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混联多微电网系统动态交互作用及稳定性分析

中国电机工程学报 2021年第16期41卷 5552-5568页

作者：郑凯元杜文娟王海风新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京市昌平区102206 四川大学电气工程学院四川省成都市610064

混联多微网系统作为未来配用电系统的重要形式,其稳定运行受到系统内动态交互作用的限制。该文研究混联多微网系统低频范围小信号稳定性,通过建立并网和孤网运行状态下混联微网多输入多输出模型,分析由于多个微网接入导致的动态交互作... 详细信息

混联多微网系统作为未来配用电系统的重要形式,其稳定运行受到系统内动态交互作用的限制。该文研究混联多微网系统低频范围小信号稳定性,通过建立并网和孤网运行状态下混联微网多输入多输出模型,分析由于多个微网接入导致的动态交互作用及其对系统稳定性的影响。首先建立了含双向换流器(bidirectional interlinking converters,BICs)、直流和交流微网的小信号建模。然后通过对比不同的控制策略,定性地分析了混联多微网系统中动态交互作用产生的机理,并提出一种量化动态交互作用对稳定性影响的方法。由于BICs换流器的双向下垂特性,在并网和孤网运行状态下强动态交互作用均有可能发生并导致失稳。文章采用一个算例系统验证分析的正确性和有效性,并给出相应的稳定性增强措施。

关键词：混联微网多微网系统小信号稳定性动态交互作用多输入多输出模型

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真空卷绕镀膜机控制系统的研究与开发

真空卷绕镀膜机控制系统的研究与开发

作者：郑凯元兰州理工大学

学位级别：硕士

一直以来,真空镀膜技术被广泛用于各行各业,而真空镀膜设备所包含的智能仪器仪表、硬件设备繁多且纷杂,故对于真空镀膜设备的控制基本上都是依靠经验丰富的工作人员的实际操作。然而,这样不仅耗费大量的人力,且控制效果往往不尽如人意,... 详细信息

一直以来,真空镀膜技术被广泛用于各行各业,而真空镀膜设备所包含的智能仪器仪表、硬件设备繁多且纷杂,故对于真空镀膜设备的控制基本上都是依靠经验丰富的工作人员的实际操作。然而,这样不仅耗费大量的人力,且控制效果往往不尽如人意,结果浪费了大量的膜卷基材,镀膜的均匀度也无法得到保证。这就需要设计出一套完整的可实现自动控制镀膜的真空镀膜设备控制系统,既可以大程度减少人力物力的浪费,也为进一步推动工业自动化领域发展贡献力量。本文从实际项目需求出发,结合人工智能算法以及先进的通讯技术,设计一套真空卷绕镀膜机控制系统,主要工作内容如下:（1）对系统的蒸镀控制策略进行研究。真空卷绕镀膜机蒸镀过程具有时变性和不确定性等特点,且蒸镀过程中多通道并行作业导致系统内出现耦合现象,故设计了基于模糊PID控制的多通道蒸镀解耦控制策略。蒸镀控制策略首先采用模糊PID控制器将单通道的控制参数进行在线整定,再采用对角矩阵法对蒸镀系统的多通道进行解耦控制,从而实现系统的蒸镀控制。（2）根据系统的功能需求选择PLC（S7-1200）作为核心控制器,并设计真空卷绕镀膜控制系统的硬件结构。在硬件结构的基础上选用Modbus TCP协议实现系统的良好通讯,并对通讯协议的技术实现和数据解析进行详细说明。（3）在Visual Studio 2014的开发环境下,利用***语言结合上位软件中设计的蒸镀控制策略,开发本地端真空卷绕镀膜机控制系统,实现数据的稳定传输、系统的良好控制以及蒸镀过程的精准把握,并选用本地数据库保证数据的安全性和数据结构的精准分配。系统为用户设计了直观且方便的操控交互界面,并提供各个子系统操作控制、重要数据实时监测、主要参数安全管理以及故障报警等功能。（4）对开发的系统进行全方面综合测试。主要包括三个方面,上下位的通讯测试、综合镀膜测试以及实际运行测试。综合测试结果基本达到预期目标,系统可操作性强,运行情况良好,数据传输稳定,系统设计满足用户需求,镀膜效果达到性能指标范围。

