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多采样率双通道有源噪声反馈控制系统的研究

华东理工大学学报（自然科学版） 2024年第2期50卷 301-309页

作者：杨丽民周邵萍李锦良邢改兰华东理工大学承压系统与安全教育部重点实验室上海200237

传统有源噪声控制系统中的音频编解码器只能使用高速率的单一采样率,因此系统中的建模滤波器和自适应滤波器需要的长度较长,而且预留给每次迭代计算的时间很短,这导致了计算量大、难以实现实时在线计算的问题。针对以上困难,首先提出一... 详细信息

传统有源噪声控制系统中的音频编解码器只能使用高速率的单一采样率,因此系统中的建模滤波器和自适应滤波器需要的长度较长,而且预留给每次迭代计算的时间很短,这导致了计算量大、难以实现实时在线计算的问题。针对以上困难,首先提出一种多采样率的方法,即采用抽取和插值的方法为有源噪声控制系统提供更低的采样率,从而在减少计算量的同时增加可用于迭代计算的时间,并基于最小均方算法对次级声通道进行建模,推演多采样率双通道反馈有源噪声控制系统模型;其次搭建基于座椅头靠和数字信号处理器的实验平台,对多采样率的双通道有源噪声反馈控制系统的有效性进行实验验证。验证结果表明,针对低频噪声,在相应的频段上本文降噪系统可以达到约15 dB的降噪量,降噪效果明显。

关键词：有源噪声控制多采样率双通道反馈控制低频噪声

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多采样率网络化控制系统的优化控制

多采样率网络化控制系统的优化控制

作者：张业飞南京邮电大学

学位级别：硕士

由于网络化控制系统具有成本低、接线少、远程控制、灵活性强等众多优点,在工控和自动化等领域都得到广泛应用。然而由于目前网络技术和硬件的限制,控制数据在传输过程中会产生时延、丢包、采样周期波动等不可避免的问题,同时一个控制... 详细信息

由于网络化控制系统具有成本低、接线少、远程控制、灵活性强等众多优点,在工控和自动化等领域都得到广泛应用。然而由于目前网络技术和硬件的限制,控制数据在传输过程中会产生时延、丢包、采样周期波动等不可避免的问题,同时一个控制系统也不再局限于单一采样率,多采样率网络化控制系统的研究得到广泛关注。本文首先研究了具有不确定短时延和丢包的输入多采样率和输出多采样率网络化控制系统的H优化控制问题,在此基础上进一步考虑系统采样周期的不确定性,研究广义多采样率网络化控制系统H优化控制器的设计问题,具体如下:(1)针对具有不确定短时延和丢包的输入多采样率网络化控制系统,给出系统最优H状态反馈控制律的设计方法。假设输出采样周期是输入采样周期的整数倍,根据输出采样周期对系统进行离散化,利用伯努利随机序列描述系统丢包且假设丢包概率已知,利用李雅普诺夫稳定性理论和线性矩阵不等式分析系统的稳定性,得到系统最优H状态反馈控制律存在的充分条件。最后,以永磁同步电机为例,通过MATLAB仿真来说明方法的有效性。(2)针对具有不确定短时延和丢包的输出多采样率网络化控制系统,给出系统最优H动态输出反馈控制律的设计方法。假设系统的状态不可量测,选择具有时延补偿功能的动态输出反馈控制器。此时输入采样周期是输出采样周期的整数倍,利用伯努利随机序列描述系统丢包且假设丢包概率已知,将时延的不确定性转换为矩阵参数的不确定性,利用李雅普诺夫稳定性理论和线性矩阵不等式来分析系统的稳定性,得到系统最优H动态输出反馈控制律存在的充分条件。最后,以永磁同步电机为例,通过MATLAB仿真来说明方法的有效性。(3)针对具有不确定采样周期、不确定短时延和丢包的广义多采样率网络化控制系统,给出系统最优H动态输出反馈控制律的设计方法。在广义多采样率情况下,系统看成是由多个子系统组成的,各个子系统采样周期不同。利用区间矩阵原理将采样周期和时延的不确定性转化为矩阵参数的不确定性,利用李雅普诺夫稳定性理论结合线性矩阵不等式来分析系统的稳定性,得到系统最优H动态输出反馈控制律存在的充分条件。最后,以永磁同步电机为例,通过MATLAB仿真来说明方法的有效性。

