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基于广义状态空间建模的串联谐振DC/DC变换器主动软开关控制策略

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中国电机工程学报 2023年第24期43卷 9423-9434页

作者：张涛王辉王成郭柏王冠王艺霏房澳宇山东大学电气工程学院山东省济南市250012 国网青海省电力公司电力科学研究院青海省西宁市810008

基于广义状态空间平均法,利用脉冲频率调制-脉冲宽度调制(pulse frequency modulation-pulse width modulation,PFM+PWM)调制提供的双自由度提出一种可以同时调节输出电压以及实现开关器件主动软开关的控制策略,可以根据器件主体损耗情... 详细信息

基于广义状态空间平均法,利用脉冲频率调制-脉冲宽度调制(pulse frequency modulation-pulse width modulation,PFM+PWM)调制提供的双自由度提出一种可以同时调节输出电压以及实现开关器件主动软开关的控制策略,可以根据器件主体损耗情况“主动”切换软开关模式,兼顾整体效率提升与负载调节范围的扩展。分析全桥型串联谐振直流变换器工作频率高于谐振频率时的3种运行模式,并通过谐振腔参数设计避免特殊断续电流模式的发生;通过广义状态空间平均法建立包含调制环节在内的系统基波截断小信号模型,其数值扫频结果与物理模型展现出极高的精确度,并能精确反映拍频极点;定义反映多输入多输出系统能控程度的灵敏度矩阵,依据此设计实现输出电压调节及主动软开关的双链路线性控制策略。MATLAB/Simulink仿真及样机实验验证表明,所提控制相比传统脉冲频率调制具备更高的整体效率以及更宽的负载调节范围。

关键词：串联谐振变换器脉冲频率调制–脉冲宽度调制广义状态空间平均主动软开关

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广义状态空间平均法用于PWM整流器的建模

电测与仪表 2009年第8期46卷 67-70页

作者：游江康少波罗耀华哈尔滨工程大学哈尔滨150001

针对常用的建模方法应用于电力电子变换器系统建模仿真的不足之处,首先介绍了基于Fourier变换的广义状态空间平均法(Generalized State Space Averaging)的基本原理;然后,以三相PWM整流器为例,在其时域开关模型的基础上给出了PWM整流器... 详细信息

针对常用的建模方法应用于电力电子变换器系统建模仿真的不足之处,首先介绍了基于Fourier变换的广义状态空间平均法(Generalized State Space Averaging)的基本原理;然后,以三相PWM整流器为例,在其时域开关模型的基础上给出了PWM整流器广义状态空间平均模型的详细推导过程,仿真结果验证了所建立模型的正确性和有效性。

关键词：广义状态空间平均 PWM整流器建模仿真

基于广义状态空间平均的独立电力系统建模方法

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电工电能新技术 2016年第12期35卷 12-19页

作者：杨占刚吴惠东屈俊超车延博中国民航大学电子信息与自动化学院天津300300 天津大学智能电网教育部重点实验室天津300072

针对由各类电力电子装置构成的独立电力系统应用日趋普及的现状,为对不同运行工况下独立电力系统进行描述,提出一种基于广义状态空间平均的独立电力系统建模方法。通过将独立电力系统时变非线性微分方程状态变量用傅里叶系数描述,得到... 详细信息

针对由各类电力电子装置构成的独立电力系统应用日趋普及的现状,为对不同运行工况下独立电力系统进行描述,提出一种基于广义状态空间平均的独立电力系统建模方法。通过将独立电力系统时变非线性微分方程状态变量用傅里叶系数描述,得到独立电力系统的广义状态空间平均模型;依据独立电力系统的不同运行工况,分析其不同时间尺度的动态特性,并通过傅里叶系数的增减实现微电网的广义状态空间平均模型化简。该建模方法能甄别独立电力系统的运行工况及动态特性,在系统分析和设计中可代替时域模型,在稳态时可简化为状态空间平均模型。仿真结果表明该模型具有良好的精度和快速的分析能力,适用于独立电力系统的稳态、暂态分析领域。

