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基于谐振改进型单自由度自抗扰控制器的PMSM转速波动抑制策略

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中国电机工程学报 2024年第15期44卷 6209-6218,I0031页

作者：田明赫王勃于泳徐殿国哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院黑龙江省哈尔滨市150001

高性能系统期望电机输出平滑且稳定的转速。然而,永磁同步电机驱动系统的转速环遭受多源扰动影响,导致电机输出转速呈现非周期和周期波动。为了抑制转速环中多源扰动,该文提出一种谐振改进型单自由度自抗扰控制器(active disturbance re... 详细信息

高性能系统期望电机输出平滑且稳定的转速。然而,永磁同步电机驱动系统的转速环遭受多源扰动影响,导致电机输出转速呈现非周期和周期波动。为了抑制转速环中多源扰动,该文提出一种谐振改进型单自由度自抗扰控制器(active disturbance rejection controller,ADRC)。单自由度ADRC保留了传统ADRC对非周期扰动的抑制能力。在此基础上,该文采用准谐振控制器拓展单自由度ADRC观测器在特定频率处的带宽,以进一步提高单自由度ADRC对周期扰动的抑制能力。因此,所提方法可以同时抑制转速的非周期和周期波动进而提高转速的控制性能。此外,该文利用Nyquist稳定判据分析所提方法的稳定性。最后,通过实验验证所提方法的有效性。

关键词：永磁同步电机转速控制单自由度自抗扰控制器多源扰动抑制准谐振控制器

基于元件复用的单相无桥倍压式功率因数校正变换器

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电工技术学报 2024年

作者：丁明远李浩昱赵雷贲洪奇王志亮哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院北京机电工程研究所

该文提出一类元件复用型单相无桥倍压式功率因数校正（PFC）电路拓扑，在Sepic、 Cuk、Zeta型双变换单元无桥PFC拓扑的基础上，通过重构电流路径以实现双变换单元的合并，元件利用率得以提高，同时交流侧的高功率因数特性以及相同输出... 详细信息

该文提出一类元件复用型单相无桥倍压式功率因数校正（PFC）电路拓扑，在Sepic、 Cuk、Zeta型双变换单元无桥PFC拓扑的基础上，通过重构电流路径以实现双变换单元的合并，元件利用率得以提高，同时交流侧的高功率因数特性以及相同输出电压下开关管的低电压应力优势被完全保留。详尽分析中间储能单元的换流过程以及电路结构的推衍过程，并进行拓扑的性能比较。考虑到电路工作原理分析过程的类似性，以Sepic型单相无桥倍压式PFC变换器为例，对其进行开关周期的模态分析，推导变换器的输入电流特性、稳态电压增益以及器件应力，并对相关电路参数进行设计。最后，搭建实验样机，实验结果验证了该拓扑推衍方案的可行性以及理论分析与参数设计的正确性。

关键词：无桥PFC变换器拓扑推衍元件复用倍压式结构

基于敏感度分层优化的Halbach永磁电机电磁振动分析

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哈尔滨工业大学学报 2024年第7期56卷 142-153页

作者：高建宁高锋阳姚普宋志翔杨凯文高翾宇徐昊兰州交通大学自动化与电气工程学院兰州730070 西北工业大学自动化学院西安710072

为解决内置式永磁同步电机径向电磁力引起的电磁振动问题,提出一种分段永磁体采用Halbach充磁方式同时转子开设辅助槽的电机拓扑结构。首先,对电机气隙磁密、径向电磁力、电磁振动原理进行推导与分析,并建立有限元模型。其次,提出基于... 详细信息

为解决内置式永磁同步电机径向电磁力引起的电磁振动问题,提出一种分段永磁体采用Halbach充磁方式同时转子开设辅助槽的电机拓扑结构。首先,对电机气隙磁密、径向电磁力、电磁振动原理进行推导与分析,并建立有限元模型。其次,提出基于电磁场和机械场耦合的电磁振动分析方案,对电机径向电磁力进行时间空间阶次傅里叶分解,在机械场中,分析电机定子在不同频率下的振动加速度幅值大小,并计算出定子各阶模态。在此基础上,基于响应面法和多目标遗传算法构建电机参数敏感度分层优化方案,并求得样本点帕累托前沿从而确定电机最优参数,将优化后的电机与普通V型内置式电机进行比较。最后,在机械场中仿真得到转子所受等效应力和总变形,验证得所提电机结构符合机械设计要求。分析结果表明:所提出结构电机在不损失电磁转矩的基础上,径向电磁力幅值大幅度降低,抑制了齿槽转矩,改善了气隙磁密和反电势的正弦度,在提高电机电磁性能的同时抑制了电磁振动的发生。

