Robust Nonlinear Current Sensorless Control of the Boost Converter with Constant Power Load

The boost converter feeding a constant power load (CPL) is a non-minimum phase system that is prone to the destabilizing effects of the negative incremental resistance of the CPL and presents a major challenge in the design of stabilizing controllers. A PWM-based current-sensorless robust sliding mode controller is developed that requires only the measurement of the output voltage. An extended state observer is developed to estimate a lumped uncertainty signal that comprises the uncertain load power and the input voltage, the converter parasitics, the component uncertainties and the estimation of the derivative of the output voltage needed in the implementation of the controller. A linear sliding surface is used to derive the controller, which is simple in its design and yet exhibits excellent features in terms of robustness to external disturbances, parameter uncertainties, and parasitics despite the absence of the inductor’s current feedback. The robustness of the controller is validated by computer simulations.

基于恒功率约束的换挡毂数控铣削加工控制系统设计与实现

【目的】汽车双离合变速箱(Double Clutch Transmission,DCT)的核心零部件换挡毂加工制造精度要求高,针对数控铣削工艺的非线性问题,通过优化切削参数,以提高生产效率及延长刀具寿命。【方法】以主轴负载恒功率为约束条件,设计一种基于模糊控制算法的铣削加工控制系统。采用CP1E N30作为主控制器、CX-programmer开发下位机程序、Kingview开发上位机系统,完成基于主轴功率信号反馈的智能控制器的开发。【结果】在XHK716加工中心机床上实现铣削工艺的恒功率控制,通过换挡毂粗铣B平面工艺过程的应用,可知实时功率保持在目标功率附近。【结论】该控制系统提高了铣削加工效率,实现了保护刀具的目标,对延长刀具寿命有较好的参考价值。

基于LCL-S型两接收端无线电能传输系统传输特性研究

随着WPT应用的发展,多接收WPT系统因一个发射端可以为多个接收端同时供电,近年来受到广泛关注。对LCL-S型两接收端WPT系统的功率分配进行研究,并对LCL-S谐振补偿电路的两接收端WPT系统的传输特性进行分析,提出一种双PI功率控制,实现了发射电源恒功率控制。同时,通过移相控制调节各接收端的输出功率来实现按预设比例进行功率分配。仿真实验验证了所提出的方法实现恒功率输出和按预设比例分配接收端电能的可行性和有效性。

抽油机井恒功率变频控制系统研究

抽油机作为陆上油田最重要的机械采油装备之一,近年来已发展出一系列的变频节能技术,但其研究主要集中在硬件方面,缺乏相关基础理论,导致现场应用普适性差,应用效果参差不齐。为此,研究有杆泵变频测控机理,优选了主要部件,对测试数据提出了要求,形成了有杆泵抽油变频控制系统。构建BP神经网络系统对正常井和漏失、柱塞碰泵、气体影响等异常井进行识别,分类提出变频计算模型:考虑负扭矩和抽油机冲次界限等建立了正常井恒功率变频计算模型,实例对比分析了变频后抽油机速度、加速度变化规律,产液量一定时,负功功率和有功功率分别下降了65%和44%。建立了上行程漏失的异常井变频计算模型,针对性地提高上行程冲次,形成“上快下慢”运行模式。实例计算表明:该系统缩短上行程时间2.6 s,较好地解决有杆泵上行程漏失和变频节能的问题。研究成果可为抽油机变频技术提供理论支持,对油田节能和提产具有指导意义。

无线电能传输系统恒流输出控制方法研究

此处提出了一种发射端控制的无线电能传输(WPT)系统输出恒流调节方法。该方法无需在接收端增加传感器和无线通信装置,即可实现对系统输出电流的调节,因此,能够减小接收端体积和重量。首先,建立WPT系统等效电路模型,考虑整流电路等效输入阻抗的电阻和电感分量,推导得到发射端电压/电流与负载电流之间的量化关系;然后,采集发射端并联电容电压有效值和输入直流电流值,并通过逆变器移相控制,实现系统恒流输出;最后,搭建WPT实验台架,实验结果表明:在变负载工况下,恒流控制精度在3%以内,动态调节时间小于200ms,从而实现了负载电流快速、精准的调节。