关键词：网络化控制系统多采样率不确定采样周期不确定时延最优控制律

多输出非线性系统在数据截断协议下的时滞多采样率输出反馈镇定（英文）

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控制理论与应用 2017年第9期34卷 1161-1170页

作者：沈童钱斌张道远昆明理工大学信息工程与自动化学院云南昆明650504 三峡大学湖北省新能源微网协同创新中心湖北宜昌443002

本文研究一类多输出非线性系统基于一类数据截断协议的时滞多采样率输出反馈控制.所考虑的非线性系统的输出以异步方式进行采集,通过网络传输到输出反馈控制端后立即用于构造输出反馈控制器.当控制输入信号可用时,立即用来更新被控制系... 详细信息

本文研究一类多输出非线性系统基于一类数据截断协议的时滞多采样率输出反馈控制.所考虑的非线性系统的输出以异步方式进行采集,通过网络传输到输出反馈控制端后立即用于构造输出反馈控制器.当控制输入信号可用时,立即用来更新被控制系统.这样,就存在两种传输时滞,一种是非线性系统输出端到输出反馈控制器端的传输时滞,另一种是输出反馈控制器端到非线性系统输入端的传输时滞.从而被控系统的更新和输出反馈控制器的更新不在同一个时间区间.利用区间分解,可以在同一个区间考虑被控系统和输出反馈控制器并分析闭环系统的稳定性.最后,一个算例用来验证所提方法的有效性.

关键词：输出反馈镇定器采样数据数据截断多采样率时滞

一种多采样率混合编帧数据采集技术的设计与实现

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电子器件 2022年第6期45卷 1302-1306页

作者：张清翔齐磊张彦军翟成瑞中北大学省部共建动态测试技术国家重点实验室山西太原030051 北京机电工程研究所北京100083

以FPGA为主控芯片,开发了一种多采样率混合编帧数据采集技术。重点介绍了A/D转换电路的设计。针对多采样率模拟量通道切换的问题,设计了多级模拟信号通道选择拓扑结构。针对速变信号和缓变信号设计了帧结构表,有效地解决了多采样率下复... 详细信息

以FPGA为主控芯片,开发了一种多采样率混合编帧数据采集技术。重点介绍了A/D转换电路的设计。针对多采样率模拟量通道切换的问题,设计了多级模拟信号通道选择拓扑结构。针对速变信号和缓变信号设计了帧结构表,有效地解决了多采样率下复杂信号的采集输入问题。通过试验,验证了该数据采集技术具有多通道、精度高、可以适应不同采样率传感器等优点。使用该技术的采编器经过了多次高低温和振动试验,性能稳定可靠,目前已经应用在某飞行器的大型地面试验中。

关键词：多采样率 FPGA 多路开关帧结构表

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多采样率永磁同步牵引电机数字控制系统研究

多采样率永磁同步牵引电机数字控制系统研究

作者：张新宇北京交通大学

学位级别：硕士

与异步电机相比,永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor)效率高,相同体积总输出功率大,因此受到了广泛的关注。大功率牵引传动系统为了降低开关损耗同时实现直流电压的最大利用率,开关频率一般仅为数百赫兹且最终要过渡到方... 详细信息