关键词：内置式永磁同步电机 Halbach永磁体径向电磁力定子模态参数敏感度响应面法

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输入死区和全状态约束下不确定非线性系统的快速稳定事件触发控制

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控制与决策 2024年第2期39卷 490-498页

作者：王建晖杜泳萍邹涛刘治岳夏广州大学机械与电气工程学院广州510006 广东工业大学自动化学院广州510006

在实际工业系统中普遍存在输入死区、全状态约束等不可忽视的问题,其对系统的性能造成较大的影响,甚至可能会导致系统不稳定.为了克服上述问题,针对一类不确定非线性系统,提出一种快速收敛的自适应神经网络事件触发控制方法.首先,将障碍... 详细信息

在实际工业系统中普遍存在输入死区、全状态约束等不可忽视的问题,其对系统的性能造成较大的影响,甚至可能会导致系统不稳定.为了克服上述问题,针对一类不确定非线性系统,提出一种快速收敛的自适应神经网络事件触发控制方法.首先,将障碍Lyapunov函数引入到反步控制框架中,采用径向基函数神经网络逼近未知非线性函数,同时设计自适应事件触发机制对输入死区进行动态补偿,通过减少控制信号的更新频率来减轻系统的通信负担,并保证系统所有状态不违反预定义的约束区间.在此基础上,引入快速有限时间稳定理论,在有限时间内能够保证闭环系统所有信号的有界性以及跟踪误差快速收敛到有界的紧集内.最后,通过两个仿真算例验证所提出控制方法的有效性.

关键词：快速有限时间稳定输入死区全状态约束事件触发机制障碍Lyapunov函数非线性系统

在线数据记录和扰动观测器相结合的柔性机械臂复合学习控制

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控制理论与应用 2024年第8期41卷 1417-1426页

作者：钱伟徐海钦王霞许斌河南理工大学电气工程与自动化学院河南焦作454000 西北工业大学自动化学院陕西西安710072

本文针对多输入多输出的柔性机械臂动力学模型,提出了一种基于神经网络估计和扰动观测器的复合学习控制策略.首先,通过奇异摄动分析将系统解耦为快慢子系统.然后,针对慢变刚性子系统的动力学模型,基于在线数据记录模型构造新型预测误差... 详细信息

本文针对多输入多输出的柔性机械臂动力学模型,提出了一种基于神经网络估计和扰动观测器的复合学习控制策略.首先,通过奇异摄动分析将系统解耦为快慢子系统.然后,针对慢变刚性子系统的动力学模型,基于在线数据记录模型构造新型预测误差,结合跟踪误差设计自适应控制律;针对快变柔性子系统采用滑模控制抑制弹性振动.在此基础上,构建了扰动观测器实时估计复合扰动信号,并纳入在线数据记录模型作为前馈补偿.最后,基于Lyapunov稳定性分析可证系统误差信号一致终值有界,仿真算例验证了所提策略的有效性和优越性.

关键词：柔性机械臂在线数据记录扰动观测器复合学习控制

基于FPGA的电力电子恒导纳开关模型修正算法及实时仿真架构

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电力系统自动化 2024年第1期48卷 150-159页

作者：王钦盛王灿潘学伟梁亮哈尔滨工业大学(深圳)机电工程与自动化学院广东省深圳市518055

电力电子实时仿真是目前电力电子系统研究过程中的重要工具。为设计一套经济、可靠的电力电子实时仿真系统,文中搭建了一个以现场可编程门阵列(FPGA)为计算核心的硬件平台,并提出了配套的电磁仿真算法和FPGA架构设计。首先,推导了一种... 详细信息

电力电子实时仿真是目前电力电子系统研究过程中的重要工具。为设计一套经济、可靠的电力电子实时仿真系统,文中搭建了一个以现场可编程门阵列(FPGA)为计算核心的硬件平台,并提出了配套的电磁仿真算法和FPGA架构设计。首先,推导了一种简洁电磁暂态程序(EMTP)算法,用于提高传统离线算法的并行度。其次,从数值算法的角度分析恒导纳开关模型的虚拟功率损耗问题,提出了一种初始误差修正算法,消除了功率损耗。再次,串联以上算法,设计了一种基于状态机框架的数字信号处理(DSP)硬核资源复用FPGA架构,以硬件资源复用的方式实现了资源的高效利用,在不损失速度的同时提高了FPGA的利用效率。最后,通过多个实时仿真算例验证了所提方法的有效性和正确性。

