Optimal full-order filtering for discrete-time systems with random measurement delays and multiple packet dropouts

This paper is concerned with the estimation problem for discrete-time stochastic linear systems with possible single unit delay and multiple packet dropouts. Based on a proposed uncertain model in data transmission, an optimal full-order filter for the state of the system is presented, which is shown to be of the form of employing the received outputs at the current and last time instants. The solution to the optimal filter is given in terms of a Riccati difference equation governed by two binary random variables. The optimal filter is reduced to the standard Kalman filter when there are no random delays and packet dropouts. The steady-state filter is also investigated. A sufficient condition for the existence of the steady-state filter is given. The asymptotic stability of the optimal filter is analyzed.

Distributed Secondary Control of AC Microgrids With External Disturbances and Directed Communication Topologies:A Full-Order Sliding-Mode Approach

This paper addresses the problem of distributed secondary control for islanded AC microgrids with external disturbances.By using a full-order sliding-mode(FOSM)approach,voltage regulation and frequency restoration are achieved in finite time.For voltage regulation,a distributed observer is proposed for each distributed generator(DG)to estimate a reference voltage level.Different from some conventional observers,the reference voltage level in this paper is accurately estimated under directed communication topologies.Based on the observer,a new nonlinear controller is designed in a backstepping manner such that an FOSM surface is reached in finite time.On the surface,the voltages of DGs are regulated to the reference level in finite time.For frequency restoration,a distributed controller is further proposed such that a constructed FOSM surface is reached in finite time,on which the frequencies of DGs are restored to a reference level in finite time under directed communication topologies.Finally,case studies on a modified IEEE 37-bus test system are conducted to demonstrate the effectiveness,the robustness against load changes,and the plug-and-play capability of the proposed controllers.

Robust fault detection in linear systemsbased on full-order state observers

A parametric approach to robust fault detection in linear systems with unknown disturbances is presented. The residual is generated using full-order state observers （FSO）. Based on an analytical solution to a type of Sylvester matrix equations, the parameterization of the observer gain matrix is given. In terms of the design degrees of freedom provided by the parametric observer design and a group of introduced parameter vectors, a sufficient and necessary condition for fullorder state observer design with disturbance decoupling is then established. By properly constraining the design parameters according to this proposed condition, the effect of the disturbance on the residual signal is also decoupled, and a simple algorithm is developed. The presented approach offers all the degrees of design freedom. Finally, a numerical example illustrates the effect of the proposed approach.

High-Gain Approach Based Full-Order Observers for Linear Systems with Unknown Inputs

In this paper, a full-order observer which can be fully decoupled from the unknown inputs as the conventional full-order observer does is designed by using auxiliary outputs, but the requirement of the matching condition is removed. The procedure of calculating the parameter matrices of the full-order observer is also presented. Compared with the existing auxiliary outputs based sliding-mode observers, the designed observer has a simpler design procedure, which is systematic and does not involve solving linear matrix inequalities. The simulation results show that the proposed method is effective.

Full-Order Sliding Mode Control for High-Order Nonlinear System Based on Extended State Observer

In this paper, a full-order sliding mode control based on extended state observer(FSMC+ESO) is proposed for high-order nonlinear system with unknown system states and uncertainties.The extended state observer(ESO) is employed to estimate both the unknown system states and uncertainties so that the restriction that the system states should be completely measurable is relaxed,and a full-order sliding mode controller is designed based on the ESO estimation to overcome the chattering problem existing in ordinary reduced-order sliding mode control. Simulation results show that the proposed method facilitates the practical application with respect to good tracking performance and chattering elimination.

能够校正相位误差的感应电机全阶磁链观测器

感应电机的传统全阶磁链观测器,采用预估校正法进行离散时转子磁链估计相位的误差较小。但是电机高速运行时,随着载波比的减小,估计相位误差会随之增大,进而引起电机控制性能下降。有鉴于此,通过分析磁链相位误差的影响以及电机控制变量之间的相互作用关系,推导出一种具有相位误差自校正功能的改进全阶磁链观测器。最后在感应电机实验平台上验证了改进全阶观测器的有效性。

分数阶移相全桥变换器的建模与优化控制

基于电路中的分抗元件具有非整数阶特性,利用分数阶微积分理论和状态空间平均法,对分数阶移相全桥变换器进行建模与优化控制分析。建立了移相全桥变换器的分数阶状态平均方程,研究电感和电容的分数阶特性对移相全桥变换器频域特性的影响。结合遗传算法的优点,得到满足误差绝对值积分的最优分数阶比例积分(PIλ)控制器参数与最优整数阶比例积分(PI)控制器参数,并搭建了分数阶移相全桥变换器的电路仿真模型与不同控制器的仿真模型,进行了不同控制器、不同工况和负载变化下电路仿真结果的比较。结果表明:相较于整数阶PI控制器,分数阶PIλ控制器能够提供更优的控制性能,使分数阶移相全桥变换器具有更快的响应速度、更好的稳态性能和更强的鲁棒性。

