卡尔曼滤波器在海马场电位ripple节律分析中的应用

利用自适应自回归(adaptive autoregressive,AAR)模型和卡尔曼滤波器算法,分析小鼠海马CA1区场电位ripple高频振荡的时频特性.研究发现,与传统的基于短时傅立叶变换的实时频谱分析方法相比,利用AAR模型以及卡尔曼滤波器算法的参数化方法在对ripple高频振荡信号进行实时频谱分析时,具有更高的时域和频域分辨率.因此,基于卡尔曼滤波器得到的ripple能量变化,可更为准确、实时地反映ripple高频振荡的发生与变化过程.

Constant Ripple Current Control for Switching DC-DC Converter

The adapted DC-DC converters should be smaller in size and have a small output current ripple to meet the increasing demand for low voltages with high performance and high density micro processors for several microelectronic load applications. This paper proposes a DC-DC converter using variable on-time and variable switching frequency control enhanced constant ripple current control and reduced magnetic components. The proposed converter is realized by making the turn-offtime proportional to the on-time of the converter, according to the input and output voltage, thereby reducing the corresponding current ripple on output voltage in the continuous conduction mode. A Buck DC-DC converter using the proposed control strategy is analyzed in detail, along with some experimental results to show the performance and effectiveness of this converter.

基于静止轴系改进高频方波注入同步磁阻电机无传感器控制

同步磁阻电机因为其成本低、可靠性高,发展前景可观。在低速域无传感器控制方面,因同步磁阻电机转子具有凸极性,使用高频方波信号注入方法进行转子角度估计最为合适。但是,电机在低速运行中伴随着交直轴电感交叉饱和问题,该问题影响着电机的动稳态性能。为此,对传统高频方波注入控制方法进行改进,提出基于静止轴系的双高频方波注入无传感器控制方法,降低高频幅值带来的高频转矩脉动,抑制因交叉饱和效应导致的角度估计误差,提高电机动稳态性能。在1.5 kW同步磁阻电机实验平台上进行实验验证。结果表明,与传统高频注入法相比,改进高频注入法消除了交叉饱合引起的角度估计误差,并降低高频信号带来的转矩脉动问题,提高了电机的动稳态性能。

两开关无电解电容LED驱动电路拓扑及控制策略

LED驱动电源常因含有平衡输入输出功率的电解电容而导致寿命大打折扣,为延长LED驱动电源的使用寿命以及提高其可靠性,该文提出一种两开关无电解电容LED驱动电路拓扑,该拓扑以反激变换器为基础,通过集成的辅助储能电容实现输入输出瞬时功率平衡,从而大大地减小了抑制输出电流低频纹波所需的电容器容值,实现无电解电容化,并充分吸收漏感能量,使电源效率得到提高。详细分析该电路拓扑的工作原理及各个模态,给出参数设计方法,并提出相应控制策略,最后,搭建一台35 W原理样机验证了该电路拓扑的可行性。

基于转矩跟踪电流误差校正的压缩机转速脉动抑制算法研究

针对空调用永磁压缩机在低频运行中存在转速脉动大、振动噪声高等问题,提出一种基于转矩跟踪电流误差校正的压缩机转速脉动抑制算法。首先对压缩机的周期性转速脉动进行分析,并根据转速脉动特性建立转速环控制系统模型。然后引入迭代学习算法,获得转矩跟踪电流,在此基础上,提出特征滤波函数,用来提取转矩跟踪电流基波分量,有效抑制特定次频率的转速脉动,同时引入转矩跟踪电流误差校正律,对转矩跟踪电流与参考交轴电流的误差进行校正,进一步获得前馈补偿电流,并施加到参考交轴电流中,可以消除传统迭代学习转矩跟踪电流存在的误差累积,跟踪性能好。最后,在空调压缩机实验平台上对算法进行验证,实验结果表明,所提算法可以显著抑制压缩机的转速脉动。

