基于扰动观测器的伺服控制律设计方法研究

本文介绍了扰动观测器原理,采用线性分式变换的方法将实际模型与标称模型的误差分离出来,通过小增益定理分析了闭环系统稳定性的影响因素,将其应用于直流伺服系统的控制器设计上,并在此约束下设计了控制器,对其进行了数学仿真,仿真结果表明该闭环系统与标称模型相似度很高,对外界负载扰动的抑制效果也很好,验证了该方法在电动伺服系统设计中有效可行。     

基于TMS320F2812生成移相PWM的2种办法

移相 PWM波是很多开关电源常用的驱动脉冲信号。双向全桥直流变换器(Bidirectional-Full-Bridge DCDC Converter,BDC)在双重移相控制方式下时需要 4组两两互补的移相 PWM波。文章基于 TMS320F2812型 DSP(Digital Signal Processor)分析了 2种生成移相 PWM的方法。为提高双向全桥直流变换器工作的安全性和可靠性,为移相 PWM波设置死区时间。对所提出的方法进行测试后结果良好,对于双向全桥直流变换器闭环控制系统的构建具有重要意义。     

带有执行器约束条件的模糊自适应反步控制

针对高超声速飞行器在飞行控制过程中存在外界干扰以及考虑执行器的动态特性等问题,结合飞行器纵向模型的特点,考虑舵的动态特性,分别设计了基于动态逆的速度控制器和基于指令滤波器采用Backstepping控制方法的高度控制器。模糊自适应系统用来在线辨识飞行器模型由于气动参数的变化而引起的不确定性。运用Lyapunov理论分析闭环系统的稳定性,证明了包含跟踪误差在内的所有信号满足半全局一致稳定。最后通过仿真对控制器的控制效果进行验证,得到了较为满意的控制效果。     

BuckBoost变换电路DCM动态建模分析

以BuckBoost电路为例,求解了变换器的平均模型及其线性化后的小信号模型。利用Simulink软件分别搭建状态平均方程等效电路、线性化小信号模型等效电路。通过动态模型仿真与开关器件电路仿真结果对比,验证了动态模型的正确性,讨论了断续电流模式(DCM)平均模型的适用范围与存在的缺陷。理论分析结果表明:大信号和小信号模型,在宏观时间尺度上,可以较好地模拟实际开关电路的动态特性。小信号模型只能用来求解扰动较小的情况,即当扰动过大时,小信号模型求解的误差将会很大。     

超机动飞行的非线性反推自适应控制

为解决对象参数未知时的超机动飞行控制问题,设计了一种非线性反推自适应控制器。针对超机动飞行的非线性模型,适当选取Lyapunov函数和中间虚拟控制信号,同时通过自适应控制律的设计来调节未知参数并得到了最终的控制信号。仿真结果表明,即使模型参数未知,所设计的控制律也能在过失速机动条件下控制飞机跟踪指令飞行,同时保证了闭环系统的稳定性。     

星间光通信终端粗瞄系统鲁棒非脆弱H∞控制

 光通信终端粗瞄控制系统设计对通信链路的建立有重要影响。本文对潜望式粗瞄伺服机构在外层空间受到的力矩扰动进行了分析,由于其变化规律复杂,将其作为低频有界扰动附加于无刷直流 (BLDC)电机上,推导了有界无结构摄动情况下的终端控制对象模型;引入非脆弱状态反馈设计,确保在控制器参数漂移时闭环系统仍具有二次稳定性;利用线性矩阵不等式(LMI)方法,获得了二次稳定条件下的干扰抑制和防止执行器饱和的非脆弱控制器条件;最后对光通信终端的无刷直流电机模型进行分析,利用MATLAB完成粗瞄控制器的解算。仿真表明闭环系统在摄动下具有二次稳定性,对干扰有抑制力,其反馈控制量能满足预防饱和的设计要求。     

永磁同步电机驱动系统的反步与无源协调控制

针对永磁同步电机(PMSM)驱动系统中,只利用信号控制器或能量控制器难以兼顾良好的动态特性与较低的能量损耗,提出了基于信号与能量的协调控制策略。首先,利用反步法设计信号控制器,以加快系统的动态响应。然后,从能量的角度出发,利用无源控制中的Euler-Lagrange(EL)模型设计能量控制器,以降低系统稳态运行时的能量损耗。进一步设计协调函数,将信号控制器与能量控制器进行协调,从而构成协调控制器。另外,当负载转矩未知时,设计了负载转矩观测器用来估计负载转矩。在MATLAB/Simulink平台上对所设计的协调控制系统进行了仿真,仿真结果表明,所提出的协调控制策略能够充分结合信号控制器和能量控制器的优点,获得良好的动态和稳态性能,减小PMSM损耗。     

