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双有源桥式DC-DC变换器宽范围高效率优化调制策略

双有源桥式DC-DC变换器宽范围高效率优化调制策略

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作者：王桥东北电力大学

学位级别：硕士

双有源桥式(Dual Active Bridge,DAB)DC-DC变换器由于其本身具有的良好软开关特性、高功率密度以及电气隔离等特点,在能源的收集、转换、传输中具有显著的优势,在储能、直流电网、新能源汽车充电桩中得到了广泛应用。全功率范围下的优... 详细信息

双有源桥式(Dual Active Bridge,DAB)DC-DC变换器由于其本身具有的良好软开关特性、高功率密度以及电气隔离等特点,在能源的收集、转换、传输中具有显著的优势,在储能、直流电网、新能源汽车充电桩中得到了广泛应用。全功率范围下的优化调制策略是DAB变换器的研究热点之一,但时域下诸多的模式分析,使得模型的建立较为复杂,且DAB变换器在轻载下的软开关过程、死区效应分析等方面还存在着些许不足,使得变换器的性能没有被完全利用。本文为建立统一的DAB模型,在频域下提出相关的优化调制策略;为提高轻载工况下的传输效率,结合死区设计,提出了相关的优化调制策略,并通过实验验证其有效性。具体工作安排如下:首先,在时域下分析了DAB变换器的单移相(Single Phase Shift,SPS)调制的开关状态及工作原理;在此基础上分析了三重移相(Triple Phase Shift,TPS)调制的各种工作模式,验证了全功率范围下的电流应力优化调制策略;在频域下分析DAB变换器的统一模型,与时域下的TPS调制相比,极大简化了分析的复杂程度。并通过矢量分析方法,提出了电流有效值优化调制策略。其次,在时域下总结了当死区时间不适时,DAB变换器的死区效应;分析了DAB变换器的软开关范围;分析了DAB变换器各开关器件实现软开关切换的最优死区时间;详细分析了轻载工况下DAB变换器的死区重叠现象,并针对轻载工况下无法实现全开关ZVS这一现象提出了三种解决方案,以尽可能的降低DAB变换器的开关损耗。最后,结合死区分析过程,针对轻载工况下的死区重叠现象提出了两种调制策略。其中,死区线性化策略考虑到了死区时间对波形的影响,将缓冲电容与等效电感进行能量交换的二阶暂态过程进行线性化处理,并将死区时间作为一种工作模态加入到策略的推导中,但这一方法并未实现全开关器件的软开关切换;死区补偿策略在电流应力调制策略的基础上,利用理论上零功率传输阶段,在保证能量守恒下,通过采用提前切换时间的方式,实现全开关器件在轻载工况下的软开关切换,以同时降低开关损耗和通态损耗,提高DAB变换器在轻载下的传输效率。

关键词：双有源桥式DC-DC变换器优化调制策略轻载软开关特性死区设计

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大圆坯连铸机结晶器液面自动控制系统的研究与应用

大圆坯连铸机结晶器液面自动控制系统的研究与应用

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作者：牛传峰上海交通大学

学位级别：硕士

在圆坯连铸生产过程中,结晶器内钢水液面要求保持稳定,一方面可以避免钢渣卷入钢水,影响铸坯质量,同时也有利于形成坯壳,避免漏钢、溢钢等事故,因此结晶器液面控制系统在连铸控制系统中占据着至关重要的作用。塞棒控制是结晶器液面控制... 详细信息