关键词：真空卷绕镀膜机模糊PID控制解耦控制 PLC

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高性能永磁同步伺服系统的设计与实现

高性能永磁同步伺服系统的设计与实现

作者：郑凯元北方工业大学

学位级别：硕士

永磁同步电机结构简单、体积小、功率密度大,由其组成的伺服系统具备优良的控制性能,在数控机床、家用电器、机器人以及航空航天等领域都有广泛应用。永磁同步伺服技术的发展与应用已成为衡量国家工业现代化发展水平的重要标志,研究实... 详细信息

永磁同步电机结构简单、体积小、功率密度大,由其组成的伺服系统具备优良的控制性能,在数控机床、家用电器、机器人以及航空航天等领域都有广泛应用。永磁同步伺服技术的发展与应用已成为衡量国家工业现代化发展水平的重要标志,研究实现高性能永磁同步伺服系统产品化设计有十分重要的现实意义。论文首先介绍了交流电机的dq0坐标变换理论,建立了永磁同步电机在d-q坐标系下的数学模型和等效电路模型,对4种永磁同步电机常用的电流矢量控制策略进行了深入分析。论文针对表贴式永磁同步电机,采用id=0电流矢量控制策略和PI调节器,实现了伺服电机的双闭环空间矢量控制。首先,建立了伺服系统转速环和电流环传递函数模型,基于工程设计法理论,整定出能够使伺服系统达到最优动态性能的转速、电流环最佳PI参数。采用SVPWM调制算法,通过控制电压型三相桥式逆变电路实现伺服系统电能与机械能的转换,并且使逆变器获得较高的电压利用率。论文采用2500线光电增量式编码器检测电机转子位置信息,对3种不同测速方法以及其测速相对误差进行了深入分析,并且给出了改善电机低速运行性能的措施,电机最低转速可达0.1r/min。论文在双闭环控制的基础上,通过比例调节器实现了伺服位置控制,位置控制精度为0.0360。论文分别采用一次定向法和迭代法实现了电机的初始定向。论文以DSP芯片TMS320F2808为主控制器研发了750W永磁同步伺服系统样机,伺服系统包括三个子系统：人机交互系统、控制系统和功率系统,完成了其软、硬件设计工作。实现了位置控制、转速控制和转矩控制的基本功能。最终,通过性能测试,验证了伺服系统具备较高的快速性能、低速运行性能、较强的带载能力和较宽的调速范围。论文将750W永磁同步伺服系统应用于5000N·m直驱式容积控制电液伺服系统中,完成了电液系统中电控部分的软、硬件设计。电液伺服系统属于位置控制系统,论文采用位置环参数自适应的方法,有效地提高了电液阀门响应速度,阀门的位置控制精度为0.2°。性能测试结果表明,基于永磁同步电机设计的5000N·m电液伺服系统运行可靠、快速性好,控制精度高。

关键词：交流伺服永磁同步电机矢量控制高性能直驱式电液伺服

经粗隆骨块间隙入路PFNA治疗A2型股骨粗隆间骨折的疗效分析

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经粗隆骨块间隙入路PFNA治疗A2型股骨粗隆间骨折的疗效分析

作者：郑凯元延边大学

学位级别：硕士

目的:以传统入路组治疗2018版AO/OTA分型中A2型股骨粗隆间骨折为对照,观察使用股骨近端防旋髓内钉（PFNA）经粗隆骨块间隙入路的治疗效果,为临床治疗A2型股骨粗隆间骨折提供参考依据。方法:本研究采用回顾性分析选择收集2016年9月份至2... 详细信息

