电动汽车无线充电系统PBC-NDO复合控制器设计与参数优化

针对电动汽车无线充电系统在变电压间歇快速充电过程中由原副边线圈偏移和负载波动引起充电电压不稳定的问题,以及控制器参数大多依靠经验值和试凑法选取的问题,提出一种基于粒子群优化算法的无源控制器(passivity based controller,PBC)与非线性干扰观测器(nonlinear disturbance observer,NDO)相结合的复合控制策略。针对无线电能传输(wireless power transfer,WPT)系统副边DC-DC变换器设计考虑干扰补偿的无源控制器,通过引入非线性干扰观测器对干扰量进行估计,将干扰估计值与无源控制器结合,设计适合电动汽车变电压间歇无线充电系统的PBC-NDO复合控制器,采用粒子群多目标优化算法对复合控制器进行参数寻优,进一步提高控制器的抗干扰性能以及动态响应性能,通过仿真和实验验证该策略的有效性。实验结果表明:复合控制器具有强抗干扰性和动态响应性,充电阶段最大稳态误差偏移率为2%,动态响应时间控制在0.6 ms内。

基于预测误差法的无人机安全控制器设计

具备安全性的无人机控制器是保障无人机作战完整性的重要因素之一,该控制器能够在安全的界限范围内控制无人机的飞行性能。针对无人机的安全控制器的设计问题,首先,对无人机的闭环控制系统进行分析,并采用非参数预测误差估计的方法对闭环控制系统中的执行机构模块进行辨识,以证明辨识得到的模型与实际模型无偏;其次,阐明了无人机安全性的含义,并在闭环控制系统的辨识模型的基础上,对无人机的安全控制器进行了设计;最后,以无人机飞行姿态角中的俯仰通道为例,对安全控制器性能进行了仿真验证。实验结果证明了无人机安全控制器的有效性,能够将无人机的飞行性能控制在安全范围内,为飞行安全提供保障。

比例减压阀控制器硬件性能的影响因素和优化设计

比例减压阀是工程机械装备液压系统的压力控制元件,其压力控制性能直接受到控制器性能的影响。以比例减压阀用控制器为研究对象,建立控制器数学模型和整阀模型。然后,分析电阻、电感、频率和占空比对控制器输出电流大小和纹波的影响。其次,采用正交设计的方法,以电流、电流纹波为指标,综合考虑电阻、电感、PWM频率、PWM占空比等影响因素,优化设计控制器关键参数。最后,结合比例减压阀实物,验证优化后控制器的有效性。结果表明:控制器优化前的误差约为2.9%,控制器优化后的误差约为2.5%。研究成果为高性能比例减压阀研制奠定理论基础。

半导体气体流量控制器原位校准装置研究

半导体制造需使用多种气体用于沉积、光刻等工序,气体流量控制的精度直接影响加工质量。而流量控制器需要经常检测和校准以确保其工作性能。半导体设备和工艺的特殊性决定了流量控制器只能进行原位校准。为解决流量控制器的原位校准问题,根据半导体设备的特点提出一种基于动态pVTt方法的流量控制器原位校准装置,基于CFD仿真对固定容器充气后的非稳态流场进行计算,并预测流场稳定后的平均温度,从而实现充气气体流量的快速检测。通过与高精度流量校准装置对比,装置可以实现N2介质50~50000 mm^(3)/s的流量校准,精度优于0.5%。

基于三有源桥串并联潮流控制器的双极直流配电网主动限流策略

直流潮流控制器是解决环网式直流配电网的线路潮流不完全可控的有效技术手段。然而,现有方法未能充分发掘其在故障限流中的潜力。该文建立了三有源桥串并联潮流控制器(triple active bridge power flow controller,TAB-PFC)的故障模量分析模型,提出一种基于TAB-PFC的双极直流配电网主动限流策略。首先阐述了TAB-PFC的限流原理,提出基于TAB-PFC的主动限流控制策略。然后对TAB-PFC不同故障阶段进行建模,并计及极间互感构建含TAB-PFC的双极直流配电网故障模量等效模型。在此基础上,分析不同参数对TAB-PFC的限流能力的影响,为其参数选取提供依据。在MATLAB/Simulink搭建了含TAB-PFC的双极直流配电网模型,验证了所提主动限流策略的有效性及故障等效电路模型和参数分析的正确性。