基于电流误差加权转速自适应律的异步电机无速度传感器设计方法

针对异步电机无速度传感器低速运行不稳定的问题,提出一种基于电流误差加权转速自适应律的异步电机无速度传感器设计方法。首先,采用小信号线性化模型分析方法说明转子磁链误差与励磁电流误差之间的关系,进而得出新的转速自适应律;然后,推导所提转速自适应律的开环传递函数,采用劳斯稳定性判据得出系统稳定运行的条件,借助MATLAB软件确定加权系数的取值;最后,将反馈矩阵引入含有改进转速自适应律的系统中,分析所提方法的极点分布规律。实验分析表明,所提方法具有较好的稳定性和优越性。

永磁同步电机改进型全阶滑模观测器无传感控制

针对传统全阶滑模观测器在运行过程中系统抖振大及观测精度低的问题,提出了一种可控边界层的全阶滑模控制策略。引入归一化锁相环进行转速估计,避免参数变化对估计值的影响,使转子位置识别更加精确。利用Lyapunov方程证明了算法的稳定性。最后通过仿真和试验验证了改进型全阶滑模观测器无传感控制策略的可靠性和准确性。

基于新型双滑模结构的永磁同步电机控制策略

针对传统永磁同步电机无感矢量控制系统中存在转速超调、强抖振以及鲁棒性差等问题,在位置环提出了一种以边界层可变的分段函数作为切换函数的新型全阶滑模观测器(NFSMO)并引入模糊控制模块实现对新切换函数边界层的自适应调节,使系统的高频抖振问题得到有效削弱以及提高了转子位置的观测精度;在速度环提出了一种新型趋近律与改进型扩展状态观测器(IESO)相组合的新型速度滑模抗扰动控制器(NSMDC),结合最大转矩电流比(MTPA)拟合模块能够有效降低扰动误差对系统造成的影响,提高系统的稳态性能。仿真结果表明:与传统方法相比,新型双滑模控制方法不仅能够有效改善系统的滑模抖振,且具有更优的抗干扰性和稳定性。

永磁同步风力发电系统的最大功率跟踪模糊分数阶控制

在“双碳”背景下,风电作为零碳电力和新能源发电的主力军,在助力社会全面绿色低碳转型方面发挥了关键性作用。在保证发电稳定的前提下实现风能的最大化利用,提升风力发电系统发电量至为重要。文中针对永磁同一步风力发电系统的最大功率跟踪(maximum power point tracking, MPPT)问题进行研究。首先建立了永磁同步风力发电系统的机理仿真模型,用两电平双PWM全功率换流器连接风力发电机与电网。然后基于以上模型,分别设计了整数阶PI控制器、分数阶PI"控制器、模糊分数阶PP控制器以实现MPPT控制。最后对以上控制策略进行了仿真研究。结果表明,无论在阶跃风速还是随机风速下,模糊分数阶PU控制器相较于其他两种均具有更出色的MPPT性能与更强的鲁棒性。

城轨车辆电制动性能优化控制策略研究

针对城市轨道交通车辆启停频繁的特点,为实现精准停车、提升乘坐舒适度、降低损耗、节约能源等目的,文章提出一种异步电机纯电制动至零速停车的控制策略。在车辆运行全速范围内,利用数据与模型双驱动技术预测车辆最大可用减速度;在车辆电制动低速区段,设计减速度控制器针对电机制动转矩指令值进行实时调节;采用离散化闭环全阶转子磁链观测器辨识电机运行频率,从而利用辨识频率值替代速度传感器采集频率值完成停车过程。最终,通过半实物仿真平台和车辆运行试验证明上述研究策略的有效性。

基于特征模型的5阶关节伺服系统扰动补偿策略

针对工业机器人关节伺服系统负载时变和模型不确定性问题,提出将线性扩张状态观测器和基于特征模型的全系数自适应控制相结合的控制策略。建立双惯量柔性关节动力学模型并得到关节伺服系统5阶扩张状态方程。基于该模型设计5阶线性扩张状态观测器,通过该观测器估计系统总扰动并进行扰动补偿,并证明观测器收敛性。基于特征建模的方法,通过实验数据和梯度下降法对特征参数进行辨识,并基于参数值设计全系数自适应控制律,将该控制律结合线性扩张状态观测器设计一种控制策略,对系统进行精确控制。实验结果表明,新的控制策略使系统在变负载扰动工况下的定位精度达到0.003°,正弦信号跟踪误差保持在0.92°以内,系统具有较强的鲁棒性和控制精度。

基于产教融合的高职“建筑设计”专业课程体系改革研究与实践

在建筑行业转型升级与我国高职教育教学改革的大背景下,探索高职“建筑设计”专业如何突破传统课程体系理论、实训与岗位需求出现偏差的困境,探索适应互联网时代下的产教共生教学模式,梳理专业教学模块化前后衔接的课程体系,结合“岗-课-赛-证-创”一体化理念,实现深度产教融合与校企共同培育行业技术技能复合型人才的目标。

