关键词： 新能源制氢   虚拟同步机   自适应控制   能量管理策略  

摘要： “双碳”目标背景下，新能源制氢技术成为国内外研究热点。然而，新能源制氢系统通过变流器接入电网，由于缺少类似同步发电机的旋转部件，在传统并网控制策略下无法为电网提供惯量支撑，主动参与电网调节能力弱，其大规模并网不利于电力系统的安全稳定运行。而电制氢作为一种可控负荷，在抑制新能源功率波动以及参与电网调节等方面表现出巨大潜力。研究如何充分发挥新能源制氢系统的调节能力，优化系统控制策略，进而提升并网友好性，对于新能源与氢能的良好发展、助力实现“双碳”目标具有重要意义。本文针对新能源制氢系统及其控制策略展开研究，主要内容包括：　　构建新能源制氢系统总体结构与数学模型。通过分析新能源制氢系统结构与工作原理，构造一种新能源发电单元、电解槽单元、蓄电池单元等耦合于直流母线的新能源制氢系统结构。结合各单元的种类与技术特点，完成设备选型，在此基础上建立各单元数学模型，并分析电解槽运行特性，为系统的整体协调控制研究奠定基础。　　针对传统控制策略下新能源制氢系统缺乏惯量与一次调频响应特性、主动参与电网调节能力弱等问题，将虚拟同步机（Virtualsynchronousgenerator,VSG）控制技术应用到系统中，提出一种匹配新能源制氢系统的VSG控制策略。为缓解传统VSG控制方案备用容量不足等问题，结合新能源制氢系统结构与特点，提出一种基于电解槽与蓄电池储能的VSG控制方案，并建立系统网侧VSG控制模型。为防止VSG过度响应导致平抑波动能力下降，提出一种考虑电解槽与蓄电池状态的VSG自适应方法，根据系统不同运行状态对VSG阻尼系数进行优化调整。仿真结果表明，相比于传统下垂控制策略，本文VSG控制策略使得系统具有惯量响应特性，参与电网调频能力增强，在200kW功率扰动下，系统频率下降速度相对缓慢，频率波动幅值减小0.06Hz。　　针对系统功率波动影响直流母线电压稳定与系统功率平衡的问题，充分发挥电解槽调节特性，提出新能源制氢系统的协调控制策略。为保证直流母线电压稳定，设计各单元控制策略：新能源发电单元采用最大功率跟踪或定功率控制;蓄电池单元采用直流母线电压控制;电解槽单元加入附加响应环节并与蓄电池储能相互配合，在吸收/补偿不平衡功率的同时，共同作为VSG惯量与一次调频响应的备用容量支撑，维持直流母线电压稳定。为实现能量合理分配，确保各单元运行状态在安全范围内，提出一种考虑各单元运行状态的系统能量管理策略。仿真结果表明，相比于电解槽恒功率控制策略，在本文所提协调控制策略下，算例中直流母线电压波动幅值降低1.9V。

