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基于自适应扰动补偿观测器的漏磁可控永磁电机无位置传感器控制研究

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中国科学：技术科学 2024年第5期54卷 911-923页

作者：朱孝勇彭忠飞张丽周以灿江苏大学电气信息工程学院镇江212013

基于独特漏磁设计的漏磁可控永磁(flux leakage controllable permanent magnet, FLC-PM)电机,具有宽调速和高输出转矩特性,能够满足电动汽车多变工况下广域高效的运行需求.然而,由于FLC-PM电机特殊的漏磁磁路设计,使其无位置传感器控... 详细信息

基于独特漏磁设计的漏磁可控永磁(flux leakage controllable permanent magnet, FLC-PM)电机,具有宽调速和高输出转矩特性,能够满足电动汽车多变工况下广域高效的运行需求.然而,由于FLC-PM电机特殊的漏磁磁路设计,使其无位置传感器控制驱动系统存在周期性谐波干扰、非周期性谐波干扰和环路延迟问题,从而严重影响转子位置估算性能.针对上述问题,本文提出一种基于自适应扰动补偿观测器的无位置传感器控制方法.首先,提出自适应扰动迭代学习控制方法,通过迭代学习增益自适应扰动变化,以抑制周期性干扰和非周期性干扰的谐波,降低电流的谐波含量.此外,设计自适应补偿位置观测器,对估计位置误差进行实时在线观测和补偿,在提高FLC-PM电机转子位置估计精度的同时,改善驱动系统的动态性能.最后,通过实验验证所提控制方法的有效性和可行性.

关键词：漏磁可控永磁电机无位置传感器控制谐波抑制迭代学习控制自适应扰动与补偿

基于变前视距离的四轮同步转向农机改进纯跟踪控制

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农业机械学报 2024年第3期55卷 21-28页

作者：沈跃赵莎张亚飞何思伟冯瑞刘慧江苏大学电气信息工程学院镇江212013

路径跟踪控制是提高自主导航系统控制精度的关键。针对在复杂农田作业环境下转弯时纯跟踪算法跟踪精度不高的问题,本文提出了一种基于改进纯追踪模型的四轮同步转向农机路径跟踪控制算法。建立了基于四轮同步转向农机的运动学模型和纯... 详细信息

路径跟踪控制是提高自主导航系统控制精度的关键。针对在复杂农田作业环境下转弯时纯跟踪算法跟踪精度不高的问题,本文提出了一种基于改进纯追踪模型的四轮同步转向农机路径跟踪控制算法。建立了基于四轮同步转向农机的运动学模型和纯跟踪模型,在此基础上考虑航向误差得到改进纯跟踪模型,进行RTK定位坐标修正,根据量化误差的评价函数搜索前视区域最优目标点,得到最优前视距离。本文算法能实时确定四轮同步转向农机改进纯跟踪模型中的前视距离,使航向误差和横向误差最小化,实现目标点的自适应优化。仿真结果表明,本文方法转弯时平均绝对横向误差减至0.035 m,平均绝对航向误差减至0.212°;水田实验结果表明,当四轮同步转向农机作业速度为3.6 km/h时,四轮转向农机轨迹跟踪平均绝对横向误差减至0.109 m,平均绝对航向误差减至2.799°,转弯跟踪精度显著提高。

关键词：水田四轮同步转向改进纯追踪控制前视距离自适应优化

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基于FPGA加速的Mask R-CNN稻瘟病高通量自适应识别模型研究

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农业机械学报 2024年第7期55卷 298-304,314页

作者：杨宁程巍张钊源方啸毛罕平江苏大学电气信息工程学院镇江212013 江苏大学农业工程学院镇江212013

针对基于图像的稻瘟病现场检测技术依赖先验知识且受制于算力与田间网络状况,无法实现自适应实时检测的问题,提出一种可利用现场可编程门阵列(Field programmable gate array,FPGA)加速的Mask R-CNN(Mask region-based convolutional ne... 详细信息

针对基于图像的稻瘟病现场检测技术依赖先验知识且受制于算力与田间网络状况,无法实现自适应实时检测的问题,提出一种可利用现场可编程门阵列(Field programmable gate array,FPGA)加速的Mask R-CNN(Mask region-based convolutional neural network)稻瘟病高通量自适应快速识别模型。首先将骨干网络改进为MobileNetV2,利用其倒残差模块降低计算量,提高模型并行处理能力;随后增加用于稻瘟病多尺度特征融合的特征金字塔网络模块,使模型具备多尺度自适应处理能力;最后由全卷积网络(Fully convolutional network,FCN)分支输出稻瘟病病斑的实例分割,同时使用交叉熵损失函数完成稻瘟病的定位与分类。稻瘟病实测数据集对模型的验证结果表明:当输入为全高清图像时,模型平均推理时间减少至85 ms,相较GPU服务器、同级别GPU边缘计算平台,速度分别提高86.2%、63.0%。在交并比为0.6时,准确率可达98.0%,病斑捕获能力平均提升21.2%。提出的Mask R-CNN自适应快速识别模型能够在田间恶劣网络状况下实现稻瘟病的快速现场检测,具有更好的抗噪能力和鲁棒性能,为水稻病害实时检测、察打一体提供了高效实时的片上系统方案。

