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基于模型前馈的双有源全桥DC-DC变换器电流应力优化方法

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电工技术学报 2019年第14期34卷 2946-2956页

作者：安峰杨柯欣王嵩罗书聪冯晓云西南交通大学电气工程学院

为了减小双有源全桥DC-DC变换器的电流应力,提高变换器的效率,同时显著增强变换器的动态性能,本文在双重相移控制的基础上提出一种基于模型前馈的电流应力优化方法。该方法通过建立变换器输出电压的离散模型并引入前馈控制,同时结合电... 详细信息

为了减小双有源全桥DC-DC变换器的电流应力,提高变换器的效率,同时显著增强变换器的动态性能,本文在双重相移控制的基础上提出一种基于模型前馈的电流应力优化方法。该方法通过建立变换器输出电压的离散模型并引入前馈控制,同时结合电流应力优化计算,可以实现变换器效率优化并显著地提高其对于负载突变和输入电压突变的响应能力。同时,该方法可以有效地改善变换器的起动特性,使得输出电压在无明显超调的情况下直接达到给定电压值。最后,搭建了以TMS320F28335为核心控制器的基于SiC MOSFET的双有源全桥DC-DC变换器小功率实验样机,以传统的单重相移电压闭环控制方法和双重相移电流应力优化控制为参考,对所提出的基于模型前馈的电流应力优化方法进行对比实验,实验结果验证了所提控制方法的正确性与有效性。

关键词：双有源全桥DC-DC变换器双重相移控制模型前馈效率动态响应

基于模型的车用柴油机轨压控制器设计及试验验证

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天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2015年第10期48卷 921-928页

作者：凌健谢辉天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室天津300072

针对现代车用柴油机高压共轨燃油系统在全工况范围内连续瞬态过程的轨压控制问题,提出了一种基于模型的轨压控制器.通过对高压共轨燃油系统轨压变化基本原理的分析,设计了一种基于模型的轨压前馈控制算法,并基于发动机转速和轨压偏差设... 详细信息

针对现代车用柴油机高压共轨燃油系统在全工况范围内连续瞬态过程的轨压控制问题,提出了一种基于模型的轨压控制器.通过对高压共轨燃油系统轨压变化基本原理的分析,设计了一种基于模型的轨压前馈控制算法,并基于发动机转速和轨压偏差设计了轨压分段PID反馈控制算法.利用ETAS公司ASCET软件实现了该轨压控制器,在与自主高压共轨柴油机ECU进行集成后,开展了发动机台架和整车道路试验.试验结果表明:该轨压控制器在稳态过程可将轨压控制在±1.5,MPa波动范围之内,在连续瞬态过程可将轨压控制在±3.5,MPa波动范围之内,具备快速响应性、动态跟踪、高稳定性和高可靠性功能,满足全工况范围内轨压控制要求,为工程实际用轨压控制器设计奠定了基础.

关键词：柴油机高压共轨轨压控制模型前馈分段PID

基于扰动观测的智能驾驶主动抗扰纵向车速控制算法

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汽车安全与节能学报 2020年第1期11卷 86-93页

作者：黄家宁陈韬谢辉张国辉阮迪望闫龙内燃机燃烧学国家重点实验室天津大学机械工程学院天津300072

为了减少智能驾驶车辆的纵向车速控制的时滞,提高主动抗扰性,提出一种基于扰动观测的纵向车速控制算法,并进行了实车验证。模型中,采用前馈控制模块,并提前输出控制量,来提高车速跟随的响应性;以主动抗扰控制(ADRC)模块作为反馈环节,采... 详细信息

为了减少智能驾驶车辆的纵向车速控制的时滞,提高主动抗扰性,提出一种基于扰动观测的纵向车速控制算法,并进行了实车验证。模型中,采用前馈控制模块,并提前输出控制量,来提高车速跟随的响应性;以主动抗扰控制(ADRC)模块作为反馈环节,采用扩张状态观测器(ESO)在线估计内外部扰动,并在控制端进行补偿,实现了对车速的精确闭环控制。在弯道、环岛等路况下进行了实车实验。结果表明:该算法可以在5 s内控制车速从怠速快速跟踪到目标车速,总体平均误差为0.17 km/h。因而,该算法较传统的比例积分微分(PID)有更好的响应性、控制精度和抗扰性。

