Locomotion and Depth Control of Robotic Fish with Modular Undulating Fins

This paper presents an environmental-friendly robotic system mimicking the undulating fins of a fish.To mimic the actual flexible fin of real fish,a fin-like mechanism with a series of connecting linkages is modeled and attached to the robotic fish,by virtue of a specially designed strip.Each link is able to turn and slide with respect to the adjacent link.These driving linkages are then used to form a mechanical fin consisting of several fin segments,which are able to produce undulations,similar to those produced by the actual fish fins.Owing to the modular and re-configurable design of the mechanical fin,we are able to construct biomimetic robotic fish with various swimming modes by fin undulations.Some qualitative and workspace observations by experiments of the robotic fish are shown and discussed.

Design,analysis and control for an antarctic modular manipulator

Antarctic scientific expedition has important strategic significance. It is an inevitable trend to apply robots to assist researchers during the Antarctic expedition. However, the robot manipula- tors at present have a series of problems and unable to meet the requirements of the Antarctic expe- dition. In this paper, a novel Antarctic modular robot manipulator is proposed, which has a compact structure with modular joints. The robot manipulator has high reliability, and quick assembling-and- disassembling ability. Through well wires arranging and thermal controlling, the manipulator can better adapt to the Antarctic environment. In addition, the work space of the manipulator is serious- ly analyzed, and a new hybrid position/force control method is adopted to make the manipulator per- form better. Simulation results validate the control method and show that the robot manipulator has a good performance to meet the requirements of Antarctic expedition.

Stop Control Strategy of Modular Multilevel Converter Based HVDC System

The stop control strategy of modular multilevel converter based HVDC transmission system is proposed. This stop process is divided into stages of energy feedback and energy consumption. The DC voltage controller is coordinated to the used modules per phase when active power is transmitted prior to reactive power, so that the energy is fed back to the AC power grid connected to the converter station which uses the fixed dc voltage controller. In addition, in view of the different forms connected to the grid, specifically when the converter station supplies power for passive network, the passive converter station can take a certain auxiliary trigger strategy to make its maximum energy feedback to the grid. Finally, a simulation system of the MMC-HVDC system is constructed in Matlab/Simulink environment, and simulation results show that the proposed stop strategies are effective.

Linux-based Platform for Open Architecture Controller and Its Modular Developing Method

Linux-based Platform for Open Architecture Controller ( POAC ), a new open architecture controller and its modular developing method are discussed. POAC divides the application software of controller into the developing system and the application system. In the developing system, PAOC abstracts a series of function modules with unified data interface and function interface. In the application system, POAC defines the model of the architecture module, realizing the interoperability and interchangeability between the architecture modules. The modular developing method entitles the users to make up an application system with some architecture modules, which consist of a set of function modules. The modular developing method decreases the developing time from the standard of controller architecture to the product.

基于模块化思想的LCC-HVDC改进小信号建模及交互稳定性分析

随着电网换相型高压直流输电(line commutated converter based high voltage direct current, LCC-HVDC)技术的广泛应用,交直流混联电力系统的交互稳定性问题日益突出。首先基于状态空间平均法建立了考虑非线性换相重叠动态过程的LCC换流器传递函数模型。为适应愈加复杂的直流输电系统建模,提出利用模块化思想分别建立LCC-HVDC各子系统小信号模型,并推导了能反映交直流系统和换流器之间电气耦合特性的接口矩阵实现子系统连接,从而模块化建立精确且易于扩展的计及控制链路延时和锁相环输出相位波动的双端LCC-HVDC系统改进小信号模型。最后分析了控制系统参数和控制链路延时对系统小干扰稳定性的影响以及失稳模态的主导因素,揭示了双端LCC-HVDC系统交直流混合谐振机理及送受端交互影响具体过程。研究结果可以为系统参数设计、谐振抑制措施提供理论基础。

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。

超导磁储能装置提高柔性直流配电系统稳定性的研究

柔性直流配电系统中定功率控制的换流器具有恒功率负载特性,会降低系统阻尼,对系统的稳定性产生不利影响。针对该问题,在直流配电系统中加入超导磁储能SMES(superconducting magnetic energy storage)装置来提高系统的稳定性。推导了柔性直流配电系统的反馈控制模型,采用频域分析法研究了换流器恒功率负载特性对系统稳定性的影响,并结合数学模型和频域分析,指出SMES装置能够为电网提供正阻尼,增大了系统开环传递函数在剪切频率处的相位裕度,从而改善了系统稳定性。为防止超导磁体两端电压过高,SMES装置与直流配电网连接的DC/DC换流器需具备一定的电压调节性能,因此研究了采用模块化多电平DC/DC换流器DC-MMC(modular multilevel DC/DC converter)的SMES装置,通过调节子模块个数灵活设置换流器电压变比,在实现换流器能量双向流动的同时控制超导磁体两端电压,以保护储能装置。最后通过时域仿真波形验证了采用DC-MMC的SMES装置在提高柔性直流配电系统稳定性方面的可行性和有效性。

