一种永磁同步电机模型失配容错控制算法

针对高精度永磁同步电机驱动系统因转动惯量、摩擦系数与磁链参数失配造成其控制精度和稳定性降低的问题,提出了一种基于有限时间收敛扩张状态观测器的无模型滑模容错控制方法。首先,建立了考虑内外不确定性的永磁同步电机转速环超局部模型,并设计了无模型全局积分终端滑模控制器;其次,设计了有限时间收敛扩张状态观测器来降低模型失配带来的影响;最后,通过与其他方法的仿真和实验对比,验证了所提方法能够在不获取精确模型的情况下实现了对多种模型失配与外部扰动工况的容错控制,并提高了电机的控制精度。

新能源汽车整流器的抗扰模型预测控制策略研究

针对新能源汽车充电(G2V)三相整流器为研究对象,研究基于模型预测控制(model predictive control,MPC)的充电控制策略。传统的MPC算法需要准确的系统模型参数,而当控制器中使用的模型参数与主电路实际参数不匹配时,控制性能可能发生恶化,影响整流器充电控制性能。针对此问题,该文将系统参数不匹配作为扩张状态观测器(extended state observer,ESO)扩张出来的扰动项而进行估计,并将扰动进行补偿,从而设计一种基于ESO的MPC充电控制策略。该方法仅使用了系统的输入和输出数据,而不需要精确的系统模型,因此即使模型参数不匹配时,ESO也能够将不匹配项作为扰动而对预测电流进行准确估计,从而提高MPC对参数变化及不匹配的鲁棒性。仿真与实验结果验证了该方法的可行性和有效性。

单输入单输出系统分数阶预测函数控制

基于分数阶微积分理论和预测函数控制理论,针对一类单输入单输出分数阶线性系统提出了一种分数阶预测函数控制方法。用Oustaloup近似法对分数阶系统近似的整数阶系统建立预测输出模型,并根据GL定义在代价函数中引入分数阶算子。该控制方法通过将控制输入结构化简化了控制器设计,引入分数阶算子增加了控制器的自由度。仿真结果表明:与传统预测控制器相比,分数阶预测函数控制器具有调节时间短、抗干扰能力强及鲁棒性强等优点,在模型失配的情况下也有较好的跟踪效果。

波浪发电系统功率优化LQG滑模控制

直驱式波浪发电系统浮子位置和速度存在物理约束,基于线性二次高斯控制,提出约束反馈优化功率方案。通过流体力学工具得到辐射力数据,建立系统状态空间模型。采用标准卡尔曼滤波器获得系统全状态量信息,构建最小性能指标函数,计算状态反馈增益;考虑建模误差,设计滑模控制器,利用Lyapunov函数证明系统稳定性,补偿系统模型失配时的状态量偏移及功率损耗;离线计算反馈增益并调整滑模变结构控制参数,降低控制策略复杂性。仿真结果表明,所提控制策略动态性能好、鲁棒性强,能保证物理约束并提升系统输出功率。

基于增量模型的PMSM鲁棒性模型预测控制算法研究

永磁同步电机模型预测电流控制(MPCC)策略因具有良好的动态性能而得到了广泛应用,但该策略较为依赖模型参数的准确性。为了在保持控制系统的动态性能的同时提高系统的参数鲁棒性,提出了一种基于三矢量的增量型MPCC策略。在MPCC中引入基于d轴电流的模型参考自适应电感辨识算法,并对自适应律进行了分析。基于Matlab/Simulink进行了仿真,结果表明所提策略能够实现在保持三矢量预测控制动态性能的前提下,减小磁链参数失配造成的预测误差;基于d轴电流的模型参考自适应算法可以进行快速稳定地电感参数辨识,有效地提高了控制系统的参数鲁棒性。

中国耕地面积-粮食产量重心迁移轨迹特征及空间错位关系

为了探究粮食资源和耕地利用效率的协调统一,利用2000—2019年中国耕地面积和粮食产量数据,以省域为研究对象,基于重心模型和空间错位指数,系统分析全国耕地面积、粮食产量重心迁移轨迹特征及空间错位关系。结果表明:研究期内耕地面积重心与粮食产量重心变化方向不尽相同,耕地面积重心从河南省博爱县向东北移动,而粮食产量重心则先从河南省舞阳县向东北后再向东向平移;全国的粮食产量和耕地面积主要集中在中水平区和中低水平区,且由东到西呈现正向错位到负向错位的分布特征;耕地面积和粮食产量受资源禀赋影响较大,但经济发展水平、人口、降水量和积温水平等因素也具有一定的推动作用。