关键词：独立电力系统广义状态空间平均动态特性傅里叶系数

基于LCL-S拓扑的感应电能传输系统的建模与控制方法

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电工技术学报 2018年第1期33卷 104-111页

作者：林天仁李勇麦瑞坤西南交通大学电气工程学院成都610031

分析了基于LCL-S拓扑的感应电能传输(IPT)系统的动态特性,旨在利用数字PI控制器提高负载电压动态响应。首先,利用广义状态空间平均建模方法得到IPT系统的大信号模型及稳态工作点。在此基础上,建立描述在IPT系统的输入受到扰动状态下的... 详细信息

分析了基于LCL-S拓扑的感应电能传输(IPT)系统的动态特性,旨在利用数字PI控制器提高负载电压动态响应。首先,利用广义状态空间平均建模方法得到IPT系统的大信号模型及稳态工作点。在此基础上,建立描述在IPT系统的输入受到扰动状态下的小信号模型。经实验样机与小信号模型阶跃响应对比证明,小信号模型能够较准确地描述IPT系统动态响应。然后,根据小信号模型,借助Matlab中PIDtool工具箱设计合适的PI控制器参数,提高IPT系统的负载电压响应特性。最后,通过实验证明设计的闭环数字PI控制器使IPT系统负载电压响应时间在12 ms左右。

关键词： LCL-S 广义状态空间平均小信号模型数字PI控制器

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参数扰动下感应电能传输系统改进型鲁棒控制

电机与控制学报 2016年第7期20卷 40-48页

作者：李砚玲黄立敏何正友刘野然西南交通大学电气工程学院四川成都610031

感应电能传输(inductive power transfer,IPT)技术应用于移动负载供电时,由于其能量传输的方向性限制,不可避免的振动、偏转等机械扰动容易导致系统传输功率的不稳定。主要针对移动负载供电时外部扰动带来的互感扰动问题,设计了一种适... 详细信息

感应电能传输(inductive power transfer,IPT)技术应用于移动负载供电时,由于其能量传输的方向性限制,不可避免的振动、偏转等机械扰动容易导致系统传输功率的不稳定。主要针对移动负载供电时外部扰动带来的互感扰动问题,设计了一种适用于参数动态扰动下的IPT系统改进型鲁棒控制方法。借助线性分式变换,结合标称IPT系统广义状态空间平均模型及其参数的扰动特征,用含摄动反馈的线性动力学模型表征系统扰动模型;同时跟据广义混合灵敏度指标,计算基于系统扰动模型及目标传递函数的改进型H_∞鲁棒控制器;仿真及实验结果表明,所设计的鲁棒控制策略具有对输出电压的快速跟踪控制能力,且对参数扰动影响具有较好的抑制作用。

关键词：感应电能传输广义状态空间平均不确定性鲁棒控制数字控制

基于ICPT的分拣机器人无线充电系统研究与设计

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基于ICPT的分拣机器人无线充电系统研究与设计

作者：朱爽鑫上海工程技术大学

学位级别：硕士

分拣机器人在快递分拣中心的广泛应用促进无人化快递行业的发展。随着快递业务量的急剧增长,需保证机器人长期处于工作状态来提高快递分拣和运输的效率,因此动力能源的及时补充是目前亟待解决的工程问题。虽然接触型充电方式可以保证电... 详细信息

