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考虑非匹配扰动的飞机EMA伺服系统的改进滑模复合控制

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控制理论与应用 2024年

作者：常雨芳张闯闯高鹏严怀成黄文聪湖北工业大学电气与电子工程学院华东理工大学信息科学与工程学院

飞机机电作动器(electro-mechanical actuator, EMA)伺服系统中普遍存在的非匹配扰动会降低系统状态的跟踪精度.针对此问题,本文提出了一种基于级联扩张状态观测器的改进非奇异全局终端滑模和非匹配扰动估计反馈补偿的复合控制方法.首先... 详细信息

飞机机电作动器(electro-mechanical actuator, EMA)伺服系统中普遍存在的非匹配扰动会降低系统状态的跟踪精度.针对此问题,本文提出了一种基于级联扩张状态观测器的改进非奇异全局终端滑模和非匹配扰动估计反馈补偿的复合控制方法.首先,在对非匹配扰动进行精确定义的基础上建立了系统的优化数学模型,设计了级联扩张状态观测器对非匹配和匹配扰动进行实时估计;其次,基于扰动估计信息设计了改进非奇异全局终端滑模面和控制律,使系统制动压力可以精确跟踪其期望输出值;再次,通过非匹配扰动估计反馈补偿抵消了系统转子角速度输出的跟踪误差,抑制了非匹配扰动对系统状态的负面影响;最后,在三类期望输出制动压力下进行了仿真分析,验证了本文提出的飞机EMA伺服系统复合控制方法能够有效处理非匹配扰动的影响,使系统状态获得更快的收敛速度以及更高的跟踪精度.

关键词：机电作动器非匹配扰动级联扩张状态观测器非奇异全局终端滑模

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基于磁耦合谐振的多自由度电机无线电能传输

沈阳工业大学学报 2024年第2期46卷 127-131页

作者：常雨芳尹帅帅黄文聪李飞湖北工业大学电气与电子工程学院湖北武汉430068

针对多自由度电机无线电能传输中传输效率较低的问题,提出基于磁耦合谐振的多自由度电机无线电能传输方法。该方法根据共振原理构建磁耦合谐振式无线电能传输模型,通过反射系数描述阻抗匹配状态,获取最佳负载阻抗;采用混沌优化算法优化... 详细信息

针对多自由度电机无线电能传输中传输效率较低的问题,提出基于磁耦合谐振的多自由度电机无线电能传输方法。该方法根据共振原理构建磁耦合谐振式无线电能传输模型,通过反射系数描述阻抗匹配状态,获取最佳负载阻抗;采用混沌优化算法优化电机线圈损耗率,实现多自由度电机无线电能传输优化。实验结果表明,应用该方法后,多自由度电机的电能输出功率达到了893 W,传输效率提升了0.10以上,提高了电能输出功率和传输效率,方法有效,具备可行性。

关键词：磁耦合谐振多自由度电机无线电能传输阻抗匹配最佳负载阻抗混沌算法反射系数线圈损耗

垃圾渗滤液污水处理设备的臭氧投加复合抗扰控制

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控制工程 2024年第3期31卷 385-391页

作者：常雨芳胡宇博余文锦周菲菲黄文聪湖北工业大学电气与电子工程学院湖北武汉430068

垃圾渗滤液污水处理设备中的臭氧投加系统具有大时滞、大惯性和多扰动的特点,导致难以实时调整臭氧投加量,从而影响后续设备出水水质。针对以上问题,在水流量比例的控制方面提出一种基于扰动观测器的改进型Smith预估器与滑模控制相结合... 详细信息

垃圾渗滤液污水处理设备中的臭氧投加系统具有大时滞、大惯性和多扰动的特点,导致难以实时调整臭氧投加量,从而影响后续设备出水水质。针对以上问题,在水流量比例的控制方面提出一种基于扰动观测器的改进型Smith预估器与滑模控制相结合的复合抗扰控制。其中,滑模控制为主控制器,扰动观测器用于估计出系统的集总扰动并反馈至前向通道消除扰动的不利影响,以便于Smith预估器更好地进行时滞补偿。仿真和实验结果表明,复合抗扰控制相较于PID控制和自抗扰控制具有更好的控制性能和抑制扰动的能力,能够有效提高垃圾渗滤液污水处理设备的出水水质。