电动汽车电机控制器母线自生高压纹波测试系统开发

在电动汽车动力系统中,控制器母线自生高压纹波过高会影响控制器输出电压稳定性,影响电机的转速和扭矩控制,进而影响车辆的整体性能和行车平顺性。为测试母线高压纹波,搭建能模拟实车运行环境的硬件系统,利用LabVIEW开发了一套能自动测试并实时记录保存数据的系统;通过该系统进行母线自生高压纹波测试运行试验,测试控制器的高压稳定性,并验证了测试系统的可靠性。

智能座舱域控制器FPD⁃LinkⅢ检测系统设计

随着汽车电子技术的进步,FPD-LinkⅢ作为高速串行视频传输接口,正广泛应用于智能座舱系统。为对其进行检测,提出一套基于DS90UB948解串芯片的FPD-LinkⅢ视频处理方案。系统采用ZYNQ作为处理核心,对解串芯片输出的并行信号进行图像压缩拼接和输出,输出的拼接视频流用于实时显示。采集的单路图像用于质量检测,通过图像相似度算法进行定量分析。实验结果表明:系统可正确接收、处理三路FPD-LinkⅢ视频流,拼接图像连贯流畅,采集图像清晰;并且SSIM图像相似度算法可准确定位异常通路,满足了FPD-LinkⅢ的质量验证要求,为构建高阶智能驾驶仿真测试平台的图像采集与传输提供了技术支持与保障。

面向“花瓣型”配电网的旋转潮流控制器两阶段转速功率控制策略

随着有源配电网建设的迅猛发展,“花瓣型”配电网已成为主流供电结构,为保障配电系统的安全供电,应当进一步研究适用于有源配电网的功率控制方法。电磁式旋转潮流控制器(RPFC)是有源配电网功率控制的一种可行方案。该文首先构建了基于瞬时无功理论的RPFC稳态功率解耦控制模型,然而由于旋转移相变压器转子位置角的协调控制难点,难以实现功率稳定控制;然后,通过伺服电动机两阶段转速控制和转速协调方案实现两转子角的稳定、无差控制,满足高精度、高可靠性和快速响应的功率调节需求;最后,研制了380 V/40 kV·A的RPFC样机及实验平台,并进行了功率调控和功率均衡实验。结果表明,所提控制方案能够在s级实现调控,且控制精度保持在4%以内,具有良好的动、静态性能,能够满足未来“花瓣型”配电网的柔性合环运行。

技术驱动下智联域控制器系统与GNSS卫星定位的降本增效及思考

新能源汽车市场的竞争愈加激烈,汽车成本和价格是决定汽车销量的决定性因素之一。智联域控制器系统作为新能源汽车实现GNSS卫星定位和网络通信的关键零件,其重要性日益凸显。文章以智联域控制器系统为例,研究了在技术驱动下的降本增效迭代方案,在不影响性能的前提下,降低零件成本,提高新能源汽车市场竞争力。

基于KEBA控制器的双臂装配机器人设计与实现

为了提高小家电装配行业的自动化水平,设计了一种基于KEBA控制器的双臂装配机器人,以取代人工进行复杂的装配工作。详细阐述了双臂机器人控制系统的搭建,并介绍了软件环境下六自由度双臂机器人的建模过程。同时,设计了以太网接口与上位机触摸屏通信,并通过输入/输出(I/O)接口采集传感器数据,确保了机器人的精确控制。通过将三维模型导入仿真软件,模拟双臂机器人进行加湿器水渍清理。按照设计参数进行实时数据仿真,得到了双臂的运动轨迹和工具末端点坐标轨迹。设计了双臂协同运动方案,并建立双臂工作区以防止双臂机器人的双臂碰撞。经过加湿器生产厂家的生产线装配验证,该双臂机器人控制系统运行稳定、可靠,能够显著提高生产效率,并解决人工工作复杂繁重和噪声等问题。该设计为后续的双臂机器人装配示范应用提供了试验数据和工程经验。

永磁同步电机新型趋近律滑模控制器设计

针对传统指数趋近律因函数不连续性引起抖振、趋近速度与抖振抑制之间无法同时满足高性能控制系统要求的问题,提出基于系统状态变量的新型滑模趋近律,并应用于永磁同步电机速度、电流控制器中。趋近律引入系统状态变量幂次项和状态变量的双曲正弦值,使系统状态变量以等速和指数2种速率趋向切换面,可以加快系统到达切换面的速度,当系统接近切换面时,指数项接近于0,等速项开始起关键作用,对系统的抖振进行抑制。同时采用双曲正切开关函数替代符号函数,以去除因函数的不连续性所引起的抖振问题。既能提高系统到达滑模面的速度,又能有效抑制固有抖振,提升系统的动态性能。仿真和实验结果表明,新型趋近律相比于传统指数趋近律能够有效降低永磁同步电机启动时转速超调,提高系统的响应速度,抑制系统的抖振。