商品期货市场中的频域“涟漪效应”——一种基于避险视角的双向“涟漪”指数方法

准确识别商品期货市场中的网络外溢和“涟漪效应”是防范金融市场系统性风险的重要依据。鉴于此,提出一种基于避险视角的双向“涟漪”指数检验方法,利用5分钟高频数据和小波包分解法,从频域视角检验商品期货市场中的双向“涟漪效应”。研究发现,商品期货在样本期内的平均风险传染效应均大于避险效应,在中频尺度下,避险型“涟漪效应”更加显著。玉米、豆油、动力煤、黄金分别为低频、中低频、中频和高频尺度下的避险中心,铁矿以及产业链相关的甲醇、乙烯和焦炭在各时间尺度下均为相对稳定的强风险中心。此外,股灾和贸易摩擦时期的避险效应存在明显的滞后性。因此,应提升市场透明度和公信力,以有效降低商品期货的异质性波动风险,防止由此产生的“涟漪效应”。

MMC器件损耗分布与电容电压纹波综合优化方法

逆变工况下,半桥子模块下部绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)(简称T_(2)管)损耗占比较大,减小其损耗有利于提升设备运行可靠性。同时,抑制电容电压纹波有利于减小电容需求及提高功率密度。然而,现有优化控制策略未关注损耗分布优化及电容电压纹波间的矛盾,难以兼顾设备运行可靠性及功率密度。为此,文中提出兼顾减小T_(2)管损耗及抑制电容电压纹波的综合优化方法。首先,通过分析电荷量对器件损耗及电容电压纹波的影响路径,阐述减小T_(2)管的通态损耗与抑制电容电压纹波间的内在矛盾。接着,通过引入罚函数,建立计及T_(2)管损耗及电容电压纹波的综合目标函数。然后,以主动旁路策略为例,通过分析二倍频环流与三次谐波电压注入对T_(2)管损耗和电容电压纹波的影响规律,提出基于二倍频环流及三次谐波电压注入的综合优化方法。最后,在MATLAB/Simulink及PLECS中搭建仿真模型进行验证。仿真结果表明:该综合优化方法兼顾了T_(2)管损耗与电容电压纹波优化,一定程度上增加了设备可靠性与设备的功率密度。

高速动车组牵引传动系统转矩脉动测试分析

交流传动技术广泛应用于高速铁路动车组牵引传动系统,牵引变流器直流环节电压存在2倍牵引网电压频率的脉动分量,会在牵引电机侧产生拍频电流,从而引起转矩脉动,不利于动车组机电系统稳定运行。文中首先分析了转矩脉动产生的原理,然后针对两种典型动车组牵引变流器主电路进行了结构建模,通过数字仿真分析了转矩脉动的主要影响因素。接着基于现场实测,验证了理论分析的正确性,并获得了转矩脉动产生机械应力的关系,表明转矩脉动易对牵引电机及转向架等相邻机械部件产生机械损耗。最后,从硬件电路和软件控制两方面对转矩脉动抑制技术进行了探讨。

基于改进PWM的低开关频率SPMSM电流纹波抑制

传统SVPWM由于其电压利用率高等优点被广泛应用在电机控制中,然而随着开关频率的降低,输出电流纹波会加剧,其将面临系统损耗增加、输出转矩脉动等问题,对系统稳定性和动态性能带来不利影响。针对这一问题,本文提出了一种基于改进混合PWM的电流纹波抑制策略。通过构建静止坐标系下的电流纹波矢量模型,分析了低开关频率下的纹波加剧的原因。通过分析电压矢量作用时间和顺序与电流纹波之间的关系,选取了两种能够抑制电流纹波的开关序列。通过在线计算不同序列的电流纹波并根据结果切换输出,实现了对低开关频率下电流纹波的有效抑制。搭建了实物实验平台,实践验证了该抑制策略的有效性和可行性。

