带有状态/输入量化的无人艇航向跟踪控制

[目的]针对水面无人艇(USV)的海上通信受限的问题,提出一种带有状态/输入量化的USV航向跟踪控制方法。[方法]基于反步法设计系统控制律,结合动态面技术降低虚拟控制律的计算量膨胀问题。对于控制系统中存在的不确定项及外界干扰,利用扩张状态观测器(ESO)进行估计。采用均匀量化器分别对控制系统中的状态变量和控制输入进行量化,且量化后的状态反馈信息仅用于跟踪控制。利用量化状态递归设计基于ESO的USV航向控制器,证明闭环控制系统中量化变量和非量化变量间误差的有界性。[结果]基于李雅普诺夫稳定性理论,提出了量化误差考量及闭环系统稳定性判定方法,严格证明了所设计的带有状态量化和输入量化的USV航向跟踪控制系统的稳定性,仿真实验验证了该控制策略的有效性。[结论]结果表明,所提方法可为USV航向跟踪控制提供借鉴。

超导磁储能装置提高柔性直流配电系统稳定性的研究

柔性直流配电系统中定功率控制的换流器具有恒功率负载特性,会降低系统阻尼,对系统的稳定性产生不利影响。针对该问题,在直流配电系统中加入超导磁储能SMES(superconducting magnetic energy storage)装置来提高系统的稳定性。推导了柔性直流配电系统的反馈控制模型,采用频域分析法研究了换流器恒功率负载特性对系统稳定性的影响,并结合数学模型和频域分析,指出SMES装置能够为电网提供正阻尼,增大了系统开环传递函数在剪切频率处的相位裕度,从而改善了系统稳定性。为防止超导磁体两端电压过高,SMES装置与直流配电网连接的DC/DC换流器需具备一定的电压调节性能,因此研究了采用模块化多电平DC/DC换流器DC-MMC(modular multilevel DC/DC converter)的SMES装置,通过调节子模块个数灵活设置换流器电压变比,在实现换流器能量双向流动的同时控制超导磁体两端电压,以保护储能装置。最后通过时域仿真波形验证了采用DC-MMC的SMES装置在提高柔性直流配电系统稳定性方面的可行性和有效性。

基于双回路反馈的光纤干涉式GIS局部放电超声传感系统研究

光纤干涉式GIS局部放电超声传感系统受到环境干扰,会导致超声检测灵敏度降低。基于单回路反馈的传感系统能够抑制振动干扰,但长时间工作仍会出现工作点漂移。文中首先分析了单回路反馈传感系统工作点漂移的原因,指出了压电陶瓷迟滞效应的影响;其次,搭建了基于双回路反馈的光纤干涉式GIS局部放电超声传感系统,引入了二次反馈回路以补偿一次反馈回路累积的低频相位调制误差;再次,通过振动干扰下的超声检测试验和GIS局部放电检测试验,证明了双回路反馈传感系统能够长时间保持稳定的超声检测灵敏度;最后,搭建了真型126 kV GIS局部放电检测试验平台,利用双回路反馈传感系统成功检测到了金属颗粒引发的局部放电和跳动声信号,检测到的最小视在放电量为5.2 pC。

基于CarSim/Simulink的计算机控制系统综合实验设计

针对计算机控制系统课程中控制算法设计与仿真实现,设计了基于CarSim/Simulink的控制综合实验方案。以4轮独立驱动小车为对象,要求学生熟悉其基本工作原理,并在非线性动力学模型基础上,进行局部线性近似,设计反馈控制器,模拟小车控制。使用CarSim仿真软件可直观地模拟调整4轮独立驱动小车的质量、质心位置和转动惯量等,实现个性化选择,搭建车辆模型;与Simulink接口互通,在Simulink中完成控制算法。实验设计旨在使学生夯实计算机控制系统的理论基础,并逐步过渡到控制工程,理论联系实际,培养其解决复杂工程问题的能力。

基于超螺旋二阶滑膜的汽车主动悬架控制方法研究

汽车悬架的控制效果直接影响汽车的稳定性和舒适性,针对一阶滑模控制在主动悬架控制中存在的抖振和控制精度问题,基于汽车二自由度1/4主动悬架模型,提出了一种基于超螺旋二阶滑模控制的汽车主动悬架控制方法。在控制器前端串联一个负加速度反馈回路来调节悬架性能,并使用扩展的超螺旋观测器实时补偿系统的未知内部动态。为了验证控制方法的可行性,通过仿真进行对比分析。仿真结果表明,相比于一阶滑膜控制,该方法解决了悬架未知非线性动态的多目标控制问题,能更有效地改善汽车稳定性和舒适性。

基于复杂信道服务模型的高效可靠链路控制方法

面向无线通信网络化应用发展趋势,针对无线链路容错概率高、实时变化大、信道带宽窄导致链路可靠控制难的问题,提出了基于复杂信道服务模型的高效可靠链路控制方法;分析了无线传播复杂信道服务模型的多种特点,提出了基于无线信道服务模型紧密耦合高效适配的控制机制,设计了无线链路层自适应分组反馈控制流程,结合帧结构设计给出了数据分组长度、最大重数次数等关键参数演算方法;在物理层最小分组长度对应传输成功率85%~99%条件下,仿真给出最佳分组长度为最小分组的2~9倍,最大重数次数为9次缩减至4次;仿真验证表明:在业务数据包长度为最小分组长度的10~100倍时,相比无链路控制状态,传输成功率由1%~90%改进至99.99%以上,平均吞吐量可提升两倍以上。

