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双频DC-DC变换器的磁集成技术

电工技术学报 2024年第13期39卷 4025-4036页

作者：高圣伟李永宵田金锐刘磊天津工业大学电气工程学院天津300387 天津市电气装备智能控制重点实验室天津300387

双频Buck变换器由两个降压单元级联构成,具有动态响应快,开关损耗小等优势。然而不足的是磁件占据了整个系统的大部分体积与重量,降低了系统的功率密度。针对这一问题,提出一种三段式绕制磁集成技术,将磁件以解耦的方式集成在一副磁心... 详细信息

双频Buck变换器由两个降压单元级联构成,具有动态响应快,开关损耗小等优势。然而不足的是磁件占据了整个系统的大部分体积与重量,降低了系统的功率密度。针对这一问题,提出一种三段式绕制磁集成技术,将磁件以解耦的方式集成在一副磁心中。该文首先建立集成磁件的磁路等效模型,通过抵消各绕组之间的耦合作用推导出解耦条件,并详细阐述了磁心的选取、匝数以及气隙的设计原则。其次,利用有限元仿真平台对所提集成磁件进行建模分析,与现有的集成方法相比,磁通密度分布更为均匀,磁心的利用率得到了有效提升。最后,搭建一台48 V/12 V、108 W的实验样机,体积和重量同分离磁件相比降低了31.2%和25.3%,提高了系统的功率密度,验证了该集成方法理论分析的正确性和可行性。

关键词：双频Buck变换器解耦集成有限元仿真磁通密度功率密度

基于CEEMDAN和IMSA的混合模型在水质预测中的应用

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长江科学院院报 2024年

作者：郭利进吴昊天天津工业大学控制科学与工程学院天津市电气装备智能控制重点实验室

水质预测是水污染防治的重要组成部分，但水质序列呈现出较强的随机性、不平稳性等特点，为进一步提高地表水质预测的精度，提出一种新型水质预测混合模型。首先采用自适应噪声完备集合经验模态分解（CEEMDAN）将原始水质序列分解，然... 详细信息

水质预测是水污染防治的重要组成部分，但水质序列呈现出较强的随机性、不平稳性等特点，为进一步提高地表水质预测的精度，提出一种新型水质预测混合模型。首先采用自适应噪声完备集合经验模态分解（CEEMDAN）将原始水质序列分解，然后利用模糊散布熵（FuzzDE）将分量划分为高、中、低三种复杂度成分，其次分别利用改进螳螂算法（IMSA）优化后的双向长短时记忆网络（BiLSTM）、最小二乘支持向量机回归（LSSVR）、极限学习机（ELM）对高、中、低三种复杂度成分进行预测，并对预测结果进行组合重构，最后建立BiLSTM误差校正模型对误差进行修正，得到最终预测结果。本文利用沅江支流酉水两个断面的溶解氧浓度及湘江流域一个断面的PH值进行仿真验证，在11个对比实验中评估，R2可达90%以上，结果表明混合模型预测的准确性优于其他对比预测模型。

关键词：水质预测 CEEMDAN分解模糊散布熵螳螂算法混合模型

融合数据分解和优化门控循环单元的水质预测模型及应用

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环境科学学报 2024年

作者：郭利进刘彦宾刘文哲陈剑铮天津工业大学控制科学与工程学院天津市电气装备智能控制重点实验室

水质预测对保护水生态系统和确保人类健康至关重要.为使预测任务更加准确、高效，本研究提出了一种基于模态分解、聚类重构、优化算法及门控循环单元（GRU）的组合预测模型.首先，采用自适应噪声完备集合经验模态分解（CEEMDAN）将原始... 详细信息

水质预测对保护水生态系统和确保人类健康至关重要.为使预测任务更加准确、高效，本研究提出了一种基于模态分解、聚类重构、优化算法及门控循环单元（GRU）的组合预测模型.首先，采用自适应噪声完备集合经验模态分解（CEEMDAN）将原始序列分解成不同频率的本征模态函数（IMF）；其次，通过排列熵算法与K-means聚类方法将复杂度相近的序列进行重构；最后，利用改进蜣螂优化算法优化GRU神经网络，融合各模态的预测结果以获得最终预测值.结果表明，该模型在天津曹庄子泵站监测点数据集上的均方根误差、平均绝对误差、平均绝对百分比误差、R2分别为0.2277、0.1634,1.6393%、0.9566，均优于其他对比模型.在其他监测点的实验中，该方法也表现出色，进一步验证了模型的泛化能力与预测精度.模型具有良好预测性能，可为水质预测提供一种新的有效方法.