关键词： 忆阻神经网络   分数阶微积分   四元数   自适应控制   同步  

摘要： 神经网络在信号加密、算力提升和人工智能等领域的应用十分广泛,已成为近年来的研究热点。忆阻器能精确的描述神经元之间的突触权重,引入忆阻器可以强化神经网络的记忆能力,能够更真实地模拟生物大脑。分数阶微积分和忆阻器都有记忆功能,在忆阻神经网络系统研究中,拥有无穷记忆性和遗传特性的分数阶微积分比整数阶微积分更加精确完善,故使用分数阶微积分来构建忆阻神经网络更加准确。四元数可以将高维数据看作一个整体进行处理,融入四元数理论的忆阻神经网络能明显降低计算复杂度。将四元数和分数阶微积分引入忆阻神经网络模型中,可以提高系统的数据处理能力和自适应学习能力。 本文对四元数域上分数阶忆阻神经网络模型同步控制进行研究,对系统如何达成投影同步与Mittag-Leffler同步进行讨论。首先,基于状态反馈控制策略和自适应控制策略,实现了分数阶四元忆阻神经网络系统的投影同步。然后,使用自适应控制策略实现系统的Mittag-Leffler同步。最后,考虑现实系统中存在外部干扰项与多种时滞项,研究带有时变时滞和多种不同外部干扰的系统同步问题。全文研究工作如下: (1)以集值映射和微分包含等数学方法为基础,研究了具有多时滞和外部干扰的分数阶四元忆阻神经网络的有限时间投影同步问题。使用不分离方法对系统同步进行研究,构造出一个新型Lyapunov函数,其共轭项符合不分离证明法所要求的条件。设计状态反馈控制和自适应控制两个方案实现系统同步,同时,在控制策略上引入共轭项和双自适应项,丰富了已有的同步控制理论。数值仿真验证了这两种方案能够保证系统实现同步。 (2)针对一类分数阶时滞忆阻神经网络,在四元数域中对系统进行Mittag-Leffler同步研究。首先,在分数阶Razumikhin定理和稳定性定理的基础上,利用Lyapunov直接法导出了保证受控系统实现同步化的几个充分条件。然后,采用含分数项的控制策略实现了分数阶四元时滞忆阻神经网络的Mittag-Leffler同步。最后,考虑到驱动系统和响应系统可能受到多种时滞和外部干扰带来的影响,研究了带有混合时滞和不同外部干扰的分数阶四元忆阻神经网络Mittag-Leffler同步问题,利用微分不等式和四元数域的比较定理等分析方法,获得同步判据。

关键词： 高星级酒店   灯光系统   智能控制   节能策略   现场安装工程技术  

摘要： 本文旨在探讨高星级酒店灯光系统的智能控制与节能策略，以提供有效的能源管理和环境保护方案。在高星级酒店中，灯光系统是关键的基础设施之一，对客户体验和能源消耗都有着重要影响。通过智能控制技术的应用，可以实现对灯光系统的自动化管理和智能调节，从而提高能源利用效率并减少能源浪费。本文将介绍高星级酒店灯光系统的概述，并阐述智能控制与节能策略在该系统中的重要性。接着，详细介绍智能控制技术在高星级酒店灯光系统中的应用，并提供相应的案例。随后，探讨高星级酒店灯光系统的节能策略，并给出实例加以说明。最后，本文将探讨智能控制与节能策略的结合应用，并提供相应的案例。通过本文的研究，将为高星级酒店提供可行的灯光系统管理方案，推动节能减排和可持续发展。

关键词： 燃气-蒸汽联合循环发电站   模型预测控制   鲁棒控制  

摘要： 燃气-蒸汽联合循环发电站（Gas-SteamCombinedCyclePowerPlant，CCPP）主要由燃气轮机、余热锅炉、汽轮机等设备构成，以实现热能的高效转换和利用，其具有启动快、调节灵活、高效低耗等优点，在电网调峰中起到举足轻重的作用。近年来，工业智能化技术为CCPP高效变负荷控制带来了新的机遇。然而智能控制技术在实现CCPP变负荷控制过程中仍然面临巨大的挑战。如何设计不同类型预测控制器实现CCPP安全、高效和稳定运行仍然是当前智能化控制领域的挑战性问题。　　本文以CCPP机组为研究对象，针对燃气轮机转速无偏控制、余热锅炉鲁棒控制和CCPP系统经济控制问题，设计了不同类型预测控制器以实现CCPP高效变负荷控制，并以国内某电厂CCPP的实际运行数据进行验证。具体内容如下：　　针对燃气轮机转速高精度控制问题，提出一种基于强化学习的燃气轮机转速无偏预测控制方法。采用线性变参数方法建立燃气轮机多工况模型，并设计基于卡尔曼观测器的燃气轮机无偏预测控制器以提升燃气轮机控制精度，利用强化学习方法依据扰动类型动态更新控制器参数以增强控制系统适应性。　　针对余热锅炉汽水系统的抗扰控制问题，提出一种余热锅炉汽水系统鲁棒预测跟踪控制方法，采用子空间辨识方法对余热锅炉进行多工况建模，并给出一种鲁棒控制方法提升系统的抗干扰能力和快速收敛性能;在此基础上，采用预测控制方法实现汽水系统液位的跟踪控制。　　针对CCPP机组的经济运行优化问题，提出一种基于多目标优化的区间预测控制方法。考虑机组经济和能效等不同目标函数，并结合机组工艺的耦合性，建立CCPP机组经济优化控制模型，并通过第二代非支配排序遗传算法多目标优化求解最优输出以减少运行成本和提高能源转化效率。　　基于国内某电厂CCPP的实际运行数据，对上述提出的不同类型预测控制策略进行仿真实验验证。实验结果表明，本文提出的预测控制策略较传统控制策略具有更优性能。