超级电容参与风电调频的动态响应优化策略

随着风电渗透率的不断提高,电力系统逐步呈现低惯量的特征。低惯量系统在故障时的频率变化率(RoCoF)和最大频率偏差显著增大,传统频率控制方法效果减弱,频率的安全、稳定面临挑战。针对上述问题,先于一次调频动作的快速频率响应(FFR)已成为解决低惯量系统频率稳定问题的重要手段。首先,建立风-火-储电力系统频率响应模型,分析FFR调频资源对低惯量系统频率响应的影响;其次,基于模糊逻辑推理,提出了一种超级电容参与风电调频的储能动态响应优化策略以控制储能,使其能够动态响应系统频率变化,在频率跌落期遏制频率跌落,在频率恢复期调控储能恢复功率以维持荷电状态稳定;最后,对提出的控制策略进行仿真验证。仿真结果表明,所提策略能够利用超级电容快速动态响应系统频率变化,从而为低惯量系统提供功率支撑,弥补风电调频的不足,相较传统的风电机组虚拟惯量控制策略,在减小最大RoCoF及抑制最大频率偏差效果上均有大幅提升。

基于平均电流控制的恒功率控制电路设计

为解决HID灯的老化及灯的伏安特性变化引起的功率漂移问题,基于Buck降压变换器的平均电流控制模式,设计并制作了一款具有恒功率控制能力的数字控制电子镇流器驱动电路,包含两个控制环路:内电流环路用于维持稳定驱动,外功率环路用于维持灯在其使用期间的功率恒定,并根据Buck降压变换器DCM模式下的小信号模型,以PI算法作为数字补偿器,完成补偿环路设计,保证电路输出稳定性。为抑制声共振,该电路结构采用三级式结构的电子镇流器,以低频方波驱动。设计和测试结果表明,该电子镇流器驱动电路可实现450 W的恒功率控制,误差值小于3%。该电子镇流器驱动电路结构简单,可靠性高,可适用于450 W HID灯驱动。

无线电能传输系统最大效率追踪及恒压输出复合控制方法

针对无线电能传输(WPT)系统的传输效率受耦合线圈之间的互感以及负载影响的特点,该文提出一种基于阻抗匹配技术的最大效率追踪及基于前馈PI控制的恒压输出复合控制方法。首先,对双边LCC型WPT系统的参数和传输效率进行分析,通过调整系统参数优化系统的传输效率。其次,在二次侧使用DC-DC变换器采用阻抗匹配的方法实现最大效率追踪,同时在一次侧采用DC-DC变换器利用前馈PI控制器闭环控制负载端电压实现恒压输出。该方法中,效率追踪和电压控制之间相互独立,互不干扰。此外,该方法还通过系统工作时的电路参数来估算线圈间的互感值,并通过线性拟合的方法对该估算互感值进行修正,得到更精确的互感估算值。最后,通过搭建实验平台验证了该方法的可行性和有效性。与PI控制相比,前馈PI控制方法在快速性和抗扰动性上均具有明显优势。

具备故障重构能力的双极直流接口变换器最优运行区域

中低压直流配电系统中,现有的双极直流接口变换器通常无法在进入单极运行模式下实现故障阻断与重构功能。基于一种互联分布式电源与双极直流系统的故障重构型直流接口变换器拓扑,分析单双极性运行模式的工作性能。在正常的双极运行模式下,变换器通过最小峰值电流控制策略,实现开关器件电流应力有效降低。在短路故障导致的单极运行模式下,变换器通过故障重构策略与恒功率传输控制策略,消除短路故障对正常端口的不利影响,维持关键负荷的连续供电。同时给出变换器在单双极模式的优化控制策略下的软开关运行区域,从而精确刻画出变换器的最优运行区域。实验结果证明理论分析的正确性,研究工作有助于指导中低压直流配电系统的工程实践。