并网变换器虚拟同步无模型参数鲁棒增强控制策略

随着新型电力系统的发展,并网变换器已成为能量传输的关键设备。模型预测控制的虚拟同步机参数鲁棒性较低,当并网参数失配时,输出电流纹波增大,同步机功率支撑下降。针对此问题,提出一种改进的虚拟同步无模型参数鲁棒预测控制方法。首先,该方法采用四阶Runge-kutta优化超局部无模型得到虚拟同步机参数增强鲁棒模型。然后,采用Lagrange插值法求解模型中K参数,通过前4个时刻的采样值预测下一时刻的输出。同时设计虚拟惯量无模型自适应预测算法,实现了惯量动态需求响应。最后,经过价值函数寻优比较得到虚拟同步机的优化电压矢量,实现参数鲁棒增强控制。实验结果表明,所提出的控制策略在参数失配情况下功率支撑能力稳定,频率波动时虚拟惯量能够动态响应,具有良好的稳态和动态响应性能。

基于Adaline神经网络参数辨识的PMSM鲁棒电流预测控制

针对复杂工况下永磁同步电机存在模型参数失配导致控制系统性能下降的问题,提出一种基于参数在线辨识的鲁棒电流预测控制方法。首先,建立永磁同步电机预测控制模型,详细分析电磁参数失配对电机响应电流及输出转矩和转速的影响。然后,设计了基于Adaline神经网络的参数在线辨识器,并在传统的权值调整算法上,提出一种应用于电机参数辨识系统的新型动态混合最小均方算法。最后,利用在线辨识的参数来实时更新电流预测控制器中的参数,以避免参数失配对控制系统性能的影响。通过仿真和实验验证了所提方法和新型算法的可行性和有效性,其结果表明了该方法不仅能够实现精准在线跟踪电机参数的变化,而且有效抑制了参数失配导致的响应电流偏差。

基于卡尔曼滤波观察器的优化预测控制方法研究

为解决预测控制中由于模型失配所导致的控制效果变差甚至系统振荡发散的问题,提供了一种基于卡尔曼滤波观察器的优化预测控制方法,在广义预测控制基础上,增加了基于卡尔曼滤波的状态观察器,以卡尔曼滤波所观察的数据替代实测控制量进行广义预测控制偏差的计算,并且引入卡尔曼滤波模型精度误差的收缩因子,防止卡尔曼滤波观察器陷入静态误差陷阱,从而有效抑制当模型失配时导致的波动甚至振荡,并消除静态偏差。

基于电机参数失配的模型预测转速控制系统运行稳定性研究

随着模型预测控制方法广泛应用于电机系统,电机控制性能显著提高,但电机参数失配等因素会影响模型预测控制系统运行性能,甚至会导致系统运行不稳定,相关运行稳定性问题缺乏深入研究。以永磁同步电机为控制对象,分析参数失配对模型预测转速控制系统运行稳定性的影响,针对传递函数和Lyapunov理论的局限性,提出一种基于状态方程的模型预测转速控制系统运行稳定性分析方法,探究模型参数失配对电机系统稳定运行区域的影响规律,并进一步明确系统稳定运行的边界条件,分析表明电机系统运行稳定性主要受电机电感和转动惯量影响。搭建永磁同步电机驱动系统实验平台验证了运行稳定性结论的正确性,研究结论能够为电机系统的稳定运行提供支撑,推动模型预测控制理论在电机领域的发展和应用。

基于参数在线辨识的PMSM鲁棒预测电流控制

针对永磁同步电机(PMSM)系统中模型参数失配和一拍延时导致电流响应精度下降的问题,提出了一种新型鲁棒无差拍预测电流控制(NR-DPCC)方法。首先,建立了PMSM的预测电流控制模型,详细分析了各电磁参数对常规DPCC的敏感性。其次,采用Adaline神经网络的方法设计了电感和磁链参数辨识器;在此基础上,提出了一种应用于电机系统的变步长神经网络权值调整算法;最后,基于在线辨识的参数值和电流预测值,提出了NR-DPCC方法,并通过RT-Lab硬件在环仿真实验平台进行了验证。研究结果表明,相较于常规DPCC方法,所提方法不仅能够精确的在线跟踪电机的参数变化,而且有效的提高了电流响应精度。

