基于非线性修饰和零阶保持器的船舶航向保持控制

[目的]为了解决船舶在海上航行时控制器舵角输出大、打舵频率高、控制速度较慢以及控制精度较低的问题,利用三阶闭环增益成形算法设计鲁棒控制器。[方法]首先,利用三阶闭环增益成形算法设计出线性鲁棒控制器,然后,在控制策略中加入双曲正切非线性修饰以及零阶保持器,在不同海况下对该控制器的性能进行仿真实验。[结果]仿真结果表明,相比于基于非线性修饰的传统PID控制器,在一般海况下,所提控制器在延迟时间、控制精度以及能量输出上分别改进了36%,14%和32%;在恶劣海况下,分别改进了27%,7%和16%。此外,不同海况下该控制器的仿真结果都具有稳定的舵角输出,并可以较快地稳定在临界值附近,证明了其具有较好的鲁棒性。[结论]改进的控制器符合工程实践,对于智能船舶的控制具有较好的应用参考价值。

半导体激光器驱动器的SPICE仿真及其在气体传感系统的应用

为了提高激光器的工作可靠性和稳定性,借助TINA-SPICE软件对其驱动电路进行辅助设计,并通过电调制和光电检测系统实验检验设计效果。对驱动器的恒流输出电路的幅频特性和瞬态响应进行仿真,预测潜在的电流振荡现象,并提出一种用于补偿环路增益的易用方案。通过对比补偿前后的仿真曲线,验证了该方案的可行性。在此基础上,以STM32H743作为中央处理核心,通过触摸屏图形化设置和监测驱动电流参数,从而调度激光器驱动电路的运行。在296 K环境温度下,利用该电路进行半导体激光器电调制特性实验,通过拟合波长与电流得到调制系数为0.045 cm-1/mA。进一步地,将该控制器引入基于红外光谱吸收技术的气体传感系统,完成了对甲烷气体的定量分析。分析结果表明,所设计的电路能稳定地驱动激光器并实现对波长的精准调制,获得的气体传感系统的检测下限低于8 ppm。

基于负载追踪补偿的大电流LDO设计

提出一种有效提升大电流输出应用的低压差线性稳压器(LDO)环路稳定性的技术,采用负载追踪补偿方式消除电路输出端与负载相关的极点对环路稳定性的影响,且在维持环路低频增益不变的前提下降低高频下环路中节点阻抗,从而达到同时提升输出精度和优化瞬态响应性能的目的。采用TSMC 0.18µm BCD工艺进行仿真验证,结果表明电路最大输出电流6 A,在6 A/6μs的负载突变情况下输出电压下冲为36.6 mV,过冲为35.3 mV,稳定时间小于56.3μs。全负载电流范围内,瞬态性能大幅提升。

基于AD9361的快速增益控制研究

研究了AD9361的自动增益控制(AGC)模式和手动增益控制(MGC)模式,分析了两种模式的优、缺点,对AGC模式的闭环反馈时间进行了实际测试验证;针对AGC模式闭环反馈时间长的缺点,提出了一种基于MGC模式的快速增益控制策略,并进行了工程测试验证,可有效提高增益控制的闭环反馈时间,广泛应用于无线电导航和无线通信信号的抗干扰接收。

MMC控制器小信号稳定性判据研究

基于MMC(模块化多电平换流器)的高压直流输电广泛应用于大规模新能源外送,然而MMC控制器的惯性滞后特性可能带来小信号稳定性问题。首先,分析同步发电机的机械惯性,类比提出适用于MMC控制器的惯性二阶统一表达式。然后,基于MMC闭环控制器的动态特性和惯性滞后特性,提出连接弱电网的MMC控制器的小信号稳定性判据。最后,通过对双侧MMC并网系统的仿真分析,验证了所提稳定性判据的正确性。