欧式围网起网理网机负载敏感液压系统设计及仿真

欧式围网是海洋捕捞中上层鱼类效率最高的围网渔法之一。研究了理网与起网传动控制协同性技术,以保障欧式围网高效连续起网作业。以某新型40 m欧式围网示范渔船上的起网与理网适配需求为基础,采用负载敏感控制技术设计起网理网机液压传动控制系统,构建“渔具负载-起网速度”阻力特性模型,基于液压负载敏感和电液恒功率控制的双闭环反馈控制系统,以协同控制围网起网理网机自适应工作负载,并通过AMESim软件对起网理网机负载敏感液压传动控制系统进行仿真。结果显示:起网理网机负载敏感液压传动控制系统可以自适应围网起网渔具负载变化,自动调节理网速度实现恒功率理网,实现连续起网作业。相比传统液压系统传动的起网理网机,在相同海况下,起网效率提高32.78%。本研究涉及的液压负载敏感传动控制技术为欧式围网渔业高效捕捞提供了解决方案。

带恒功率负载多电平Buck变换器逆解耦自适应滑模控制

针对带恒功率负载(CPL)多电平Buck变换器的强耦合问题及负阻抗特性引起的不稳定问题,提出一种逆解耦自适应滑模控制策略。建立带CPL多电平Buck变换器的非线性数学模型,基于逆系统方法证明系统的可逆性,并推导逆系统表达式,将模型线性化解耦为多个伪线性子系统,抵消负阻抗特性的影响。通过选取线性滑模面和指数趋近律以减弱滑模抖振,并将自适应机制引入到滑模控制中,进而为线性子系统分别设计自适应滑模控制器,进一步提高系统控制性能。基于李雅普诺夫理论对控制系统的稳定性和鲁棒性进行验证。与现有控制方法进行比较,仿真结果表明,所提控制策略具有更强的鲁棒性和优越性。最后,搭建原理样机进行实验对比,实验结果验证了所提控制策略的正确性和有效性。

基于非周期间歇控制的直流微电网控制

针对直流微电网系统的稳定问题,提出了一个事件触发的非周期间歇控制方案。首先,在非线性直流微电网中引入蓄电池储能系统,通过控制储能系统注入的镇定电流来稳定直流微电网系统。其次,设计基于事件触发的非周期间歇控制的控制方案,并证明了所提策略的指数稳定性判据。最后,通过仿真验证了所提控制策略的有效性与正确性。

基于PI控制的内燃动车组柴油机恒功率控制技术

柴油机在非恒功率输出时,不仅燃料效率低,而且可能会产生较大的机械应力,导致机械部件的磨损和破坏。为确保内燃动车组柴油机高效运行,基于内燃动车组柴油发电机组恒功率输出的运行模式,文章提出了一种比例-积分控制方法,实现了负载侧牵引系统功率稳定跟随柴油发电机组的输出功率目标值,通过负载侧恒功率运行保障发电机组的恒功率稳定输出,从而提高柴油机燃油经济性。经过仿真及试验测试验证,采用此控制方法,负载功率稳态波动在±2%以内,实现了内燃动车组柴油机恒功率运行及负载功率对目标值的实时跟随。

矿用带式输送机恒功率调速控制策略研究

矿用带式输送机在运输过程中会因煤流量不稳定而使输送带上出现轻载甚至空载状态,由此会造成电量大量浪费,针对上述问题,提出带式输送机恒功率调速控制策略。通过可智能调节速度的模糊控制器的设计,以及调速策略的仿真模拟分析表明:恒功率调速策略能够提高驱动电机的功率因数,实现带式输送机的智能调速,避免电能的浪费,同时还可以提高控制系统的稳定性。

