基于FIA*-APF算法的蟹塘投饵船动态路径规划

为了提高无人投饵船在含障碍物河蟹养殖池塘自主巡航的作业效率和安全性,该研究提出基于改进A*算法与人工势场法相融合(fusion of improved A*and artificial potential field,FIA*-APF)的蟹塘投饵船动态路径规划算法。首先引入动态加权因子优化A*算法评价函数;其次加入转折惩罚函数并删除冗余点,接着利用B样条曲线对全局路径进行平滑处理;最后将改进A*算法得到的全局路径作为改进人工势场法中的引力路径,生成投饵船自主巡航高效路径。根据养殖池塘创建静态和动态2种仿真环境,分别对传统人工势场法(traditional artificial potential field,TAPF)、基于A*和人工势场法的融合算法(the A*and artificial potential field,TA*-APF)和FIA*-APF算法的性能进行20次测试。仿真试验结果表明:2种环境下,FIA*-APF算法的平均规划时间是TAPF算法的17.23%,是TA*-APF算法的51.96%,平均指令节点数量比TAPF算法减少50.64%,比TA*-APF算法减少65.03%,平均路径长度比TA*-APF算法减少2.82%。蟹塘试验结果表明:FIA*-APF算法的规划时间为TAPF算法的38.16%,为TA*-APF的62.42%,路径长度比TAPF算法减少29.13%,比TA*-APF减少10.15%;另外,TAPF和TA*-APF算法规划路径上大于60°的转角分别是FIA*-APF算法的3.28和2.62倍,大于100°的转角分别是FIA*-APF算法的3.73和1.67倍,该研究算法规划的路径更高效平滑。研究结果可为无人投饵船自主导航提供参考。

弱电网APF系统稳定性分析及有源阻尼方法

有源电力滤波器(APF)被广泛应用于电力系统谐波的动态补偿。然而在弱电网条件下,APF、非线性负载与电网线路阻抗间的交互容易引发补偿频率附近谐波振荡的稳定性问题,导致APF谐波补偿失效,系统的电能质量进一步恶化。通过对APF系统环路的小信号建模,揭示了弱电网APF系统的谐波振荡机理,并根据稳定性分析结论提出了一种基于电感电流反馈的有源阻尼方法抑制了这类谐波振荡,从而保证了APF在弱电网条件下稳定的谐波补偿能力。该方法的有效性经PLECS时域仿真及硬件平台实验得以验证。

基于APF的局部路径规划算法研究

针对传统人工势场法(artificial potential field,APF)规划的路径存在易陷入局部最优与路径不平滑问题,提出一种“触碰引导”策略为先导的控制方法。该方法在无人机运动过程中,引入合适的阶段性子目标点引导无人机飞行,从而降低规划结果陷入局部极值点的概率,并利用贝塞尔曲线法处理控制点以解决路径平滑问题。仿真实验结果表明,改进后的算法能够有效解决易陷入局部极小值点和路径不平滑问题,相较于传统算法效率更高。

基于改进有限状态多步模型预测控制的MMC-APF技术研究

基于模块化多电平变换器的有源电力滤波器MMC-APF(modular multilevel converter-based active power filter)是用来处理非线性负载对电网带来的污染问题最有效的拓扑之一。提出了一种基于改进有限状态多步模型预测控制的MMC-APF,仅通过基波同步旋转坐标系实现对所有谐波的控制。首先,使用PI加重复控制的电流环复合控制得到上、下桥臂预导通子模块数,在此基础上进行多步交流侧电流模型预测,最终得到桥臂投入子模块数的最优解,缩小了寻找目标函数最优电平的搜索范围,无需设计权重因子,每相桥臂子模块的总投入数为[N-1,N+1],交流侧输出电平数最大可达2N+1,提高了MMC-APF交流侧电流补偿精度,并改善了系统动态性能。最后,搭建了MMC-APF平台,仿真和实验结果与理论分析一致,进一步验证了所提研究方案的可行性和有效性。

关于变频多联机APF能效试验中针对低温制冷实测时准确性的检讨和建议

目前我国多联机变频空调机组均采用全年性能系数(APF)替代IPLV作为评价指标。基于现有多联变频空调器的调节范围广的特点,指出了现有APF中对于选择性试验即低温制冷工况实测时,会出现不符合实际的情况,利用实测数据和理论分析产生的原因,水平展开,并给出了针对实测的改进建议。

