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工业软件关键核心技术国际竞争态势研究

科学学研究 2024年

作者：刘志迎闫天星古继宝中国科学技术大学管理学院

关键核心技术识别及国别差距测度成为集中力量攻克突破的前提。软件定义制造，中国制造业高端化、绿色化和智能化均需要工业软件作为基础支撑，工业软件已经被列入国家“五基”工程，中国工业软件究竟与发达国家有多大差距，在哪些方面... 详细信息

关键核心技术识别及国别差距测度成为集中力量攻克突破的前提。软件定义制造，中国制造业高端化、绿色化和智能化均需要工业软件作为基础支撑，工业软件已经被列入国家“五基”工程，中国工业软件究竟与发达国家有多大差距，在哪些方面存在差距，是迫切需要识别清楚的重要问题。基于技术的交叉影响构建交叉影响矩阵，从影响力和基础性两个角度筛选核心技术，然后计算结构洞并排序，选取排名前10位的技术作为关键核心技术；再建立指标体系评估各国竞争力，研判中国工业软件关键核心技术与发达国家之间差距。结果发现：工业软件领域关键核心技术主要集中在电数字数据处理（G06F）、模拟计算机（G06G）、机械手（B25J）、数字信息的传输（H04L）和图像通信（H04N）五大类；美国在工业软件领域稳居全球第一，德、法、日处于第二梯队；中国技术竞争力有所增强，但与领先国家相比仍差距巨大。因此，中国应该加大在工业软件关键核心技术领域的创新资源投入，结合多方力量进行技术攻关，以实现国产工业软件的自主创新。

关键词：关键核心技术竞争态势交叉影响 RFM 工业软件

单电感双输出Buck-Boost变换器的终端互补滑模自抗扰控制

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电机与控制学报 2024年

作者：皇金锋陈旭李聪林陕西理工大学电气工程学院

单电感双输出变换器是便携式设备的重要组成模块，针对单电感双输出Buck-Boost变换器的两个输出支路存在抗扰性能差、负载波动时具有交叉影响等问题，提出一种基于级联扩张状态观测器的终端互补滑模自抗扰控制策略。首先，依据自抗扰理... 详细信息

单电感双输出变换器是便携式设备的重要组成模块，针对单电感双输出Buck-Boost变换器的两个输出支路存在抗扰性能差、负载波动时具有交叉影响等问题，提出一种基于级联扩张状态观测器的终端互补滑模自抗扰控制策略。首先，依据自抗扰理论将变换器主路和支路分别拟合为自抗扰控制系统范式，转化为两个独立的二阶系统模型，以此来抑制两支路间的交叉影响。其次，设计终端互补滑模控制器代替传统自抗扰控制中的线性控制器，同时引入级联扩张状态观测器抑制电路中的高频噪声，进一步提高观测器的估计精度，利用非线性控制策略的优势提高系统受到扰动时的暂态性能。然后，通过Lyapunov理论以及Routh判据证明控制系统的稳定性。最后，利用MATLAB/simulink仿真软件以及搭建实验平台对三种不同控制策略进行验证，实验表明，本文所提控制能够很好地抵抗扰动，抑制噪声以及两支路间的交叉影响，提高系统的暂态性能。

关键词：单电感双输出Buck-Boost变换器终端互补滑模自抗扰控制交叉影响抗扰性能

单电感双输出Buck变换器改进滑模自抗扰控制

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工程科学与技术 2024年

作者：皇金锋周杰陕西理工大学电气工程学院

针对单电感双输出(SIDO) Buck变换器发生输入电压跳变和负载扰动时输出支路间存在严重交叉影响使得输出电压暂态性能变差的问题，文中提出了一种基于降阶级联扩张状态观测器(CRESO)和改进非奇异终端滑模(TSMC)的自抗扰控制(ADRC)策略。... 详细信息

针对单电感双输出(SIDO) Buck变换器发生输入电压跳变和负载扰动时输出支路间存在严重交叉影响使得输出电压暂态性能变差的问题，文中提出了一种基于降阶级联扩张状态观测器(CRESO)和改进非奇异终端滑模(TSMC)的自抗扰控制(ADRC)策略。首先，根据状态空间平均法，建立了SIDO Buck变换器在电感电流连续模式下的数学模型，在此基础上分析了交叉影响产生的原理。其次，将变换器的主路和支路拟合成独立的二阶ADRC范式分开设计，针对传统扩张状态观测器(ESO)对状态变量和扰动观测精度不足的问题，利用CRESO对系统状态变量和内外总扰动项进行估计，提升估计能力，在相同带宽下提升扰动估计速度。然后，利用非奇异TSMC设计状态误差反馈控制律，使滑模面能在有限时间内收敛到原点，代替PD控制以提高系统的快速性和鲁棒性，并加入超扭矩算法进一步降低滑模控制的抖振现象。接着，通过特征值稳定判据和Lyapunov理论证明了CRESO和改进非奇异TSMC的稳定性，求出了CRESO的稳态误差范围和改进非奇异TSMC的收敛时间。最后，搭建了SIDO Buck变换器的仿真和实验平台，通过对比分析输入电压和负载突变时共模-差模电压(CMV-DMV)控制、传统ADRC和本文改进ADRC的输出电压暂态性能，验证了本文所提控制策略的有效性和优越性，表明该控制策略具有一定的工程应用价值。