关键词： 孤岛交直流混合微电网   储能   频率电压补偿   互联变换器   自抗扰控制器  

摘要： 交直流混合微电网在发电效率、能源利用率、系统完备性等方面较于单一交流或直流微电网更加有优势,但是由于各种分布式电源的不断接入导致微网系统缺少惯性的支撑,其频率、电压稳定性不足等问题也就越来越严重。针对此类问题,国内外众多学者利用储能系统快速灵活控制与微网互联变换器平衡网间功率的特点,在减少能源流失的同时,增强了微电网的动态稳定性。本文首先介绍了论文的研究背景与意义,简述了交直流混合微电网内部储能与互联变换器的相关控制方法在国内外的研究现状,随后介绍了混合微电网与微源的模型结构及控制策略。其次,针对微电网交直流两侧的储能研究了一种频率多区域补偿性与母线电压补偿性下垂控制策略。提出一种以母线电压、电池电压和储能荷电状态优先级顺序控制储能的运行状态,并且设置了连续且变化趋势不同的改进下垂系数。其中,交流侧储能采用P-F下垂控制,设置频率死区与频率偏移量分区调整参考有功功率;直流侧储能采用U-I下垂控制,引入虚拟电阻并设置电压偏差量动态调整母线电压,在MATLAB/Simulink仿真软件中验证其动态调节能力。然后,针对交直流混合微电网中的传统微网互联变换器功率流动不平衡且响应速度慢的问题,采用归一化功率外环与二阶自抗扰控制器替代传统互联变换器电流内环。其中,功率外环采用系统频率与母线电压归一化思想的双下垂控制,从而提升了混合微电网功率流动的响应速度及抗干扰能力。最后,在MATLAB/Simulink环境下建立风电、光伏、储能、负荷的交直流混合微电网仿真模型,验证所提策略的有效性。结果表明,所提策略在应对分布式电源出力变化、负荷变化、单侧储能无法工作的情况下,保证了频率与电压稳定的同时,加快了系统的响应速度,提升了混合微电网的动态性能。

