Consensus of high-order continuous-time multi-agent systems with time-delays and switching topologies

Consensus problems of high-order continuous-time multi-agent systems with time-delays and switching topologies are studied. The motivation of this work is to extend second-order continuous-time multi-agent systems from the liter- ature. It is shown that consensus can be reached with arbitrarily bounded time-delays even though the communication topology might not have spanning trees. A numerical example is included to show the theoretical results.

Coordinated Control Strategy for Harmonic Compensation of Multiple Active Power Filters

In order to minimize the harmonic distortion rate of the current at the common coupling point,this paper proposes a coordinated allocation strategy of harmonic compensation capacity considering the performance of active power filters(APF).On the premise of proportional distribution of harmonic compensation capacity,the harmonic compensation rate of each APF is considered,and the harmonic current value of each APF to be compensated is obtained.At the same time,the communication topology is introduced.Each APF takes into account the compensation ability of other APFs.Finally,three APFs with different capacity and performance are configured at the harmonic source to suppress the same harmonic source,and the harmonic distortion rate is reduced to 1.73%.The simulation results show that the strategy can effectively improve the compensation capability of the multiple APF cascaded system to the power grid without increasing the installed capacity.

空间约束下电动汽车无线充电系统磁耦合结构优化

电动汽车无线充电系统在尺寸大小与位置偏移等因素的影响下,会导致系统传输能力下降。为了在空间约束条件下提升系统的输出功率、传输效率及抗偏移能力,针对位置偏移与底盘高度不同的实际情况,在经典D4线圈的基础上分别设计了收发端非对称D4和收发端非对称D4Q双层线圈磁耦合结构,以提高耦合系数和抗偏移能力。在不同方向的偏移和旋转的情况进行仿真测试,表明收发端非对称D4Q双层线圈在出现横向偏移300 mm、纵向偏移400 mm、传输距离230 mm和旋转偏移45°以内具备无线电能传输能力。通过搭建实验平台对偏移进行测试与验证,结果表明,所提出的收发端非对称D4Q磁耦合结构的最大输出功率相对于收发端对称D4磁耦合结构增加约60.34%,最大传输效率增大11%。

一种应用于半桥拓扑的斜率补偿电路

针对在峰值电流控制模式下半桥型开关电源存在次谐波振荡的问题,提出一种新型斜率补偿电路。该斜率补偿电路由少量外围常用器件构成,其补偿深度可由外围器件参数进行调节,与开关驱动信号完全保持同步。基于LTspice搭建斜率补偿电路的仿真模型,仿真结果表明,该电路补偿效果良好。样机实测结果也验证了该斜率补偿电路的有效性。所提电路适用于选择峰值电流模式但电源管理芯片内部没有斜率补偿电路的应用场合。

基于抗偏移特性的电动汽车双拓扑补偿网络研究

针对无线电能传输系统中耦合机构易偏移导致系统输出电流变化的问题,研究具有抗偏移特性的电动汽车双拓扑无线电能传输系统。首先,通过对双边LCC补偿网络拓扑的分析,探讨了谐振频率、输出功率、传输效率等之间的关系,并讨论了系统在错位工况下的建模分析及相应解决方案。结果显示,S-S拓扑在错位情况下功率变化较大,而LCC-S和LCC-LCC在水平错位范围内,功率变化系数(PVF)值较稳定。S-S拓扑在零错位时传输效率最高,但随着错位增大效率会急剧下降;LCC-S和LCC-LCC在小错位情况下效率较高,但在失谐状态下传输效率受影响较大。综合来看,虽然LCC-LCC拓扑的传输效率较低,但在错位情况下波动较小,适合动态无线充电场景。

基于滑模控制的轨道式无线电能传输系统设计

为解决轨道式无线电能传输(WPT)系统动态稳定性较差且效率不高的问题,借助Maxwell仿真软件,分别搭建传统E型和C型铁氧体绕制的接收线圈模型,对比分析发现后者传输效率比前者高5%。通过对基于LCC-S的高阶补偿电路建模分析,利用Matlab绘图找出系统传输效率最优参数。为解决接收端在移动时耦合系数变化造成电压不稳定的问题,提出一种无抖动滑模控制算法,并在Matlab/Simulink分别搭建基于PI控制和滑模控制模型,仿真分析得出滑模控制在耦合系数变化较大时稳压效果优于PI控制,最后搭建WPT系统样机并进行实验。结果表明:当接发线圈相对距离在一定范围内变化时,电压能维持在预设值,并且传输效率不低于81%,进一步验证了本文算法的有效性及可行性。

