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无人机集群分布式跟踪抗扰控制设计与实验验证

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吉林大学学报（工学版） 2024年第7期54卷 2093-2103页

作者：鲜斌王印鑫王岭天津大学电气自动化与信息工程学院天津300072 天津航海仪器研究所天津300451

研究了存在外界未知扰动下分布式无人机集群轨迹跟踪问题,设计了一种新的无人机集群非线性鲁棒轨迹跟踪策略。首先,基于切向坐标系构造了无人机编队模型,并设计了协同控制律;其次,针对轨迹跟踪问题设计了一种基于误差符号函数积分(RISE... 详细信息

研究了存在外界未知扰动下分布式无人机集群轨迹跟踪问题,设计了一种新的无人机集群非线性鲁棒轨迹跟踪策略。首先,基于切向坐标系构造了无人机编队模型,并设计了协同控制律;其次,针对轨迹跟踪问题设计了一种基于误差符号函数积分(RISE)的鲁棒控制算法,用于补偿未知外界扰动的影响,提高了无人机编队系统的鲁棒性;然后,基于Lyapunov分析的方法,证明了无人机编队系统协同误差全局渐近收敛,以及位置跟踪误差半全局渐近收敛;最后,在四旋翼无人机编队实验平台上进行了无风扰和有风扰条件下无人机集群轨迹跟踪实验,并与常规滑模控制算法进行了性能对比实验。实验结果表明,所设计的控制律可以实现多无人机的协同轨迹跟踪,且具有较强的抗外界干扰能力。

关键词：控制科学与工程无人机集群分布式跟踪控制协同控制抗扰控制实验验证

基于ERTEC200P-2芯片的PROFINET IO设备开发

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电气传动 2024年第2期54卷 21-25,40页

作者：贾鹏飞贺永鹏杨建新张青伍闻达天津电气科学研究院有限公司天津300180 电气传动国家工程中心天津300180

工业通信技术是实现工业设备组网控制的有效方式,随着近些年以太网技术的发展,一种基于以太网的上层应用技术PROFINET快速发展起来,但是由于下层设备不具备高速的网络接口,需要将高速的通信协议中控制字和状态字转换为能被下层设备轻松... 详细信息

工业通信技术是实现工业设备组网控制的有效方式,随着近些年以太网技术的发展,一种基于以太网的上层应用技术PROFINET快速发展起来,但是由于下层设备不具备高速的网络接口,需要将高速的通信协议中控制字和状态字转换为能被下层设备轻松解析的协议,进而将设备接入高速以太网。方案采用了ERTEC200P-2通信协议芯片进行外部以太网高速的数据交互,下层通过UART串行接口接入到变频器,该方案通过了试验验证,并且进行了现场验证,取得了良好的效果。

关键词： PROFINET技术 ERTEC200P-2芯片工业通信

基于C2000新型DSP的电气传动系统设计

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电气传动 2024年第3期54卷 3-9页

作者：陆桂军贾鹏飞王玉博刘静于守泉天津电气科学研究院有限公司天津300180 电气传动国家工程研究中心天津300180

永磁同步电机高效率、高功率密度、良好的转矩性能和易于控制等优点在工业自动化、汽车、航空航天、家用电器等领域发挥着重要作用。然而,在电气传动领域不仅需要精确地控制其运行状态,还需具备复杂的工业通信和人机接口。传统电气传动... 详细信息

永磁同步电机高效率、高功率密度、良好的转矩性能和易于控制等优点在工业自动化、汽车、航空航天、家用电器等领域发挥着重要作用。然而,在电气传动领域不仅需要精确地控制其运行状态,还需具备复杂的工业通信和人机接口。传统电气传动大多采用比例积分环节进行速度控制,会存在积分器饱和问题,扰动消失后,积分响应变慢;复杂的工业通信和人机接口需要占用大量的芯片资源和芯片IO,导致控制成本居高不下。通过对传统的比例积分器进行改进,引入输出前馈控制,解决由于积分器饱和带来的响应延迟,并通过改进外部通信协议和外部人机交互接口硬件电路,解决了传统传动系统设计只能通过增加芯片数量来解决资源和IO占用问题。改进后的系统可以在单芯片280039C DSP上完成全部功能,由于不存在芯片间通信,通信速率和响应速度都大幅提升,现场使用情况良好。