关键词： 非线性切换多智能体   自适应一致性跟踪控制   神经网络   事件触发机制   未建模动态  

摘要： 由于多智能体系统在机器人协作控制、无人机编队控制等领域广泛应用，其已成为控制领域学者们的关注热点。另一方面，切换系统可以用来建模各种实际的或人工的动态系统，其控制问题的研究也具有重要的理论价值。同时，未建模动态、非严格反馈结构以及不确定性广泛存在于各种实际的非线性系统中，因此如何处理这几种动态特性极具挑战。基于上述讨论，本文针对两类切换非线性多智能体系统，根据其拓扑结构并结合切换系统相关理论，考虑实际工程中大量存在的未建模动态问题，通过结合backstepping方法和径向基函数神经网络(RBF NNs)，分别设计了自适应一致性跟踪控制器和事件触发包含控制器，从而保证了闭环系统的稳定性。本文的主要内容如下：　　(1)针对一类带有未建模动态的非严格反馈非线性切换多智能体系统，提出了一种基于神经网络的自适应一致性跟踪控制方案。首先，利用动态信号解决了由于未建模动态特性引发的设计困难。其次，在自适应一致性跟踪控制方案设计的过程中，结合RBF NNs对系统中的未知非线性函数进行估计。针对切换系统的稳定性，本文利用backstepping方法为多智能体子系统找到了一个公共李雅普诺夫函数(CLF)。结合CLF稳定性的相关理论与自适应技术，证明了在所提出的控制方案下闭环系统所有信号都是有界的，并且跟踪误差收敛到原点的小邻域内。最后，针对一个实际模型给出了仿真结果，验证了所提出控制方案的实用性和有效性。　　(2)针对一类带有未建模动态的非严格反馈非线性切换多智能体系统，提出了一种基于事件触发机制的自适应包含控制方案。首先，利用RBF NNs的逼近能力解决了多智能体系统中非线性函数完全未知的困难，并且引入动态信号解决了未建模动态给控制设计带来的障碍。然后，构造基于相对阈值事件触发机制的自适应控制器，避免了对控制器的实时采样，从而节约了通信资源。为了实现所有跟随者的输出包含在领导者形成的凸包内，在backstepping中设计了一个包含控制相关的坐标变换。理论结果表明，该控制策略能保证整个闭环多智能体系统的稳定性，并且跟随者的输出最终进入由领导者的输出所形成的凸包内。最后，针对一个数值例子给出了仿真结果，验证了所提出控制方案的可靠性和有效性。　　综上所述，本文针对带未建模动态的非严格反馈非线性切换多智能体系统提出了两种有效的控制策略。需要指出的是，对切换多智能体系统相关控制问题的研究还处于初步阶段，许多相关问题值得进一步探索，比如具有时滞的切换多智能体系统的智能控制问题、具有约束的切换多智能体系统的智能控制问题等。