Consensus algorithm for multiple quadrotor systems under fixed and switching topologies

The distributed leadless consensus problem for multiple quadrotor systems under fixed and switching topologies is investigated. The objective is to design protocols achieving consensus for networked quadrotors＇ positions and attitudes. Because the model of a quadrotor is a strong high-order nonlinear coupling system, the approach of feedback linearization is employed to transform the model into a group of four linear subsystems among which there is no coupling. Then, a consensus algorithm is proposed which consists of a local feedback controller and interactions from the finite neighbors under fixed undirected topologies. Especially, the problem of choosing the parameters in the consensus algo-rithm is also addressed, enlightened by the results of the robust control theory. Furthermore, it is proved that the proposed algo-rithm also guarantees the consensus under undirected switching topologies. Simulation results show the effectiveness of the pro- posed algorithm.

储能接入电气化铁路的拓扑及控制策略研究综述

随着“双碳”目标的提出和我国铁路里程的高速增长,节能增效已成为铁路未来的发展趋势。作为提升系统韧性与降低系统能耗的关键手段,储能大规模接入电气化铁路势在必行。为此,针对电气化铁路储能系统开展了系统性的研究工作,旨在为电气化铁路储能系统大规模工程应用提供一定的参考。首先,分析了电气化铁路储能系统选型原则,在实际应用过程中需结合牵引负荷功率特性、安装位置等多方面因素进行综合选型。其次,对不同供电方式下电气化铁路储能系统接入方案进行对比分析,为满足铁路系统大功率需求,储能系统的接入方案设计应满足更加高效、可靠、模块化、智能化的特点。然后,对基于储能的电气化铁路供电系统电能质量问题治理方案及控制策略进行了分析,储能系统的接入可有效改善电气化铁路供电系统电能质量。最后,总结了轨道交通储能技术示范项目的建设成果并对电气化铁路储能系统未来研究的关键问题进行展望。

基于改进粒子群算法的无线充电系统参数优化

基于LCC-S型补偿拓扑的磁耦合谐振式无线充电(MCR-WPT)系统,建立其数学模型,从工作频率、补偿电感和负载阻抗三个方面分析其对系统传输性能的影响。针对目前高阶补偿拓扑的参数难以达到最优配置的问题,以提高系统的传输效率为优化目标,以输出功率为约束条件,建立其优化模型,对高阶非线性参数最优配置问题进行优化。为避免优化结果陷入局部最优,提出一种基于种群进化的混合粒子群优化(HPSO)算法,并基于LCC-S型无线电能传输(WTP)系统优化模型对传统的粒子群算法和改进的算法进行仿真对比。结果表明改进的粒子群算法可有效地避免优化结果陷入局部最优。最后,搭建了无线充电系统实验平台,对系统的工作频率特性和负载阻抗特性进行实验分析,实验结果与理论分析和仿真优化结果一致。

基于补偿拓扑切换的MCR-WPT最大效率追踪方法

针对串联串联(S-S)和串联并联(S-P)补偿拓扑结构在大(小)负载场合传输效率低的问题,提出了基于补偿拓扑结构切换的磁耦合谐振式无线电能传输(MCR-WPT)系统最大效率追踪方法.通过建立S-S、S-P等效电路模型提取谐振补偿网络参数,将系统最大传输效率切换点的寻优过程划分成轻载与重载两种工作模式,并使用有源阻抗匹配的方式对系统最大效率点进行自适应追踪.仿真测试结果表明:所提方法在轻载模式下能够维持原有系统最大传输效率,约为84.5%;在重载模式下效率由84.5%提升至91.6%,验证了该方法的有效性.