CRAFT-ICRF低电平控制系统的设计和实现

在聚变堆主机关键系统综合研究设施(CRAFT)的实验中,为了稳定控制射频功率和满足复杂的物理实验需求,设计了基于现场可编程门阵列(FPGA)芯片的低电平控制系统。通过上位机输入射频信号功率参数,采用对数检波器AD8307、直接数字频率合成器(DDS)、高精度的模数转换器(ADC)以及模拟衰减器等芯片,完成了射频功率测量与稳定输出、射频功率的反馈控制以及多阶功率调制等功能设计与实现。搭建了一套能够高效开展低电平控制系统的测试平台,通过实验验证该系统的功率反馈控制与多阶调制的有效性的同时,实现±0.3%的幅度稳定度和±0.3°的相位稳定度,且达到长时间稳定运行的要求。

固态断路器多IGBT串联混合均压电路设计

固态断路器需多IGBT串联切断短路故障电流,针对多IGBT存在电压分配不均、局部电压过高、损耗大等问题,提出一种混合式均压控制电路拓扑结构。分析固态断路器多IGBT均压影响因素,研究均压拓扑性能。优化缓冲电路结构,改进充放电型缓冲电路,减小损耗;引入双阈值钳位控制电路,改善IGBT过电压;提出被动均压与辅助反馈主动均压结合的混合均压控制策略,加快响应速度,实现均压动态自适应调节。制作样机,进行固态断路器设计拓扑和控制的仿真及实验验证,结果表明:混合式均压控制电路可减小IGBT电路超调量,具备更强的抑制过电压能力,提升响应速度。

某型地面发控点火电流异常分析和电路改进

针对某型地面发控系统在使用过程中出现的点火电流异常问题,采用数学方法研究点火电流与元器件参数的变化规律,发现地面发控点火电流在某些环境下不稳定的根本原因。最后提出一种闭环控制方案,增加电流反馈环节,解决点火电流异常问题。实际应用验证表明,改进后的点火电路能适应更大的点火负载,有效提高了点火的可靠性。

导引头稳定平台离散时间预设性能控制

针对现有离散时间预设性能控制方法对滑模趋近律依赖度高、抖振缺陷明显的难题,通过创建一种摆脱了滑模控制的设计新框架,为拦截弹导引头稳定平台提出了一种离散时间预设性能控制新方法。首先,设计一种离散时间性能函数对跟踪误差的收敛轨迹进行包络约束;然后,定义一种离散时间转换误差并将其用于构造一种新颖的反馈函数;设计离散时间控制律对新开发的反馈函数而不是转换误差进行镇定,不仅保证了所有跟踪误差均具有期望的预设性能,还摆脱了控制算法对滑模趋近律的依赖性,从根本上解决了控制抖振难题;最后,通过数值对比仿真验证了所提方法的有效性与优势。

三阶三次幂非线性混沌电路的自适应反馈控制和H_(∞)控制

针对三阶三次幂非线性混沌电路,研究其控制问题.首先,给出系统的Lyapunov指数和混沌吸引子,验证系统存在复杂的混沌现象;其次,用自适应反馈控制方法和H_(∞)状态反馈控制方法,设计参数已知和参数未知的自适应反馈控制器以及H_(∞)状态反馈控制器,将混沌系统状态稳定到平衡点上;最后,通过MATLAB软件进行数值仿真验证控制器的有效性,并对两种控制器的控制效果进行比较.

矿用无人运输车辆精准停靠控制算法

以无人驾驶矿用运输车为平台,开展精准停靠控制试验研究。为尽可能精确地到达期望停靠位置,首先设计距离-速度规划方案,在此基础上提出1种前馈加反馈的执行器开度控制算法;其次,在底层控制中考虑加速度补偿项,并对制动切换逻辑进行优化;最后进行仿真测试和实车试验,通过测试纠正控制参数,避免掉烦琐的系统参数辨识。结果表明:采用精准停靠策略能降低干扰引起的速度波动,优化底层控制逻辑,有效提高停靠精度。

基于反馈线性化的广义预测控制机械臂轨迹跟踪算法

分析了机械臂轨迹跟踪控制问题的特点,建立了二自由度机械臂动力学模型。为解决广义预测控制(generalized predictive control,GPC)算法难以适用于非线性系统的问题,在现有的GPC算法基础上,设计了基于反馈线性化的广义预测控制(feedback linearization-generalized predictive control,FL-GPC)算法框架,即底层为线性系统预测控制,非线性项使用预估值来进行代替,高层为迭代修正预估量,使用迭代计算的方式对非线性项进行预估。使用FL-GPC算法对二自由度机械臂的静态、动态轨迹跟踪任务进行了仿真。仿真结果表明,算法可以进行有效的机械臂轨迹跟踪控制。