关键词： C2000新型DSP 矢量控制环路控制

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一种灵活可靠的IGBT驱动电路设计

电气传动 2024年第1期54卷 48-52页

作者：韩松于志强王明玥于洪泽贾鹏飞天津电气科学研究院有限公司天津300180 电气传动国家工程研究中心天津300180

在当今减碳排放背景下,全控型功率器件IGBT以优异的性能广泛用于各种变流器中,有效可靠的驱动电路对IGBT的安全工作至关重要,特别是大功率应用场合。针对大功率IGBT应用中对驱动电路灵活可靠的要求,设计了一种基于智能集成光耦驱动器ACP... 详细信息

在当今减碳排放背景下,全控型功率器件IGBT以优异的性能广泛用于各种变流器中,有效可靠的驱动电路对IGBT的安全工作至关重要,特别是大功率应用场合。针对大功率IGBT应用中对驱动电路灵活可靠的要求,设计了一种基于智能集成光耦驱动器ACPL-332J的IGBT驱动保护电路,分析了ACPL-332J的各项参数,并以ACPL-332J为核心设计了驱动电路。以英飞凌FF600R12ME4为应用IGBT,通过双脉冲试验、短路试验验证了设计电路驱动及保护的有效性。

关键词：智能集成光耦驱动器ACPL-332J 光耦驱动器驱动保护电路灵活可靠

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大功率低压逆变器功率部分热仿真分析

电气传动 2024年第3期54卷 91-96页

作者：王玉博安洋邱书明高卓轩孙福润天津电气科学研究院有限公司天津300180 天津天传电气传动有限公司天津300301

逆变器产品一直向更高功率密度、结构更紧凑的方向发展。为提升有限结构空间内逆变器系统的功率密度,在研发过程中需要经常制作若干样机并开展大量实验。为缩短开发周期,降低样机制作数量和实验次数,提出一种针对逆变器功率部分的热仿... 详细信息

逆变器产品一直向更高功率密度、结构更紧凑的方向发展。为提升有限结构空间内逆变器系统的功率密度,在研发过程中需要经常制作若干样机并开展大量实验。为缩短开发周期,降低样机制作数量和实验次数,提出一种针对逆变器功率部分的热仿真方法。通过该方法,可在研发设计阶段将各个方案的系统稳态温升情况以及核心器件的温升情况通过仿真呈现出来,无需制作样机和开展实验也能对比出各个方案的优劣。最后,实验结果证实热仿真分析方法对热系统散热能力的预估相对准确。通过该方法,可以有效提高工程师在功率单元设计阶段对系统热特性的把控能力,快速对比不同系统散热方案的优劣,减少样机数量和实验次数,提高一次设计合格率,降低研发成本。

关键词：大功率功率部分热仿真

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基于CNN-LSTM的锂离子SOC估计

电气传动 2024年第2期54卷 26-31页

作者：刘娟雷辉吕金王洋徐德树天津电气科学研究院有限公司天津300180 电气传动国家工程研究中心天津300180 陕西龙门钢铁有限责任公司陕西韩城715400 天津天传电气传动有限公司天津300301

电池荷电状态(SOC)是锂离子电池管理技术中最重要的参数之一,高精度的SOC估计有利于储能电站的并网和控制。电池充放电数据不仅具有时序性,特征变量之间也存在一定空间关系,为提高估算方法的准确性和通用性,提出一种基于CNN-LSTM联合网... 详细信息

电池荷电状态(SOC)是锂离子电池管理技术中最重要的参数之一,高精度的SOC估计有利于储能电站的并网和控制。电池充放电数据不仅具有时序性,特征变量之间也存在一定空间关系,为提高估算方法的准确性和通用性,提出一种基于CNN-LSTM联合网络结构的锂离子电池SOC估计方法,先通过CNN特征提取获取了锂离子电池不同维度数据间的特征关系,然后经过LSTM网络结构提取其中的时间序列关系,联合网络充分获取了电池数据集的空间时间特性。实验结果表明,基于CNN-LSTM联合网络模型预测电池SOC平均误差控制在0.65%,较单独的CNN网络预测平均误差降低4.4%左右,较单独的LSTM网络预测的平均误差降低0.2%左右,具有较好的应用前景。

关键词：锂离子电池电池荷电状态卷积神经网络长短期记忆网络

基于模糊反馈线性化和自适应扩张状态观测器的USM六自由度镇定控制

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仪器仪表学报 2024年第5期45卷 311-318页

作者：孙非崔特曹宇赫任超天津大学内燃机研究所天津300072 天津大学电气自动化与信息工程学院天津300072

水下游动机械臂(USM)作为一种新型的水下机器人,其镇定控制对于水下观测和作业任务的顺利完成具有重要意义。针对USM六自由度镇定控制时,其模型难以准确建立、水流等外部扰动难以观测和6个维度的控制器参数整定困难等问题,提出了一种基... 详细信息

