基于奇异摄动分解的带机械臂旋翼无人机飞行稳定性研究

为了降低无人机和机械臂之间的耦合作用,提高带臂四旋翼无人机飞行过程中的稳定性,首先建立系统动力学模型,然后根据实际情况,对模型进行简化。在此基础上进行内、外环分解,外环为四旋翼位置控制和机械臂角度控制,内环为四旋翼俯仰角控制。对于外环的动力学模型,根据速度变化特点,利用奇异摄动理论对外环变量,即四旋翼线速度和机械臂角速度,进行快、慢变子系统分解,再次降低了系统间的耦合性。对于分解后的快、慢变子系统,设计非奇异终端滑模控制并引入干扰观测器,以期提高带臂四旋翼无人机飞行过程中的稳定性。最后,仿真验证了所设计算法的优越性。

无人驾驶农机装备的模糊PI-LQR转向控制算法

无人驾驶农机装备转向系统处于小流量、小角度控制时会出现非线性和时滞,这会导致转向控制超调或者控制时滞,进而导致无法快速准确地跟踪到路径预瞄点。针对这个问题,本文提出了一种模糊比例积分-线性二次型调节器(PI-LQR)数据融合的内外环控制算法。该算法以模糊PI控制为内环,基于转角误差和转角误差变化率,通过模糊逻辑运算自适应调节PI参数,进行转向角度的闭环控制。以LQR控制为外环,基于农机装备XY-横摆角控制,融合内环的转角误差,进一步提升无人驾驶农机装备转向的精准控制。Carsim和Matlab/Simulink联合仿真表明:通过100 m长的双移线路径下,最大横向误差为0.18 m,最大横向摆角误差为0.067 rad。实车测试表明:通过100 m长的双移线路径下,最大横向误差0.26 m,相较于PID纯跟踪控制算法,最大横向误差减少了0.19 m。

复杂干扰下的管沟机器人内外环滑模自抗扰控制

管沟机器人是一种运行在排水管道,公路排水渠的欠驱动差分移动机器人,针对管沟机器人在实际环境中受到的复杂环境干扰,为了使管沟机器人具有更好的运动控制性能,提出了一种内外环的滑模自抗扰控制方法;首先对管沟受到的复杂环境干扰进行分析,将管沟机器人受到的复杂环境干扰解耦成横向和纵向干扰,建立出在干扰情况下的运动学模型;依据理想运动学模型建立出外环的滑模控制器,得出理想控制律,依据干扰运动学模型建立扩张状态观测器,观测出环境干扰数值,从而建立内环的滑模控制器,利用观测值修正外环的理想控制律;同时利用Lyapunov稳定性原理对系统进行分析,最后搭建了Matlab的Simulink模型进行仿真验证,最终证明了所提出的方法具有较强的鲁棒性和运动控制性能。

动态电压恢复下的电池充放电电压自适应控制

针对不合理的充放电行为导致的充电电压、放电电压不匹配问题,采用了动态电压恢复技术的电池充放自适应控制方法。利用动态电量指标定义标准电压值,从而完成对动态电压的恢复处理。在电池充放电控制结构中,设置内、外环控制器,并以动态电压的恢复处理条件为基础,确定自适应脉冲控制参数的取值范围,完成基于动态电压恢复技术的电池充放自适应控制。实验结果表明,在动态电压恢复技术作用下,电池元件的充电电压、放电电压完全匹配,不会造成不合理的充放电行为,能够维护电池元件的使用寿命。

“双环控制”视角下的公立医院高质量发展思考

公立医院是我国医疗服务体系的主体,是全面推进健康中国建设的重要力量。2021年6月,国务院办公厅发布《关于推动公立医院高质量发展的意见》,对公立医院高质量发展作出部署和要求,标志着公立医院进入了高质量发展的新阶段。各地各医院积极探索高质量发展的实践路径,推动公立医院高质量发展工作不断走深走实。文章基于“双环控制”理念,通过准确分析公立医院高质量发展过程中存在的“内外环”因素,并且思考公立医院应该如何利用好“双环”资源,能够更好地深入探讨促进公立医院高质量发展的思路与举措,助推公立医院高质量发展,为公立医院高质量发展提供理论依据。

车载用燃料电池直流变换器全状态双环控制方法

研究车载用燃料电池直流变换器全状态双环控制方法,以获得更稳定的输出电压,满足车载电源需求。分析燃料电池输出特性,揭示燃料电池输出电压、电流关系,将其作为依据并结合汽车动力系统结构,设计二次型Boost变换器,在分析其主电路结构以及工作原理的前提下,提出基于输入电压前馈的全状态双环控制策略,电流内环控制通过比较实际输出电流和期望输出电流的差值调节开关操作,以完成负载变化时燃料电池输出电流控制;电压外环控制器根据输出电压和期望电压值之间的差异调整开关状态,实现对燃料电池输出电压控制。实验结果表明:该方法可实现直流变换器控制,控制后的输出电压波形稳定、电压纹波较小、超调量低、控制效率高。