关键词：智能驾驶车辆纵向车速控制主动抗扰控制(ADRC) 模型前馈扩张状态观测器(ESO) 实车验证

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应用于水处理的高频数字化电源

电源学报 2022年第6期20卷 184-191页

作者：曹以龙邵伟伟瞿殿桂周知上海电力大学电子与信息工程学院上海200090 上海市南电力(集团)有限公司上海201700 国网上海青浦供电公司上海201700

高频电源可实现高频功率输出,其后再加特定装置产生磁场,用以研究高频磁场下水的特性变化。为了在宽功率范围实现移相全桥的零电压开关ZVS(zero-voltage-switching),提高整机效率,在Boost-PWM与移相PWM双自由度控制的基础上提出一种基... 详细信息

高频电源可实现高频功率输出,其后再加特定装置产生磁场,用以研究高频磁场下水的特性变化。为了在宽功率范围实现移相全桥的零电压开关ZVS(zero-voltage-switching),提高整机效率,在Boost-PWM与移相PWM双自由度控制的基础上提出一种基于模型前馈的控制方法。通过建立输出功率模型,加以模型前馈控制,结合闭环PI控制,不但可以保证输出功率满足要求和全功率范围内实现ZVS,还能够提高对于负载突变时的动态性能。首先提出该高频变换器的拓扑结构,再详细分析其工作原理和运行状态,得到精确的基于负载输出功率数学模型,给出相对应的输出功率范围和ZVS软开关范围,最终设计基于DSP和碳化硅(SiC)MOS管的电源样机。实验结果验证了所提理论的正确性,且该电源可以满足水处理实验的基本要求。

关键词：高频电源水处理移相全桥模型前馈零电压开关

基于状态参数观测的无人驾驶主动抗扰纵向控制算法研究

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基于状态参数观测的无人驾驶主动抗扰纵向控制算法研究

作者：张国辉天津大学

学位级别：硕士

无人驾驶车辆的纵向控制是实现无人驾驶技术的重要环节,其本质为车速控制。然而车辆动力系统的非线性、车辆参数与道路环境的变化、系统未知的扰动等因素都会影响车速控制的效果,因此设计一种纵向车速自适应控制器是当前工程领域的迫切... 详细信息

无人驾驶车辆的纵向控制是实现无人驾驶技术的重要环节,其本质为车速控制。然而车辆动力系统的非线性、车辆参数与道路环境的变化、系统未知的扰动等因素都会影响车速控制的效果,因此设计一种纵向车速自适应控制器是当前工程领域的迫切需求。本论文设计了一种基于状态参数观测的主动抗扰纵向控制算法,主要研究工作包括:首先,设计了用于估计车辆质量与道路坡度的耦合观测器。以车辆纵向动力学模型为基础,基于递推最小二乘(RLS)及扩张状态观测器(ESO)设计了质量与坡度耦合观测器,将在线观测的结果用于模型前馈控制中,并搭建CarSim与Simulink联合仿真平台来验证观测效果。仿真表明,车辆质量观测的平均误差约为2.03%,道路坡度观测的平均误差为2.70%,观测精度满足模型前馈控制的要求。其次,设计了基于耦合观测器的模型前馈(MFC)纵向控制算法。将耦合观测器观测出的质量与坡度值更新至模型前馈控制器中,实时改变控制器结构参数来实现对控制量的补偿,然后设计驱动和制动切换逻辑策略,确定输出油门控制量或制动控制量。再次,设计了基于自抗扰(ADRC)反馈的纵向控制算法。其中,ESO可实时观测系统扰动并在控制端进行补偿,将复杂的纵向动力系统改造成纯积分环节,然后设计反馈控制率,只需整定b0、观测器带宽和控制器带宽三个参数即可,降低了调参工作量。模型在环仿真(MIL)结果表明:当车辆由空载1800 kg和水平0°工况切换至满载2100 kg和上坡6°工况时,PID的控制误差由3.31%增加到9.16%,而ADRC与MFC联合控制算法的控制误差由0.86%变为1.26%,其控制品质较于PID具有更好的自适应性。最后,完成了纵向控制算法的硬件在环(HIL)测试和实车验证试验。开发了面向无人驾驶底层控制的XCU控制器,与dSPACE联合完成HIL测试。最后在无人驾驶比亚迪车辆上进行了实车验证,实车测试结果为:该控制算法只需4～5s左右即可控制无人驾驶车辆从怠速加速至目标车速15 km/h或30 km/h,响应性和稳定性较好。采用相同控制参数在环形道路、施加外部扰动、阶跃变化目标车速等多种工况下进行算法自适应性测试,验证了纵向控制算法的实时性和有效性。综上,本文提出的基于模型前馈及ADRC反馈的主动抗扰纵向控制算法能有效抵抗车辆参数及道路环境变化等系统内外部扰动,自适应性能好。