分拣机器人在快递分拣中心的广泛应用促进无人化快递行业的发展。随着快递业务量的急剧增长,需保证机器人长期处于工作状态来提高快递分拣和运输的效率,因此动力能源的及时补充是目前亟待解决的工程问题。虽然接触型充电方式可以保证电能的及时供应,但该方式不仅因插座连续插拔造成接触磨损,还极易因火花、积尘的存在引发安全隐患,因此非接触型充电方式便应运而生。目前微波、谐振耦合和感应耦合等无线电能传输（WPT）技术被广泛应用于非接触式电能传输领域,其中感应耦合电能传输（ICPT）技术作为最主流的WPT技术,可实现近距离的大功率传输。因此本文根据分拣机器人的充电特性来研究基于ICPT技术的无线电能传输系统（ICPT系统）,该系统对无人化快递分拣中心的建设具有重要的研究价值和研究意义。ICPT系统为高阶非线性系统,所以系统参数摄动和外部扰动等不确定因素都会对该系统的鲁棒性产生不可避免的影响。为提高ICPT系统在不确定因素影响下的鲁棒性,本文的研究工作如下:1、根据ICPT系统的参数分析提出一种参数优化迭代改进算法,并通过该算法设计满足分拣机器人无线充电系统充电需求的最优参数,从而实现电能的高效传输。2、通过傅里叶变换方法建立基于ICPT系统电路拓扑结构的广义状态空间平均（GSSA）方程,并将该方程与SIMULINK仿真平台得到的负载电压进行对比来验证GSSA方程的有效性。3、采用线性分式变换（LFT）方法建立ICPT系统的结构化不确定性模型,并在该模型的基础上通过GSSA方程建立基于结构化不确定性的GSSA模型,仿真结果表明不确定性因素对系统频域下的幅值大小、穿越频率和相位变化趋势均有影响。4、针对系统参数摄动和外部扰动等不确定性因素对ICPT系统鲁棒性的影响,研究一种基于H?控制算法的鲁棒控制策略。根据ICPT系统的GSSA模型和不确定性因素的变化范围来确定鲁棒控制结构和权值函数,并通过Raccati方程得到基于H?鲁棒控制策略的鲁棒控制器。5、建立基于H?鲁棒控制器的ICPT闭环控制系统,并根据该系统的控制结构分析系统鲁棒稳定性和鲁棒性能的基本概念和判定条件;然后通过H?和μ理论综合仿真来判定系统的鲁棒性。仿真结果表明ICPT系统满足系统鲁棒性的判定条件,验证了H?鲁棒控制策略能够有效抑制不确定性因素对系统的影响。6、根据不确定性因素的不同形式,对ICPT开环和闭环系统的输出电压暂态响应进行仿真。仿真结果表明不论系统参数摄动和外部扰动如何变化均能保证ICPT系统副边电压的稳定输出,从而进一步验证H?鲁棒控制策略的有效性。

关键词：分拣机器人感应耦合电能传输广义状态空间平均鲁棒控制策略

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飞机电力系统建模与稳定性分析

飞机电力系统建模与稳定性分析

作者：刘国鉴天津大学

学位级别：硕士

飞机电力系统作为多电飞机的核心系统,成为航空界的热点研究领域。然而我国民用航空电力系统的起步较慢,研究水平相对较低,同时西方领先水平航空公司对我国进行技术封锁,迫使我国必须自主研制整装民用航空飞机电力系统。随着多电飞机的... 详细信息