关键词：电磁暂态仿真实时仿真电力电子开关虚拟功率损耗现场可编程门阵列资源复用

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非线性变参数无人船艏向H_∞鲁棒控制

控制与决策 2024年第5期39卷 1507-1516页

作者：黄宴委黄鹏福州大学电气工程与自动化学院福州350116

针对水流冲击引起无人船(unmanned surface vehicle,USV)转艏呈现非线性特点,建立基于转艏运动的非线性变参数(nonlinear parameter-varying,NPV) USV模型,并提出一种NPV H_∞艏向控制方法,以提高艏向调节的快速性和鲁棒性.首先,考虑低... 详细信息

针对水流冲击引起无人船(unmanned surface vehicle,USV)转艏呈现非线性特点,建立基于转艏运动的非线性变参数(nonlinear parameter-varying,NPV) USV模型,并提出一种NPV H_∞艏向控制方法,以提高艏向调节的快速性和鲁棒性.首先,考虑低展弦比机翼理论能较好地描述船体受水流冲击的特点,建立基于水动力阻尼的非线性Fossen模型.通过忽略横荡速度和横流阻力将动力学模型简化为操纵动力学模型,并引入艏向角,建立NPV艏向模型.其次,构造与艏向控制系统状态和纵荡速度变参相关的Lyapunov函数,推导出满足艏向闭环控制系统H_∞鲁棒稳定的非线性控制器求解条件,该条件是一个非线性矩阵不等式(nonlinear matrix inequality,NLMI).由于NLMI难以求解,根据平方和(sums of squares,SOS)理论,用多项式矩阵代替NLMI中的非线性矩阵,并将NLMI转化为可使用SOS工具求解的多项式线性矩阵不等式.仿真结果表明,NPV H_∞控制器在艏向调节时具有较快的系统响应和更高的准确性.

关键词：无人船艏向控制水动力阻尼非线性变参数 H_∞鲁棒控制平方和

经二极管整流并网的构网型风机大扰动建模与稳定性分析

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电力系统自动化 2024年

作者：俞露杰付子玉朱介北李霞林王志远李瑞天津大学电气自动化与信息工程学院天津大学佐治亚理工深圳学院哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院

二极管整流单元型高压直流(DRU-HVDC)送出系统由于其经济性优势，在新能源基地直流送出领域具有良好的应用前景。然而，在当前构网型换流器的大扰动稳定性研究中，大多由同步机支撑故障点的频率和相位，且查表式设定故障电流参考值，缺... 详细信息

二极管整流单元型高压直流(DRU-HVDC)送出系统由于其经济性优势，在新能源基地直流送出领域具有良好的应用前景。然而，在当前构网型换流器的大扰动稳定性研究中，大多由同步机支撑故障点的频率和相位，且查表式设定故障电流参考值，缺乏对构网型风机接入DRU-HVDC系统这类故障点频率由换流器控制主导且动态调整故障电流参考值系统的研究。为解决上述问题，首先，建立计及电流限幅和频率控制的高阶非线性微分方程模型；然后，推导故障后系统平衡点的解析表达式，并论证采用q轴优先的电流限幅策略和频率控制在保障大扰动后平衡点存在性方面的优势；最后，基于Takagi-Sugeno法构建Lyapunov函数并得到系统的估计吸引域，分析换流器关键控制参数对暂态稳定性的影响，并与PSCAD/EMTDC中仿真算例对比，验证暂态稳定性分析的准确性。

关键词：构网型风机暂态稳定性估计吸引域电流限幅二极管整流单元型高压直流

DoS攻击下的幂次趋近律滑模控制系统稳定性分析

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控制与决策 2024年第6期39卷 1986-1994页

作者：都海波李申申陈维乐朱文武合肥工业大学电气与自动化工程学院合肥230009 东南大学自动化学院南京210018

研究拒绝服务(denial-of-service,DoS)攻击下的n阶受扰系统基于幂次趋近律的滑模控制.首先,通过构造状态预测器重建攻击活跃期间丢失的系统状态,基于预测器状态和非光滑函数,设计能量受限型DoS攻击情况下的幂次趋近律滑模控制器,进一步... 详细信息

研究拒绝服务(denial-of-service,DoS)攻击下的n阶受扰系统基于幂次趋近律的滑模控制.首先,通过构造状态预测器重建攻击活跃期间丢失的系统状态,基于预测器状态和非光滑函数,设计能量受限型DoS攻击情况下的幂次趋近律滑模控制器,进一步分析保持系统稳定性的充分条件;其次,当系统存在外部干扰情况下,证明幂次趋近律滑模控制方法仍能保持非光滑控制器的强抗干扰能力;最后,通过数值仿真对所提出的理论证明结果进行验证.

关键词：拒绝服务攻击滑模控制状态预测器幂次趋近律