关键词：稻瘟病检测目标检测 Mask R-CNN 现场可编程门阵列

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基于磁链相移原理的不对称交替极永磁辅助同步磁阻电机设计与分析

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电工技术学报 2024年第2期39卷 455-464页

作者：周华伟龙顺海江光耀王成明刘正蒙江苏大学电气信息工程学院镇江212013

传统永磁辅助同步磁阻电机(PMaSynRM)无法充分利用永磁转矩和磁阻转矩,该文提出一种新型不对称交替极永磁辅助同步磁阻电机(ACP-PMaSynRM)。基于永磁磁链相移原理,将交替极永磁阵列、不对称磁极和磁障相结合,实现永磁转矩和磁阻转矩的... 详细信息

传统永磁辅助同步磁阻电机(PMaSynRM)无法充分利用永磁转矩和磁阻转矩,该文提出一种新型不对称交替极永磁辅助同步磁阻电机(ACP-PMaSynRM)。基于永磁磁链相移原理,将交替极永磁阵列、不对称磁极和磁障相结合,实现永磁转矩和磁阻转矩的最大值在相同电流相位下叠加,不但提高了永磁转矩和磁阻转矩的利用率,增强了电机输出转矩能力,而且减少了永磁体用量。采用有限元法对比分析了传统和新型ACP-PMaSynRM的电磁性能,验证了所提电机拓扑的可行性。最后,制造了一台48槽14极样机并对其进行了实验验证。

关键词：永磁辅助同步磁阻电机交替极磁链相移最大转矩

基于sigmoid滤波器的永磁轮毂电机自抗扰控制

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农业工程学报 2024年第10期40卷 14-23页

作者：全力刘诗龙朱孝勇张超杜怿徐磊张丽江苏大学电气信息工程学院镇江212013

相比燃油拖拉机,电动拖拉机具有节能高效、绿色清洁的优点。分布式驱动电动拖拉机结构简单、控制维度多,能进一步提高电动拖拉机的工作效率和作业精度。但是电机检测转速噪声导致轮毂电机速度波动严重,复杂路面及多种作业工况下进一步... 详细信息

相比燃油拖拉机,电动拖拉机具有节能高效、绿色清洁的优点。分布式驱动电动拖拉机结构简单、控制维度多,能进一步提高电动拖拉机的工作效率和作业精度。但是电机检测转速噪声导致轮毂电机速度波动严重,复杂路面及多种作业工况下进一步加剧了上述问题,严重降低了拖拉机的作业质量。针对上述问题,该研究提出一种基于sigmoid滤波器的线性自抗扰控制(linear active disturbance rejection control,LADRC)以提高轮毂电机的转速稳定性和抗扰动能力。该控制策略在传统LADRC的基础上引入sigmoid滤波器至扩张状态观测器(extended state observer,ESO),根据输入噪声信号误差变化改变滤波器带宽,以抑制观测误差中的中高频干扰信号,同时避免滤波器积分环节对轮毂电机速度跟踪快速性的影响,具有较快的收敛性。搭建试验平台对所提出控制策略进行试验验证,结果表明:与传统LADRC策略相比,本文所提控制策略在变速和变载工况下的转速脉动分别减小了32%和41.67%,iq电流脉动分别减小了6.25%和4.17%,可在快速、准确跟踪给定转速的同时,大幅提高轮毂电机驱动系统的噪声抑制性能,为复杂环境下电动拖拉机高精度作业提供技术参考。

关键词：永磁电机噪声线性自抗扰控制扩张状态观测器 sigmoid滤波器

基于虚拟信号注入的新型五相磁场增强型永磁电机主动式MTPA策略

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中国科学：技术科学 2024年第6期54卷 1198-1210页

作者：张丽陈希朱孝勇韩赛江苏大学电气信息工程学院镇江212013

对于五相永磁电机最大转矩电流比(maximum torque per ampere,MTPA)控制系统,由于电机交叉耦合及饱和效应的存在,极大影响MTPA控制精度,无法满足其用于电动汽车领域的多工况运行需求.针对此问题,本文从电机驱动系统的角度,提出一种新的... 详细信息

对于五相永磁电机最大转矩电流比(maximum torque per ampere,MTPA)控制系统,由于电机交叉耦合及饱和效应的存在,极大影响MTPA控制精度,无法满足其用于电动汽车领域的多工况运行需求.针对此问题,本文从电机驱动系统的角度,提出一种新的主动式MTPA策略.在电机设计阶段,提前考虑基于虚拟信号注入的MTPA(MTPA based on virtual signal injection,VSI-MTPA)控制精度,提出一种反凸极效应增强的五相磁场增强型内置式永磁容错(flux-intensifying fault-tolerant interior permanent magnet,FIFT-IPM)电机,以抑制交叉耦合及饱和效应对MTPA点追踪精度的影响;同时从控制算法的角度,针对五相FIFT-IPM电机的反凸极特性,提出相应的高精度VSI-MTPA控制策略,进一步提升五相FIFT-IPM电机MTPA控制驱动系统的动稳态性能.最后,搭建电机驱动系统实验平台,验证所提策略的可行性和有效性.