与异步电机相比,永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor)效率高,相同体积总输出功率大,因此受到了广泛的关注。大功率牵引传动系统为了降低开关损耗同时实现直流电压的最大利用率,开关频率一般仅为数百赫兹且最终要过渡到方波控制。低开关频率增加了数字控制系统的延时,降低了系统带宽,从而无法实现电机的高动态控制性能。另外,方波工况下电压幅值达到最大无法调节,因此基于电流调节器的矢量控制不再适用,同时为弱磁控制带来困难。首先采用了一种基本母线钳位策略(BBCS)的过调制方法,保证了谐波特性的同时也实现了到方波工况的平滑过渡。分析了数字控制原理及延时产生机理,并对多采样率数字控制系统进行了建模分析,然后提出了一种基于状态观测器的延时补偿算法,对系统延时进行补偿,使低开关频率下的系统响应速度和解耦性能都得到有效改善。针对方波工况下传统双电流环控制深度弱磁时因交叉耦合引起弱磁失效的情况,采用了一种电压相角弱磁方法,避免了传统控制中两个调节器之间的冲突,保证了电机的全速域范围内的最大转矩控制。本文基于MATLAB/Simulink搭建了永磁同步电机传动系统仿真模型,并搭建了基于TMS320VC33的300kW永磁同步电机实验平台。分别在仿真和实验中对基本母线钳位过调制策略和延时补偿算法以及电压相角弱磁方法进行了分析,验证了所提方案的可行性。

关键词：永磁同步电机基本母线钳位多采样率延时补偿弱磁控制

多采样率信号处理在数字化变电站差动保护中的应用

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电力系统自动化 2007年第21期31卷 44-48页

作者：徐光福陆于平吴崇昊王联合东南大学电气工程学院江苏省南京市210096

数字化变电站中,差动保护各分支电子式电流互感器(ECT)的采样频率不完全相同时,需要将原各分支ECT的输出数据转换为同一采样频率。文中研究了多采样率信号处理算法和采样数据频率转换对差动保护差电流的影响,通过将信号的抽取和插值环... 详细信息

数字化变电站中,差动保护各分支电子式电流互感器(ECT)的采样频率不完全相同时,需要将原各分支ECT的输出数据转换为同一采样频率。文中研究了多采样率信号处理算法和采样数据频率转换对差动保护差电流的影响,通过将信号的抽取和插值环节级联,可以实现任意分数倍采样频率转换。采用基于切比雪夫逼近原理的等波纹设计方法进行低通滤波器设计,与多采样率信号处理算法配合使用,减小了频率混叠造成的误差,从而在ECT应用环境下,将任意不同采样频率的分支电流统一到相同的采样基准下,实现了测量环节与智能电子设备的无缝连接。仿真试验验证了所提出方法的可行性和有效性。

关键词：电子式电流互感器多采样率采样频率转换差电流无缝连接

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多采样率网络控制系统的建模与稳定性分析

多采样率网络控制系统的建模与稳定性分析

作者：关虎昌兰州理工大学

学位级别：硕士

网络控制系统是通过网络形成的一种全分布、网络化实时反馈控制系统,它是计算机技术、网络通信技术与控制科学发展的产物,具有信息资源共享、系统成本低、使用灵活、易于维护等优点,在现代工业中已成功应用,并且取代了传统点对点的控制... 详细信息

网络控制系统是通过网络形成的一种全分布、网络化实时反馈控制系统,它是计算机技术、网络通信技术与控制科学发展的产物,具有信息资源共享、系统成本低、使用灵活、易于维护等优点,在现代工业中已成功应用,并且取代了传统点对点的控制系统。未来的几十年中,网络化控制系统必将深刻地影响和推动控制理论及其应用。目前的研究中,仍然沿用传统计算机控制系统中关于采样器和保持器的基本假设,即系统输入通道和输出通道的保持器和采样器均按同一采样周期同步动作且系统的各个回路的采样和保持采用相同的采样周期。然而,网络控制系统规模比较庞大、复杂、各被控对象、检测装置分布于不同的地理位置且具有不同的物理特性,完成的控制任务也有本质差别,其实时信息的变化速率差异性很大,使得传统的采样控制理论已近不再适用于网络化系统,而解决这些问题最行之有效的方法就是考虑每一回路的基本特征,针对不同的被控对象、检测装置和控制任务,实施多采样率策略。目前关于多采样率网络控制系统的研究处于初始阶段,获得成果也比较少,本文针对网络控制系统采用多采样策略,对多采样率网络控制系统进行建模和稳定性分析。本文的主要工作如下： (1)针对输入多采样率网络控制系统,利用提升技术建立输入多采样率网络控制系统的模型,对建立的模型利用李雅普诺夫理论和线性矩阵不等式技术进行分析,并且得到系统稳定的充分条件,用MATLAB对得到结论进行验证,证明所得结论的正确性。 (2)针对输出多采样率网络控制系统,利用被控对象的状态方程,推导输出通道采用多采样率的输出方程,为了全部利用输出多采样率的值,选取多率输出反馈,推导系统的闭环模型,对其模型利用李雅普诺夫理论和线性矩阵不等式方法进行分析,并得到系统稳定的充分条件。 (3)输出和输入都采用多采样率,针对每一回路输出采样周期和输入采样周期相同,即一种特殊广义多采样率控制系统,建立特殊广义多采样率网络控制系统的模型,并对其模型利用李雅普诺夫理论和线性矩阵不等式方法进行分析,得到系统稳定的充分条件。 (4)针对多输出多输入网络控制系统建立具有时延的模型和同时具有时延和丢包的模型,并把这两个建立的模型变换成统一模型,并对其进行稳定性分析,得到系统稳定的充分必要条件。