关键词：污水处理系统滑模控制改进型Smith预估器扰动观测器

基于CEEMDAN-PE-WPD和多目标优化的超短期风电功率预测方法

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电网技术 2023年第12期47卷 5015-5025页

作者：常雨芳杨子潇潘风唐杨黄文聪太阳能高效利用及储能运行控制湖北省重点实验室(湖北工业大学) 湖北省武汉市430068

为了提高风电功率预测的精度,提出了一种基于总体平均经验模态分解(complete ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise,CEEMDAN)、排列熵(permutation entropy,PE)、小波包分解(wavelet packet decomposition,WPD)和多目标优化的超短期风电功率预测方法。首先,利用CEEMDAN、PE和WPD构成的信号处理方法降低原始风电信号的随机性和波动性;然后,将分解后的子分量输入到长短期记忆(long short-term memory,LSTM)神经网络,并且利用精英T分布麻雀优化算法(elite t-distribution sparrow optimization algorithm,ETSSA)优化LSTM的隐藏层单元数,提升LSTM网络的预测性能;最后,建立多目标优化损失函数,将准确率、稳定度和合格率3个优化目标同时加入到损失函数中,综合提升模型的预测性能。对内蒙古某地区风力发电场的实测数据进行实验分析结果表明,与其他经典预测方法相比,所提方法提升风电功率预测性能有显著效果,并且在不同季节风况下预测效果良好。

关键词：超短期风电功率预测总体平均经验模态分解排列熵小波包分解长短期记忆神经精英T分布麻雀优化算法多目标优化

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多方位无线电能传输耦合机构设计与分析

电源学报 2022年

作者：常雨芳尹帅帅阎晟李飞唐杨湖北工业大学电气与电子工程学院太阳能高效利用及储能运行控制湖北省重点实验室(湖北工业大学)

传统的多方位无线电能传输耦合机构常采用xyz正交圆线圈结构，需要三个电源且充电区域受线圈结构限制。针对此问题，提出了一种新型多方位无线电能传输耦合机构，该机构由两组8字型线圈和一组圆形线圈组合而成，整体呈现五个不同方位的... 详细信息

传统的多方位无线电能传输耦合机构常采用xyz正交圆线圈结构，需要三个电源且充电区域受线圈结构限制。针对此问题，提出了一种新型多方位无线电能传输耦合机构，该机构由两组8字型线圈和一组圆形线圈组合而成，整体呈现五个不同方位的圆环状，仅需单电源供电。基于S-S型发射端拓扑进行了改进，通过对电路的操控改变线圈磁场分布，实现了线圈的内、外部电能传输，拓宽了充电区域。基于线圈结构，建立了该耦合机构的数学模型，推导出任意空间位置的互感和效率计算式。通过仿真和试验确定了该耦合机构的最佳工作区域。

关键词：无线电能传输耦合机构多方位互感传输效率

基于IMOGWO算法的无线电能传输系统参数优化

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控制工程 2023年

作者：黄文聪张凤顺胡滢余文锦常雨芳湖北工业大学太阳能高效利用及储能运行控制湖北省重点实验室

针对当前无线电能传输系统多目标优化的效率不高，难以同时兼顾传输效率和功率密度等问题，提出一种改进型的多目标灰狼算法（IMOGWO）对系统参数进行优化。首先，推导了系统磁耦合机构参数的解析表达式，在此基础上，以线圈半径、匝数... 详细信息

针对当前无线电能传输系统多目标优化的效率不高，难以同时兼顾传输效率和功率密度等问题，提出一种改进型的多目标灰狼算法（IMOGWO）对系统参数进行优化。首先，推导了系统磁耦合机构参数的解析表达式，在此基础上，以线圈半径、匝数、匝间距、频率和负载阻值为设计变量，以系统的传输效率和功率密度为优化目标，建立了磁耦合机构多目标优化的数学模型。然后，提出三种改进策略对多目标灰狼算法进行改进，并对模型求解。仿真结果表明，与NSGA-II和MOGWO算法相比，IMOGWO算法在进行优化时所得的解集更优，设定的评价指标值也更高。结合实际应用需求对目标函数赋予不同权重，在最优解集中选择一组参数用于设计参考。最后，搭建COMSOL Multiphysics平台结合MATLAB/Simulink平台进行联合仿真，并验证了所提优化方法的有效性。

关键词：无线电能传输多目标优化 IMOGWO 联合仿真

基于门控循环单元神经网络的燃料电池系统故障监测

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昆明理工大学学报（自然科学版） 2022年第2期47卷 65-74页