目的:以传统入路组治疗2018版AO/OTA分型中A2型股骨粗隆间骨折为对照,观察使用股骨近端防旋髓内钉（PFNA）经粗隆骨块间隙入路的治疗效果,为临床治疗A2型股骨粗隆间骨折提供参考依据。方法:本研究采用回顾性分析选择收集2016年9月份至2021年3月份期间,于延边大学附属医院住院行粗隆间骨折PFNA内固定技术的182例患者中筛选出40例符合要求的患者,将其根据手术入路不同分成粗隆骨块间隙入路组和传统入路组。比较分析两组的骨折复位质量、手术时间、麻醉时间、血红蛋白量、术中透视次数、下地时间、骨折愈合时间、平均住院日、住院费用、Harris髋关节功能评分及术后并发症的区别。结果:1.所有患者均得到随访,平均15.20±0.67个月（14-16个月）。术后两组患者切口均I期愈合。两组患者性别、年龄、AO/OTA分型、患病部位、致伤因素等术前一般资料比较均无统计学差异（P＞0.05）。2.粗隆骨块间隙入路组骨折复位质量优:15例,良:1例,差:0例;传统入路组骨折复位质量优:10例,良:12例,差:2例,两组骨折复位质量比较有统计学差异（P=0.003,P＜0.05）。3.粗隆骨块间隙入路组手术时间为49.34±8.86min,麻醉时间为102.23±11.56min,术中透视次数为8.38±3.66次;传统入路组手术时间为56.73±9.32min,麻醉时间为125.46±13.23min,术中透视次数为13.26±4.38次;两组比较均有统计学差异（P＜0.05）。4.术后第3个月的Harris评分示粗隆骨块间隙入路组77.28±7.86分,传统入路组70.78±8.12分,有统计学差异（P=0.016,P＜0.05）。两组术后第6个月、第12个月Harris评分无统计学差异（P＞0.05）。5.粗隆骨块间隙入路组下地时间为14.38±1.28天,平均住院日为6.17±1.33天,住院费用为3.11±0.30万元,骨折愈合时间为14.20±2.42周;传统入路组的下地时间为17.43±2.26天,平均住院日为7.29±1.83天,住院费用为3.32±0.31万元,骨折愈合时间为15.72±1.98周;两组比较均有统计学差异（P＜0.05）。6.粗隆骨块间隙入路组术后有1例并发症,发生率6.3%,传统入路组术后有7例并发症,发生率29.2%,两组术后并发症比较无统计学差异（P＞0.05）。结论:在传统入路对A2型粗隆间骨折难以完成稳定复位的情况下,粗隆骨块间隙入路技术治疗能够最大程度达到甚至完全达到解剖复位,有允许患者早期康复功能锻炼,加快骨折预后,提高患者生活质量等优点,这是可行的、有效的。

关键词：粗隆间骨折 PFNA 粗隆骨块间隙入路传统入路骨折分型

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室内服务机器人关键技术研究

室内服务机器人关键技术研究

作者：郑凯元西南交通大学

学位级别：硕士

机器人技术的蓬勃发展,使得智能机器人在工业生产、家庭服务、医学医疗等领域都得到广泛的应用。服务机器人作为智能机器人的重要分支,是解决人口老龄化、人工成本升高等社会矛盾的重要途径。服务机器人的避障、路径规划等功能是其能否... 详细信息

机器人技术的蓬勃发展,使得智能机器人在工业生产、家庭服务、医学医疗等领域都得到广泛的应用。服务机器人作为智能机器人的重要分支,是解决人口老龄化、人工成本升高等社会矛盾的重要途径。服务机器人的避障、路径规划等功能是其能否提供良好服务的基础。针对这一现实需求,本文完成了室内服务机器人样机的设计与的搭建,主要工作内容及成果如下:(1)基于室内环境的应用场景,设计了服务机器人的总体机械机构及其全方位移动底盘、机械臂以及机器人头部等重要部件。并采用SolidWorks对服务机器人进行三维模型建立。(2)对全方位移动底盘进行运动学分析,并针对服务机器人的路径规划功能提出了R-RRT算法。该算法通过连通域采样、椭圆采样两种策略对RRT算法进行改进。通过复杂地图场景仿真实验,结果表明R-RRT算法可实现对目标区域的快速定位且计算效率得到有效提高,相较于标准RRT算法与RRT算法,该算法具有内存占用低、收敛速度快以及计算时间短等优点。(3)为使服务机器人到达目标区域后可精确地进入工作位置,提出一种改进的预瞄算法。该算法采用YOLOv3算法对矩形工位进行图像识别然后对识别的工位角点检测得到工位入口点,通过坐标变换得到该点与机器人的相对位置坐标,将坐标输入到改进的预瞄算法使得机器人以特定位姿准确地进入工位。最后于Matlab中完成了仿真实验,仿真结果表明:通过该改进预瞄算法,机器人可在不同位置下以特定姿态准确进入工作位置。(4)根据服务机器人的机械结构与功能需求,设计了机器人控制系统的硬件架构,并对电机、控制器以及驱动器等关键器件进行选型设计。在机器人硬件系统的基础上,基于AutoSAR软件架构完成了服务机器人的软件设计。将实验样机应用于实际场景中,实现服务机器人的路径规划实验,实验结果表明:本文提出的R-RRT算法能够为服务机器人规划出一条从起始点到目标范围的无撞碰路径。