关键词： 运载火箭控制设计   不确定性量化分析   制导与控制一体化   鲁棒控制   干扰观测  

摘要： 我国大型运载火箭经过60多年的发展,取得了举世瞩目的成绩,实现了从常温推进到低温推进、从串联到捆绑、从一箭单星到一箭多星、从发射卫星到发射载人飞船、从近地轨道到深空探测的跨越。当前长征系列运载火箭型谱已基本完善,有力支撑了载人航天、月球探测、北斗导航系统、火星探测等重大工程实施,满足了我国发展需求,进一步夯实了航天大国的地位。站在我国运载火箭“从全到强”的历史节点上,航天强国建设赋予了航天运载更大的使命要求,传统的设计方式难以实现我国运载火箭当前高质量、高效率、高效益的要求,开展大型运载火箭精细化设计研究,提升我国液体运载火箭总体设计水平,是我国运载火箭性能提升所面临的重要课题。本论文以我国某大型运载火箭为研究对象,从控制设计角度,为提升对运载火箭飞行过程面临的各类偏差以及各类不确定性的认识,开展运载火箭动力学精细化建模研究,包括考虑弹振晃耦合的运载火箭动力学精细化建模以及飞行过程中不确定性精细化建模;在此基础上,分别结合助推段和入轨段两个飞行阶段的特点,提出制导与控制一体化设计框架并开展鲁棒控制技术研究,为实现新一代大型运载火箭运载效率提升探索新的技术途径。本文完成的主要工作包括以下几个方面:1、开展面向控制设计的运载火箭精细化建模。首先,针对运载火箭的助推段和入轨段,分别建立考虑箭体弹振晃耦合特性的六自由度非线性动力学模型。相比于传统小扰动线性化模型,该模型涵盖了制导与控制回路的耦合项,俯仰偏航滚转三通道的耦合项以及非线性项等,模型结构与实际模型更加接近。其次,针对运载火箭箭体弹性振动与液体推进剂晃动的动力学特性,考虑二者的耦合激励,建立弹性振动-推进剂晃动耦合动力学模型。该模型不仅涵盖箭体振动和推进剂晃动的频率和阻尼比信息,还包含二者耦合激励信息,模型精细化程度更高。第三,针对飞行过程中运载火箭箭体参数、模型偏差和外界环境等多源不确定性,结合解析法和区间法建立精细化的不确定性模型,并基于改进的区间摄动法开展量化与影响分析,充分认识各类不确定性特性,为后续针对性地开展鲁棒控制设计提供依据。2、针对运载火箭助推段开展鲁棒控制设计。首先,考虑助推段控制模型的级联特点以及存在的芯级/助推发动机最大摆角等约束,基于反步设计思想建立助推段制导与控制一体化设计框架。其次,考虑到助推段主要不确定性在制导回路中呈现同质特性,设计扩张状态观测器进行集总观测并补偿;而主要不确定性在姿态回路中呈现出多源异质特性,融合有模型弹性振动-晃动观测器技术以及扩张状态观测器技术,构建复合分层抗干扰观测器对干扰力矩进行分层观测并补偿。最后,在Lyapunov框架下,基于LMI理论进行观测器参数设计以及闭环控制系统稳定性证明。3、针对运载火箭入轨段开展鲁棒控制设计。首先,考虑入轨段控制模型的级联特点以及存在的芯级发动机最大摆角等约束,基于反步设计思想建立入轨段制导与控制一体化设计框架。其次,考虑到入轨段主要不确定性呈现同质特性,设计有限时间干扰观测器,分别对干扰力和干扰力矩进行观测并补偿。而且,在Lyapunov框架下证明闭环控制系统的稳定性。第三,为进一步提升有限时间干扰观测器的观测精度,设计基于自适应RBF神经网络的干扰观测器对干扰力矩进行观测并补偿。并在Lyapunov框架下,证明了闭环控制系统的稳定性。4、将上述控制设计方法结合我国某大型运载火箭的助推飞行轨迹与入轨轨道进行仿真分析。通过仿真,证明了本文提出的控制设计方法的有效性,也表明了本文提出的控制设计方法可从入轨精度提升和对伺服机构需求余量释放等方面一定程度实现运载火箭的性能提升。

关键词： 非线性系统   有限时间   输入时滞   状态时滞   自适应控制  

摘要： 对非线性系统而言,因常受到外部干扰以及自身故障的影响,使得对其设计有效控制器较线性系统更困难。此外,由于非线性系统及其环境的复杂性,导致系统表现出时滞特点,使系统的稳定性深受影响,且常规的渐进稳定控制有时难以满足实际系统的控制要求,适时引入有限时间控制方法来解决此类问题,具有很好的现实意义。基于此,本文将针对包含时滞的非线性系统为被控对象,结合有限时间控制、模糊逻辑控制、反步控制以及李雅普诺夫稳定性理论等,对系统的自适应控制问题和系统稳定性进行详细研究。主要工作及创新如下:(1)针对包含输入时滞的非线性系统,提出了一种自适应控制方法,解决其有限时间跟踪控制问题。首先,使用Pade拟合技术减少输入时滞的干扰,并引入补偿系统保证系统可靠性分析的准确性和控制结果的保守度;其次,引入模糊逻辑控制近似未知函数;最后,针对该系统给出了一种自适应控制策略,以保证系统的有限时间稳定,而且使得闭环信号具有半全局有限时间稳定性。(2)针对一类带有未知状态时滞和执行机构的非线性系统跟踪控制问题,提出了一种有限时间自适应容错控制方法。首先,应用有限覆盖引理和模糊逻辑系统处理了包含状态时滞的非线性函数;其次,基于反步控制法构造了一个自适应容错控制器对执行机构故障进行补偿;最后,通过有限时间稳定性定理分析了系统的稳定性,证明了所提出的控制方法在系统存在执行器故障的情况下,能够在有限时间内稳定,且所有闭环系统信号是半全局有限时间稳定的。(3)为了验证上述所提控制方法的有效性,以包含输入及状态时滞的严格反馈非线性系统为例,进行了仿真实验。实验结果表明在有限时间内系统的输出信号有着良好的跟踪性能,并且跟踪误差被控制在原点附近的邻域内。同时,将有限时间稳定控制方法与Lyapunov渐进稳定控制方法进行了对比实验,结果表明前者的控制效果优于后者。

