基于最优轨迹控制的LLC软启动优化策略

LLC谐振变换器由于其软开关、效率高、功率密度大的优点受到广泛研究和应用。但是LLC谐振变换器的谐振频率接近开关频率,谐振腔的快速动态特性会导致系统在启动过程中产生很大的电流和电压应力。现有方法集中在减小启动阶段的电流电压应力,但是启动过程仍需要较长时间。LLC在启动过程中谐振槽储能时间长不仅会延长启动时间,而且会增加控制难度,因此本文提出了一种基于最优轨迹控制的LLC启动优化策略,建立谐振槽储能过程模型,判断达到稳态储能需要的周期数,并提出可变谐振电感电流限制带优化谐振槽的储能过程。给出每个输出电压对应的最优频率计算方法,并结合降频控制使输出电压达到稳态值。仿真和实验结果表明,该控制策略优化了谐振槽的储能过程,提高了控制的可靠性,使整个软启动过程都没有电压和电流的冲击,实现了LLC谐振变换器的快速安全启动。

四开关升降压变换器高效控制策略研究与设计

四开关升降压(four-switch Buck-Boost,FSBB)变换器凭借其出色的软开关特性、宽范围调压能力、输入输出电压极性相同等优势被应用在数据中心供电架构中。然而,FSBB变换器软开关控制方式的多控制自由度特性,使得其控制策略复杂多变、增加了效率优化的难度。针对以上问题,研究并设计一种多模式高效控制策略,以提高FSBB变换器在全负载范围内的转换效率。首先,在FSBB变换器零电压开通(zero voltage switch,ZVS)的基础上得到控制量的约束条件,并确定电感电流有效值最低时控制量的取值规则;然后,构建FSBB变换器完整的损耗模型,以总损耗最低为目标,提出一种多模式的高效控制策略,并通过数据拟合的方式进行控制量的设计;最后,在Simplis中仿真验证并制作一个300 W的实验样机。测试结果表明:所设计的实验样机能在全输入、输出电压范围和全负载范围内实现较高的转换效率。其中最高峰值效率达到98.5%、最高平均效率达到97.93%,开关频率范围为500 kHz~1 MHz。

魔芋软腐病的病原检测及治理策略

魔芋是我国重要的经济作物之一,可以大量合成葡甘聚糖。魔芋软腐病是魔芋生产上最为严重的土传病害,对魔芋产量造成重大的损失,严重制约了我国魔芋产业的发展。因此,魔芋软腐病的防治是魔芋生产中的一项重要工作。本文主要从魔芋软腐病病原检测技术、防治策略等方面进行综述,除常规PCR检测技术外,还阐述新的检测技术在魔芋软腐病上的应用,并概述了目前主要防治魔芋软腐病方法,例如化学防治、生物防治、农业防治等,以期为魔芋软腐病的病原快速检测和综合防控提供指导意义。

铁路工程软岩大变形隧道施工控制技术研究

针对隧道软弱围岩大变形诱发隧道失稳塌方的问题,界定了隧道软弱围岩大变形及其不同级别,从设计因素、地质因素、施工因素3个层面分析了铁路隧道软岩大变形的原因,并提出通过加强超前地质预报,放足预留变形量,动态调整支护参数,加强变形监控测量等技术方法,提高隧道软岩的结构稳定性,减少隧道工程软弱围岩对工程质量与施工安全的负面影响。

伊犁四矿弱胶结软岩巷道围岩控制技术研究及应用

以新疆伊犁四矿21113工作面为工程背景,通过理论分析、数值模拟以及现场实测等手段,围绕浅埋弱胶结软岩巷道破坏特征及控制技术展开了一系列研究,研究结果表明:伊犁四矿弱胶结软岩巷道围岩变形特点为自稳时间短、应力释放明显,泥岩遇水易软化、出现无征兆冒顶,岩体自重大、顶板出现下沉,支护结构受力不耦合、支护单元破坏等。根据围岩变形特点提出了对巷道围岩及时支护、喷浆封闭、拱形断面、加长支护的联合支护技术,经过现场工业性试验以及观测数据证明,该联合支护方案,能够很好地控制巷道变形,21113上顺槽巷道从开始回采到结束未出现瞬发变形、顶板切落、锚杆(索)断裂及钢带撕裂等情况,巷道变形及维护满足工作面顺槽的使用要求。可为伊犁矿区弱胶结软岩巷道支护设计和施工提供指导作用。