关键词：单电感双输出交叉影响降阶级联扩张状态观测器非奇异终端滑模超扭矩控制算法

I控制单电感双输出Buck LED驱动电源交叉影响分析

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西南交通大学学报 2022年

作者：王瑶陈玲杨德鑫徐利梅西南民族大学电气工程学院重庆工业职业技术学院电子与物联网工程学院

为减小工作于电感电流连续导电模式(continuous conduction mode， CCM)的单电感双输出(single-inductor dual-output， SIDO) Buck LED驱动电源的输出交叉影响，提出I控制SIDO Buck LED驱动电源。基于SIDO Buck LED驱动电源的工作原理... 详细信息

为减小工作于电感电流连续导电模式(continuous conduction mode， CCM)的单电感双输出(single-inductor dual-output， SIDO) Buck LED驱动电源的输出交叉影响，提出I控制SIDO Buck LED驱动电源。基于SIDO Buck LED驱动电源的工作原理和开关状态，采用状态空间平均法建立其状态空间平均模型和小信号模型。在此基础上，分析I控制SIDO Buck LED驱动电源的电路结构和工作原理；基于电感电流纹波和输出电流纹波，推导占空比的小信号表达式，获得交叉影响传递函数。通过交叉影响传递函数bode图，对比分析其与电压控制SIDO Buck LED驱动电源输出支路间的交叉影响。研究结果表明：电压控制SIDO Buck LED驱动电源LED输出支路对LED输出支路的交叉影响分别为0.365A和0.25A，I控制SIDO Buck LED驱动电源LED输出支路对LED输出支路的交叉影响分别为0.115A和0.09A；电压控制SIDO Buck LED驱动电源LED输出支路对LED输出支路的交叉影响分别为0.06A和0.04A，I控制SIDO Buck LED驱动电源LED输出支路对LED输出支路的交叉影响分别为0.03A和0.015A；相比电压控制SIDO Buck LED驱动电源，I控制SIDO Buck LED驱动电源减小了输出支路间的交叉影响。最后，实验结果验证了理论分析的正确性。

关键词：单电感双输出 Buck LED驱动电源小信号模型交叉影响 I 控制

R-L分数阶CISM SIDO Buck变换器的建模与交叉影响分析

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电网与清洁能源 2023年第5期39卷 30-37,48页

作者：王晨光皇金锋陕西理工大学电气工程学院陕西汉中723001

为建立更契合真实特性的变换器模型,采用R-L分数阶微积分理论和状态空间平均法,建立了完全电感供能模式(complete inductor supply mode,CISM)下单电感双输出(single-inductor dual-output,SIDO)Buck变换器的R-L分数阶模型,推导其直流... 详细信息

为建立更契合真实特性的变换器模型,采用R-L分数阶微积分理论和状态空间平均法,建立了完全电感供能模式(complete inductor supply mode,CISM)下单电感双输出(single-inductor dual-output,SIDO)Buck变换器的R-L分数阶模型,推导其直流稳态、电感电流纹波以及电压纹波的解析式,总结出与分数阶阶次的关系;根据独立电压控制(independent voltage-feedback controlled,IVF)下SIDO Buck变换器分数阶建模的小信号模型,通过波特图对比分析了整数阶与分数阶建模的交叉影响。在PSIM中搭建了分数阶CISM SIDO Buck变换器电路,仿真实验结果验证了分数阶建模及其交叉影响理论分析的正确性。

关键词：单电感双输出分数阶微积分分数阶建模小信号模型交叉影响

电压型控制SIDO Buck变换器交叉影响对比分析

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电力电子技术 2022年第6期56卷 107-110页

作者：李慧慧皇金锋谢锋李文杰陕西理工大学电气工程学院陕西汉中723001

单电感双输出(SIDO)Buck变换器两条支路输出端存在交叉影响,这降低了变换器的暂态性能。针对这一问题,将共模电压-差模电压(CMV-DMV)控制应用于变换器,并将CMV-DMV控制与独立模式电压(INDMV)控制进行对比分析。从时域角度分析了两种控... 详细信息

单电感双输出(SIDO)Buck变换器两条支路输出端存在交叉影响,这降低了变换器的暂态性能。针对这一问题,将共模电压-差模电压(CMV-DMV)控制应用于变换器,并将CMV-DMV控制与独立模式电压(INDMV)控制进行对比分析。从时域角度分析了两种控制策略抑制交叉影响的特点,同时利用灵敏度理论对两种控制策略的稳定性进行了分析。研究发现,相比于INDMV控制,CMV-DMV控制在受到系统扰动时具有更快的暂态响应速度,有利于抑制交叉影响;通过分析电路参数变化对系统特征根的影响,发现储能元件的选取影响到系统的交叉影响及稳定性。实验结果验证了理论分析的正确性。