关键词： CEEMDAN分解门控循环单元蜣螂优化算法排列熵水质预测

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基于变分客观模糊辨识的态势预测

控制理论与应用 2024年

作者：王娜张鑫海常娅明天津工业大学控制科学与工程学院天津工业大学天津市电气装备智能控制重点实验室

针对网络安全态势数据具有较强的非平稳性和随机性,为提高网络安全态势预测的精度,提出一种基于变分客观模糊辨识的态势预测方法.首先引入变分模态分解,并与动态时间规整方法相结合,来对原始态势数据集进行分解和重构,以提高该数据集的... 详细信息

针对网络安全态势数据具有较强的非平稳性和随机性,为提高网络安全态势预测的精度,提出一种基于变分客观模糊辨识的态势预测方法.首先引入变分模态分解,并与动态时间规整方法相结合,来对原始态势数据集进行分解和重构,以提高该数据集的平稳性并减少分解后的模态个数,从而降低后续模型预测的误差和训练成本;然后利用偏自相关分析确定T-S模型的输入变量,并结合客观聚类分析和模糊c均值聚类,来直接获取紧凑而准确的T-S模型结构,从而确保了所建预测模型的精确性,最后通过标准网络入侵检测数据集NSL-KDD的仿真来验证所提方法的有效性.

关键词：态势预测 T-S模型模糊辨识变分模态分解动态时间规整模糊聚类

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机械式真空快速切换开关机构多目标优化设计

机械工程学报 2024年第6期60卷 153-162页

作者：姜文涛刘晓明李培源陈海张煦松天津工业大学机械工程学院天津300387 天津工业大学天津市电气装备智能控制重点实验室天津300387 河北工业大学省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室天津300130

针对机械式真空切换开关斥力机构设计参数相互耦合、输出动态特性相互关联的多变量多目标优化问题,提出一种基于非支配排序粒子群的多目标优化方法。计及材料特性影响的快速切换开关机构物体模型(实模)与数值模拟模型(理模)建模与分析,... 详细信息

针对机械式真空切换开关斥力机构设计参数相互耦合、输出动态特性相互关联的多变量多目标优化问题,提出一种基于非支配排序粒子群的多目标优化方法。计及材料特性影响的快速切换开关机构物体模型(实模)与数值模拟模型(理模)建模与分析,是机构本体设计和过往载荷全生命周期性能评估的基础。理模参数设计难以真实反映实模在不确定性条件与不同工况下输出特性及可靠性。采用数字孪生方法,进行理模与实模特征量设计,将理模与实模耦合建模计算层、多目标优化计算层相结合,优化机构本体参数;并与物理实体层参数同步实现孪生,进而实现机构整机理模到实模的多目标优化设计。数字孪生处理后的电流误差下降5.69%,分闸时间误差下降5.49%,为新一代智能电器产品多目标优化设计提供了一种新的可行性方法。

关键词：快速切换开关斥力机构非支配排序粒子群优化多场耦合数字孪生

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基于嵌入式系统的纱线张力非接触实时检测

毛纺科技 2024年第5期52卷 72-79页

作者：韩震纪越马杰东潘东陈浩天津工业大学控制科学与工程学院天津300387 天津工业大学天津市电气装备智能控制重点实验室天津300387

为了提高纱线张力检测的精度,避免接触式测量带来的接触误差,提出了基于机器视觉与嵌入式系统结合的纱线张力非接触实时检测方法。首先,为了同时保证实时系统中图像处理算法的运行速度与纱线张力的检测精度,提出了一种基于阈值分割的快... 详细信息

为了提高纱线张力检测的精度,避免接触式测量带来的接触误差,提出了基于机器视觉与嵌入式系统结合的纱线张力非接触实时检测方法。首先,为了同时保证实时系统中图像处理算法的运行速度与纱线张力的检测精度,提出了一种基于阈值分割的快速特征提取算法,同时实现图像降维与边缘特征提取,在实时提取运动纱线波形的同时减小了外界环境对纱线图像的干扰;其次,搭建了由高速线阵相机与FPGA高速转存系统组成的图像采集系统和由主芯片为TMS320C6678的图像处理器组成的检测系统,通过实时采集运动纱线的图像,从单位周期内的纱线振动波形中提取纱线振动频率,利用弦振动模型推算纱线的实时张力。实验结果表明,基于嵌入式机器视觉的非接触式纱线检测系统的检测值与电阻式传感器的最大检测误差均值在1.5%之内,满足实时系统的控制需求。

关键词：嵌入式非接触检测纱线张力图像识别弦振动

引入ESO的永磁超环面电机无模型预测电流控制

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北京航空航天大学学报 2024年第4期50卷 1085-1096页