关键词：服务机器人路径规划快速扩展随机树星运动学分析改进预瞄算法

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基于智能认知的无人机航迹规划算法研究

基于智能认知的无人机航迹规划算法研究

作者：郑凯元哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

无人机的智能化和认知化水平对于全面推动认知电子战能力建设,加快推进认知电子战系统向实战化转变具有十分重要的意义。然而,智能无人机航迹规划已成为实现有效电子战对抗的技术瓶颈。针对无人机电子对抗复杂作战任务、动态多变的作战... 详细信息

无人机的智能化和认知化水平对于全面推动认知电子战能力建设,加快推进认知电子战系统向实战化转变具有十分重要的意义。然而,智能无人机航迹规划已成为实现有效电子战对抗的技术瓶颈。针对无人机电子对抗复杂作战任务、动态多变的作战环境以及战场状态的突发性等条件下的智能航迹规划问题,围绕航迹规划建模、群智能优化算法以及深度强化学习等技术进行研究。首先,描述无人机航迹规划相关问题,结合无人机飞行姿态变化,设定无人机航迹规划运动约束,构建航迹规划环境,建立地形地势、雷达威胁、防空高炮威胁以及电子干扰威胁等模型,通过仿真验证其模型可行性。其次,构建关于飞行航程和飞行高度的目标函数,设计约束条件,结合群智能优化机理,利用人工鱼群算法对目标函数进行寻优,实现静态环境下无人机航迹初规划。然后,结合布谷鸟算法的莱维飞行寻优原理,改进人工鱼群算法的移动步长,提出基于改进人工鱼群算法的航迹重规划方法,解决航迹重规划算法反应速度慢的问题。最后,优化无人机航迹规划连续性姿态约束,搭建航迹规划可视化平台,分析强化学习模型及其分类,设计无人机航迹规划状态、动作和奖励。在此基础上,提出基于改进深度确定性策略梯度算法的航迹重规划方法,利用细菌觅食改进人工鱼群算法以对深度确定性策略梯度算法中的动作评估网络参数进行优化。通过仿真验证了在满足实时性要求的前提下所提改进算法的可靠性,并测试了平台的可行性,实现了动态环境下无人机有效航迹重规划,为推动人工智能在无人机航迹规划上的发展提供新思路。

关键词：航迹规划无人机改进人工鱼群算法深度强化学习改进深度确定性策略梯度算法

科学探究活动中中班幼儿语言描述行为的支持性策略研究

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科学探究活动中中班幼儿语言描述行为的支持性策略研究

作者：郑凯元哈尔滨师范大学

学位级别：硕士

当前,学前教育领域的科学探究活动被国内外的学前专家日渐重视,一个良好的完整的科学探究活动有助于幼儿的各方面发展,尤其是幼儿的语言发展。幼儿期是语言发展的重要时期,并贯穿于各个领域,对其他领域的学习与发展有着重要的影响。本... 详细信息

当前,学前教育领域的科学探究活动被国内外的学前专家日渐重视,一个良好的完整的科学探究活动有助于幼儿的各方面发展,尤其是幼儿的语言发展。幼儿期是语言发展的重要时期,并贯穿于各个领域,对其他领域的学习与发展有着重要的影响。本研究以哈尔滨市S公立幼儿园的一个中班幼儿和H私立幼儿园为研究对象,以科学探究活动为研究背景,以幼儿在探究活动过程中的语言描述行为为观察内容,对其进行了观察,以案例分析法对科学探究活动中幼儿语言描述行为的案例进行分析,并采取对教师的非正式访谈的来补充案例分析,以此来发现在科学探究活动中的中班幼儿语言描述行为存在的问题,为解决科学探究活动中中班幼儿语言描述行为存在的问题提出相应的支持性策略。首先,在对过去的文献资料进行整理的基础上,借鉴了已有的关于科学探究活动中的幼儿语言的相关理论,对已有材料中的问题及相应的指导策略进行梳理,以期能对科学探究活动中中班幼儿的语言描述行为有一个整体的把握。其次,采用了观察法,对公立幼儿园和私立幼儿园中的各一个中班幼儿进行观察研究,从以下四方面进行观察:中班幼儿语言描述行为积极性方面;中班幼儿语言描述规范性方面;中班幼儿语言描述时独立性方面;中班幼儿的描述类型方面。对以上现状进行成因分析,从为幼儿提供语言描述机会;创设良好的语言环境;接纳幼儿与众不同的想法;培养幼儿的语言描述兴趣;提升教师的专业化水平;教师提供规范的言语示范六个方面为中班幼儿在科学探究活动中的语言描述行为提供可行性的支持性策略。