关键词：五相永磁电机最大转矩电流比交叉耦合及饱和效应反凸极虚拟信号注入

基于IESPSO的舵机倾转矢量动力系统建模与参数辨识

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仪器仪表学报 2024年第1期45卷 278-287页

作者：沈跃王佳俊储金城刘铭晖刘慧江苏大学电气信息工程学院镇江212013

针对在旋翼动态时产生的外力矩影响下,倾转矢量动力系统中的舵机系统模型辨识精度低、实际响应难以估计的问题,本文将舵机外力矩作为扰动噪声纳入辨识环节,构建系统模型,并提出了一种基于改进生态系统粒子群优化(IESPSO)的倾转旋翼舵机... 详细信息

针对在旋翼动态时产生的外力矩影响下,倾转矢量动力系统中的舵机系统模型辨识精度低、实际响应难以估计的问题,本文将舵机外力矩作为扰动噪声纳入辨识环节,构建系统模型,并提出了一种基于改进生态系统粒子群优化(IESPSO)的倾转旋翼舵机系统参数辨识方法。为确保试验稳定安全进行,本文设计了倾转矢量动力系统辨识平台,进行参数辨识试验。试验结果表明,在旋翼动态时产生的外力矩噪声影响下,IESPSO相对于粒子群优化法、生态系统粒子群优化法与递推最小二乘法,均方根误差降低了1.46%,1.79%与56.37%,辨识精度有明显提升,并具备更快的寻优收敛速度。在修改搜索空间后,IESPSO仍具有较高的寻优精度,避免了在宽搜索空间下无法快速搜索至较优可行解的问题。

关键词：系统辨识生态系统粒子群舵机系统模型倾转矢量动力系统

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直线型倾转多旋翼植保无人机建模与控制

仪器仪表学报 2024年第1期45卷 250-258页

作者：沈跃储金城沈亚运施志翔刘慧江苏大学电气信息工程学院镇江212013

针对直线型倾转多旋翼植保无人机模型耦合复杂、作业时易受施药执行器干扰等问题,提出了一种模型补偿-线性自抗扰控制算法。首先建立无人机运动学和动力学模型,并分析作业时离心喷头产生的力矩作用影响;然后将作业模型中的固定部分作为... 详细信息

针对直线型倾转多旋翼植保无人机模型耦合复杂、作业时易受施药执行器干扰等问题,提出了一种模型补偿-线性自抗扰控制算法。首先建立无人机运动学和动力学模型,并分析作业时离心喷头产生的力矩作用影响;然后将作业模型中的固定部分作为已知扰动,引入模型补偿-扩张状态观测器估计内外未知总扰动并动态补偿控制系统,完成位姿控制器设计。仿真结果表明,所提出的算法在作业场景下偏航角度误差小于0.2°,恢复时间小于0.55 s,相比于PID算法和线性自抗扰算法最大角度偏差分别降低3.4°和0.9°,恢复时间减少3.1和0.99 s,具有较强的鲁棒性。飞行实验表明,该无人机可以很好地跟踪植保作业轨迹,最大位置稳态误差小于15 cm,满足植保作业需求。

关键词：植保无人机可倾转旋翼离心喷头模型自抗扰控制器

垄耕模式的无人四驱四转移动作业平台路径跟踪控制

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农业工程学报 2024年第1期40卷 37-47页

作者：王阳朱孝勇徐磊杨天宇江苏大学电气信息工程学院镇江212013

为了提高垄耕模式的无人四驱四转(four-wheel independent driving and four-wheel independent steering,4WID-4WIS)移动作业平台路径跟踪控制精度和稳定性,该研究提出一种基于非线性干扰观测器(nonlinear disturbance observer,NOB)的路径跟踪控制策略。考虑到转弯区域跟踪误差较大,引入原地转向数学模型,设计基于原地转向的航向角PI控制与纯追踪控制的切换控制策略,以实现转弯路径精准跟踪。在此基础上,根据横向偏差和路径弯曲度,设计基于前视距离函数的纯追踪算法及模糊比例补偿器,构建基于NOB的前馈补偿器,以减小上线距离和位置超调。最后对所设计的跟踪控制策略进行仿真和试验验证,结果表明:与传统纯追踪控制相比,所设计的路径跟踪控制策略在3种初始横向偏差下,上线距离、超调、全线平均绝对误差分别减小了32.2%~43.4%、0~42.4%和27.7%~49.5%,且曲线区域平均绝对误差减小33.7%~39.5%;在颠簸硬石板、草地、农田翻耕路况下的稳态区平均绝对误差分别减小了6.25%、33.3%和41.7%。该路径跟踪控制策略有效提高了系统鲁棒性和作业路径跟踪精度,可为垄耕模式的无人四驱四转农业机械导航系统开发提供创新思路和技术参考。

关键词：无人驾驶路径跟踪干扰观测器前馈补偿垄耕种植前视距离