应用于电力电子变压器的CLLC型高频隔离电路参数鲁棒性分析与优化设计

电力电子变压器(solid state transformer,SST)是实现配电网分布式能源、新型负荷/储能灵活接入的关键装备,针对应用于SST中高频隔离环节的CLLC型直流变压器开展了电路参数的鲁棒性分析与优化设计研究。CLLC型直流变压器可利用开环控制简化控制复杂度,实现宽范围下接近恒定的双向电压增益,并采用高频变压器的漏感作为谐振电感,降低电路设计难度。提出了一种用于CLLC直流变压器的参数设计方法,利用该方法,即使电感电容值出现设计偏差时,所设计的CLLC直流变压器也具有良好的电压调节能力与软开关特性。分析了高频隔离变压器与器件寄生参数对直流变压器轻载下电压增益的影响,最后开展了典型直流变压器设计,并在PSIM软件中进行了仿真验证。

混合多端直流输电系统直流侧阻抗建模及谐振抑制

混合多端直流(hybrid multi-terminal HVDC,H-MTDC)输电系统直流场设备的自然等效电阻较小,在控制系统无法提供足够大阻尼的情况下易导致系统直流侧的谐振振荡。首先推导了换相换流站(line commuted converter,LCC)和模块化多电平换流站(modular multilevel converter,MMC)直流侧输出阻抗,在MATLAB中建立了H-MTDC系统的阻抗模型并给出了基于环路增益的稳定判据。其次,通过计算环路增益对各控制参数的频域灵敏度定量地分析了参数变化对环路增益曲线的影响,明确了影响系统谐振特性的主导因素,并结合稳定判据制定了参数调整方案。再次,通过反馈换流站输出的直流电流,将LCC站原定直流电流控制器改进为电流阻尼控制器并设计了控制器参数。最后,通过PSCAD/EMTDC时域仿真验证了所提谐振抑制策略的有效性。

基于闭环耦合度的大系统常规PID控制回路的投用规则

化工过程全流程为具有高维输入输出的多变量大系统,内部存在一定程度的耦合作用,因此其底层常规PID控制系统的设计、投用和整定也必然与整个系统的耦合程度有关。首先,提出了闭环相对增益和耦合度的概念,分析闭环相对增益在理想控制条件下与开环相对增益的等效性,发现闭环控制回路的反馈作用引起操纵变量和被控变量的关联,由此加剧整个系统的耦合程度,因此闭环控制回路并非投用得越多越好。然后,提出了基于闭环耦合度的化工过程大系统常规PID控制回路的投用规则,根据被控过程开环相对增益阵确定控制回路变量配对和投用顺序,依次投用各控制回路并计算控制回路的耦合度,当耦合度超过阈值时停止剩余控制回路的投用。最后,以典型多变量TE过程为例验证了该投用规则的有效性。

一种新型超高升压DC-DC变换器的设计

为使光伏系统可稳定输出高直流电压,提出一种新型超高升压DC-DC变换器的设计。变换器采用耦合电路升压结构增加了新的增益调节单元。新型开关单元降低了开关器件的电压应力和电压尖峰。耦合电感与开关电容结合,降低了器件的电压、电流尖峰,吸收了耦合电感的漏感能量。对变换器进行闭环控制,稳定变换器的输出。分析电路的工作模态,与近几年典型高升压变换器做性能对比,测试变换器的抗扰动性能。根据仿真和实验,验证变换器在闭环控制下的稳定性和鲁棒性。

基于DPLL的扫频信号源系统的设计与实现

扫频信号源是输出频率可数控步进调整的正弦波信号源。低相位噪声和杂散的高频谱纯度扫频信号源是组成雷达接收机和系统频域分析设备等的核心。文中以数字锁相环技术(DPLL)作为高频谱纯度信号输出核心,用分频寄存器的设置来控制信号的输出频率,并通过高阶滤波器和自动增益系统得到最终的扫频信号输出频率。电路中,基于ADF4002数字鉴频鉴相器芯片、MC12148压控振荡器芯片和无源滤波器电路构建数字锁相环,再通过VCA821实现自动增益控制电路,最终实现高频谱纯度扫频信号源。经测试,该扫频信号源能在40~120 MHz范围实现较高频谱纯度的扫频信号输出,将DPLL技术应用于扫频信号源不但易于变频和加快扫频源的迭代,而且大幅度降低了硬件开发成本。