矿井救援机器人的B样条-APF-BRRT路径规划方法

针对矿井非结构化、形状狭长的地形结构以及传统BRRT算法规划路径曲折、转折点较多等路径质量较差问题,提出一种基于B样条-APF-BRRT算法的矿井救援机器人路径规划方法。首先根据BRRT路径中产生的目标点和矿井环境中障碍物信息,引入APF目标引力的思想,构建人工势场;然后利用Douglas-Peuker算法进行分线段处理,重新提取关键节点;最后使用B样条函数进行光滑拟合获得路径,减少了APF-BRRT算法所得路径的转折点和长度。对B样条-APF-BRRT算法进行实验,结果表明改进算法所获路径转折点和长度都明显优于BRRT算法,在矿井狭窄巷道中,相对于BRRT算法,B样条-APF-BRRT方法产生的路径更加平滑,转折次数减少到9次,路径长度减少了7.73%。

POMDP-APF:一种基于POMDP模型的APF无人机路径规划策略

针对无人机在路径规划过程中会遇到静态或者动态的障碍物,从而导致路径规划失败的问题,提出一种基于部分可观测马尔可夫决策过程(partially observable Markov decision process,POMDP)模型的人工势场(artificial potential field,APF)无人机路径规划策略(POMDP-APF)。首先使用传感器获得的障碍物信息结合POMDP模型预测障碍物的未来位置,为无人机的路径规划做准备;其次,提出一种新的基于障碍物的正方体外接球的模型,保障无人机在路径规划过程中的安全性;最后,结合改进的APF算法实现无人机的路径规划。仿真结果表明,POMDP-APF策略在无人机实时路径规划中具有良好的可行性和有效性,使无人机能够有效避开障碍物,同时路径长度以及耗费时间更短。

基于改进麻雀算法的多APF协调控制研究

有源电力滤波器(APF)因其具有快速追踪和消除谐波的功能而广泛应用于配电网中。其中,LCL型APF对高频谐波有更好的抑制能力。随着APF并网数目的日益增多,各APF间的交互影响问题变得不可忽视。针对多APF间的交互影响,首先基于诺顿定理推导了多APF并网等效模型,其次利用广义动态相对增益矩阵(GDRGA)对交互影响进行定量分析,最后将抑制交互影响转化为多目标优化问题。针对传统麻雀算法在搜索后期存在全局寻优能力差、易陷入局部最优的缺陷,引入tent混沌和动态随机柯西变异进行改进,并采用改进麻雀算法对APF各控制参数进行协调优化。结果表明,改进麻雀算法能得到分布更加良好的pareto解集,求解性能更优,多目标优化后能有效抑制APF间的交互影响,验证本文所提方法的有效性。

变频空调器APF快速计算的显式表达式

国家标准中给出的空调器能效指标APF的确定方法,包含一系列的判断与嵌套计算,过程复杂。本文旨在将新版空调器能效标准GB 21455—2019中给出的APF系列计算公式转化为显式计算式,从而满足APF计算便捷的要求。首先采用将自变量直接代入的方法对国标定义的APF的4个中间变量进行化简;然后通过数值拟合的办法对化简计算式中需要判定计算区间与分段计算的过程进行简化;最后将4个中间变量的显式表达式代入APF定义式中,得到APF显式表达式。开发的APF显式表达式适用于所有额定制冷量范围的变频空调器并有良好的精度,其中5测试工况点、7测试工况点的APF显式表达式相比于空调器能效标准中APF的定义式计算误差分别为0.73%、1.17%。

基于PSC-PWM的MMC-SAPF中压配电网谐振阻尼技术

中压(medium voltage,MV)配电网中无功补偿电容器易与网侧电感形成并联谐振,放大公共耦合点(point of common coupling,PCC)电压。为了应对两电平并联型有源电力滤波器(shunt active power filter,SAPF)不适用于中压配电网场合,且只抑制谐波不能解决谐波与谐振同时存在的问题,提出了一种基于模块化多电平的并联型有源电力滤波器(modular multilevel converter based SAPF,MMC-SAPF)的谐振阻尼技术。首先分析了MMC-SAPF的工作原理,采用载波移相调制策略(phase shifted carrier PWM,PSC-PWM)以及电容电压平衡控制策略,以实现MMC-SAPF的高等效开关频率。然后分析了MV配电网的谐振机理,指出谐波抑制策略失效的原因,在此基础上,提出将MMC-SAPF控制为谐振频率处的虚拟电阻,提高系统阻尼比以治理谐振。搭建了一台60 V/2 kVA的实验样机,并构建7次谐振环境,实验结果验证了复合控制策略阻尼谐振的有效性。