关键词： 无人值守工作面   智能控制   液压支架电液控制系统   采煤机定位   位姿感知   直线度校正  

摘要： 采煤机、液压支架、刮板输送机三大工作面关键装备的智能化控制方法是实现建设智能化无人值守工作面和综采装备控制智能化目标的必要条件。其中,液压支架电液控制系统是联系采煤机和刮板输送机的纽带,其智能控制方法对于实现综采工作面自动化作业至关重要。然而,现有的智能感知技术、智能控制方法和智能校正策略都无法满足综采工作面自动化作业的需求,尤其是采煤机精确定位、液压支架位姿监测监控、刮板输送机直线度校正方法直接制约着无人值守工作面自动化生产的发展。为此,本文针对上述这些瓶颈问题,对相应的智能感知和智能控制方法进行集中攻关,这对于提高煤矿无人值守工作面智能化水平、改进生产效率、提升开采安全性,具有重要理论价值和重大现实意义。本文以无人值守工作面“三机”为研究对象,以解决工作面关键装备智能控制的核心问题、提高智能感知和智能控制精度为研究目标,通过建立惯性测量单元(Inertial Measurement Unit,IMU)传感网络、分析误差来源和特点、设计和优化滤波器,对采煤机精确定位方法、液压支架位姿精确感知和控制方法、刮板输送机直线度感知校正方法以及控制方法的验证试验平台进行了系统研究。具体研究内容如下:采煤机定位易受解算误差和累计误差影响造成精度下降。根据这一状况,本文通过建立捷联惯导系统(Strapdown Inertial Navigation System,SINS)定位过程中的误差传播模型,实现了对采煤机定位误差的计算和预测,并以此为依据设计了基于非完整约束条件(Non-Holonomic Constraints,NHC)的卡尔曼滤波(Kalman Filter,KF)算法和基于自适应卡尔曼滤波(Adaptive Kalman Filter,AKF)的双捷联惯导组合定位方法,分别对系统初始解算算法误差和定位累计误差进行了抑制,使系统长时间工作时始终获得较高定位精度。仿真研究表明,本文方法可以降低捷联惯导采煤机定位误差50%以上,最大降低了85%;系统经长时间运动、多次变轨和受扰动后,定位结果与采煤机实际轨迹误差保持在0.08m以下,表现出良好的轨迹跟踪能力和定位精度。液压支架位姿感知精度易受环境噪声和随机噪声干扰,影响其自动控制,影响矿井的生产效率和安全。针对这一问题,本文融合了液压支架位姿直接测量原理和运动学间接分析原理,设计了液压支架支护姿态和高度的感知解算模型,基于模型分析了误差来源和误差特点,继而提出了基于改进梯度下降算法(Improved Gradient Descent,IGD)的无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman Filter,UKF)支护姿态精确感知方法和基于改进梯度下降算法的卡尔曼滤波(IGD-KF)支护高度精确感知方法,有效抑制和修正姿态角、支护高度解算误差,提高感知精度。通过仿真,证明了上述方法能够实现液压支架支护姿态和支护高度的精确感知,俯仰角感知最大误差1.53°,高度最大误差6.86mm,相比于常用方法误差降低15%以上。“三直一平”是保证无人值守工作面自动化生产的先决条件,然而刮板输送机直线度受控因素多,互为约束,存在非高斯噪声干扰等问题,严重影响直线度检测精度和中部槽推移控制精度。为此,本文研究了刮板输送机的结构组成和相互连接关系,建立了刮板输送机排列轨迹和直线度感知模型,分别分析了直线度感知和推移控制过程中的误差来源,然后提出了基于最大熵准则的卡尔曼滤波(Maximum Correntropy Criterion Kalman Filter,MCKF)算法并形成了刮板输送机直线度感知和校正方法,一方面提高位置感知精度,另一方面修正中部槽推移行程,减小推移误差对于刮板输送机直线度校正和轨迹跟踪的影响。仿真结果表明,经过100次推移,刮板输送机坐标感知误差最大为31mm,100次推移累计行程与理想推移行程之间的偏差为0.36m,实现了对刮板输送机排列轨迹精确感知和中部槽推移位移精确控制的双重效果。为了应用本文所提出的控制方法并验证其有效性,根据无人值守工作面采煤作业的技术需求、信息采集需求、通信传输需求和采煤工艺要求设计和研发了液压支架电液控制系统和工作面三机试验平台。针对智能化支架控制器高功耗需求,设计了具有高电源转化效率、低输出纹波的电源电路;为满足智能化系统中物联网和大数据对于高通信带宽的需求,设计了RS485/CAN总线双路通信系统电路,实现了高容错、低延迟的高速可靠通信。结合上述电液控制系统,本文设计并搭建了一套综采工作面“三机”运行模拟试验平台,在分析了关键设备机械机构和运动原理的基础上,实现了模拟液压支架的全液压驱动、刮板机中部槽连接关系完全还原和采煤机变频电牵引双向行走,最大程度模拟了设备间的实际约束关系和运行情况、满足了控制方法有效性检验需求。利用上述液压支架电液控制系