民用飞机鲁棒飞行控制器的设计

针对民用飞机同时存在模型参数变化和外界干扰这两种不确定性,采用基于混合灵敏度的鲁棒控制方法进行控制器的设计。仿真表明,闭环系统不仅对模型的参数变化具有鲁棒稳定性,而且对外界干扰具有很强的抑制能力。系统的动态性能得到了很大的改善。     

基于跟踪微分器的高超声速飞行器Backstepping控制

针对存在模型参数不确定和外部干扰的高超声速飞行器（HFV）跟踪控制问题,提出一种基于Backstepping方法的抗饱和非线性控制器。将飞行器纵向动力学模型分为速度子系统和航迹倾角子系统,然后针对每个子系统单独设计控制器。设计跟踪微分器获得信号的一阶导数,用以估计系统中的不确定干扰项和避免"微分项膨胀"问题。控制器设计过程考虑了控制量发生饱和的情况。基于Lyapunov理论证明了闭环系统信号的稳定性。与传统高超声速飞行器Backstepping方法相比,所设计的控制器采用待跟踪状态与理想控制指令之间的实际误差作为反馈量,放宽了对系统干扰项的限制,提高了控制器对控制增益变化的适应性,进而提高了闭环系统的跟踪控制性能。对比仿真结果验证了所设计方法的有效性。     

多VIENNA级联型整流电路的协调控制

针对级联式高压整流电路的控制问题,采用多个VIENNA整流器级联构成高压直流系统,设计了主电路拓扑与双闭环控制器,并提出一种多VIENNA整流器电压平衡的协调控制策略。通过仿真试验,验证了双闭环级联型VIENNA高压整流电路的稳定性及其协调控制的正确性。     

基于CNN 与BiLSTM 的退化设备剩余使用寿命预测

针对DC-DC 变换器难以建立物理退化模型的问题,提出了一种基于卷积神经网络和双向长短期记忆 神经网络的剩余寿命预测算法。首先,通过对DC-DC 变换器中关键器件进行失效模式分析,得到DC-DC 变换 器的失效特征参数;然后,采用卷积神经网络对多传感器信号进行融合和特征提取,获得百分比指数退化指标; 其次,将获得的健康指标输入到融合注意力机制的双向记忆神经网络中,利用注意力机制对输出结果进行加权 融合,利用不同的权重值优化预测模型,最后,利用蒙特卡洛丢弃法获得剩余寿命的区间估计,并通过仿真数 据验证了所提出方法的有效性。     

基于名义模型的飞行模拟转台反演滑模控制

针对飞行模拟转台这一实际的不确定伺服系统,提出一种新型控制策略,该控制策略是建立在名义模型基础上的一种新型全鲁棒滑模控制器.控制系统由两种控制器构成,一种是针对实际对象的全鲁棒滑模控制器,另一种是针对名义模型的积分反演滑模控制器.采用名义模型与实际对象之间的建模误差设计全鲁棒滑模控制器,采用积分反演滑模控制器来保证控制精度,全鲁棒性能由全局滑模控制器来保证.采用Lyapunov方法实现了两种控制器的稳定性分析.以飞行模拟转台伺服系统为被控对象,针对正弦和阶跃响应的仿真结果表明,采用所提出的控制方法,可实现全局鲁棒性并保证较高的位置跟踪精度.     

Control design and closed-loop analysis of a switched-capacitorDC-to-DC converter

The theoretical and practical details involved in the control design and closed-loop analysis of a step-down switched-capacitor (SC) DC-to-DC converter are presented. The state-space averaging technique is applied to extract the small-signal dynamics of the power stage, and a graphical loop gain method is used to design the feedback compensation and analyze the closed-loop performance of an SC converter. The results of the control design and closed-loop analysis are substantiated by experiments using a prototype SC converter     

PWM full-bridge converter with natural input power factor correction

A pulsewidth modulated (PWM) full-bridge converter that simultaneously performs input power factor correction (PFC) and DC-DC conversion is proposed. The converter is the same as the standard voltage-fed PWM full-bridge converter with a diode-bridge low-pass filter front end, but with a slight modification that results in an improvement in power factor that is sufficient to satisfy the EN61000-3-2 requirements for electrical equipment. The operation of the converter is explained and analyzed, and the results of the analysis are used to determine the converter's steady-state characteristics, which are discussed in detail. A design procedure for the selection of components is then derived and demonstrated with an example. The feasibility of the converter and its ability to satisfy EN61000-3-2 requirements on electrical equipment is shown with results obtained from an experimental prototype.     