飞机电力系统作为多电飞机的核心系统,成为航空界的热点研究领域。然而我国民用航空电力系统的起步较慢,研究水平相对较低,同时西方领先水平航空公司对我国进行技术封锁,迫使我国必须自主研制整装民用航空飞机电力系统。随着多电飞机的快速向前发展,电力电子变换器在飞机电力系统中的应用变得越来越广泛。考虑到飞机电力系统自身的独立性、电力系统多机并联、多变换器级联、电力负载性质多样等特性,飞机在起飞、爬升巡航、降落等工况切换时会对其电力系统产生大扰动冲击,这使得飞机电力系统的暂态过程往往涉及到大量的非线性特征。飞机电力系统相对传统电力系统而言,是一个电力电子化程度较高的非线性系统。传统的线性建模分析方法,如果直接应用到其暂态现象本质时,具有自身理论的局限性。基于此,在我国民用飞机电力系统基础分析理论研究时,在状态空间平均理论的的基础上提出广义状态空间平均理论建模方法,构建了包括飞机电力12脉波逆变器在内的飞机电力元件的广义状态空间模型。准确构建电力元件数学仿真模型是保证稳定性分析的前提。针对飞机电力系统整体大扰动稳定性分析问题,考虑系统交直流部分及其相互作用,建立了包含发电机、变压整流器、机电作动器在内的多电飞机电力系统平均值模型,简单准确且适合系统大扰动稳定性分析。在此基础上,结合混合势函数理论和李雅普诺夫稳定性定理对系统的稳定域进行了求解;最后通过“逐点法”和详细的数值仿真进行了验证。同时分析了带恒功率负载的DC-DC变换器高阶滑模控制模型,并研究了恒功率负载大扰动下的动态特性。本研究成果将为飞机电力系统中电力元件的非线性本质探究,提供一种更符合系统实际过程的广义状态空间平均建模方法。为飞机电力系统的大扰动稳定性分析提供必要的理论的依据,为我国的民用航空电力系统的整体开发及系统参数优化设计构建必要的理论分析。

关键词：多电飞机电力系统广义状态空间平均能量函数大扰动稳定性

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两种状态平均法在功率变换器建模的应用比较

计算机仿真 2008年第4期25卷 241-244,248页

作者：高朝晖林辉张晓斌吴小华西北工业大学自动化学院陕西西安710072

以buck变换器为对象,采用广义状态平均法建立功率变换器广义状态空间平均模型,并与状态空间平均法进行对比。用MATLAB软件对两种方法建立的模型进行仿真,仿真结果与用MATLAB/PSB建立的电路精确模型和实际电路输出结果进行比较。得出结论... 详细信息

以buck变换器为对象,采用广义状态平均法建立功率变换器广义状态空间平均模型,并与状态空间平均法进行对比。用MATLAB软件对两种方法建立的模型进行仿真,仿真结果与用MATLAB/PSB建立的电路精确模型和实际电路输出结果进行比较。得出结论:状态空间平均法适于研究直流分量占主要成分,电路各量变化波动不大的变换器电路。广义状态平均法不仅可以反映电路各量的直流成分,也能反映出其交流成分,对于研究类似谐振变换器或波动较大的变换器电路,非常有效。

关键词：状态空间平均广义状态空间平均电力变换器建模

双发射线圈感应电能传输系统的小信号建模及控制研究

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中国电机工程学报 2017年第20期37卷 6068-6076页

作者：麦瑞坤林天仁李勇何正友西南交通大学电气工程学院四川省成都市610031

双发射线圈的感应电能传输(inductive power transfer,IPT)系统能够实现有效分配两逆变器的输出功率,是提高电源侧输出容量的有效手段。该文分析了功率输出1:1工况下的双发射线圈的IPT系统的动态特性,旨在通过IPT系统的小信号模型求解... 详细信息

双发射线圈的感应电能传输(inductive power transfer,IPT)系统能够实现有效分配两逆变器的输出功率,是提高电源侧输出容量的有效手段。该文分析了功率输出1:1工况下的双发射线圈的IPT系统的动态特性,旨在通过IPT系统的小信号模型求解合适的数字PI控制器,提高负载电压动态响应特性,同时保证闭环系统具有充足的稳定裕度。首先,利用广义状态空间平均建模方法对IPT系统进行大信号模型及稳态工作点的分析。在此基础上,建立描述在IPT系统的输入受到扰动状态下的小信号模型。然后,借助Matlab中PIDtool工具箱设计合适的PI控制器参数,提高IPT系统负载电压响应性能,同时验证了闭环小信号模型具有充足的相角稳定裕度。最后,将闭环小信号模型分别与Simulink仿真模型、实验系统进行变电压动态响应对比,IPT系统的负载电压响应时间在13ms左右,与理论设计值相符,证明闭环小信号模型能准确描述系统动态响应。

关键词：双发射线圈感应电能传输广义状态空间平均小信号模型数字PI控制器