一种三维混沌系统的混沌同步研究

混沌同步在保密通信领域有着广阔的应用前景,但要实现混沌保密通信,位于接收端和发送端的两个混沌系统必须达到混沌同步。为此,采用简单的线性反馈控制实现了一个新三维混沌系统的混沌同步控制,并应用Lyapunov稳定性理论,证明了两个混沌系统在线性反馈控制下实现混沌同步的条件。根据这些同步条件,只要给定系统参数值,就能够判断两个混沌系统是否能够达到混沌同步;另一方面,也可以根据这些判据来选取实现混沌同步的系统参数。最后,进行了计算机仿真,验证了所得到的同步条件是有效的。

超声波电机孤极反馈电压特性研究

超声波电机的性能完全依赖于其驱动控制系统。为了利用超声波电机的孤极特性,驱动系统需要对孤极进行反馈控制。针对超声波电机的孤极反馈,本文首先简要分析超声波电机的孤极电压特性,包括孤极电压的计算以及影响孤极电压的变量,并对现有超声波电机的孤极电压进行测试,然后对孤极电压反馈信号进行处理,并设计反馈控制,最后对增加反馈信号前后孤极电压的测试结果进行分析比较。实验表明,使用孤极反馈电压控制的超声波电机调速后,可以有效降低孤极电压的波动性。

利用麦克风阵列的管道主动噪声控制方法

空调通风管道在运行时,内部出现的低频噪声很难通过包裹消音材料等被动式降噪方法消除.而在部署主动噪声控制时,会出现声反馈现象,影响降噪性能甚至造成控制系统的响应发散.针对这种声反馈现象,本文在分析其产生原因的基础上,将麦克风阵列作为前馈,对Duvall-Frost结构的线性约束最小方差波束成形算法加入预调向,提出了利用麦克风阵列的管道主动噪声控制方法,实现单方向拾取来自管道上游的噪声信号,避免声反馈带来的影响.并利用滤波器x最小均方误差(FxLMS)算法作为自适应控制算法,针对4种典型低频噪声,在真实管道环境下进行主动降噪实验.实验结果表明,相比不使用麦克风阵列的情况,本文提出的主动噪声控制方法能达到明显的降噪性能,且在稳定性方面取得较好结果.

“电力电子技术基础”闭环型教学控制模型分析与实践

自动控制原理中的反馈闭环控制结构可以消除设定值与输出值之间的误差,使输出值跟随设定值或输入值。本文给出几种单闭环或双闭环反馈型教学控制结构,在与自动控制原理中反馈闭环控制结构进行对比分析后,分析了反馈型教学控制结构的工作原理,并给出了过去反馈型教学控制获得的经验,表明反馈型教学控制结构概念清晰,互操作性强,执行效率高,可扩展性强,易于推广应用。

VSC输出电流反馈型虚拟同步控制技术

基于输出功率反馈的虚拟同步机(VSG)技术在网侧故障时,难以保持电压源暂态特性并实现精准暂态冲击电流限制,同时极易出现暂态同步失稳问题。为解决上述问题,提出一种基于电压源型变流器(VSC)输出电流反馈型VSG技术。外环控制直接采用VSC输出电流作为反馈控制量,不仅能实现构网和电压/频率主动支撑功能,还能保证在故障状态下外环控制具备稳定平衡点,降低暂态同步失稳风险,同时还能实现稳态下的电流限幅控制。电压内环采用基于相量分析的虚拟阻抗自适应选取方法,依赖就地量测信息进行虚拟阻抗快速自适应调整,以抑制故障瞬间暂态冲击电流。在PSCAD/EMTDC中搭建详细电磁暂态仿真模型,并构建相应的物理验证平台,仿真和实验结果表明,所提方法可以较好地抑制故障瞬间暂态冲击电流。

含丢包和量化的网络控制系统随机鲁棒稳定

针对一类含有随机丢包和考虑信号量化情况下的网络控制系统,通过量化状态反馈控制方法,研究了系统的随机鲁棒稳定性问题。采用满足伯努利分布的随机变量对丢包过程进行建模;同时,采用对数量化器对传感器-控制器通道的信号进行量化,利用扇形界的方法将产生的量化误差描述为扇形界的不确定性。设计状态反馈控制器,结合所设计的量化器和随机丢包模型,利用Lyapunov函数和线性矩阵不等式方法得到系统稳定和鲁棒稳定的充分条件。最后,利用数值仿真实例验证了所提方法的有效性。

含有输入时滞的非线性系统的输出反馈采样控制

针对含有输入时滞和低阶非线性项的非线性系统,提出一种基于采样机制的无记忆输出反馈控制方法.该方法移除了传统预测控制方法预测映射难以确定的限制,同时避免了时滞依赖方法对过去时刻状态信息的依赖性,在实际中更易实现.首先,根据系统输出在采样时刻的信息,利用加幂积分技术和齐次占优思想设计了无记忆输出反馈采样控制器.然后,利用齐次系统理论提出了闭环系统的稳定性条件.最后,仿真结果验证了所提方法的有效性和优越性.