采摘机器人机械手避障方法研究——基于遗传优化和模糊PID控制器

为了提高采摘机器人机械手移动的自动化程度,使其在移动过程中有效避开障碍物,将基于PID控制器的避障系统引入到了机械手的设计上,并采用遗传算法和模糊算法对控制器进行了优化,提高了机械手移动的准确性和平稳性。模拟采摘机器人机械手的作业环境,对机械手的避障功能进行了测试,结果表明:机械手可以成功躲避障碍物,且采用遗传和模糊算法优化的机械手具有更高的移动平稳性,对于提高果实采摘效率和质量具有重要的作用。

一种靶弹多功能控制器设计与实现

靶弹是模拟敌方来袭导弹技战术特性的实体空中靶标;针对退役导弹改装靶弹中面临的改装线路复杂、对动目标供靶精度不足等实际问题,对靶弹飞行控制规律和改装设计方法进行了研究探索,创新了靶弹制导控制方法,综合采用靶弹飞行控制回路状态转换、动目标供靶航路精确控制、靶弹功能扩展等关键技术,设计研制了集电气改装、接口转换、目标导引、安全控制等功能于一体的靶弹多功能控制器,实现了退役飞航导弹到多用途靶弹的通用化、标准化改装,探索了一种经济而有效的靶弹开发方法;试验结果表明,该多功能控制器具备简便可靠、工作量小、通用性好、弹道控制灵活等突出特点,较好地解决了靶弹改装难题,满足了防空武器系统试验训练的需要。

一种用于电液位置伺服系统控制的高阶滑模控制器的设计

这里提出了一种用于电液位置伺服系统控制的高阶滑模控制器的设计,以提高电液位置伺服系统的控制准确度。从电液伺服系统的构造出发,分析了其组成结果与工作过程。以外界输入电压为依据,求取了滑阀的动力学模型,通过液压缸两个子缸压力差值形成的负载压力,计算出了滑阀动态运动时产生的流量,并通过负载压力得出了负载的位移平衡方程,进而以滑阀位移、负载位移及输入电压等系统的状态参数,获取了电液伺服系统的动力学模型。引入超螺旋控制器和广义超螺旋控制器的一般表达形式,以输入电压误差及负载位移误差为依据,构造了系统的滑动面函数,并将滑动面函数的导师与超螺旋控制器相结合,构造了基于超螺旋控制器的滑模控制器,为了提高系统的收敛速度,在基于超螺旋控制器的滑模控制器的基础上,借助广义超螺旋控制器,构造了高阶滑模控制器,以对电液位置伺服系统进行控制。实验结果表明,所提算法不仅具有较好的响应速度,而且对电液位置伺服系统的控制准确度较高,在对目标轨迹跟踪时,所提方法比模糊干扰观测器方法的跟踪准确度提高了33.11%。说明所提方法对电液位置伺服系统具有较好的控制性能。

基于一阶线性自抗扰控制器的同步磁阻电机无速度传感器控制

同步磁阻电机在实现无速度传感器控制时出现交叉耦合效应,导致dq轴电感随着电流发生非线性变化,转速环使用传统PI控制器已无法满足系统较强的抗扰性能和较高的转子位置估计精度。为了改善此问题,该文提出一阶线性自抗扰控制器的同步磁阻电机无速度传感器控制策略,利用其机械运动状态方程,将同步磁阻电机的交叉耦合效应及负载扰动变化视为扰动。首先通过扩张状态观测器对负载扰动快速观测并进行前馈补偿,以此来提高系统抗扰性;其次利用静止实验法,得到dq轴磁链与电流的非线性函数模型,将该模型运用至磁链观测器中,以减小交叉耦合效应,提高转子位置估计精度;最后在1.5 kW的同步磁阻电机对拖加载实验平台上进行实验,验证了该控制方案的有效性。