GB 21455—2019中低温中间制冷工况参数获取方法不唯一导致的APF值计算的问题分析

按GB 21455—2019确定空调器能效APF时,低温中间制冷工况性能参数既可采用测试法也可采用换算法;同一空调器在这2种不同的方法下,会有2种不同的APF值。针对国标规定中的方法不唯一而造成的结果差异,需要分析产生该差异的合理性,提出改进方案。本文基于APF的定义公式,分析采用测试法和换算法获取低温中间制冷工况性能参数造成APF存在差异的原因;指出国标中给出的测试法,会导致额定中间制冷工况能效的变化趋势与计算得到的APF值变化趋势相反,这是不合理的。将国标规定的获取低温中间制冷工况性能参数的方法,由“既可测试获得也可根据额定中间制冷工况参数换算获得”改为“仅能根据额定中间制冷工况参数换算获得”是可供选择的解决方案。

基于以太网上位机的三电平APF实验监测平台设计

现代电力系统存在大量的非线性负载,产生的电流谐波严重污染电力环境,三电平有源电力滤波器(active power filter,APF)是一种动态抑制谐波的电力电子装置。该文设计了三电平APF电流环,并使用二阶广义积分器(second-order general integrator,SOGI)锁相环提升谐波补偿效果。为观测APF系统的负载电流、网侧电压/电流等多路电量,设计了基于以太网上位机的三电平APF实验监测平台。平台使用W5300芯片搭建以太网通信电路硬件,使用Visual Studio编写APF监控系统上位机软件。实验结果表明该实验平台能够有效补偿谐波电流,基于以太网上位机可观测多路电压、电流波形,以及控制系统内部变量,便于实验平台的调试和监测。

High-Speed,High-Power Motor Design for a Four-Legged Robot Actuator Optimized using the Weighted Sum and Response Surface Methods

In this paper,a design is presented for a high-speed,high-power motor for a four-legged robot actuator that was optimized using the weighted sum method(WSM)based on the Taguchi method,and the response surface method(RSM).First,output torque,torque constant,torque ripple,and efficiency were selected as objective functions for the optimized design.The sampling method was implemented to use a mixed orthogonal array and the single response characteristics of each objective function were compared using the Taguchi method.Moreover,to consider the multi-response characteristic of the objective functions,WSM was applied.Second,the 2D finite element analysis result of the RSM was compared with that using the WSM.Finally,an experiment was carried out on the manufactured motor and the optimized model is presented here.

LCL型APF在含非线性负荷系统中的应用

非线性负荷和电力电子器件的广泛并入,导致电网电压与电流正弦波畸变,电能质量降低。目前国内外比较主流的滤波装置,如PPF(无源电力滤波器)、APF(有源滤波器)、UPQC(统一电能质量调节器)等,由于自身的特点和缺陷,并不能对各种谐波起到很好的抑制效果。故本文提出了一种ILCLI型APF混合滤波器,协调控制以降低电网谐波含量,在降低非线性负荷谐波的同时,还能滤除开关频率附近的谐波。通过MATLAB/SMULNK建立混合滤波器仿真模型,经过FFT(快速傅里叶变换)分析,验证本模型不仅可以能够动态抑制谐波,而且能够很好地滤除开关谐波。

基于小波滤波和SVPWM的矿用APF研究

有源电力滤波器(APF)在煤矿电网中普遍应用以进行谐波治理。传统APF采用二阶低通滤波器进行谐波检测,并通过滞环控制或三角载波控制策略输出补偿电流。然而,随着非线性负载的大量接入,常规矿用APF难以有效治理煤矿电网中的谐波污染。为进一步提高矿用APF的谐波抑制能力,将小波变换应用于低通滤波器以提高谐波检测性能,同时引入空间矢量脉宽调制(SVPWM)控制策略来控制逆变器输出以提高补偿电流输出能力。仿真分析验证了所提方法的有效性。