采油井场智能测控系统提效技术研究与应用

为提高采油厂某作业区抽油机井机采系统效率,实现节能减排目标,文中对国内外机采系统现状进行了研究,发现机采系统主要面临供液不足泵抽空和电动机存在多余功耗两个问题。为此设计应用了具有采集电参量数据、计算悬点载荷、控制抽油机等重要功能的采油井场智能测控系统,提出融合电参数和悬点载荷的油井间抽灰色控制模型,完成了系统核心智能测控单元的硬件设计和软件流程。该系统在11口油井进行现场应用,结果表明:能实现对悬点载荷的在线准确软测量,稳定性好,工程实用性强,满足油田现场的生产要求;可实现油井间歇抽油的自动控制,动态优化油井间抽参数,使油液抽汲过程与井筒渗流规律优化匹配;机采系统效率平均提升了2.73个百分点,日节电951.5 kWh,具有较好的工程应用价值。

基于工程试验和现场监测的软岩回采巷道变形控制技术研究

在顶板岩层、煤层、底板岩层强度均低的“三软”煤层开采条件下,回采巷道围岩强度普遍较低,易出现巷道严重变形、支护结构失效等问题。针对这些问题,以董东煤矿5号煤层软岩回采巷道掘进为工程背景,采用理论分析、实验室试验、现场实测等研究方法,分析了软岩回采巷道围岩变形破坏机理,提出通过增加锚杆预应力改善巷道围岩应力状态,增加软岩巷道围岩强度。现场通过采用新型锚杆托板、调心球垫、减摩垫片,提高了锚杆支护预紧力,实现了高效主动支护,有效改善了回采巷道围岩控制效果。

猕猴桃采后真菌病害生物防治研究进展

猕猴桃果实易受多种病原真菌的侵染,采后易发生软腐病、灰霉病、青霉病等严重危害果实品质的真菌性病害。传统的有效防治方法主要为采前使用化学杀菌剂,但其易污染环境并可能危害人类健康。目前,已有一系列生物防治方法被研究并报道,这些方法可有效防控猕猴桃采后真菌病害:第一类为天然抑菌物质,包括植物提取物和其他天然物质;第二类为拮抗微生物,包括生防酵母、生防细菌、生防木霉,生防菌也能与物理及化学方法协同发挥作用。本文概述了各类生物防治方法在猕猴桃采后真菌病害绿色防控方面的研究进展及生防机理,并提出了目前存在的问题,最后展望了这一领域今后的研究方向。

GEP废弃泥固化桩复合地基在软土地基整治中的应用

软土地基加固一直是工程施工的关键需求,针对传统水泥土搅拌桩的承载力不足、质量不均匀等问题提出一种新型的筋箍预应力(GEP)废弃泥固化桩技术,将流态废弃泥浆进行固化处理,并注入地下形成GEP废弃泥固化桩,旨在解决软土地基整治难题并提升桩身质量,提高软土地基的承载力与稳定性。通过室内试验,确定了GEP桩的设计方案和施工工艺,并通过COMSOL软件对复合地基进行数值模拟,结合现场工程试验,评估其承载力及沉降特性。结果表明,GEP废弃泥固化桩在不同荷载下均展现出优于传统水泥土桩的承载力和沉降控制能力,最大沉降减少了16.87%。此外,GEP技术通过土工格栅的周向约束,显著提高桩体的刚度和承载力。研究结果表明,GEP废弃泥固化桩技术具有良好的应用前景,为软土地基加固和废弃泥资源化利用提供了有效的解决方案。

软土地区大型基坑平行分区研究

为了给软土地区大型基坑平行分区的设计和施工提供理论依据,结合软土地区大型基坑平行分区典型分区参数,建立数值计算模型,对分区后邻近被保护建/构筑物一侧围护墙的水平位移、地表沉降以及坑外土体沉降和水平位移进行分析,在此基础上研究大型基坑平行分区控制变形的机理。研究结果表明:分区后的围护墙顶部的水平位移比未分区的稍大,围护墙最大水平位移深度与未分区相近,但围护墙最大水平位移比未分区时减小31.1%;分区后最大地表沉降位置比未分区时更接近基坑,最大地表沉降比未分区时减小35.1%;围护墙的水平位移、地表沉降和坑外土体变形主要由邻近狭窄基坑开挖引起;分区后土体内部沉降、水平位移和坑底隆起影响深度均小于未分区时的值。分区后,在远处大面积基坑开挖过程中,基坑外侧围护墙凭借其较大的刚度,对土体变形具有较强的遮拦效应;近处小面积基坑开挖时,可以充分利用基坑宽度较小时开挖引起的变形也较小的规律;大面积基坑分区开挖符合基坑变形时空效应理论的要求。平行分区可以充分利用基坑外侧围护墙对变形的遮拦、基坑宽度对基坑变形的影响以及基坑变形的时空效应,从而使得平行于分隔墙一侧的围护结构变形和地表沉降大幅减小。

