Enhancement of Solar PV Panel Efficiency Using Double Integral Sliding Mode MPPT Control

The extraction of maximum power from the solar panels,using the sliding mode control scheme,becomes popular for partial weather atmospheric conditions due to its effective dynamic duty cycle ratio.However,the sliding mode control scheme was sophisticated with single integral and double integral sliding mode control scheme,which offer enhanced maximum power extraction and support enhanced solar panel efficiency in partial weather conditions.The operation of the sliding mode control scheme depends on the selection of a sliding surface selection based on the atmospheric weather condition,which enables the effective sliding duty cycle ratio operation for the DC/DC boost converter.The duty cycle ratio of the sliding mode control resembles the usual dynamic behavior to achieve enhanced efficiency compared to the various maximum power point tracking(MPPT)schemes.The major limitation of the sliding mode control scheme is to achieve the steady state voltage error of the solar panel in minimum settling time duration.The single integral sliding mode control scheme achieves the expected steady state voltage error limit but fails to achieve minimum settling time duration.Hence,the single integral sliding mode control is extended to a double integral sliding mode control scheme to achieve both steady state voltage error limits within the minimum settling time duration.This double integral sliding mode control scheme allows us to obtain the higher sliding surface duty cycle ratio which acts as the input signal to the boost converter.This activates the enhanced stable and reliable system operation,and nullifies the lacuna of maximum solar panel efficiency under partial weather conditions.Hence,this paper aims to present the design and performance operation of the double integral sliding mode(DISM)MPPT control scheme.To validate the performance analysis of the proposed DISM MPPT control scheme,the MATLAB/Simulink model is designed and verified.Also,the performance analysis of the proposed DISM MPPT control scheme is compared with the sliding mode controller(SMC)scheme and single integral sliding mode controller(SiSMC)scheme.The performance analysis of the proposed double integral sliding mode controller(DISMC)scheme attains 99.10%of efficiency and a very less setting time of 0.035s when compared to other existingmethods.

基于反激变换器的电池充电系统设计

以具有结构简单、电气隔离等优点的反激变换器为电池充电电源,分析反激变换器电路的连续和断续模式工作原理,通过设计电压电流双闭环控制方法,实现电池的恒流充电模式和恒电压充电模式,也可实现两种充电模式的切换。实验结果证明了反激变换器的连续工作模式和断续工作模式的正确性,验证了应用于电池充电电源的可行性和有效性,切换时间小于1 ms,电压波动小于1 V。

基于双环自适应滑模控制的高速列车运行追踪

针对列车高速运行跟踪控制问题,提出了一种基于双环结构的RBF神经网络自适应滑模控制算法。首先系统结构分为位移与速度控制子系统,防止列车因单个控制器故障而失控;在此基础上采用积分滑模控制,加强控制器的鲁棒性;同时在速度子系统中引入参数自适应算法与RBF神经网络自适应算法削弱列车受到基本阻力、附加阻力以及不确定性阻力带来的影响;最后通过Lyapunov稳定性分析证明系统的稳定性。通过仿真实验结果表明,位移误差在[-3.3×10^(-4),1.9×10^(-4)]范围以内,速度误差在[-2.1×10^(-2),3.1×10^(-2)]范围以内,该算法可以实现对列车的速度与位移精确追踪。

基于双环自适应滑模的移动机器人轨迹跟踪控制

为了提升移动机器人轨迹跟踪精度,针对传统双环控制内外环协调性差、抗扰性弱的问题,文章提出双环自适应滑模的控制方法。为消除传统滑模控制(sliding mode control, SMC)方法中的趋近阶段,设计新型时变积分终端滑模控制器以保证系统状态始终位于滑模面,并通过控制器参数调节实现内环姿态误差和外环位置误差的快速收敛;构建基于势垒函数的增益调控方法,保证在扰动上界未知的情况下有效地抑制状态抖振,提高轨迹跟踪系统的抗干扰能力。对所提方法进行的验证分析结果表明,相较于现有的双环控制方法,该文轨迹跟踪控制方法精度更高、鲁棒性更强。

基于改进型积分滑模观测器的PMSM无位置传感器控制

针对传统滑模观测器在位置估计过程中的抖振问题,设计一种易于实现的分段平方根切换函数代替传统不连续开关函数,并利用李雅普诺夫稳定性判据对其稳定性进行分析。针对传统锁相环在进行位置估计过程中对转速变化跟踪能力差的问题,提出一种改进锁相环,通过增加微分环节提高电机转速与位置的估计速度,通过增加速度负反馈环节提高系统在暂态过程中的动态性能。在此基础上,通过锁相与位置误差辨识机制,提出一种位置误差全补偿算法,解决了由滤波器、零阶状态保持器等相位延迟环节引起的位置估计误差问题。此外,该文利用形式简单的d-q坐标系电压方程建立滑模观测器,在采用PLL进行位置估计时,无需进行α-β坐标系下的位置误差构建。最后,通过仿真和实验验证所提方案可行性和有效性。