一种新型两开关无电解电容LED驱动电路

LED驱动电源通常需要大电解电容来减少低频电流纹波,电解电容的短寿命是制约LED驱动电源寿命的重要因素,消除电解电容是LED驱动电源长寿命的关键。为此,提出了一种基于反激变换器的两开关无电解电容LED驱动电路拓扑,将辅助功率平衡电路与反激变换器集成,通过2个开关管实现瞬时输入功率与输出功率的平衡,消除电解电容,抑制输出电流低频纹波,实现高功率因数。详细分析了该拓扑的工作原理,并提出了一种适用于该电路拓扑的控制策略。最后搭建了1台30 W的原理样机,实验结果验证了该拓扑的可行性。

一种多电平功率解耦电路优化设计方法及控制策略研究

单相高功率因素变换器电路包括AC/DC和DC/AC电路,会在直流母线上产生二倍频(2ω)电流分量,需庞大的直流母线电容来减小低频纹波。传统的两电平主动功率解耦电路可有效吸收二倍频电流分量,但电路中电感体积依然较大,提出了一种多电平有源解耦电路的优化设计方法,在满足预期损耗的前提下实现体积最小化。基于飞跨电容多电平拓扑,提出了一种降低谐波含量和平衡飞跨电容电压的控制策略,搭建了单相飞跨电容七电平半桥仿真电路,并对所提优化设计方法和控制策略进行了仿真验证。

基于包络解调分析法的数控车床镗孔振纹分析与改进

针对数控车床镗孔表面振纹问题,文章采用由简至繁的原则,初步确定振纹故障来源,并利用卡盘浮动支撑工装来间接提高主轴刚性和缓解刀纹的深度,排除加工振纹与主轴关联;利用包络解调分析法,通过LC-810型振动信号采集分析仪对主轴前端和后端振动信号进行采集,均值分别在22.37 Hz、45.94 Hz;与NN3048和NU1038轴承故障特征频率22.127 Hz、44.792 Hz相近。通过轴承拆卸和镗孔实验,验证了包络解调分析法在轴承故障辨识的有效性。实验结果表明:NN3048轴承滚动体和NU1038轴承外环磨损是导致切削振纹的故障源,理论方法故障辨识结果与拆卸实验辨识结果一致。

基于构造载波的SM变换器低频电压纹波抑制

由于零序电压注入法对中性点电流的调节能力不足,5电平层叠式多单元(SM)变换器在低功率因数运行时,将会面临严重的低频电压纹波问题。因此提出一种基于构造载波的SM变换器低频电压纹波抑制策略,该策略可以保证悬浮电容电压的自然平衡来最小化电压纹波,并且减少了一半的最大中性点电流。因此,变换器中性点电压的不平衡被进一步缓解,配合零序电压注入法几乎可以完全抑制低频电压纹波。实验结果表明,所提调制策略和电压控制方法可以实现所有电容电压的独立解耦控制,相较于传统调制策略,低频电压纹波减少88%,SM变换器的静态、动态性能均得到很好提升。

牵引逆变器直流电压二次脉动导致的永磁电机输出转矩脉动的抑制策略

永磁同步电机由于其多方面的优点在轨道交通领域得到越来越多的应用。轨道交通牵引变流器前端通常采用单相四象限整流器,导致直流侧电压会存在二倍电网频率脉动分量,牵引电机运行于该脉动频率附近时转矩和电流会产生明显的脉动分量。针对传统的频率补偿策略以抑制电流脉动为目标,无法消除转矩脉动分量这一问题,通过分析转矩中脉动分量与永磁同步电机d、q轴电流脉动分量的关系,提出一种改进的闭环频率补偿策略来消除转矩中的脉动分量。仿真和实验结果证明所提方法的有效性。

级联H桥整流器谐波分析及混合控制

针对单相级联H桥整流器(cascadedH-bridge rectifier,CHBR)输入输出瞬时功率不平衡导致直流侧电压中含有二倍频纹波,造成网侧电流低次谐波污染的问题,提出了一种嵌入N次陷波滤波器的混合控制策略。首先根据CHBR数学模型和双闭环控制策略,分析CHBR网侧电流谐波产生的机理及推导其谐波分布规律。其次在dq旋转坐标系下的前馈解耦控制基础上,引入瞬态直接电流控制思想。然后分析了N次陷波滤波器对网侧电流谐波的抑制效果,给出N次陷波滤波器参数设计和离散方法。接着详细讨论了N次陷波器嵌入电流内环控制的设计方法,该方法有效抑制了网侧电流的3、5、7次等低次谐波,减少了PI控制器的负荷。最后,实验结果表明所提控制策略具有更小的电压超调和更短的动态响应时间,明显降低了网侧电流畸变率。