作者：全睿乐有生李涛常雨芳谭保华湖北工业大学电气与电子工程学院湖北武汉430068 湖北工业大学理学院湖北武汉430068

质子交换膜燃料电池运行机理复杂,对工作环境要求高,在运行中可能出现多种类型故障.为了对燃料电池进行故障监测,保障系统正常运行,提高安全可靠性,采用门控循环单元神经网络建立燃料电池系统的输入输出模型,将燃料电池系统实际输出电... 详细信息

质子交换膜燃料电池运行机理复杂,对工作环境要求高,在运行中可能出现多种类型故障.为了对燃料电池进行故障监测,保障系统正常运行,提高安全可靠性,采用门控循环单元神经网络建立燃料电池系统的输入输出模型,将燃料电池系统实际输出电压与门控循环单元神经网络的预测电压进行比较产生电压残差,对电压残差进行评价判断燃料电池系统有无故障.结果表明,该方法可以很好地拟合燃料电池的输入输出模型,合理选取电压残差阈值可有效监测燃料电池的运行状态是否正常.不同神经网络的实验表明,门控循环单元神经网络在网络参数规模上比全连接神经网络大大减少,比简单循环神经网络更容易训练.

关键词：质子交换膜燃料电池故障监测门控循环单元神经网络模型

基于Res-LSTM的燃料电池系统故障检测

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昆明理工大学学报（自然科学版） 2022年第6期47卷 68-77页

作者：全睿乐有生李涛常雨芳谭保华湖北工业大学太阳能高效利用及储能运行控制湖北省重点实验室湖北武汉430068 湖北工业大学电气与电子工程学院湖北武汉430068 湖北工业大学理学院湖北武汉430068

质子交换膜燃料电池系统由多个子系统组成,其运行机理复杂,在运行中易发生多种故障,对其进行故障检测有利于控制策略调整,提高系统的可靠性.本文运用残差-长短期记忆网络(Residual Network with Long Short-Term Memory, Res-LSTM)对质... 详细信息

质子交换膜燃料电池系统由多个子系统组成,其运行机理复杂,在运行中易发生多种故障,对其进行故障检测有利于控制策略调整,提高系统的可靠性.本文运用残差-长短期记忆网络(Residual Network with Long Short-Term Memory, Res-LSTM)对质子交换膜燃料电池系统的输入输出关系进行建模,运用基于模型的方法对燃料电池系统进行故障检测.实验结果表明,残差-长短期记忆网络能准确预测正常状态的燃料电池输出电压,通过电压残差阈值比较,可以进行故障检测.与长短期记忆网络相比,残差-长短期记忆网络的预测结果更精确,训练速度更快,电压残差阈值更小,从而可以获得更准确的故障检测结果.

关键词：质子交换膜燃料电池故障检测残差-长短期记忆网络模型

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基于改进核极限学习机的风电功率短期预测

重庆理工大学学报（自然科学） 2023年第2期37卷 241-250页

作者：黄文聪潘风杨子潇常雨芳湖北工业大学太阳能高效利用及储能运行控制湖北省重点实验室武汉430068

针对环境变化造成风力发电功率波动大和核极限学习机易陷入局部最优解的问题,构建了一种基于完全噪声辅助聚合经验模态分解(complete ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise analysis,CEEMDAN)、小波阈值去噪和粒... 详细信息

针对环境变化造成风力发电功率波动大和核极限学习机易陷入局部最优解的问题,构建了一种基于完全噪声辅助聚合经验模态分解(complete ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise analysis,CEEMDAN)、小波阈值去噪和粒子群算法优化核极限学习机的风电功率短期预测模型。首先,利用CEEMDAN对风力发电输出功率密切相关的环境因素进行分解,得到若干个规律性较强的模态分量,利用阈值去噪法对含噪声较多的第一模态分量进行去噪,削弱环境因素的非平稳性;然后,将分解后的子分量和风电功率历史数据作为粒子群优化后的核极限学习机算法的输入进行预测;最后,选用河北张家口某风电场的实测数据进行实验对比分析。实验结果表明:所提出的改进风电功率预测组合模型的预测精度更高,适应于不同季节环境下的风电功率预测。

关键词：风电功率预测完全噪声辅助聚合经验模态分解小波阈值去噪核极限学习机粒子群算法