基于距离系数的并网系统稳定性参数灵敏度分析法

阻抗分析法在分析参数对稳定性的影响时存在离散化分析的局限,且难以量化对稳定性的影响程度.为此,提出了一种基于等效环路增益的三维伯德图距离系数的灵敏度分析方法,其具有定量、直观地研究新能源并网中参数连续变化对系统稳定性的影响规律的优势.该方法通过提取系统等效环路增益的三维伯德图距离系数,利用控制器参数与距离系数之间的导数运算,得到表征系统控制器参数对于稳定性影响的数值结果,为其影响分析提供清晰直观的量化指标.同时,以变流器并网系统及直驱风场经传统高压直流输电送出系统为案例,介绍了所提方法的具体应用,根据参数灵敏度分析结果对控制器参数进行了优化,以规避振荡风险.最后,基于Simulink仿真平台验证了方法的有效性和可行性.

基于LK8810S平台的集成运算放大电路模拟参数测试研究

集成电路测试产业近年来得到了快速发展,已成为集成电路产业链的重要环节。文章基于LK8810S测试平台,采用C语言编写测试代码控制待测电路的输入激励并采集电路的输出信号,能快速地实现集成运算放大器的3种主要参数测试,并将结果显示在上位机。实验结果表明测试结果数据在正常范围内,且缩短了测试时间。

ILC-H∞控制下车辆液压减振特性分析

为进一步提高复杂路况下车辆半主动悬架系统的减振性能,提出一种基于迭代学习(Iterative Learning Control,ILC)改进的H∞控制(ILC-H∞Control)策略。首先,提取自适应阻尼减振器(Adaptive Damping System,ADS减振器)的阻尼特性实验数据,利用Sigmoid模型对阻尼参数进行辨识拟合;引入P型迭代学习控制器弥补传统H∞控制中权函数的盲目性,构建期望回路增益,将模型匹配问题转化为迭代学习中期望回路函数的路径跟踪问题,提高悬架阻尼调节的灵活性与自适应性。结果表明:在B级随机路面和冲击路面激励下,与被动悬架和H∞传统控制下的半主动悬架相比,该控制方法的性能提高了近49.04%。

一种线性化轨对轨调节压控振荡器设计

为了解决控制电压范围小、调谐增益过大导致压控振荡器(voltage controlled oscillator,VCO)对控制线噪声抗干扰能力弱的问题,设计了一种高度线性化轨对轨频率调节的压控振荡器。采用SMIC 0.18μm CMOS工艺,设计了电压转电流电路实现控制电压与电流饥渴型振荡器尾电流的轨到轨线性转化,进而实现振荡频率的轨到轨线性调节;并且利用缓冲器优化振荡波形以适应锁相环系统应用。Cadence Spectre仿真结果表明,振荡器在1.8 V的轨对轨控制电压范围内都具有很好的线性,调谐增益为183 MHz/V,频率范围为0.89~1.22 GHz,中心频率1.06 GHz,功耗仅有227.8μW。本文设计适用于锁相环的集成应用,可为压控振荡器的设计提供支持。