在圆坯连铸生产过程中,结晶器内钢水液面要求保持稳定,一方面可以避免钢渣卷入钢水,影响铸坯质量,同时也有利于形成坯壳,避免漏钢、溢钢等事故,因此结晶器液面控制系统在连铸控制系统中占据着至关重要的作用。塞棒控制是结晶器液面控制系统的核心,塞棒的开关控制中间包流入结晶器的钢水流量。由于结晶器液位控制具有时变性和非线性,同时生产过程中钢渣等杂质容易附着在塞棒表面,影响到正常的钢水流动,加大了控制的难度。为了保证结晶器液面控制的效果,本文结合莱钢800mm大圆坯连铸机现场生产实际,对影响控制实现的因素进行了分析,对影响结晶器液面控制的一些困难进行了深入挖掘,找到了一些影响控制实现的解决办法。浇铸开始阶段,变化因素多,控制难度较大,无法直接进行自动调节;在连续浇铸过程中,变化因素减少,从而具备了自动调节的条件。为了保证结晶器液面自动调节的效果,将液面控制分为浇铸开始和正常浇铸两个阶段,浇铸开始阶段采用分段控制完成结晶器内钢水填充,浇铸过程中采用PID方式维持结晶器液面稳定。同时,改进了原有单级PID方法,分析和设计了串级PID控制方法实现塞棒的控制,主回路对结晶器液位进行调节,副回路对塞棒进行调节,提高了调节精度。由于钢渣容易附着在塞棒表面,降低塞棒的控制面积,影响了控制效果,本系统分析、设计和开发了塞棒冲洗系统,保证塞棒表面的清洁,提升控制效果。在硬件的设计上,本系统充分考虑设备的可靠性和稳定性,根据系统的工作环境进行硬件选型,保证系统在恶劣环境下正常工作;在软件设计上,充分考虑了冗余技术,保证系统在一种控制方式失效的情况下仍然能正常工作,保证了系统的稳定运行;在网络设计方面,采用光缆和电缆相结合的方式,降低了网络通讯中信号干扰,保证了自动调节的正确性。结晶器液面自动控制系统研究完成后,在莱钢特殊钢连铸机异地改造工程中,对结晶器液面控制系统进行编程调试,与改造前的控制系统相比,本系统的自动化程度大大提升,控制精度得到提高,取得了良好的使用效果。

关键词：串级PID 结晶器液面控制分段控制死区设计

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非线性参数化系统的自适应迭代学习控制

非线性参数化系统的自适应迭代学习控制

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作者：李佳青岛科技大学

学位级别：硕士

迭代学习控制（ILC）无需精确已知受控对象动力学特性,可利用重复操作过程中测得的I/O数据修正控制输入,实现有限时间上的完全跟踪,ILC现已成为智能控制领域的重要发展方向并在工业过程中广泛应用。传统的迭代学习控制方法因为其固... 详细信息

迭代学习控制（ILC）无需精确已知受控对象动力学特性,可利用重复操作过程中测得的I/O数据修正控制输入,实现有限时间上的完全跟踪,ILC现已成为智能控制领域的重要发展方向并在工业过程中广泛应用。传统的迭代学习控制方法因为其固定的学习律形式不能很好的适应系统的变化以及外界的干扰。虽然自适应迭代学习控制学习律具有自学习的优点,但是大多要求已知非线性参数的线性化结构。即需要已知系统的模型信息。从而与迭代学习控制本质上属于几乎无模型的方法相背离。（1）本文针对一类结构已知的非线性参数化不确定系统,提出了带有死区设计的自适应迭代学习控制方案,控制器的设计和分析不需要相同的初始条件和相同参考轨迹,并给出了收敛性分析,从理论上证明了方案的可行性。最后仿真结果证明方案的有效性,这使得自适应迭代学习控制的应用范围更广。（2）论文进一步针对上述非线性参数化系统,利用神经网络对系统的非线性部分进行迭代逼近,提出了基于多模型切换的自适应ILC方法,该方法通过设定切换规则,可以进行非线性补偿,能够更快速,更准确的跟踪期望轨迹,保证信号的有界性,使系统得到较好的稳定性和性能表现,最后分别给出了多模型AILC和单模型AILC的仿真结果,表明该方案能够提高系统的控制性能。（3）针对一般结构、阶数均未知的非线性离散时间系统,提出了基于BP神经网络的无模型自适应迭代学习控制方案。该方案只需要受控系统的I/O数据,不必对系统建模,其控制器的分析和设计也不需要知道系统模型的任何信息,仅依靠系统的输入输出数据,就可以实现有限时间区间上的完全跟踪任务。该方法利用神经网络解决了寻找最佳的“拟伪偏导数”θ（ k , t）的问题,因而具有实时性和快速性等优点。仿真表明此控制方案能够实现对未知对象的在线控制,且具备较好的自学习能力和适应控制环境变化的能力。

关键词：迭代学习控制自适应控制无模型自适应控制时变神经网络死区设计 I/O数据

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