基于动态轮廓曲线的运动图像特征识别研究

针对运动图像帧在识别过程中存在误差大,背景、纹理、边缘对运动目标轮廓边缘影响严重等问题,提出基于动态轮廓曲线的运动图像特征识别方法。首先采用不同大小的抑制强度值对图像轮廓的候选边缘进行处理,将有重叠的像素点加入组合中,通过组合结果,提高图像正确分类的概率,得出图像的轮廓边缘。然后对运动图像中相邻两帧间采用尺度变换,对得出新图像的像素值进行小波分解尺度逼近处理,得出收敛补偿,以Newmark迭代算法为基础,对预处理后的像素点进行提取。最后利用修复优化算法对像素点进行修复,通过拓扑梯度最小重构路径耦合修复方法对运动图像损坏区域进行识别,确定运动图像的拓扑梯度以及轮廓修复的关键点,当峰值信噪比为最大时,运动图像的轮廓像素点已修复完成。实验结果表明,采用所提方法对运动图像帧进行跟踪,帧的匹配度较高,跟踪性能良好,而且能够对图像的细节进行修复,修复效果显著。

集成电压补偿与无功支撑能力的并网变换器拓扑优化及控制

针对传统串联型电能质量治理装置利用率较低、可靠性较差,而并联型电能质量治理装置解决电压波动问题的能力有待进一步提升的问题,提出了一种集成电压支撑与无功调控能力的多功能并网变换器(MF-GCC)。电网电压波动时,MF-GCC工作于串联接入模式,实现电压调节功能。电网电压正常时,MF-GCC工作于并联接入模式,实现网侧单位功率因数运行。与传统串联接入型电能质量治理装置相比,MF-GCC仅多了一个开关和一个耦合电容,即可实现串联和并联接入型电能质量治理装置功能的有效集成。此外,在系统故障时,MF-GCC有源部分的端口电压钳位为零,故障电流被遏制,MF-GCC自身及其接入电网的可靠性均得到了提升。文中详细分析了MF-GCC的拓扑结构、工作原理、控制策略及参数设计。仿真与实验结果验证了所提拓扑结构与控制策略的有效性和可行性。

基于LCC-S补偿式谐振拓扑的锂电池WPT系统研究

无线电能传输(wireless power transfer,WPT)系统具有安全、可靠、方便等优点。文章在分析WPT系统锂离子电池内阻及其典型充电方式的基础上,通过对WPT原理和谐振拓扑结构的研究,提出了基于LCC-S补偿式谐振拓扑的WPT系统。在电池等效负载变化的情况下,通过合理的参数设计,LCC-S补偿式谐振拓扑结构可以分别实现与负载无关的恒流模式和恒压模式,无需切换拓扑结构。在理论分析的基础上,设计了系统的参数,并通过MATLAB仿真系统搭建仿真模型,验证了研究中的恒流模式和恒压模式。

基于S/SP补偿拓扑的强抗偏移感应式无线电能传输系统

针对感应式电能传输(inductive power transfer,IPT)系统偏移造成输出电压不稳定和效率低下的问题,提出一种强抗偏移的S/SP补偿IPT系统,该系统在变耦合变自感和变耦合不变自感两种情况下均能保证较小的输出电压波动和较高的传输效率。首先,基于Maxwell有限元仿真,分析罐型磁心松耦合变压器的磁通分布和磁场分布特性,总结不同方向偏移的参数变化规律。然后,提出一种提高系统抗偏移能力的S/SP补偿参数设计方法,得到相应的磁耦合机构设计准则,并结合磁仿真数据,通过数值计算方式求得系统输出波动和输入阻抗角的变化规律。最后,通过实验验证文中采用罐型磁心和新型S/SP补偿拓扑实现多方向偏移下高效率、低波动无线电能传输的可行性。在额定负载下,系统沿纵向和水平方向偏移的输出电压波动分别为2.7%和3.1%,传输效率维持在90.8%~94.3%。

油田井下WPT系统磁耦合机构优化设计

为优化油田井下无线电能传输系统磁耦合机构,提出一种改进型螺线管型磁耦合机构,采用Maxwell电磁场仿真工具提出一种优化设计方法,并通过研究LCC-S高阶补偿拓扑的特性得到了LCC-S的补偿设计公式和主要电路特性,最后使用PSIM(Power Simulation)仿真软件通过闭环PI(Proportion Integration)控制验证了提出的耦合结构和补偿拓扑的设计可行性和正确性,结果表明,该磁耦合机构适合油井下供电场景。