水下游动机械臂(USM)作为一种新型的水下机器人,其镇定控制对于水下观测和作业任务的顺利完成具有重要意义。针对USM六自由度镇定控制时,其模型难以准确建立、水流等外部扰动难以观测和6个维度的控制器参数整定困难等问题,提出了一种基于模糊反馈线性化和自适应扩张状态观测器的控制方法。首先建立了USM的动力学模型;其次,考虑到USM强非线性和强耦合性的特点,对动力学模型反馈线性化后设计了PD控制器,并引入了模糊控制逻辑调整控制器的参数;同时为减少建模误差和实际水下环境存在各种不确定干扰对控制效果的影响,设计了一种自适应扩张状态观测器来实时补偿模型的不准确性和外扰。最终,在湖中实验测得,所提方案6维均方根误差(RMSE)为0.425 2、0.166 8、0.168 5、0.267 4、0.117 4、1.003 3,较之传统方案有明显的提升,证明了所提方案的有效性。

关键词：水下游动机械臂(USM) 反馈线性化模糊控制自抗扰自适应扩张状态观测器

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低压电器故障诊断及检测方法探究

产品可靠性报告 2024年第6期 85-87页

作者：肖笛沈阳电气传动研究所(有限公司)

本文全面探讨了低压电器的故障诊断及检测方法,涵盖了从基础电源部分设计到先进故障检测技术的多个方面。本文详细分析了电器故障诊断系统的重要组成部分,包括电源部分、接线方式、元器件选择及低压电器故障的各种检测方法。特别强调利... 详细信息

本文全面探讨了低压电器的故障诊断及检测方法,涵盖了从基础电源部分设计到先进故障检测技术的多个方面。本文详细分析了电器故障诊断系统的重要组成部分,包括电源部分、接线方式、元器件选择及低压电器故障的各种检测方法。特别强调利用最新的科技,如人工智能和物联网技术,以提高故障检测的准确性和效率。探讨了高级故障检测技术在预测和诊断故障方面的应用,强调这些技术在提升电器设备安全性和可靠性方面的重要性。本文旨在为低压电器的故障诊断与检测提供一个全面的视角,为相关工程师和研究人员提供参考和指导。

关键词：低压电器故障诊断检测方法

基于权重自适应更新径向基函数神经网络的水下游动机械臂镇定控制

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电子测量与仪器学报 2024年第4期38卷 1-8页

作者：孙非曹宇赫崔特任超天津大学内燃机研究所天津300072 天津大学电气自动化与信息工程学院天津300072

水下游动机械臂(underwater swimming manipulator,USM)是一种由水下蛇形机器人和矢量推进器组成的新型水下机器人。USM系统具有高度非线性、强耦合以及不确定性等特点,其动力学模型难以精确建立。因此,实现USM的高精度镇定控制存在挑... 详细信息

水下游动机械臂(underwater swimming manipulator,USM)是一种由水下蛇形机器人和矢量推进器组成的新型水下机器人。USM系统具有高度非线性、强耦合以及不确定性等特点,其动力学模型难以精确建立。因此,实现USM的高精度镇定控制存在挑战。针对这一问题,本文基于反馈线性化和自适应径向基函数神经网络(radial basis function neural network,RBFNN),设计了一种动力学控制方案以实现USM的镇定控制。首先,介绍了USM平台结构,基于Lagrange方程给出了USM的动力学模型,并推导了USM的矢量推力系统模型。然后,设计了基于反馈线性化和RBFNN的动力学控制器,并通过反步法自适应更新RBFNN的权重。其中,权重自适应更新RBFNN用于实时估计系统未建模部分、参数误差以及外部扰动,从而对动力学控制器进行补偿。此外,为了将动力学控制器提供的广义力和力矩转换成各个执行器的控制输入,给出了推力分配策略。最后,进行了湖泊实验,分别对USM的I构型和C构型镇定控制,文章所提出的控制方案在两种构型下的稳态误差均小于0.08 m和10°,验证了所提出的USM六自由度镇定控制器的有效性。

关键词：水下游动机械臂动力学建模反馈线性化径向基函数神经网络