关键词：多采样率网络控制系统线性矩阵不等式

半监督鲁棒概率偏最小二乘模型及其在多采样率过程监控中的应用

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信息与控制 2017年第6期46卷 712-719页

作者：陈家益赵忠盖刘飞江南大学轻工过程先进控制教育部重点实验室江苏无锡214122

针对实际工业过程中多采样率问题,引入半监督方法,提出一种半监督鲁棒概率偏最小二乘法,将采样率不一致的完整数据分成少数标记样本和大量未标记样本,然后分别用这两种样本数一致的数据建立鲁棒概率偏最小二乘(PPLS)模型,通过充分挖掘... 详细信息

针对实际工业过程中多采样率问题,引入半监督方法,提出一种半监督鲁棒概率偏最小二乘法,将采样率不一致的完整数据分成少数标记样本和大量未标记样本,然后分别用这两种样本数一致的数据建立鲁棒概率偏最小二乘(PPLS)模型,通过充分挖掘大量未标记数据提供的有用信息来提高模型的准确性.更进一步,将半监督鲁棒PPLS引入过程监控中,提出GT2、SPEx和SPEy三个监控指标,分别监控过程的受控状态以及模型关系的变化.通过对半监督鲁棒PPLS和降采样鲁棒PPLS在TE过程监控应用中比较,结果表明半监督鲁棒PPLS比降采样鲁棒PPLS效果更好.

关键词：半监督鲁棒概率偏最小二乘多采样率监控指标

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基于多采样率控制的伺服系统摩擦补偿研究

中国电机工程学报 2011年第24期31卷 111-117页

作者：刘栋梅雪松张东生机械制造系统工程国家重点实验室(西安交通大学)

摩擦是造成伺服系统在低速、速度换向等条件下精度严重下降的强非线性因素之一。采用基于模型的摩擦补偿可以有效地预测摩擦力,并实现误差补偿。在高速、高加速度的条件下,换向时摩擦变化剧烈,且过渡时间较短,采用单采样率控制补偿器结... 详细信息

摩擦是造成伺服系统在低速、速度换向等条件下精度严重下降的强非线性因素之一。采用基于模型的摩擦补偿可以有效地预测摩擦力,并实现误差补偿。在高速、高加速度的条件下,换向时摩擦变化剧烈,且过渡时间较短,采用单采样率控制补偿器结构很难实现较好的补偿效果,因此提出一种基于多采样率的摩擦补偿器结构。该补偿器利用伺服系统多环、多采样率的结构特点和指令轨迹细化方法,在不改变系统控制器结构和稳定性的条件下,通过分离前馈补偿器和反馈控制器的采样周期,以实现更为精细的前馈摩擦补偿量计算。实验结果表明,多采样率摩擦补偿器结构能够充分利用伺服控制器的结构特点和摩擦模型的预测结果,而且避免了复杂控制器的设计过程,取得了更有效的摩擦误差补偿效果。

关键词：摩擦补偿多采样率伺服系统数控机床