基于PDM&PWM混合控制的双向DC/DC变换器研究

隔离式双向DC/DC变换器近年来在智能微网、电动汽车和储能系统等领域得到了广泛的应用。但隔离式双向DC/DC变换器在低功率段能量效率不高,针对这一问题,提出一种脉冲密度和脉冲宽度(PDM&PWM)混合控制策略,通过动态调整变换器在单位时间内的工作周期数目和限制变换器在单工作周期内的最小占空比,确保变换器在全功率范围的软开关工作状态、降低变压器励磁损耗占比,进而提高变换器在低功率段能量效率。混合控制策略在隔离型全桥推挽式双向DC/DC变换器中的应用结果验证了提出控制策略的有效性。

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。

“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。

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。

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.

基于混合型MMC的柔性直流电网故障电流阻断控制策略

柔性直流电网是实现大规模可再生能源发电汇集、输送和并网的有效手段。针对基于混合型MMC的直流故障电流阻断方案会引起功率传输中断的问题,本文提出了一种混合型MMC负压控制与超高速机械开关协调配合的故障电流阻断方法,该方法能够快速阻断故障电流并维持非故障线路的功率传输。通过分析故障电流组成及关键影响因素,确定了换流站的控制目标,基于全桥子模块的电压调节自由度,提出了利用混合型MMC输出负压主动吸收故障电流的控制策略,并设计了其与超高速机械开关的协调配合方案,实现故障的可靠隔离。最后,基于RTLAB实时数字仿真平台搭建了四端柔性直流电网仿真模型,仿真结果表明,本文提出的方法可快速阻断直流故障电流,缩短直流电网功率恢复时间,提高系统安全稳定性。

双悬臂截割机器人相对动力学建模与力位混合控制研究

双悬臂截割机器人可解决传统单臂掘进机在截割大尺寸断面时效率低下的难题,但其与煤岩的动态交互影响控制性能。现有研究以双臂接触同一对象形成运动闭链为前提,无法满足双悬臂截割机器人双臂运动及末端截割头输出力的控制要求。针对该问题,设计了一种基于机器人相对动力学模型的力位混合控制系统。建立双悬臂截割机器人运动学和动力学模型,基于机器人的相对雅可比矩阵及虚位移与虚功原理推导出机器人的相对动力学模型,通过单一变量同时描述机器人双臂的运动状态,将机器人双臂独立的动力学模型整合为一个整体。基于机器人的相对动力学模型,设计了机器人双臂力位混合控制系统,通过李雅普诺夫函数验证了系统的稳定性和可行性。仿真结果表明:双悬臂截割工艺较单悬臂截割拥有更大的工作空间,具有一次性实现大断面截割的能力;双悬臂截割机器人力位混合控制系统能够完成对期望相对位置和期望相对力的同步跟踪,对截割头期望位置跟踪的绝对误差在0.3132 m以内,均方根误差为0.1447 m。

两相式混合步进电机速度和位移控制案例设计

步进电机在电脉冲信号的控制下能实现一定的角位移或线位移,掌握步进电机的控制技术非常重要。以两相混合式步进电机为控制对象,以单片机AT89C52和可编程计数器/定时器8253为主对电机进行速度和位移控制设计,对某一具体案例采用Proteus软件进行设计与仿真,包括控制电路和程序的设计。仿真和实验结果表明:该系统结构简单、容易实现、成本低,可用于其他步进电机的控制,并为教学或工程应用提供了参考。

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。

基于滑模变结构的混合微电网接口变换器双向下垂控制

由于混合微电网中的交直流子网具有不同的动态特性,当系统发生负荷突变时,会在双向接口变换器(bidirectional interface converter, BIC)两侧子网间产生功率波动,使交流母线频率和直流母线电压动态响应变差,为此提出了基于分数阶滑模控制器(fractional order sliding mode controller, FOSMC)的双向下垂控制策略。将具有鲁棒性强、响应速度快和抗干扰能力强的滑模变结构控制引入到BIC的控制中,得到改进型的分数阶滑模控制器,以改善系统的暂态响应过程。通过Matlab/Simulink平台搭建了仿真模型,在多种工况下验证了该控制策略的有效性。与传统双向下垂控制相比,该控制算法可以在保证系统原有稳态特性的同时,加快整个系统的响应速度,抑制暂态过程中BIC传输功率的瞬间波动,减小功率波动对交直流子网母线的反作用,提高整个系统的动态性能和抗扰动性能。

基于混合扩张状态观测器的农田平地机液压系统反步滑模控制研究

为解决农田平地机液压系统在复杂地貌平地作业时控制精度低、抗干扰能力差等问题,设计了一种基于混合扩张状态观测器(HESO)的反步滑模控制器。其中,HESO基于输出反馈信号估计系统未知状态和总扰动,并在前馈通道中进行扰动补偿;基于快速趋近律设计的反步滑模控制器输出连续光滑的控制量,增强了系统鲁棒性,克服了系统非线性与参数不确定性问题;通过Lyapunov稳定性理论对所提出的观测器和控制器稳定性进行验证,得到误差一致有界稳定结论;通过AMESim和Matlab/Simulink联合仿真与田间试验对本文控制算法的有效性和优越性进行了验证。在两条地貌情况较为复杂波浪地中单次平地和地貌情况较为相似的两田块进行3次遍历试验表明,使用本文控制方法,平地后高程相较于平地前标高的平均绝对误差、最大绝对误差、绝对误差标准差分别为0.053、0.146、0.037 m和0.02、0.041、0.011 m,较PID算法分别降低36.35%、28.32%、31.37%和62.6%、50%、51.83%。

混合动力汽车电子控制系统故障维修策略研究

混合动力汽车作为一种结合传统内燃机与电动机优势的交通工具,逐渐成为汽车市场的重要组成部分。这种车型因其较低的排放和较高的燃油效率受到重视,能够实现不同动力系统的无缝切换。然而,混合动力汽车所依赖的复杂的电子控制系统带来了维护和故障诊断方面的新挑战。该文探讨混合动力汽车电子控制系统的结构、工作原理、常见故障及维修策略,并提出有效的故障预防措施,旨在更好地维护和优化这种复杂的电子控制系统,提高混合动力汽车的性能。

基于潮流转移装置的混合储能接入牵引供电系统控制策略研究

采用单相工频交流制式的电气化铁路具有无污染、运输效率高的优点,但在现有的牵引供电系统中,负序和再生制动能量利用的问题较为突出。因此,文章提出了一种集成混合储能系统的潮流转移拓扑。文章分析了集成混合储能的潮流转移装置的拓扑结构,研究了削峰、填谷、再生制动和同相运行模式及其能量管理策略;为减少系统损耗,进一步提高系统再生制动能量利用率和削峰填谷的控制精度,文章提出了一种协调控制策略,并采用无源控制的非线性电流控制器提升变流器控制响应速度。仿真结果表明,该系统可以充分利用牵引供电系统的再生制动能量,提高系统中能量流动的灵活性,并且解决了牵引供电系统中的负序问题。