荷友好接入需求。介绍了高频隔离型混合配电变压器的拓扑结构并推导了数学模型。结合拓扑结构特点,设计了连续控制集模型预测控制(CCS-MPC)策略和延时模型预测控制策略,CCS-MPC通过计算最优化占空比,实现前端变换器输出具有固定的开关频率和开关序列,减小寻优计算量。利用MATLAB/Simulink仿真软件搭建了一套10 kV/0.4 kV电压等级的高频隔离型混合配电变压器系统,验证了所提拓扑结构电能质量综合治理能力的有效性。

应用混合逻辑动态模型预测控制器的磁轴承三电平调制策略

传统磁轴承三电平调制策略在数字控制系统中存在控制延迟问题,影响电流纹波抑制效果。针对上述问题,提出一种基于混合逻辑动态模型预测控制器的磁轴承三电平调制策略。基于混杂系统理论,建立混合逻辑动态模型,统一表征出驱动电路充电、放电和续流工作模态,实现三电平调制;结合模型预测控制理论,将所建立的混合逻辑动态模型作为预测模型,预测磁轴承的控制电流,实现对控制延迟的补偿,并将预测控制电流送入到代价函数中,得出驱动电路的最优控制信号;基于所提调制策略构建了磁轴承控制系统,并与传统调制策略进行对比。仿真结果表明:在轻载扰动工况下,所提调制策略相比于传统三电平滞环调制策略与传统三电平脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)策略,电流纹波分别降低了49.90%和49.87%;在中载扰动工况下,所提调制策略相比于传统三电平滞环调制策略与传统三电平PWM策略,电流纹波分别降低了49.99%和49.84%;在重载扰动工况下,所提调制策略相比于传统三电平滞环调制策略与传统三电平PWM策略,电流纹波分别降低了50.08%和49.77%。在三电平调制机制的基础上,所提调制策略能够有效补偿一个采样周期的控制延迟,达到降低电流纹波的效果。

挖掘机液压混合动力系统跟踪控制研究

由于挖掘机混合动力系统参数的不确定性和系统的非线性给挖掘机的跟踪控制带来了巨大的困难。对此,构建了挖掘机液压混合动力系统模型,并采用改进的自适应鲁棒控制(ARC)实现挖掘机液压混合动力系统的跟踪控制。根据挖掘机液压混合动力系统,对液压系统、挖掘机动力学和发动机进行数学建模。利用线性稳定反馈控制规律,采用改进的自适应鲁棒控制,使挖掘机液压混合动力系统具有足够大的反馈增益。最后对斗杆、动臂和铲斗的倾角进行跟踪仿真实验,给出了系统模型位置和速度的跟踪误差,并与PI控制进行比较分析。结果表明:相比于PI控制,ARC控制下的斗杆、动臂和铲斗倾角的最大振幅波动率和倾角的波动范围都有所降低,且回转位置和速度的跟踪误差超调较小。说明采用ARC控制的挖掘机混合动力系统控制方法,能够更好的补偿系统模型的非线性,具有较好的控制稳定性以及跟踪精度。

自动控制原理混合式一流课程教学改革研究

自动控制原理是自动化和人工智能技术发展的基础理论和核心知识,对逻辑思维、数学功底等要求较高,因此,学生觉得“难学”,教师觉得“难教”。按照混合式一流本科课程建设要求,经过多年课程改革及建设,于2023年立项为省级混合式一流课程。在教学改革过程中,以学生为中心,将“一中心、二目标、三课堂”的教学理念融入到线上线下混合式教学中,通过改革教学模式、运用多种教学方法、深度融合产学研、构建教学资源体系等方式,培养学生自主学习和自主创新能力,达到高质量培养自动控制应用型人才的目的。

“金课”背景下现代控制理论混合式教学模式研究

以现代控制理论课程为例,在“金课”建设背景下,改变原有课堂教学模式,采用线上线下混合式教学模式,并将思政元素融入教学内容,在传授专业知识的同时实现立德树人。以超星学习通为线上教学平台,通过课前预习、课堂教学和课后总结三个环节的教学设计,将以教师为中心的单一教学模式转变为“以学生为中心”的混合式教学模式,激发了学生的学习兴趣和主动性,提高了教学效果。