自同步型并网逆变器有限时间全阶终端滑模控制研究

由于单台逆变器从离网到并网的切换过程中电网侧信息的获取会延迟,使得经典的虚拟阻抗方法难以实现逆变器自同步电网信息的功能.因此,文中设计一种基于有限时间全阶滑模控制的直流母线电压/无功功率控制器,该控制器与PQ型控制器相比减少了复杂的锁相环(PLL)结构,与虚拟同步发电机(VSG)控制技术相比增加了电网侧频率信息的采样,可实现对对电网信息的自同步追踪,并且有限时间的全阶滑模控制保证了微网系统具有更快的响应速度和较强的鲁棒性.对比的仿真和实验结果表明,所设计的控制策略可以快速跟踪电网电压信息,有效提高逆变器输出电压的动态调节能力.

考虑参数误差的无速度传感器异步电机低速发电工况稳定性提升策略

对于无速度传感器异步电机控制系统,反馈矩阵理论上可以减小系统发电运行不稳定区域,改善低速发电工况下的转速观测性能。然而,由于电机参数误差,现有控制策略无法在低定子电流频率下实现理想的稳定性目标。针对这个问题,该文提出一种基于多误差项协同的反馈矩阵设计方法,提高系统对电机参数误差的鲁棒性,并提升转速观测的稳定性。首先,该文提出一种基于多误差项解耦的磁链误差在线观测方法,分析并设计了磁链误差权重系数。其次,在观测器反馈矩阵设计中引入电流误差项,实现电流误差项与磁链误差项的协同设计。在此基础上,将误差矢量系数矩阵行列式重构为抛物线函数,通过引入常数项满足系统稳定的必要条件,解决传统反馈矩阵设计方法对电机参数变化敏感的缺陷,提高观测器对参数误差的鲁棒性。在低定子电流频率下,所提方法可以在低速发电区域实现稳定的转速观测。最后,在2.2 kW异步电机平台上验证了所提方法的有效性。

全面三孩背景下中国农村二孩和一孩身体健康状况的比较

我国已开始实施全面三孩政策,父母只有养育好了二孩才会生育三孩。基于中国家庭动态调查(CFPS)数据,分析发现农村二孩的身体健康状况不如一孩。具体而言,二孩生病次数和看病次数不多,但生病住院的概率平均而言要比一孩高8个百分点;二孩出生时体重不比一孩轻、胎龄不比一孩少、满一岁之前的生病次数和看病次数不比一孩多,表明二孩因病住院概率高并不是先天性因素导致的,而是后天因素导致的。农村家庭由于还没养好二孩,生育三孩的概率不会高。为了改善农村二孩身体健康状况,应加大农村地区公共卫生服务的财政补助力度,促进优质医疗资源下沉到农村。

基于SiO_(2)波导的低耦合系数、窄线宽、高阶布拉格光栅特性研究

推导了布拉格光栅三维耦合系数公式,构建了一种新型的波导型布拉格光栅三维数值模型,并基于此设计制备出一种基于SiO2平面波导结构的低耦合系数、窄线宽、高阶布拉格光栅。从理论设计和试验验证两方面系统分析了布拉格光栅刻蚀深度及占空比对光栅耦合系数和线宽的影响,并最终设计制备出了中心波长为1554.053 nm,反射率为-8.5 dB,峰值半高宽为89 pm的SiO2波导结构布拉格光栅器件。本文设计制备的低耦合系数高阶布拉格光栅器件工艺简单,成本低,在滤波器、传感器及外腔窄线宽激光器领域中有广阔的应用前景。

基于GeoGebra的数学教学研究——导数动态图与电路问题

采用Geogebra软件制作导数动态图,设计数学实验课的最值教学内容,让学生学会作导数概念的动态图形,在作图中理解导数概念,并运用软件求解二阶电路的全响应问题,在实验中了解实际应用的最值与电路问题。

柔性多状态开关全阶终端滑模控制

文中以三端口柔性多状态开关(soft open point,SOP)为研究对象,建立考虑参数摄动的SOP数学模型,并基于虚拟控制技术,提出一种全阶滑模控制方法以增强系统的抗干扰能力。母线电压控制系统由母线电压与电流两个反馈回路构成,其控制器均采用全阶滑模(full-order sliding-mode,FOSM)控制方法设计以增强系统的动态性能和对参数摄动的鲁棒性。基于虚拟控制技术设计的外环控制器能完全补偿由参数摄动引起的非匹配不确定性干扰,设计的积分型控制律完全消除了滑模抖振,保证电流给定信号完全平滑。有功功率与无功功率控制器设计均采用全阶终端滑模(full-order terminal sliding mode,FOTSM),保证目标功率精确跟踪的同时,减小了输出功率脉动。最后,在MATLAB/Simulink中搭建三端口SOP的仿真模型,仿真结果验证了在SOP系统参数摄动情况下所提控制算法的有效性和优越性。