基于时延陷波FXLMS算法的自适应APF设计

船用直流电网的主谐波频率高达数千赫兹,并且谐波成分在几千至十几千赫兹均有分布。传统的有源电力滤波器(Active Power Filter,APF)基于时域信号对谐波进行跟踪抑制,受制于运算时硬件造成的固有延时,无法准确跟踪高频率的谐波。鉴于此,论文分析并设计了基于时延陷波滤波x-最小均方(filter-x Least Mean Square,FXLMS)算法的自适应APF。所设计的APF能抑制20kHz以内的若干个任意频点的谐波。搭建了基于现场可编辑逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)的APF试验平台进行试验验证。试验以5kHz、10kHz、15kHz的复合频率谐波为例,APF装置对预设谐波频点抑制效果均达到24dB以上,实现了对高频谐波抑制。

改进A^(*)算法和人工势场法的路径规划

A^(*)算法存在折线路径多和搜索节点多的问题,人工势场(artificial potential field,APF)法存在局部最优和不可到达的问题,针对两种算法存在的问题进行了研究。利用欧氏距离与投影距离提出一种新的混合式启发函数,依据该函数对A^(*)算法的流程进行改进,减少A^(*)算法的搜索节点,提高搜索效率。利用新A^(*)算法生成的最优节点作为APF算法的局部目标点,辅助机器人摆脱局部最优点;通过加入机器人和目标点的位置关系改进势场函数,修改斥力的增益,优化斥力的生成方向。在改进的基础上将两种算法融合提出一种新的算法,利用APF法的势场函数引导A^(*)算法的搜索。从路径长度、避障效果、迭代次数对改进算法进行对比分析,仿真结果表明,提出的改进算法搜索效率高,实现避障的同时保证计算的路径最优。

改进APF-Informed-RRT*融合算法的无人机航迹规划

近几十年,渐近最优快速搜索随机树(RRT*)算法受到广泛关注。为了解决其收敛速度慢、生成路径代价高的问题,提出一种改进APF(Artificial Potential Field)-Informed-RRT*融合算法进行无人机航迹规划。该算法结合Informed采样策略,将随机点约束在椭圆空间内,提高搜索效率。当新算法找到最近节点后,引入改进APF生成高质量的新节点。目标点及随机采样点对生长树的最近节点产生吸引力,障碍物对其产生排斥力,然后将合力方向作为随机树生长方向,解决局部最小值的问题,大大缩短了收敛时间。将该算法与RRT*,Informed-RRT*算法进行比较,结果表明了新算法的优越性和有效性。

多联机APF的提升方法研究

针对2021年国标委发布的GB 21454—2021《多联式空调(热泵)机组能效限定值及能效等级》,研究多联机APF的影响因素及提升方法;采用某16HP顶出风多联机,测试验证回油毛细管尺寸、室外换热器流路以及低温制热除霜周期时长对APF的影响,结果表明,优化室外换热器流路、回油毛细管尺寸以及低温制热除霜时长有利于提升APF,其升幅比例依次为8.41%、3.29%和1.68%;其中优化室外热交流路和回油毛细管尺寸是通过提升中间工况的能效提升APF,优化低温制热除霜周期时长是提升循环制热量,提升整机APF。

基于周边车辆轨迹预测的智能汽车路径规划

为提高智能汽车在动态行车环境下的行驶安全和通行效率,研究了基于周边车辆轨迹预测的路径规划方法,并进行了仿真。提出了一种基于时空图卷积网络(STGCN)的周边车辆轨迹预测方法,通过STGCN对车辆历史轨迹进行编码,提取交通图的时空特征,并结合长短时记忆网络实现周边车辆的轨迹预测。在此基础上,提出了一种基于改进人工势场(APF)的路径规划方法;建立了基于APF的行车危险评价模块;利用Frenet坐标描述驾驶危险度,通过目标障碍物和道路边界的势能分布及梯度下降法完成路径规划。结果表明:本算法的短时预测精度提高了3%,长时预测精度提高了1%;所得路径曲线的前轮转角不超过0.12 rad,曲率不超过0.1;因此,在确保有效避撞的前提下,保证了车辆行驶的舒适性和高效性。