基于RBF神经网络补偿的ROV运动控制算法

针对作业型遥控水下航行器(ROV)在模型参数不确定和外部环境干扰下的运动控制问题,提出了一种基于径向基函数(RBF)神经网络的自适应双环滑模控制策略。首先,对于ROV外环位置控制采用改进趋近律的积分滑模控制方法,对于ROV内环速度控制采用指数趋近律的积分滑模控制方法;其次,为进一步改善滑模控制的抖振问题,引入双曲正切函数作为滑模切换项;然后,利用RBF神经网络控制技术对ROV模型的不确定参数和外部扰动进行估计与补偿;最后,利用李雅普诺夫稳定性理论证明了整个闭环系统的稳定性,并对作业型ROV的运动控制进行了数值仿真。仿真结果验证了所设计的控制器可以实现ROV航行的精确控制,并能够有效抑制模型不确定参数和外部扰动对ROV运动的影响。

基于ESMO-DPLL的混合式步进电机主动式阻尼控制

针对混合式步进电机阻尼系数较小引起的振荡以及失步问题,提出一种主动式阻尼闭环控制方法提高步进电机的控制品质。首先,该方法基于同步旋转dq坐标系下的电机模型,将电流id控制恒为额定电流,利用转速误差调节电流iq生成瞬时转矩,改善电机运行时存在的振荡现象。其次,为实现转速闭环,提出一种扩展滑模反电动势观测器(ESMO)与双锁相环(DPLL)相结合的无传感器控制方法,ESMO改善了传统滑模观测器的抖振问题,DPLL能消除加减速过程中的稳态误差。最后,通过实验验证了所提方法的有效性。

基于模糊控制的PWM整流器电压调速策略

针对三相脉宽调制(pulse width modulation,PWM)整流器控制系统的直流侧电压响应速率问题,提出一种基于模糊控制的电压快速响应控制策略.建立PWM整流器在qd坐标系下的数学模型,并进行欠驱动特性分析和控制策略研究,设计级联双闭环控制结构.利用部分反馈线性化策略,设计电流内环控制器,为提升直流侧电压响应速度,提出电压外环模糊控制策略.所提控制策略能够在0.05 s实现稳定,功率因数达到了0.99,提升了系统抗扰动能力,仿真结果证明了所设计控制方案的有效性.

基于固定时间积分滑模观测器的双闭环UUV轨迹跟踪控制

针对水下无人航行器(UUV)轨迹跟踪控制问题,设计一种基于固定时间积分滑模观测器(FTISO)的双闭环运动控制策略。建立UUV运动数学模型,对运动学外环设计积分滑模控制器,使用非线性微分器获得外环虚拟控制律的导数,以保证航行器位置能够精确收敛。考虑动力学内环存在的模型不确定性和外部干扰难以测量等问题,采用FTISO实现对集总干扰快速估计,同时引入李雅普诺夫函数分析系统的稳定性。在仿真环境下对比基于FTISO的双闭环积分滑模控制与积分滑模控制、RBF网络自适应滑模控制的控制效果。仿真结果表明:基于FTISO的双闭环滑模控制对集总干扰有良好的补偿能力,可提高控制系统的性能及精度,可保证UUV在不同环境下均能实现轨迹跟踪。

基于双扰动观测器的永磁同步电机双惯量系统无模型递归终端滑模控制

为了提高永磁同步电机双惯量系统在不确定性扰动影响下的控制性能,提出一种基于双扰动观测器的无模型递归终端滑模控制策略。首先,建立存在不确定性扰动的永磁同步电机双惯量系统模型,并结合无模型控制与递归终端滑模控制设计无模型递归终端滑模控制器,使系统状态直接从滑模面开始运动,缩短了状态误差的收敛时间,有效抑制抖振。其次,通过构造扩张状态观测器观测负载速度并反馈到改进型扩展扰动滑模观测器中,构成双扰动观测器。同时,双扰动观测器精确估计总扰动信号并前馈补偿到所设计的控制器,进一步提高系统稳态性能和抗扰动能力。最后,通过仿真和实验验证得出,所提出的控制方案相较于比例积分控制和改进型无模型滑模控制方法更具有优越性和可行性。