基于PLC控制器的医院网络通信故障自适应监控系统

传统的医院网络通信故障监控系统未对故障警报信息进行分类,通信故障点定位不准确。为此,提出基于PLC控制器的医院网络通信故障自适应监控系统。采用BP网络对医院网络通信故障警报信息分类处理,通过人工神经网络对医院网络通信故障数据进行训练,依据BP神经网络计算动量项、速率以及抽象处理等不同的数据训练结果,对故障点定位分析。构建以UPnP技术为核心设计系统网络构架,为系统提供有力的实时数据支持,实现大数据量的远程实时在线监测。结果表明,所设计系统监控故障监控时延较短,能够实现故障精准定位,能够快速发现故障并及时报警。

数控压机伺服控制系统复合控制器I-ABC与PID优化

为了提高数控压机伺服控制系统的控制精度,针对伺服控制系统运行控制过程构建数学模型,在人工蜂群算法基础上融入了云分析模型,之后采用改进人工蜂群算法(Improved Artificial Bee Colony,I-ABC)调节比例-积分-微分(Proportional Integral Differential,PID)参数,建立了一种复合控制方法。研究结果表明:以I-ABC进行PID控制时,可以使幅度差降低到0.4%,相位差基本在-0.54°之内,系统加载精度也获得了明显提升,表现出了更优的跟踪性能。以I-ABC进行PID控制时,能够对多余力起到明显抑制作用,响应速度也获得明显提升,可以有效满足系统的准确控制要求。在系统内加入干扰信号,引入I-ABC实施PID调节可以减小系统超调量,还可以获得更短调节时间,使系统获得更强抗干扰性能。

基于分布式潮流控制器的海上风电系统谐波治理方法和控制策略

由于电力电缆的电容效应,海上风电经电缆汇集系统极易出现谐波谐振放大的现象,造成电能质量的下降。分布式潮流控制器属于基于电压源换流器的装置,在进行潮流调节的同时也能进行谐波治理。文中首先构建了海上风电系统的频域相关模型,基于该模型分析了谐波谐振放大的原因;随后,采用了将分布式潮流控制器串入海上风电系统的谐波治理方式,推导并得到了含分布式潮流控制器的海上风电系统的谐波特性。基于该谐波特性,设计了一种控制策略。该策略通过控制分布式潮流控制器实时跟踪使并网点谐波电压幅值为零的谐波补偿电压,从而降低并网点的谐波电压含量。仿真结果表明,所提出的基于分布式潮流控制器的海上风电系统谐波治理方法和控制策略能够有效地降低并网点的谐波电压,改善电能质量。

基于激光传感器的农业机械控制器设计

针对当前农业机械控制器对农业机械器件控制能力较差,导致农业机械设备存在换挡异常与平衡性较差的问题,提出基于激光传感器的农业机械控制器设计研究。先选用拿度DPE-10-500激光测距传感器为控制器的数据测量设备,对中央控制模块展开优化。然后设定传感器测量距离与角度,使用圆拟合算法对测量数据进行修正。最后根据激光测量结果,以PID控制器为基础,构建自适应神经模糊控制器,对农业机械设备进行控制测试。测试结果表明:此控制器可按照预设要求完成机械设备的换挡,对机械臂为位置控制误差最大仅为0.58 cm,智能平衡开启状态时,其偏离最大角度仅为1.6°,偏离最大幅值仅为31 cm,极大提升了设备的调试位置精度及平衡性,进一步提升农业机械设备的应用效果。

轻小型高可靠回收控制器设计与实现

针对某商用返回式卫星回收系统轻小型、高可靠的约束要求,设计了一种新型回收控制器产品,该装置基于微电子机械系统(Micro Electro Mechanical Systems,MEMS)过载传感器进行弹道过载测量,采用双核四进程“与或”逻辑实现冗余控制,基于容性释能半导体桥点火器起爆技术实现火工品管理。策划了针对返回过程的弹道过载触发验证试验,针对容性释能电容阵列放电特性,开展了容性释能系统不同初始电压、不同电容阵列容值以及不同回路阻值下的点火效能仿真分析。结果表明该回收控制器在轻小型约束下返回弹道过载感知精度达到±0.28 g,可实现开伞逻辑高可靠控制。半导体桥点火器容性释能电路优化参数为初始电压大于24 V、回路阻值小于0.3Ω、初始电容大于22μF,可实现点火器高可靠点火控制。该设计在不显著增加硬件基础上,大大降低产品质量,可为航空航天用同类电子系统设计提供参考。