三重移相控制的DAB变换器多目标统一优化控制策略

针对双有源桥变换器存在电流应力大、全部开关管软开关实现困难以及动态响应慢的问题,提出1种基于三重移相控制的多目标统一优化控制策略。分析三重移相控制正向功率流的全局模式,选出其中3种高效率模式并建立电流应力和软开关解析模型。结合模型,采用成本函数优化方程推导不同模式下的最优移相比组合和最小电流应力,使开关管运行在零电压开关功率约束范围内。同时在效率优化过程中引入虚拟功率分量,构建小信号模型并阐明不同状态变量的小扰动对输出电压的影响较小。实验结果表明,所提控制策略可以在全功率范围内降低双有源桥变换器的电流应力且使所有开关管实现零电压开通,同时还能够提高输出电压的动态性能。

高频链AC-DC矩阵变换器的变控制频率软开关调制策略

针对高频链AC-DC矩阵变换器的高效率要求,提出了一种变控制频率软开关调制策略。该调制策略在基于零矢量嵌入的分段同步控制策略基础上,以单控制周期平均功率不变为原则,通过改变控制周期长度,并调整一个控制周期内的电压矢量排布,优化脉冲宽度,使变换器在换流时全部开关器件的零电压开通成为可能。通过仿真分析和实验证明,采用本文提出的变控制频率调制策略,变换器在整流和逆变模式下,均可实现网侧电流三相平衡正弦,功率因数达到0.981,输出电压纹波小,最高效率达到96.9%,实现了高性能、高效率运行。

我国深空探测器制导导航与控制技术发展

制导导航与控制(GNC)技术是深空探测任务的一项核心关键技术。文章介绍了我国深空探测器GNC技术的发展和成就,包括:探月工程中环绕探测、着陆巡视、返回再入等历次任务的关键技术发展和成果,例如高精度高可靠轨道控制、自适应动力显式制导、基于双目立体视觉的自主环境感知、跳跃式返回再入技术;天问一号火星探测器的关键技术及成果,例如大动态环境下的高容错自主导航技术、大干扰下的快速姿态机动控制技术。最后,对未来深空探测领域GNC技术的发展趋势和需求进行了展望,在自主运行、人工智能等方向给出了发展建议。

软岩隧道支护让压体系优化及安全状态易损性评价

软岩隧道围岩参数变异性大,支护体系与围岩相互作用不确定性强,易发生大变形等安全问题,为此国内外开展了隧道让压支护优化等工作以应对上述风险,但对其安全状态评价仍面临诸多难题。设计了一种新型柔-刚型让压接头,并基于可靠度分析方法,从易损性出发,综合拱顶沉降及初衬强度破坏准则,提出了基于概率的隧道开挖安全状态易损性评价方法。其通过利用概率有限元分析围岩‒支护相互作用,拟合形成极限状态功能函数响应面,经由随机抽样获得隧道开挖失效概率与可靠度指标;以此为基础,建立拱顶沉降与结构应力响应之间的拟合关系,提出了基于拱顶沉降的结构极限状态条件概率计算方法,并根据概率分布区间划定易损区进行支护安全性评价。基于上述理论方法,结合工程实际,开展了新型让压支护与传统刚性支护的易损性对比分析,验证了让压支护体系在大变形承载可靠性方面的优势。

深井松软围岩煤巷采动增跨效应及防控技术

针对深井松软煤巷围岩变形严重、巷道支护困难等问题,以城郊煤矿LW21106工作面沿空巷道为工程背景,建立了采动巷道增跨模型,揭示了采动增跨效应演化机理。通过构建巷道顶板横纵弯曲梁模型,指出顶板横向受力、巷道等效跨度、煤岩强度是巷道围岩损伤破坏的主控因素,提出了采动增跨效应防控对策并进行工业性试验。研究结果表明:受采动影响,巷道经历“初始围岩稳定—围岩裂隙发育扩展—围岩剪切破坏加剧—等效跨度增加”过程;巷道顶板最大正应力与应力集中系数、顶板等效跨度、巷道断面尺寸及埋深成正相关关系;巷道顶板在高应力环境下易发生拉剪破坏,增加顶板锚索数量以及锚索预紧力有利于增强顶板初期完整性。基于巷道变形破坏主控因素,提出“围岩加固–卸压–强化支护”协同防控策略;针对现场条件,采用煤柱侧向切顶+注浆加固并对破碎区域补充锚索强化支护的防控技术。现场监测结果表明,煤柱帮最大移近量为18.89cm,顶板下沉量为25.86cm,两帮移近量为29.65 cm,有效控制了煤巷围岩变形,为深井松软围岩巷道变形控制提供了参考。