双闭环管理模式在血液透析机保养及故障管控中的价值研究

目的:构建医疗设备双闭环管理模式,探讨其在血液透析机保养及故障管控中的应用价值。方法:基于医疗设备临床运行闭环管理和技术保障闭环管理,构建医疗设备双闭环管理模式。选取2021年1月至2023年1月复旦大学附属华山医院临床在用的65台血液透析机,分别采用常规设备管理方法(简称常规模式)管理和双闭环管理模式(简称双闭环模式)管理。对比两种管理模式血液透析机的成本效益、社会效益、故障发生情况、管理质量有效事项、消毒情况、患者平均等候时间和患者满意度。结果:双闭环模式的血液透析机运行利润增长率、诊疗费用增长率、使用年限指数(I_(年限))百分比、科研服务增长率、诊疗服务增长率、开机率和运转率分别为(3.95±1.04)%、(3.80±0.58)%、(1.58±0.31)%、(4.30±0.95)%、(7.91±1.58)%、(96.58±2.76)%和(89.90±5.58)%,均高于常规模式,其差异有统计学意义(t=5.418、10.070、7.490、17.570、11.820、8.849、6.840,P<0.05);技术保障费用支出增长率、细菌菌落数、细菌内毒素含量和患者平均等待时间分别为(2.60±0.33)%、(0.370±0.008)cfu/ml、(0.0063±0.0011)EU/ml和(0.76±0.13)h,均少于常规模式,其差异有统计学意义(t=23.040、82.985、14.482、19.530,P<0.05)。双闭环模式的血液透析机故障发生为6台(占9.23%),低于常规模式,其差异有统计学意义(x^(2)=6.392,P<0.05);采集的120项管理数据中质量控制检测、维护维修、临床操作、信息数据和报废处理的有效数据分别为115项(占95.83%)、107项(占89.17%)、116项(占96.67%)、114项(占95.00%)和117项(占97.50%),管理数据有效率均高于常规模式,其差异有统计学意义(x^(2)=15.238、16.596、9.808、15.585、16.119,P<0.05)。结论:双闭环管理模式应用于血液透析机保养及故障管控,能够有效提升设备成本效益、社会效益、管理质量及患者满意度,降低故障发生率。

基于双积分滑模控制的DAB电压控制研究

提出一种基于双积分滑模控制的双向有源全桥(DAB)DC-DC变换器电压控制策略,该策略在模型精度要求低、控制器设计流程简单的情况下,可以获得良好的控制效果。首先,基于单移相调制方式建立变换器的降阶模型。然后,采用双积分滑模控制理论设计变换器的输出电压控制器。设计过程通过引入时域分析法进行滑模面系数的选取分析。最后,仿真和实验结果表明了所提控制策略的有效性。

基于积分滑模观测器的直线振荡电机谐振频率跟踪控制

现有直线振荡电机(LOM)无位置传感器谐振频率跟踪控制方法存在行程观测精度低、抗干扰能力差等问题,容易导致谐振频率跟踪精度低、频率振荡严重。为提高谐振频率跟踪控制性能,该文研究了一种基于积分滑模观测器(ISMO)的新型谐振频率跟踪控制方法。首先,基于LOM工作在系统谐振频率点时行程-电流相位差为90°的特点,提出一种双互相关函数比值方法,消除了行程变化对谐振频率跟踪控制的影响。其次,采用积分滑模面及新型趋近律设计ISMO,并利用二阶广义积分器获取行程估算信号,大大提高了行程估算精度。最后,对比实验结果表明,所提方法能够有效提高谐振频率跟踪精度、稳定时间及抗干扰能力。

基于双环滑模控制的全向移动工业机器人多目标点跟踪控制系统设计

全向移动工业机器人在实际应用场景中,经常处于存在较高噪音的环境中,导致多目标跟踪的性能变差,为此设计基于双环滑模控制的全向移动工业机器人多目标点跟踪控制系统;系统硬件设计了主控制器模块及主控制器芯片;在数据采集模块中配置数据采集卡,实施帧数据采集;在无线通信模块中,采用Wi-Fi无线通信技术,实现系统的远程控制、数据传输功能;系统软件部分设计基于GhostNet的改进目标检测网络,实施多目标点检测;设计基于改进SORT算法的多目标点跟踪算法,实现多目标点跟踪;设计基于双环滑模控制的多目标点跟踪控制器,实现多目标点跟踪控制;测试结果表明,静态障碍物情况下,在仓库场景下,设计系统的目标点跟踪准确性平均值为97.23%,室外场景下的目标点跟踪准确性平均值为96.37%;动态障碍物情况下,两种场景下系统的目标点跟踪准确性略低于静态障碍物情况。