负载变化下无传感器感应电机主动零频穿越及脉动抑制策略

无速度传感器感应电机系统在低速、变负载工况运行时,转速可观测性较差。为此,提出一种负载变化下无传感器感应电机主动零频穿越及脉动抑制策略。首先,基于误差系数矩阵行列式分析,阐述了低速发电不稳定的原因,揭示了负载变化对感应电机低速运行稳定性的影响,指出负载变化下恒励磁电流策略存在转速不可观测、系统稳定性差等问题。进而,以提高负载变化下系统的转速可观测性为目标,引入主动零频穿越策略,并基于定子电流限制推导出励磁电流自适应变化区间与其修正步长。为提升系统稳态带载能力,分析了同步转速限制值对电机转矩输出能力的影响,并给出同步转速限制值取值范围。此外,为抑制主动零频穿越过程中的转速/磁链/电流脉动,保证电磁转矩和负载实时匹配,提出转矩电流相位补偿方法。最后,在2.2 kW的感应电机实验平台上验证了所提方法的有效性。

单级无电解电容LED驱动电路及控制策略研究

为了消除电解电容对LED驱动电源使用寿命的影响,提出一种基于反激结构的单级无电解电容LED驱动电路拓扑及控制策略。该电路拓扑是在反激变换器的输入端串接辅助储能电路,通过控制辅助储能电容的充放电,实现瞬时输入输出功率的平衡,从而抑制输出电流的低频纹波。详细介绍了该电路拓扑的工作原理;结合输出电流低频纹波产生机理,分析了辅助储能电容充放电的控制规律,给出具体的控制实现方法,并对电路关键参数进行设计,最后研制出一台30 W数字控制的单级无电解电容LED驱动电源样机。实验结果表明,所提电路方案辅助储能电容和输出滤波电容均可降至6.8μF,输出电流纹波可降至16%。通过使用薄膜电容代替传统的电解电容,提高了LED驱动电源的使用寿命。

计及脉冲分配的不对称型电流源逆变器直流侧纹波电流抑制

单相电流源逆变器输出功率含有二倍频分量,使得直流侧功率存在二倍频波动,如果采用较小的储能电感,会产生较大的电感电流低频纹波,增大电感损耗,同时也不利于逆变器输出滤波电路的优化设计。针对这种情况,该文通过分析所设计的不对称型单相七电平电流源逆变器各电感电流在输出侧的功率分配情况,提出一种计及脉冲分配的功率前馈控制策略。仿真和实验结果表明,在满足储能电感轻量化的前提下,所提控制策略能够有效抑制电感电流低频纹波,减小输出电流低次谐波含量,验证所提逆变器和控制策略的正确性。

两级式单相逆变器的二次功率解耦控制

两级式单相逆变器由前级DC/DC和后级DC/AC组成,通常利用负载电流前馈提高DC/DC的动态响应能力,但DC/AC输出瞬时功率的二次脉动,会由前馈通道使DC/DC的输入源产生二倍频电流。为了消除负载瞬时功率脉动对前级DC/DC的影响,提出在电压环引入串联虚拟阻抗以及增加电流环有功指令的前馈解耦控制方法,并推导出2条前馈通路的最优组合方式。在此基础上给出串联虚拟阻抗和有功电流前馈的优化选取方法以及控制器参数设计思路。该方法不仅能有效抑制输入侧的低频纹波电流,保证了系统的稳态性能,而且能够完整快速提取前馈分量,提高了DC/DC负载突变时的响应速度,实现了前后级之间的二次功率解耦。理论分析表明,所提控制既能满足二倍频电流抑制要求,又增大了电压环带宽,系统的动态特性更强。仿真和实验结果验证了所提控制策略的有效性。