基于H∞回路成形的变循环发动机多变量控制

为了进一步提升变循环发动机的性能,针对3输入3输出变循环发动机模型,利用相对增益矩阵(RGA)分析了发动机内部的耦合性;采用基于目标函数的2自由度H∞回路成形法设计了多变量控制器,并与传统单变量PI方法做了对比。仿真结果表明:多变量控制系统具有良好的扰动抑制能力和跟踪性能,且能够顺利实现模态转换;与单变量方法相比,在同等的穿越频率及相位裕度约束下,n1回路阶跃响应的超调量减小了95.3%、调节时间缩短了51.5%;πe回路的最大偏移量减小了89.69%、调节时间缩短了27.4%。表明多变量方法可以对变循环发动机进行有效控制且在跟踪控制过程中的性能更优,可以显著提升变循环发动机的性能。

鸭式导弹自动驾驶仪开环截止频率的设计约束

极点配置方法在三回路驾驶仪设计中应用较广,针对开环截止频率这一关键参数的设计约束较为模糊。通过建立控制增益、闭环极点与系统开环截止频率的解析关系,将控制系统设计问题转化为开环截止频率的合理选择。结合鸭式布局导弹工程设计经验,分别讨论了舵机带宽、舵偏角速率、闭环零点和控制增益极性对开环截止频率选取的约束准则和工程应用修正,通过典型条件验证了该准则的适用性。

高增益耦合电感DC-DC变换器及其稳定性控制

为使光伏系统能够稳定输出高直流电压,提出一种高增益耦合电感DC-DC变换器。改变耦合电路升压单元的匝比,可灵活地对拓扑进行增益调节。经钳位电容回收耦合电路的漏感能量,降低开关管的电压尖峰,提升拓扑的效率。通过闭环控制,使变换器具有较快的动态响应和较强的鲁棒性。分析变换器的工作模态,推演变换器增益、器件应力。与典型拓扑做性能比较,结合仿真和样机实验,验证变换器在闭环控制下的稳定性和可行性。

高精度MEMS硅谐振压力传感器闭环控制系统

硅谐振压力传感器因其数字频率信号输出和高精度的特点,被广泛应用于航空航天、工业控制等领域。硅谐振压力传感器的闭环控制系统决定硅谐振压力传感器的性能指标,系统的稳定性分析和参数优化则是谐振传感器的研究难点。基于系统状态方程从理论上推导了控制策略,提出系统稳定性判定依据。利用Simulink仿真搭建系统模型,并通过电路测试验证。结果表明,在满足稳定性判据的条件下,研制的硅谐振压力传感器基频为42 kHz,品质因数为30 000。在量程范围为3~130 kPa、温度为-55~85℃时,该谐振压力传感器的精度高达0.01%F.S.,实现了恒幅控制与实时频率跟踪。

新型耦合电感高增益DC-DC变换器

为满足新能源并网母线所需的高增益直流电压输出,设计一种新型耦合电感高增益DC-DC变换器。拓扑引入耦合电路倍压单元进行变换器的增益调节,通过钳位回路吸收耦合电感的漏感能量,削减开关器件工作时的电压尖峰,提升变换器效率。对工作原理及模态进行分析,通过数学公式对器件应力、增益进行推演。与其他3种典型变换器进行性能比较,结合理论及实验,验证新型耦合电感高增益DC-DC变换器的可行性及有效性。

一种低噪声CT Δ-∑调制器的理论建模分析

针对一种低噪声的连续时间Δ-Σ调制器的理论建模进行了研究。具体实现是以一个高速四阶CTΔ-Σ调制器为例,首先通过分析其单回路环路滤波器的传递函数,提出了一种在有限增益带宽放大器存在的情况下,设计最优CTΔ-Σ调制器的方法,可以将信号传递函数的峰值包含在CT环路滤波器的传递函数中,并通过一种递推算法来得到调制器的最佳系数;然后在考虑采用有限增益带宽放大器时的频率特性对环路滤波器的影响下,对构成调制器的内部模块进行了详细的系统级和行为电路级的建模分析,并考虑了反馈数模转换器的上升/下降时间的建模;仿真实验结果表明,采用本文建模方法设计的CTΔ-Σ调制器在噪声整形和抗混叠滤波方面具有极强的鲁棒性。