一种拓扑不对称的三相电力有源滤波器研究

提出了一种适用于三相有源电力滤波器的不对称拓扑,该拓扑结构将无源滤波器与低功率有源滤波器结合以降低电压型逆变器(Voltage Source Inverter,VSI)的容量,减少系统损耗。该拓扑包含一个三相桥、两相双谐振LC无源滤波器和一相耦合电感。所设计的拓扑方案通过减少器件数量,探讨器件参数差异对有源滤波器(Active Power Filter,APF)补偿效果的影响。并提出了一种基于虚拟电容电压的补偿控制策略,实现对系统的有效控制,仿真和实验表明本文所提出的拓扑和控制策略是可行的。该拓扑及其控制策略方案在减少器件数量的同时,也便于结合传统对称控制策略使用,易于工程实现。

电动汽车无线电能传输系统建模与电磁安全评估

从线圈结构和双边LCC补偿拓扑两方面开展无线电能传输系统的优化设计,以实现指定的输出功率和最高的传输效率。为研究无线充电环境中电磁场对人体的影响,通过三维电磁场仿真软件构建了一个完整的电磁环境仿真系统,包含无线充电系统、电动汽车和具有重要器官的人体模型。模拟了7个场景:成人站立于车后方;成人坐于车内左前、右前、左后和右后方;成人躺卧于车后方;儿童躺卧于车后方(最坏情况)。仿真结果表明,对于22 k W的高功率无线充电环境,躺姿势儿童的心肺和躺姿势成人的心脏超出国际非电离辐射防护委员会规定的感应电场基本限值。由于车辆外壳的屏蔽和人体与利兹线的距离,坐在车内和站立于车后的场景对人们是安全的。

新型智能开关电源设计与实现

随着工业技术的进步和产业升级,对电源系统的要求也逐渐提高。文中基于Buck拓扑结构设计硬件的电压和电流反馈电路,并结合多区间校准算法,提出一种大功率、高精度数控电源。通过测试得出,所设计的新型智能开关电源最大功率可达到200 W,输出电压精度误差小于10 mV,电流误差小于10 mA,恒流或恒压参数可通过RS 485通信远程上位机修改。与传统可调电源相比,该开关电源精度较高、校准方便,更便于参数的修改,可广泛应用于产品检测领域。

地下变形三维测量装置的无线电能传输系统设计

针对地下变形三维测量装置供电缺陷的问题,在不影响传感单元测量的情况下采用传感单元的测量线圈作为传输线圈。根据测量线圈的特性进行建模与优化,利用磁耦合谐振式无线电能传输方式,搭建了一套能进行多个节点之间电能传输的系统。该系统采用硬件与软件相结合的方法,对传感单元的电量进行监测,采用蓝牙通信技术使电能能够自上而下的传输。实验中,通过采用串联补偿电容的方式搭建串串拓扑结构,优化以测量线圈为主的传输模型,整个电能传输系统能够实现3个节点的电能传输,系统在补偿电容为22 nF时传输效率达到最大为31%。

基于激活函数的LCC-S型无线电能传输系统建模和稳定性分析

基于电力电子器件的无线电能传输(WPT)系统是一种开关系统,其大信号模型是研究系统运行特性和稳定性的基础。建模的关键是如何描述系统中的非线性、离散开关变量,为解决这一问题,该文提出一种基于S型激活函数的建模方法。S型激活函数是连续、平滑、可微的且在一定值时具有饱和特性,因此可利用陡度因子较大的激活函数来近似开关的切换过程,将WPT系统由离散的开关系统转变为连续系统。该文以LCC-S型WPT系统为研究对象,构建其开环和闭环模式下激活函数模型,利用该模型分析控制器参数和系统参数对瞬态行为和稳定性的影响,并通过仿真和实验进行验证。结果表明,所构建的模型与仿真和实验结果吻合较好。该模型数学表达式结构简单统一,物理意义明确,是一个具有普遍意义的高精度大信号连续模型。