教育公平、劳动力资源错配对区域创新发展的作用机制研究

为探究教育公平和劳动力资源错配对区域创新发展的影响机制,文章基于中国内地30个省份的面板数据,分别通过构建教育基尼系数、绝对资源错配模型和区域创新发展指标体系作为教育公平、劳动力资源错配和区域创新发展的代理变量,并依次构建固定效应模型、空间计量模型和面板门槛模型进行实证检验,研究得出:(1)教育公平对区域创新发展具有显著的促进作用,并对区域创新发展具有显著的正向空间传导作用;(2)劳动力资源错配对区域创新发展具有显著的抑制作用,且劳动力资源错配的空间效应对区域创新发展的作用显著为正;(3)在教育公平的作用下,劳动力资源错配对区域创新发展的扭曲效应由显著变为不显著,存在非线性关系,教育公平能够矫正劳动力资源错配的负外部性。

混合失配模型预测金属/半导体界面热导

声学失配模型和漫散射失配模型被广泛应用于界面热导的计算,两种模型分别建立在极端光滑和粗糙界面的假设基础上.由于实际界面结构与两种假设的区别较大,造成两种模型预测结果与实际界面热导偏差较大.近期提出的混合失配模型考虑了界面结构对声子镜面透射和漫散射透射比例的影响,预测的准确度有所提高.但该模型需要通过分子动力学模拟获取界面声子信息较为复杂.为此,本文通过引入测量的粗糙度数值简化混合失配模型,并增加考虑界面结构对接触面积的影响,实现对界面热导简单快捷、准确地预测.基于该模型,计算预测了金属(铝、铜、金)和半导体(硅、碳化硅、砷化镓、氮化镓)的界面热导.并将铝/硅界面的结果与实验测量结果对比,数据吻合较好.该模型不仅有助于界面导热机理的理解,而且利于与测量结果对比.

基于高斯过程的参数辨识及永磁同步电机模型电流预测控制策略

为了提高永磁同步电机控制系统电流环控制器的性能,降低模型参数失配对控制系统的影响,提出了基于高斯过程参数辨识的永磁同步电机有限集模型预测电流控制策略(FCS-GPMPC)。首先,介绍了永磁同步电机电流预测模型并分析了模型参数失配对系统性能的影响;其次,为简化一般机器学习参数辨识算法中超参数复杂的调试过程,提出了一种基于高斯过程的模型参数的辨识方法;同时,引入预测值的置信区间作为参数预测效果的实时评估参考;最后,将高斯过程参数辨识与基于模型的有限集模型预测电流控制(FCS-MPC)相结合,在得到准确辨识的参数后对系统电流预测模型更新以提高系统鲁棒性和电流环跟踪性能。实验结果显示:在本文训练数据的统计特征下,测试数据均方根误差RMSE为0.0021,R^(2)达到0.99。在参数波动条件下,与FCS-MPC相比,FCS-GPMPC策略下电流波动度降低了30.5%,电流平均偏移度降低了19.6%,另外对参考电流的阶跃变化,FCS-GPMPC有更好的动态响应。实验结果表明,基于高斯过程的模型预测控制方法可有效抑制模型失配对控制系统的影响,能够提高永磁同步电机控制系统电流控制器性能。

格里森制摆线齿锥齿轮齿面失配分析与轮齿接触仿真

为了能够对格里森制摆线齿锥齿轮啮合性能进行综合评判,提出集齿面失配分析、齿面接触仿真和齿面加载接触仿真于一体的系统性评价方法。构建刀盘数学模型和刀倾法切齿加工数学模型,获得理论齿面。研究与大轮齿面完全共轭的小轮基准齿面及齿面Ease off拓扑计算方法。在此基础上,基于齿轮啮合数学模型,研究齿面接触分析解析计算方法,构建齿面加载接触分析有限元仿真流程。最后以一对格里森制摆线齿锥齿轮为例进行了齿面失配分析和轮齿接触仿真,算例仿真结果与格里森软件一致,验证了齿面接触仿真算法的正确性,同时也表明采用有限元方法进行齿面加载接触分析在啮合性能评价方面具有较大的直观性。