基于单片机的恒压/恒流可调高压电源

本文设计了一种可恒流、恒压控制且可预置高压电流和电压的便携式静电高压电源,以满足便携式美容仪器的静电喷涂高压电源的需要。该高压脉冲变压器采用单边驱动方式,其中驱动窄脉冲信号源由AVR单片机提供,高压端电流采集信号与MCU形成闭环控制系统,微调窄脉冲脉冲宽度,实现恒流控制;高压端电压采集信号与单片机构成电压采集闭环控制,改变单边升压电路的供电电压,实现高压恒压控制。并利用PID控制算法,恒流、恒压控制能够达到快速稳定输出电流或电压的效果。设计的高压电源,输出稳定性高、抗干扰能力强,提高了静电喷涂设备的喷涂效果和续航能力。

双馈变速恒频风电系统控制研究

文章以双馈异步电机为风力发电的变流器,分析了双馈式变速恒频风电系统在功率因数校正、电网电压畸变及无功补偿方面的控制策略,重点介绍了双馈变速恒频风电场系统,基于功率因数校正的控制方法分析了双馈异步发电机并网运行时电网电压畸变对风力发电系统运行稳定性和电能质量的影响,最后通过仿真验证了控制策略的正确性。仿真结果表明:文章提出的双馈变速恒频风电系统可以有效改善双馈异步电机并网运行时因电压畸变带来的性能下降问题。

数控车床主轴变频调速传动控制系统设计

阐述数控车床主轴传动的转矩特性、数控车床主轴变频调速原理,探讨数控车床主轴变频调速传动控制设计方案,包括变频器选型设计、主轴传动控制设计、连接设计,从而提高数控机床控制效率。

光伏阵列输出变化下光伏并网点恒定潮流控制方法

随着可再生能源的大规模并网,光伏系统需要考虑更多控制目标,为此,提出了一种新型光伏并网点恒定潮流控制方法。首先,以分布式输出补偿原理为核心,构建分布式潮流控制结构;其次,利用相似日理论和BP神经网络预测出光伏阵列输出情况,推导出潮流恒定值;然后,以其误差累积量最小、总网损最小为目标,设置目标函数;最后,采用结合非线性递增策略的非线性扩散粒子群算法求解,获取最佳控制参数。结果显示,该控制方法实施70 h后,光伏并网运行网损均值为2.2 kW/h,证明了该方法的实用性。

Research on V2G Control Strategy for EV Charge and Discharge Equipmen

In this paper, the fundamental structure of charge and discharge device of V2G is analyzed. As for three phase voltage source PWM converter’s control, this paper presents that the control strategy of direct power control PWM rectifier is adopted under charging operation and constant power control strategy is used under discharging operation. For bidirectional DC/DC converter control strategy, dual closed-loop control of external voltage loop and internal current loop is put into use. The whole system of charge and discharge device of V2G is modeled and simulated by using the toolbox of PSCAD/EMTDC. Two-way power energy and information interaction of electric vehicle and power grid has been realized, current harmonic on grid side is decreased, power factor and power quality are improved.

有损LC滤波器和Buck变换器级联系统有源阻尼控制方法

以LC滤波器和Buck变换器带恒定负载构成的级联系统,若前级电路LC滤波器参数设计不当,系统会因前后级参数不匹配引发电压振荡。尽管现有研究针对该系统探究了其近似线性化建模、阻抗比判据及阻尼控制设计,但均忽略了滤波器自身损耗的影响。因此,提出了计及滤波器损耗参数的系统电路模型,在此基础上列写小信号方程推导出系统端口等效阻抗,以赫尔维茨劳斯判据分析了其损耗参数对系统稳定性的作用规律,逐一设计了系统有源阻尼前馈控制回路传递函数。最后,分别通过阻抗比判据等效阻抗伯德图及仿真,分析和验证了该控制方法的有效性。