关键词：变换器电压控制交叉影响

无交叉影响的V2控制PCCM SIDO Buck变换器稳定性及瞬态性能分析

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中国电机工程学报 2021年第19期41卷 6748-6759页

作者：周述晗周国华叶馨王悦四川大学电气工程学院四川省成都市610065 西南交通大学电气工程学院四川省成都市611756

为解决电压型控制伪连续导电模式(pseudo continuous conductionmode, PCCM)单电感双输出(single-inductor dual-output,SIDO) Buck变换器输出支路存在交叉影响、负载瞬态响应慢等问题,提出一种输出支路无交叉影响、负载瞬态响应速度快... 详细信息

为解决电压型控制伪连续导电模式(pseudo continuous conductionmode, PCCM)单电感双输出(single-inductor dual-output,SIDO) Buck变换器输出支路存在交叉影响、负载瞬态响应慢等问题,提出一种输出支路无交叉影响、负载瞬态响应速度快的V2控制PCCM SIDO Buck变换器技术。首先,阐述V2控制PCCM SIDO Buck变换器的基本工作过程,建立实际电路参数下V2控制和电压型控制PCCM SIDO Buck变换器的小信号模型,利用波特图对比分析2种控制方法的负载瞬态性能和交叉影响特性;然后,建立V2控制PCCM SIDO Buck变换器的采样数据模型,通过对平衡点处的雅克比矩阵及其特征值进行分析,得到电路参数变化时变换器的状态区域分布图,为电路参数的设计提供理论指导;最后,搭建实验平台,并验证所提理论的正确性。理论和实验结果表明,相较于电压型控制,V2控制PCCM SIDO Buck变换器的输出支路间交叉影响为零,且负载瞬态响应速度更快。

关键词：单电感双输出伪连续导电模式 V2控制交叉影响瞬态响应

单电感双输出CCM Buck变换器输出交叉影响分析

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中国电机工程学报 2014年第15期34卷 2371-2378页

作者：王瑶许建平钟曙何圣仲磁浮技术与磁浮列车教育部重点实验室西南交通大学电气工程学院四川省成都市610031

以工作于电感电流连续导电模式(continuous conduction mode,CM)的单电感双输出(single-inductor dual-output,IDO)Buck变换器为研究对象,采用时间平均等效电路方法,给出SIDO CCM Buck变换器的直流电压增益及系统的输出/控制、交叉影响... 详细信息

以工作于电感电流连续导电模式(continuous conduction mode,CM)的单电感双输出(single-inductor dual-output,IDO)Buck变换器为研究对象,采用时间平均等效电路方法,给出SIDO CCM Buck变换器的直流电压增益及系统的输出/控制、交叉影响、耦合等传递函数。在此基础上,得到一种分析SIDO CCM Buck变换器交叉影响的功率级小信号模型。论文建立电压控制SIDO CCM Buck变换器的闭环小信号模型,分析变换器两路输出负载变化对两路输出支路的交叉影响。最后,通过仿真和实验结果验证理论分析的正确性。

关键词：连续导电模式单电感双输出交叉影响小信号模型负载变化

共模-差模电压型控制连续导电模式单电感双输出Boost变换器交叉影响特性分析

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电工技术学报 2019年第12期34卷 2519-2528页

作者：冉祥周国华周述晗磁浮技术与磁浮列车教育部重点实验室西南交通大学电气工程学院

该文以单电感双输出(SIDO)Boost变换器为研究对象,详细分析电感电流工作于连续导电模式(CCM)的共模-差模电压型(CMV-DMV)控制SIDO Boost变换器的工作原理。采用时间平均等效电路建模方法,推导主电路的控制-输出、输出阻抗、交叉影响阻... 详细信息

该文以单电感双输出(SIDO)Boost变换器为研究对象,详细分析电感电流工作于连续导电模式(CCM)的共模-差模电压型(CMV-DMV)控制SIDO Boost变换器的工作原理。采用时间平均等效电路建模方法,推导主电路的控制-输出、输出阻抗、交叉影响阻抗等传递函数。在此基础上,建立CMV-DMV控制CCM SIDO Boost变换器的闭环小信号模型,并利用Bode图从频域的角度分析变换器两条输出支路在不同输出电压等级下的交叉影响特性。研究结果表明,在两路输出电压不等时,CMV-DMV控制CCM SIDO Boost变换器的高压输出支路对低压输出支路的交叉影响较小;在两路输出电压相等时,先导通输出支路对后导通输出支路的交叉影响较大。实验结果验证了理论分析的正确性。

关键词：单电感双输出共模-差模电压型控制小信号建模交叉影响