关键词：观测器模型前馈自抗扰控制硬件在环测试实车验证

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空地双模态运动机器人的设计与控制

空地双模态运动机器人的设计与控制

作者：张道勋国防科技大学

学位级别：硕士

多模态运动机器人是机器人领域的重要分支,它具备在不同环境下采用不同模态进行运动的能力,其运动范围广、环境适应能力强、续航时间长,较之普通的单模态运动机器人,拥有更广阔的应用前景。空地双模态运动机器人是一类重要的多模态运动... 详细信息

多模态运动机器人是机器人领域的重要分支,它具备在不同环境下采用不同模态进行运动的能力,其运动范围广、环境适应能力强、续航时间长,较之普通的单模态运动机器人,拥有更广阔的应用前景。空地双模态运动机器人是一类重要的多模态运动机器人,其优势突出,兼备地面运动能力和空中飞行能力。既能利用飞行模式跨越台阶、深坑、栅栏等难以平稳通过的障碍,实现快速机动和大范围空间的侦查;也能利用地面运动模式提高工作续航时间,保持隐蔽性,实现近地的细致搜索。在实际应用中,通过设计合理的模态切换策略可以显著提高任务执行效率。本文主要针对空地双模态运动机器人的设计与控制进行研究。首先,完成了空地双模态运动机器人样机系统的研制。对机器人的应用场景进行分析,制定相应的功能技术指标,设计机器人的系统结构,包含机械结构设计与电气系统搭建两个部分。其中,通过分析比较多种设计方案的优劣之处,选定四旋翼倾转提供双模态驱动力、被动式底盘实现地面运动的总体方案。设计合适的动力部件,选型电源模块、传感器模块,构造平台的电气系统,实现室外GPS、室内视觉里程计(Visual Odometry)等两套定位系统,最终完成机器人系统的搭建。其次,设计实现了空地双模态运动机器人的运动控制。在完成机器人双模态的动力学建模和运动学分析的基础上,重点针对机器人的飞行控制进行控制律的设计,分别设计了PID控制、模糊控制、模糊PID控制以及模型前馈的PID控制等多种运动控制算法,并在具备高度实时性的三维环境中进行仿真测试。结果表明模型前馈的PID控制律适用于室内平稳、安全飞行,模糊PID控制律适用于室外高机动、快速飞行。最后,开展了机器人自主起降控制和自主模态切换控制的实物测试实验。实验结果验证了模型前馈的PID控制算法在室内环境下,具备优越的运动控制性能,同时表明机器人在识别到障碍物后,能进行自主的模态切换,实现双模态的越障运动;比较分析不同模态下的机器人运动能耗,验证了双模态运动下机器人具备更长的续航时间和更高的能源利用率。

关键词：多模态运动机器人空地双模态模糊PID控制模型前馈自主模态切换