考虑参数失配的PMSM鲁棒无差拍预测电流控制

高性能永磁电机系统已成为硬质合金生产成型装备的关键与核心部件,电机系统参数失配将严重影响合金产品成型装备综合效率。为了优化模型参数失配和一拍延迟对永磁同步电机(PMSM)电流控制性能的影响,提出一种具有参数在线矫正的鲁棒无差拍预测电流控制(POC-DPCC)方法。首先,对常规无差拍预测电流控制的参数敏感性进行分析;然后,设计基于Adaline神经网络的多参数误差在线辨识器,并提出一种以参数失配误差为神经网络权值的新型辨识结构来提升参数变化跟踪性能;最后,提出POC-DPCC方法,通过更新控制电压系数矩阵来提高系统对电机参数的鲁棒性,以下一时刻电流预测值代替当前时刻采样电流来补偿一拍延迟的影响。对比仿真和实验结果,可以验证所提方法在复杂工况下的有效性和鲁棒性。

基于模糊PID的低温环境试验系统控制特性研究

将模糊控制和增量式PID控制相结合,针对双调节阀协同工作的液氮蒸发制冷低温环境模拟试验系统,设计了一种模糊PID温度控制策略。通过开展预试验与系统辨识,确定了被控对象的状态空间模型,并在此基础上对试验系统的温度控制特性进行仿真研究。结果表明,和传统PID控制相比,模糊PID控制调节迅速、控制精度高。在此基础上,基于某实际试验系统开展了温度控制试验。试验和仿真结果证明,模糊PID方法在大型低温环境模拟试验系统温度控制中具有良好的精度和稳定性,该控制方法易于应用于同类试验系统,对相关应用中温度控制策略的设计具有指导意义。

一种模型不确定的煤炭地下气化控制算法研究

煤炭地下气化(Underground Coal Gasification, UCG)实现了地下固体煤炭转为气体能源的封闭开发,可形成天然气能源的战略接替,是保障国家能源安全的重要策略,也是实现国家新时代能源高质量发展的有力手段。由于煤炭地下气化反应过程具有时变性和大滞后的特点,且无法得到精确的数学模型,给煤炭地下气化控制带来较大挑战。为改善煤炭地下气化的控制效果,在研究煤炭地下气化工艺的基础上,根据煤炭地下气化过程工程数据对煤炭地下气化过程进行了数学建模,设计了针对煤炭地下气化控制的内模控制算法。仿真结果表明,设计的控制算法与传统的PID控制以及Smith预估控制相比较,内模控制算法在模型失配时控制效果更好,更适合于对模型不确定的煤炭地下气化过程的有效控制。研究结果可为煤炭地下气化实际生产过程的相关研究提供参考。

PMSM参数失配的强鲁棒模型预测电流控制

针对永磁同步电机(Permanent magnet synchronous motor,PMSM)模型预测电流控制(Model prediction current control,MPCC)中因模型参数失配造成的控制性能下降问题,提出一种基于内模控制(Internal model control,IMC)观测器的PMSM强鲁棒双矢量MPCC。首先,在同步旋转坐标系下搭建PMSM双矢量MPCC模型,将系统参数扰动引入到电机电压方程。其次,根据状态反馈理论设计d、q轴电流IMC观测器来估计系统扰动。最后,将观测器估计系统扰动引入到含参数扰动项的电机电压方程中,为双矢量MPCC算法提供实时补偿,实现对电流环的无稳态误差控制。仿真结果表明,所提出的设计方法避免了参数失配导致的电流静差及振荡问题,减小了转速稳态误差及转矩脉动,可以使PMSM控制系统在参数失配时稳定运行,提高了系统的鲁棒性能。

不同代价函数下永磁同步电机模型预测控制参数失配可视化分析

针对电机模型参数失配进行分析,该文提出一种可视化分析方法,分别研究了电阻、电感和磁链等参数失配对模型预测控制的影响。首先,结合无差拍控制原理计算得到满足控制要求的参考电压矢量;其次,分析电阻、电感和磁链等参数失配时参考电压矢量空间位置的变化,并利用Matlab算法对参数失配下参考电压矢量相应的最优电压矢量进行可视化表达;最后,通过最优电压矢量区域的不同变化得到不同参数失配对模型预测控制的影响。所提可视化分析方法不仅可以分析多种模型参数失配对控制系统的复杂影响,而且可以得到参数失配对不同代价函数下永磁同步电机模型预测控制最优电压矢量选择的影响和区别,为实现模型预测误差补偿控制提供坚实的理论依据。StarSim硬件在环实验研究验证了所提方法的可行性和有效性。