地外天体软着陆自主导航与控制技术研究进展

软着陆探测是重要的地外天体探测方式,制导、导航与控制(Guidance,Navigation and Control,GNC)是地外天体软着陆成功的关键。首先梳理了国内外月球、火星和小天体等地外天体软着陆任务发展现状;在此基础上,总结了地外天体软着陆任务典型GNC方案及自主导航与控制技术主要进展;最后,针对未来的地外天体精确定点软着陆任务,提出了需要重点关注和发展的自主导航与控制关键技术,为未来技术发展提供借鉴和参考。

双有源桥无回流功率控制的死区影响与补偿

针对三重移相协同控制(CTPS)加入桥臂死区后,会导致双有源桥(DAB)变换器回流功率发生及软开关失效的问题,提出针对CTPS控制的死区补偿策略.通过分析CTPS控制不同模式下桥臂死区引起的变压器原副边电压及漏感电流的变化,基于回流功率产生的原理,更正了不同模式移相比之间的耦合关系,对功率传输模型及CTPS控制模式的切换条件进行修正,实现了死区对CTPS控制影响的有效控制.利用所提的补偿方案,抑制了由死区引起的回流功率,恢复了CTPS控制的软开关性能,具有较补偿前更优的电流应力.分别开展死区补偿前、后的实验,对死区影响的分析和所提出的补偿策略进行验证.

基于PWM+移相的双有源半桥DC-DC变换器分析及其控制

该文针对双有源半桥(DAHB)DC-DC变换器宽电压范围运行下电容电压计算不准确、单移相控制粗放等不足,提出一种基于PWM+移相的三自由度优化控制(TFC)策略。首先,基于DAHB的数学模型,推导桥臂串联电容稳态电压表达式。在此基础上,从最小化回流功率角度得到三自由度控制的最优开关模式,推导了电流、功率等关键电气量的解析表达式,并获得以电流应力最小化为目标的包含等式和不等式约束的局部最优解方程组。其次,针对最优方程组难以解析求解的问题,采用模型简化+线性近似的方法求取其局部最优解,得到DAHB全工况PWM+移相的三自由度优化控制策略。然后,分析所提出的三自由度优化控制下DAHB变换器的软开关特性。最后,通过仿真及实验验证了桥臂串联电容稳态电压表达式的正确性和三自由度优化控制策略的有效性。

三电平CLLLC谐振变换器的变频移相混合控制策略

三电平CLLLC谐振变换器因功率开关管承受电压应力低、功率密度大、软开关范围广的特点而闻名,但同时也存在启动电流过大、可调输出电压范围窄等问题。本文以正反向结构完全对称的三电平CLLLC谐振变换器为研究对象,详细分析了该拓扑结构的工作原理及其增益特性;在此基础上研究三电平CLLLC谐振变换器的软启动控制策略和变频控制(pulse-frequency modulation,PFM)升压、变频移相混合控制(pulse-frequency modulation+phase-shift modulation,PFM+PSM)降压的混合控制策略;最后通过Matlab/Simulink仿真验证本文所研究控制策略的有效性。仿真结果表明:本文研究的软启动控制能有效抑制启动阶段的电流过冲,变频加移相的混合控制策略能保证在宽输出电压范围的条件下满足开关管软开关特性,并且在模式切换和负载切换下都拥有较好的动态性能。

基于肌电控制的半定制柔性康复训练手套

针对现有康复训练手套舒适性差、适用范围窄、康复训练效果不佳等问题,文章设计一种由柔性执行器和肌电控制系统组成的半定制康复训练手套。基于Yeoh理论建立执行器弯曲模型,借助有限元仿真对执行器气腔进行分析,研究执行器气腔压强、高度、底层厚度对弯曲角度的影响;选取柔性执行器尺寸参数,采用3D打印技术制作长度可调的连接部件实现半定制;利用Myoware传感器采集皮肤表面肌电信号同时进行滤波处理,利用Arduino UNO单片机执行特征提取,由支持向量机(support vector machine,SVM)算法完成运动意图识别,并依据识别结果控制气动系统驱动康复训练手套。结果表明,SVM算法分类准确率高,所研制的半定制柔性康复训练手套结构简单,与手部贴合度高,性能可靠。该康复训练手套对主动式镜像康复训练具有积极的效果。