弱电网下电压源型逆变器多机系统交互影响及失稳机理研究

在高比例可再生能源并网的背景下,新型电力系统的建设和安全高效运行与大规模并网逆变器的动态特性密切相关。目前针对电压源型逆变器并网系统的研究大多将多机系统视为单机系统展开分析,实际上,电压源型逆变器多机间存在着交互作用且不容忽视,因此该文对多机系统展开了研究。该文从外环控制的角度出发,建立了电压源型逆变器单、双机系统小信号模型,采用特征值分析、参与因子理论和电磁暂态仿真分析相结合的方式,对比分析了定功率因数控制、混合控制策略、交流侧恒定电压控制3种不同外环控制策略对双机系统的影响,揭示了定功率因数控制的失稳机理。研究的结果和结论表明:电压源型逆变器多机系统采用混合控制策略并网更有利于功率向外输送;交流侧恒定电压控制方式的响应速度主要受到有功控制环节积分增益的影响;定功率因数控制受限于无功调节能力不足和控制环节的延时,在弱电网下稳定性较差。

基于ARM处理器的四旋翼无人机自主控制系统研究

为实现四旋翼无人机的自主飞行控制,设计并搭建了四旋翼无人机的硬件飞行控制平台.该平台采用自行组装的四旋翼飞行器作为本体,航向姿态参考系统(AHRS)MTi-G单元作为主要机载传感器,ARM嵌入式系统芯片作为主控制器,AVR单片机作为超控单元.基于四旋翼无人机的非线性动态模型,采用内外环结构的PD控制算法,构造了无人机的位置与姿态跟踪控制器.实现了四旋翼无人机滚转角、俯仰角和水平纵向、横向位置共四个自由度的自动控制.实验结果表明,本文提出的机载控制系统设计取得了较好的飞行控制效果.

分布式电源并网逆变器典型控制方法综述

为提高分布式电源的工作性能,加强分布式发电系统的广泛应用,文中介绍了分布式发电系统中并网逆变器的典型控制方法,重点针对双环控制方式进行了详细的分析。总结了外环控制中的恒功率控制、恒压恒频控制和下垂控制方法,内环控制中的dq旋转坐标系下的控制、αβ静止坐标系下的控制和abc自然坐标系下的控制方法,并对各种控制方法进行了分析比较,指明目前并网逆变器控制技术亟需解决的问题,归纳其未来的发展趋势。

直升机控制系统的内/外回路设计概念及其应用

提出了一种新型的内／外回路控制结构，系统地阐述了此结构在直升机控制系统中的应用。内回路主要使各个通道解耦，改善系统的稳定性，并使系统具有速率响应特性；外回路采用输出反馈，对已解耦的不同通道分别进行单回路设计。其中内回路的解耦特性是内／外回路设计概念的基础，采用特征结构配置技术有效地实现了内回路的通道解耦。采用内／外回路结构所设计的直升机控制系统具有良好的指令跟踪性能、抗干扰特性以及良好的解耦响应特性。实例研究充分展示了这些特点。

四旋翼无人机目标跟踪系统设计

四旋翼无人机的地面移动目标跟踪问题涉及图像序列中的目标跟踪和无人机的飞行控制2个方面内容。针对四旋翼无人机跟踪地面移动目标过程中,出现的目标遮挡和目标从相机视野短暂消失又重新进入视野存在的跟踪失败问题,设计了基于粒子滤波结合P-N在线学习的目标跟踪算法。在此基础上,计算得到目标与无人机间的水平位移作为控制输入,设计了位置-姿态的外内环控制器,在保持无人机飞行稳定性的同时确保目标始终位于机载相机所获得的视野中心区域附近,实现对目标的有效跟踪。仿真和实验结果验证了所设计的四旋翼无人机地面目标跟踪系统的有效性。

直驱式风力发电并网逆变器的控制策略研究

针对直驱式并网风力发电系统,从其并网逆变器的工作原理出发,深入分析了并网逆变器的数学模型,提出了电压外环、电流内环的控制方法。仿真结果表明,采用该控制策略的并网系统具有电流跟踪性好、响应快速、谐波成分小等优点。

三相VSR及其控制策略仿真研究

PWM整流器由全控型器件构成,能够使输入电流正弦化,使功率因数接近于1,并且还可实现能量双向流通,其中电压型PWM整流器(简称VSR)结构简单、损耗低、控制方便,成为PWM整流器研究的重点。分析了PWM整流器的控制策略,利用MATLAB/SIMULINK仿真软件设计了电压型PWM整流器,实现了交流侧接近单位功率因数和直流侧的电压稳定。