关键词：科学探究活动中班幼儿语言描述支持性策略

大底盘多塔楼地下室结构上浮问题分析与加固处理研究

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大底盘多塔楼地下室结构上浮问题分析与加固处理研究

作者：郑凯元南昌航空大学

学位级别：硕士

改革开放以来,我国城市化建设呈现飞速发展的趋势,为了充分利用城市土地资源,大底盘多塔楼高层建筑结构在当前建筑设计中得到了广泛应用,这种结构体系能极大程度地发挥建筑物多功能价值。但由于此类建筑地下空间涉及到深基坑的开挖与降... 详细信息

改革开放以来,我国城市化建设呈现飞速发展的趋势,为了充分利用城市土地资源,大底盘多塔楼高层建筑结构在当前建筑设计中得到了广泛应用,这种结构体系能极大程度地发挥建筑物多功能价值。但由于此类建筑地下空间涉及到深基坑的开挖与降水,周边多高层建筑的广场式地下空间区域,因地下水浮力作用而引起的建筑结构抗浮失效事故频繁发生,造成结构构件开裂、损坏,严重影响到建筑的正常使用和人们的生命财产安全,客观反映出抗浮问题的重要性。因此,对此类建筑地下室结构的抗浮与加固研究具有重大意义。本文以九江市某小区地下室上浮事故为研究背景,针对大底盘多塔楼建筑地下室结构的上浮问题展开研究,主要研究成果如下:(1)为了研究地下水渗流作用对建筑基底所受水浮力的影响,运用Geo Studio软件对工程场地地下水渗流进行了模拟,结果表明:孔隙水压力在沿结构基底传递过程中会有所损耗,基底中心位置所受的浮力远远小于基底两侧,相对降低了地下室结构整体上浮危害,因此在抗浮优化设计时,无需将短时间内高水位、极端水荷载情况下水位作为抗浮设防水位。(2)根据地下室结构上浮事故破坏情况,初步分析了此次上浮破坏的原因,考虑了自然因素的影响并进行了抗浮设计计算。结合抗浮设计计算结果与各构件受损程度,提出了组合抗浮加固方案,针对地下室结构底板、顶板、梁柱及剪力墙等构件受损部位,分别采取了相应的裂缝修补措施与抗浮加固方案。(3)针对地下室底板局部上浮量较大的部位,共布置了41个地面沉降观测点,以监测地下室结构沉降位移变化情况。同时,采用Ansys软件建模计算分析了地下室结构在不同工况下的整体位移变化和等效应力分布情况,模拟结果表明:上浮位移及各区域变形规律与现场沉降观测数据基本是一致的。(4)运用Ansys有限元软件建立了地下室结构模型,计算分析了地下室结构在不同工况下的整体位移变化和等效应力分布情况。结果表明:若按抗浮设计要求覆土后,地下室上浮情况能得到有效控制;增设钢筋混凝土剪力墙,可有效提高地下室整体刚度,提升地下室抗浮能力。

关键词：大底盘多塔楼地下室结构渗流模拟抗浮与加固设计有限元计算

动态单元间交互作用对直流微电网稳定性影响的分析

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中国电机工程学报 2021年第23期41卷 7963-7979页

作者：郑凯元杜文娟王海风新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京市昌平区102206 四川大学电气工程学院四川省成都市610064

该文探究了动态单元交互作用如何影响直流微电网的稳定性,构建了由所研究目标动态单元构成的子系统和由微网剩余动态单元构成的子系统组成的闭环互联模型。针对子系统间的动态交互作用,通过模式分析的方法发现动态交互作用对稳定性作用... 详细信息

该文探究了动态单元交互作用如何影响直流微电网的稳定性,构建了由所研究目标动态单元构成的子系统和由微网剩余动态单元构成的子系统组成的闭环互联模型。针对子系统间的动态交互作用,通过模式分析的方法发现动态交互作用对稳定性作用的程度受到子系统开环动态特性的影响。当两个子系统开环振荡模式接近时,动态交互作用对系统阻尼的影响急剧增加,使得微网闭环振荡模式阻尼迅速降低。文章从模式条件的角度,揭示动态交互作用影响系统稳定性的机理,并提供量化评估的指标,以检验交互作用造成微网失稳的风险。最后,通过含换流器接口动态负荷与直流母线电压控制单元的微网算例验证该文分析和方法的有效性。

关键词：直流微网动态交互直流换流器动态负荷振荡失稳