不平衡电网电压下风力发电机网侧变流器控制策略

针对不平衡电网中负序分量对风力发电机的正常运行造成巨大影响,以风力发电机中的双馈风力发电机为例,提出了在网侧变流器中通过双闭环控制和滑模变结构控制共同作用的控制策略。通过空中管制中心和网络自抗扰控制器控制组成双闭环控制,可维持变流器电压的稳定。通过与滑模变结构控制相结合,消除负序分量对系统产生的影响。通过试验仿真验证了双闭环控制策略可使电压波形输出为与电网电压一致的正弦波。提出的控制策略对单相短路故障上出现的危害有很好的抑制作用。

基于改进滑模观测器的PMSM控制研究

针对传统滑模观测器在引入切换函数时产生高频抖振的问题,提出了一种基于四阶滑模观测器的解决方案。该方案省去了滑模切换函数的使用,从而降低了在反电动势信息提取过程中高频信号的干扰。通过采用Lyapunov函数证明了观测器的稳定性。为了进一步降低高频信号的干扰,引入了二阶广义积分器(SOGI)用于对非基波信号进行陷波处理,该方法在较大程度上保留了反电动势基波信息。此外,还采用了锁相环(PLL)方法来提取转子位置信息,从而避免了使用反正切方法中的除法运算。最后,在Matlab/Simulink仿真平台上验证了所提出的方法的有效性。

基于改进滑模观测器的永磁同步电机无位置传感器I/F起动方法

针对传统的永磁同步电机无位置传感器开环起动过程中存在启动电流大、功率因数小、抗负载扰动能力弱的问题,提出了一种基于改进滑模观测器的无位置传感器电流闭环I/F起动策略。起动加速阶段,在电枢绕组中产生幅值固定、频率逐渐增大的旋转电流矢量,使转子加速起动。当转速达到设定值时,检测指令位置角与用改进滑模观测器估算的转子位置角之间的偏差角,当该偏差角低于设定的阈值时,立刻切换至基于改进滑模观测器的无位置传感器电流解耦控制阶段。仿真和实验结果表明,采用所提起动策略后,起动电流可控,切换时刻的电流、转矩平稳无冲击。实验结果也验证了该起动策略能有效避免过流的产生,具有良好的动态性能和一定的抗负载扰动能力。

电机转速环节Super-Twisting算法二阶滑模控制律设计与研究

针对电机转速环节,研究了以Super-Twisting算法(STA)为基础的转速闭环二阶滑模控制律设计方法,无需对转速求导或求解转速极值。利用Lyapunov函数证明了系统的稳定性,并分析了系统中比例滑模项对系统收敛的稳定性和快速性的影响,以及不同类型比例滑模项的共同点与区别。仿真结果表明,在STA基础上人为增加比例滑模项可以提高系统的收敛速度,而不受系统工作状态影响,并且不改变系统的STA二阶滑模特性。由于各种电机都具有统一的转子运动方程,因此,研究结果对各种电机的转速环节二阶滑模闭环控制具有通用性。

多重化双向DC-DC变换器PI滑模变结构控制策略研究

针对一种基于多重化结构的双向DC-DC变换器拓扑结构提出PI滑模变结构控制策略,实现自动跟踪参考目标电压值、单元电路电感电流间实现均流的目的。给出多重化双向DC-DC变换器的工作原理,得到双向DC-DC变换器变结构模型,对适用于多重化双向DC-DC变换器的双闭环PI滑模变结构控制策略进行了深入分析,运用等效控制理论分析了滑模变结构控制的存在和稳定条件,并利用等效输入的调制方式使变换器在定开关频率下运行。PI滑模变结构控制方案充分发挥了快速响应和鲁棒性强的优点。仿真结果证明理论分析的正确性。

感应电机电流环非线性积分滑模控制策略

滑模控制器能有效提升感应电机电流环鲁棒性,然而传统滑模控制存在严重的抖振问题,虽然通过引入趋近律能有效降低系统抖振,但仍无法实现系统在有限时间内收敛。为此,该文提出一种感应电机非线性积分滑模电流控制器,在削弱系统抖振的同时,实现了定子电流误差在有限时间内收敛。首先,设计非线性积分滑模面,有效避免了传统积分滑模面中初始误差大而导致的积分饱和问题。其次,通过将滑模面的信息引入幂次趋近律,实现控制器对系统状态的自适应收敛,有效地削弱了系统抖振。最后,对比实验结果验证了所提出算法的有效性。