吸气式高超声速飞行器纵向机动飞行的鲁棒线性变参数控制

针对一个吸气式高超声速飞行器模型,研究了其鲁棒变增益控制问题。为处理对建模误差的鲁棒性问题,将标准的线性变参数(Linear Parameter-Varying)控制算法扩展到对参数和动态不确定性具有结构摄动的鲁棒性框架内。基于对建模不确定性的积分二次型约束(Integral Quadratic Constraint)刻画,以定标的线性矩阵不等式(Linear Matrix Inequality)形式给出了其鲁棒控制算法。考虑到描述飞行器动态数值非线性模型的复杂性,建立了其解析形式的曲线拟合模型。基于此解析模型,推导了LPV模型用于控制设计和开环分析。设计了以动压和马赫数为增益变量的飞行控制系统。控制器设计将LPV控制器和变增益比例积分补偿器组合成内外环结构,实现了姿态稳定性和精确的轨迹跟踪性能。非线性仿真结果证实了算法和应用的有效性。

直升机两步法抗饱和控制

在执行机构饱和约束下,研究了直升机的全姿态控制和速度跟踪问题.提出了一种能适用直升机这样的开环不稳定系统的两步法抗饱和控制方法,即第1步在不考虑饱和约束下设计了直升机H∞回路成形内外回路控制器,内回路实现直升机全姿态控制和通道解耦,外回路实现速度跟踪;第2步考虑饱和约束,设计抗饱和补偿器弱化饱和引起的闭环性能退化.证明了该抗饱和控制系统的L2稳定性,并通过回路变换和乘数理论减少其保守性.对UH-60黑鹰直升机的仿真试验表明了该方法的有效性.

直线电机式主动悬架内外环控制研究

为了提高直线电机式主动悬架的动态性能,设计了基于LQR和准比例谐振的悬架内外环控制策略。建立了车辆二自由度主动悬架模型和直线电机数学模型,并通过试验验证了直线电机模型的正确性;利用Matlab/simulink仿真分析了内环控制器参数对控制器性能和直线电机响应特性的影响,确定了内外环控制器参数;对内环PID控制和准比例谐振控制进行了对比仿真分析。结果表明,基于LQR和准比例谐振内外环控制主动悬架的簧载质量加速度降低了27.49%,悬架动挠度降低了24.26%,轮胎动载荷降低了17.22%。

双馈风机转子侧变换器参数对次同步振荡的交互影响机理及其应用研究

当双馈风机转子侧变换器（rotor-side converter,RSC）参数设置不当时,与串补线路相连的双馈风电场可能会发生次同步振荡（subsynchronous oscillation,SSO）,但目前对于变换器参数对SSO的交互影响规律及其作用机理研究还不够深入。分析了RSC内外环比例系数对SSO交互影响规律,研究表明,外环比例系数对SSO的影响程度与内环比例系数强相关,而内环比例系数对SSO的影响相对独立。针对这一现象,推导了RSC在系统中的等效电阻与其内外环比例系数的关系,从机理上解释了RSC内外环比例系数对SSO的交互影响规律,并利用特征结构分析法验证了机理解释的正确性。最后,直接利用所推导的计及内外环放大倍数的等效电阻值来配置虚拟电阻控制器参数。结果表明,相较于仅考虑内环参数配置的虚拟电阻控制器,所配置的虚拟电阻控制器效果更优,具有较强阻尼且不影响系统稳定性。

超级电容储能系统中双向DC-DC变换器控制策略研究

城市轨道交通站间距较短、运行密度大,列车需要频繁的启动和制动,列车在启动时需要大量能量,导致直流牵引网电压下降;列车在再生制动时产生大量能量,导致直流牵引网电压升高,严重时还会使再生制动失效。针对这一问题,提出将双向DC-DC变换器应用于超级电容储能系统中,并设计了电压外环、电流内环的双PI控制策略。利用Matlab/Simulink搭建了双向DC-DC变换器和超级电容储能系统的仿真模型,分析了双向DC-DC变换器在Buck模式、Boost模式下的运行情况以及电压外环、电流内环的双PI控制策略的控制效果。仿真结果验证了双向DC-DC变换器能够实现能量的双向传输和控制策略的有效性。

车辆电液主动悬架PID最优控制研究

基于1/4车辆悬架模型,设计车辆电液主动悬架内外环控制器。基于电液作动器的非线性特性,内环采用了经典的PID控制器,利用其灵活性特点控制输出系统所需的作用力;从车辆的行驶平顺性和操纵稳定性的目标出发,外环采用最优控制(LQG),以衰减系统振动。Simulink仿真结果证明,相同路面条件下该控制策略下的主动悬架性能相比于被动悬架及PID控制主动悬架有明显改善。

永磁风电系统网侧变流器低电压穿越控制策略

针对电网电压对称跌落时永磁直驱风电系统低电压穿越能力的问题,在网侧控制中提出使用电机侧与电网侧的功率差信号来稳定直流侧电压,并且根据电压跌落深度控制无功和有功功率的输出大小,构成功率外环与电流内环双环控制系统。仿真结果表明,在电网电压跌落20%以内且持续时间不大于0.2 s时,该控制策略保证了直流侧电压稳定,有助于提高无功功率注入电网及恢复电网电压。