考虑可再生能源接入的多端MMC交直流混合系统协调控制

模块化多电平变换器的零转动惯量特性,使其无法对交流电网的频率波动提供支撑,导致交直流混合系统的整体惯性下降,影响并网系统的动态性能与稳定性。文章将改进功率-电压下垂控制与虚拟同步机技术相结合,提出一种新型功率协调控制策略。在系统直流电压稳定的情况下,对交流电网进行频率调节,同时对各变换器间的功率进行合理分配,无需通讯系统即可建立有效的能量管理体系。与传统双闭环控制进行对比试验,结果表明,所提控制策略有效解决了系统由低惯量、欠阻尼引起的动态性能与稳定性的问题。

模块化建筑阵列多调谐质量阻尼系统的实现与减震研究

基于建筑模块化和悬挂楼板减震的原理提出了悬挂楼板模块体系(modularized suspended floors system,MSFS)。利用楼板作为质量块,组成分布阵列式多调谐质量阻尼器(distributed array multiple tuned mass dampers,d-array-MTMDs)系统。通过输入32条远场和近场地震动记录进行时程分析,对平均调谐频率比η、调谐频带宽度系数β、调谐阻尼比ζ_(T)、TMD数量n以及主结构层数N,共5个参数展开研究。结果表明:d-array-MTMDs的减震效果优于普通MTMDs系统;ζ_(T)对系统减震性能影响较小,当η为0.7~1.0、β为2.0时,系统具有更好的减震效果;当n大于某阈值时,系统的减震效果趋于稳定,阈值与η线性正相关,与ζ_(T)非线性负相关。随着模块建筑层数的增加,系统也能维持较好的减震效果。

智能底盘辅助驾驶系统控制精度测试验证及分析

为验证自动驾驶车辆智能底盘辅助驾驶系统的协调性、准确性和自动驾驶功能运行的流畅性,提出一种智能底盘辅助驾驶系统控制精度和稳定性测试方法,首先使用CANoe检测了某集成模块化智能底盘的通信协议,然后进行实车协同控制算法功能及性能测试验证,最后开展了直线行驶速度、转弯、转向系统、制动等控制精度测试。结果表明,该智能底盘能够实现±1 km/h的速度控制精度,可正常制动、避障绕行,且转向误差在1°以内,进一步验证了所提出方法的可行性。

基于MMC的分布式储能系统及其快速SOC均衡控制策略

提高基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的分布式储能系统(distributed energy storage systems,DESS)的能量利用率,解决储能子模块(energy sub-module,ESM)荷电状态(state of charge,SOC)均衡问题至关重要。针对现有的SOC均衡控制策略的不足,提出内外分层的快速SOC均衡控制策略。外层针对桥臂间或相间的SOC差异,通过改进MMC模型预测控制(model predictive predictive control,MPC),配合自适应均衡系数,快速调整功率差额。内层引入自适应虚拟电阻法,根据ESM的SOC情况确定主导ESM,自适应调节各单元的虚拟电阻,产生相应的电压梯度,结合MMC排序算法使ESM按照各自SOC进行功率分配,从而实现ESM的SOC快速均衡,提高DESS能量利用率。通过在Matlab/Simulink构建仿真模型,证明了所提控制策略的有效性和可行性。

小型模块化反应堆控制方法综述

小型模块化核反应堆具有建造周期短、安全性高、运维成本低、适应性强、应用领域广等显著优势,广受世界各国关注,也是我国的战略性需求.发展具有自适应、强鲁棒、高可控和高可信特性的新型控制方法,有效降低甚至消除对控制人员值守的依赖,是小型模块化核反应堆的一个重要发展趋势.智能化、自动化的反应堆控制系统通过高效的控制动作来实时跟踪负荷需求,进而有效提高反应堆的稳定性、可靠性和安全性.本文对小型模块化核反应堆控制方法的研究现状进行了综述.本文首先回顾了基于经典控制理论的传统PID控制方法的原理及其优缺点,然后总结了当前应用于反应堆控制系统的一些高精度、高效率智能控制方法,如模糊控制、神经网络控制、智能优化控制、复合控制方法等的主要特点.最后,针对当前小型模块化反应堆控制系统的应用需求和技术难点,本文对智能控制方法的可能发展方向进行了展望.

模块化解耦电路的协同控制策略

有源功率解耦技术是解决单相变换器中低频二次脉动功率的有效方法。模块化电路具有标准化、独立性和通用性等优点,发展模块化的解耦电路是有源功率解耦技术的重要方向。现有控制策略仅针对单个解耦电路提出,没有考虑多个解耦模块共同工作时的协同控制问题。对此,该文提出一种基于虚拟阻抗的多解耦模块协同控制策略,通过控制解耦模块模拟无源RLC电路的阻抗特性,实现单个解耦模块的即插即用和多个解耦模块的协同功率分配。所提出的控制无需解耦模块与主电路交互电网电压和电流信息,也无需解耦模块间的相互通信,避免了集中的中央控制器和昂贵实时通信的使用。实验以两个解耦模块的功率协同控制为例验证了所提控制策略有效可行性。