作者：刘欣王正阳王晓远天津工业大学天津市现代机电装备技术重点实验室天津300387 天津大学电气自动化与信息工程学院天津300072

为改善无差拍预测电流控制(DPCC)对永磁超环面电机系统参数的依赖性,研究了引入扩张状态观测器(ESO)的永磁超环面电机无模型预测电流控制(MFPCC-ESO)策略。根据永磁超环面电机的复合转子结构,引入自转运动影响系数与磁势系数,在旋转坐... 详细信息

为改善无差拍预测电流控制(DPCC)对永磁超环面电机系统参数的依赖性,研究了引入扩张状态观测器(ESO)的永磁超环面电机无模型预测电流控制(MFPCC-ESO)策略。根据永磁超环面电机的复合转子结构,引入自转运动影响系数与磁势系数,在旋转坐标系下建立该电机的时变数学模型;利用永磁超环面电机系统的输入与输出,建立该电机具有时变比例因子的超局部模型,同时引入ESO对超局部模型的干扰部分进行实时估计,并利用朱利稳定判据证明了ESO的稳定性;结合延时补偿的DPCC预测得到参考电压矢量,从而实现永磁超环面电机的MFPCC-ESO策略。对参数匹配和失配下永磁超环面电机MFPCC-ESO策略与DPCC策略进行对比分析,仿真结果表明:MFPCC-ESO策略下的永磁超环面电机具有优越的动态和稳态性能及强鲁棒性,同时该控制策略还能有效降低永磁超环面电机的输出波动。

关键词：超环面电机超局部模型无模型预测电流控制扩张状态观测器

基于IDRSN-BiLSTM的铣削加工表面粗糙度预测方法

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仪器仪表学报 2024年第4期45卷 27-36页

作者：陈佳琳尚志武张雷天津工业大学天津市现代机电装备技术重点实验室天津300387 天津商业大学机械工程学院天津300134 天津市天森智能设备有限公司天津300300

针对传统的表面粗糙度预测方法过度依赖人工提取特征以及预测精度较低的问题,提出一种基于Inception模块改进的深度残差收缩网络(IDRSN)和双向长短时记忆网络(BiLSTM)的表面粗糙度预测方法。首先,利用深度残差收缩网络(DRSN)中软阈值化... 详细信息

针对传统的表面粗糙度预测方法过度依赖人工提取特征以及预测精度较低的问题,提出一种基于Inception模块改进的深度残差收缩网络(IDRSN)和双向长短时记忆网络(BiLSTM)的表面粗糙度预测方法。首先,利用深度残差收缩网络(DRSN)中软阈值化结构和注意力机制对输入信号进行降噪处理。其次,引入Inception模块构建IDRSN以提升网络的多尺度信息获取能力,实现自适应多尺度特征提取。然后,引入反向长短期记忆(LSTM)构建BiLSTM预测网络,利用正反两个LSTM提高网络捕捉历史和未来完整信息的能力。最后,进行实验验证,分别对比IDRSN、DRSN、BiLSTM和人工提取特征4种方法的提取特征效果,以及BiLSTM、卷积神经网络(CNN)、DRSN和CNN-LSTM 4种表面粗糙度预测模型的预测精度。结果表明所提方法具有较高的预测精度,为铣削加工表面粗糙度预测奠定了方法基础。

关键词：粗糙度预测深度残差收缩网络 Inception模块自适应特征提取双向长短时记忆网络

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具有时变增益的分布式有限时间二次调频策略

电力系统自动化 2024年第14期48卷 139-146页

作者：李志军苗庆玉郭燕龙张家安省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室(河北工业大学) 天津市300130 河北工业大学电气工程学院天津市300130

微电网中分布式电源的增加以及敏感负荷的投入,导致仅靠具有渐进收敛特性的传统分布式二次调频策略难以保证系统的动态性能,而常用的有限时间调频策略的收敛上界在不同程度上受到系统初始状态、系统参数等因素的制约。针对这一问题,基... 详细信息

微电网中分布式电源的增加以及敏感负荷的投入,导致仅靠具有渐进收敛特性的传统分布式二次调频策略难以保证系统的动态性能,而常用的有限时间调频策略的收敛上界在不同程度上受到系统初始状态、系统参数等因素的制约。针对这一问题,基于分布式控制原理提出并设计了一种具有时变增益的分布式有限时间调频策略。首先,介绍了传统分布式二次调频策略的工作机理,并利用李雅普诺夫稳定性理论分析了常用有限时间调频策略的局限性。然后,在传统分布式调频策略的基础上,根据其渐进收敛特性将其常数增益改进为具有周期加速收敛特性的时变函数,提出并设计了一种以时变函数为增益的分布式有限时间调频策略,解决了收敛时间受系统初始状态、系统参数制约的问题。最后,通过理论及仿真验证了所提方法在加速频率收敛、提高系统灵活性方面的有效性及优越性。

关键词：微电网调频一致性算法有限时间收敛时变增益