多重化双向Buck/Boost变换器控制策略仿真研究

多重化双向Buck/Boost变换器常作为能量交换接口用于储能系统中。采用基本建模法对三重化双向Buck/Boost变换器建立交流小信号模型,基于变换器的开环特性,设计了电压、电流补偿网络,在此基础上提出一种新的基于前馈校正的复合双闭环控制策略。为验证所提控制策略的正确性进行了MATLAB仿真研究。仿真结果表明:该控制策略可为三重化双向Buck/Boost变换器提供良好的动、稳态性能,同时对大范围的负载变化等扰动均具有很好的鲁棒性。     

涡喷发动机转速摆动问题分析

针对涡喷发动机转速摆动问题,在已知燃油调节器中的转速闭环控制器为比例积分控制规律的基础上,根据非线性微分方程,采用小偏差线性化方法,推导了比例系数的动态数学模型,得到了决定比例系数的关键因素。建立了燃油调节器与发动机模型的联合仿真Simulink模型,仿真分析了比例系数对转速稳定性的影响。结果表明:原设计参数在大状态时转速稳定性较差,通过减小杠杆比可提高系统稳定裕度,减小转速摆动量。根据仿真结果加工了杠杆比减小的杠杆,半物理试验表明改进后,原来有规律的正弦摆动现象消失,转速N1最大摆动量由原来±0.38%减小到±0.24%,满足不超过±0.3%的指标要求。     

航空发动机增益调度控制的多项式平方和规划方法

针对现有的线性变参数(linear parameter varying,LPV)控制器设计方法都是关于仿射参数依赖系统而没有专门针对多项式描述的LPV系统这一现状,提出了一种基于多项式平方和(sum of squares,SOS)规划的增益调度控制设计方法,并将其用于转速大范围变化时的航空发动机高压转子转速及压比控制.根据发动机非线性模型获取不同转速下的状态空间模型,并利用多项式拟合的方法建立发动机线性变参数模型.给出能够保证无静差的增益调度控制结构,利用有界实定理和多项式平方和理论推导出能够保证闭环系统鲁棒稳定的SOS约束条件,并形成控制器求解的SOS规划问题,通过求解获得多项式描述的增益调度控制器.分别以LPV模型和发动机非线性模型为对象做阶跃仿真,结果表明:高压转子转速/发动机压比控制系统的调节时间在2s以内,稳态误差不超过0.1%.      

基于混合区域极点配置的航空发动机全包线鲁棒变参数控制器设计

针对航空发动机全包线多变量鲁棒变增益控制器设计问题,提出了一种基于混合区域极点配置的鲁棒变参数控制方法。利用Jacobian方法建立多调度参数下的发动机仿射线性变参数(Linear parameter varying,LPV)模型,用于描述发动机全包线内的非线性动态特性;针对上述LPV模型,采用仿射参数依赖Lyapunov函数设计具有H∞鲁棒性能的状态反馈控制器,给出了控制系统全局稳定性的证明;并利用混合区域极点配置方法,将闭环系统极点配置到左半平面指定位置,以保证控制系统的动态特性及稳定裕度;进而引入凸多胞技术,将参数依赖线性矩阵不等式(Linear matrix inequality,LMI)方程转化为有限维LMI进行控制器求解,并得到了全局解。针对涡扇发动机的仿真结果表明:存在复杂量测噪声干扰条件下,鲁棒变参数控制器可以实现发动机全包线内控制指令的精确跟踪,系统阶跃响应的调节时间不超过1.5s,系统无超调,对控制期望的稳态跟踪误差在0.02%以内,符合发动机控制系统技术要求。     

大功率直升机舰面保障直流电源的设计

本文以直升机舰面保障直流电源为研究对象,分析了移相全桥零电压PWM变换器工作原理,并建立了系统的数学模型。根据对模型的仿真,设计了变换器的控制参数并进行了试验,试验结果证明该设计方案是可行的。