基于多人零和博弈的模块化机器人系统近似最优控制

提出一种基于多人零和博弈的模块化机器人(Modular Robot Manipulators, MRMs)系统近似最优控制方法。建立了具有交联耦合(Interconnected Dynamic Couplings, IDC)的模块化机器人系统动力学模型。将机器人系统的控制律和IDC效应作为零和博弈的参与者,MRM系统的最优跟踪控制问题转化为多人零和博弈问题。根据自适应动态规划(Adaptive Dynamic Programming, ADP)算法,通过建立评判神经网络求解哈密顿-雅克比-埃塞克斯(Hamilton-Jacobi-Issacs, HJI)方程,推导出最优控制律。基于李雅普诺夫定理,证明了闭环机器人系统是渐近稳定的,最后通过实验验证了所提控制方法的有效性。

中小容量VSC-HVDC在解决电力系统电磁环网问题的应用

电磁环网可以提高电网供电可靠性,但也会造成故障后短路电流增加、线路过载等问题。南方电网公司目前主要采取解环运行和方式预控的措施来降低电磁环网运行风险,但解环不适用于所有场景,方式预控又可能造成电源出力受限。因此提出将中小容量柔性直流输电系统(VSC-HVDC)应用于含电磁环网的低压电网,利用其灵活可控的特点来降低电磁环网运行风险。首先综合考虑《电力系统安全稳定导则》要求以及经济性确定VSC-HVDC在电磁环网中的接入位置和容量,随后给出了VSC-HVDC直流电压、拓扑结构以及参数的确定原则。其次,设计了VSC-HVDC在电磁环网中的控制策略,该控制策略可以降低网损,提高电磁环网稳定性。最后通过实例仿真验证了提出的中小容量柔性直流方案在降低电磁环网运行风险方面的有效性。

草坪维护机器人设计与运动控制试验

针对城市内的小型复杂草坪环境,提升草坪维护工作的全面化及智能化水平,提出一种草坪维护机器人,设计其整体控制系统与平台结构,并采用模块化的方式实现草坪维护的功能。该平台采用后两轮差速式四轮底盘结构,具有更好的行驶灵活性。为实现机器人平台的精确控制,使其按照预期设定的指令行进,在对运动模型进行运动学分析的基础上,采用增量式PID控制算法实现速度闭环控制。对机器人平台设置直线行驶与旋转角度测试,测试结果显示机器人采用速度闭环控制方式在0.5 m/s的速度下直行3 m产生的平均竖直与水平误差均小于3 cm,在0.5 rad/s的旋转角速度下旋转45°、90°、180°角度平均误差均小于2°,验证了增量式PID控制算法的可行性。根据测试结果选定草坪维护机器人的具体行驶参数,为后续实现草坪的全自动维护工作提供了技术支持。

储能型MMC低频均压混合控制策略

针对低频工况下模块化多电平换流器(MMC)子模块电容电压幅值大幅波动问题,提出1种储能型MMC低频均压混合控制策略,将高频注入与储能型MMC超级电容相结合以有效抑制子模块电容电压的波动。首先分析了MMC低频工况下子模块电容电压波动的原因;其次阐述了高频注入和储能型MMC2种抑制低频工况下子模块电容电压的方法;然后提出储能型MMC低频均压混合控制策略,并对其环流进行公式推导。该方法相对于高频注入方法可减小桥臂电流及环流,减少器件电流应力及系统损耗,且相对于储能型MMC方法对超级电容的容值要求降低。最后,通过Matlab/Simulink对储能MMC低频均压混合控制策略进行仿真,验证了所提控制策略的有效性。

基于改进模块化指数的有源配电网电压分布式控制策略

传统高渗透率光伏配电网分区方法不能充分利用区内资源,经济性低。为此,提出考虑电压灵敏度和区内平均灵敏度的性能指标,采用改进的逐步反向贪婪算法得到最优分区结果;再以分布式光伏有功缩减和网损最小为目标,建立分区分布式电压优化控制模型。该模型为非凸模型,通过增广拉格朗日函数进行适当变换,基于交替方向乘子法进行全局优化控制,并采用CPLEX商业求解器对所建模型进行求解。最后,用改进的IEEE-33节点系统进行算例验证。结果表明:所提出的分区方法充分考虑了区内自治能力,减少了资源的浪费,在提高经济性的同时,也能保证配电网安全稳定运行。

电网不对称故障下MMC自适应相功率均衡控制策略

交流电网不对称故障工况下模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)存在相功率不均衡的问题,常规的基于直流环流注入的调控方法会引起桥臂电流不对称,导致各相电流应力不相等;而基于零序电压注入的方法可能导致系统过调制,危害系统安全稳定运行。针对传统相功率均衡控制策略的局限性,提出一种交流电网不对称故障下MMC自适应相功率均衡控制策略。首先,分析基于零序电压和直流环流注入的MMC相间功率调控原理,指出不同方法单独进行相间功率均衡的局限性。其次,研究零序电压注入方法的过调制边界,引入相功率分配系数,给出不同故障下相功率系数优化方法,提出基于零序电压和直流环流注入协调的MMC自适应相功率均衡控制策略。最后,通过仿真验证了机理分析与所提控制策略的正确性和有效性。