关键词： 自供能技术   电磁耦合取能   磁饱和效应   自适应控制  

摘要： 智能电网技术的发展和应用要求在输电线路上安装大量的传感器节点,对线路的各种参数进行实时监测和控制,从而提高电网的运行效率和安全性。然而,传感器节点的供能问题一直是一个难点,因为它们通常位于高空或难以接近的地方,使用电池作为电源不仅存在更换困难、维护成本高、污染环境等问题,而且会限制传感器节点的功能和寿命。因此,开发一种能够利用环境中的能量并将其转化为可用电能的自供能技术,是解决传感器节点供能问题的理想方案。本文基于这一思路,研究了一种利用电力线上的磁场进行取能的方法,并设计了一种小型化、高效率的取能装置,实现了对传感器节点的自主供能。本文首先建立了磁芯的电磁模型与电路模型。分析了磁芯的磁饱和现象对电力线取能的影响,得出磁芯工作在线性区的取能方案还有提升空间的结论,存在一个使取能功率最大化的临界饱和点。为了描述磁芯的饱和状态,本文对环形磁芯的B-H曲线进行分式拟合,并基于此建立了电磁模型与电路模型,进行了损耗分析与Matlab仿真研究,验证了拟合与模型的准确性。本文其次提出了一种主动整流控制方案,旨在提高磁芯的能量获取效率,并在此基础上设计了一种能量管理电路。本文对主动整流控制方案进行了理论分析和LTspice电路模拟,通过与FSC方案进行对比,验证了主动整流控制方案的优越性。接着,本文分析了在大电流条件下,主动整流控制方案的损耗问题,并提出了一种结合主动整流和被动整流的综合控制方案,以平衡效率和损耗。最后,本文基于主动整流控制思想,设计了一种能量管理电路,通过储能控制和电压监测,实现了对负载输出的稳定控制。最后为了提高系统的通用性,本文对主动控制方案进行了优化,提出了一种自适应控制方案。该方案能够根据线路参数的变化,实时调整饱和时间,使磁芯始终工作在最大功率点。本文对实际取能电路的性能进行了测试,包括自适应控制的实验验证、仿真与实验的一致性验证。实验结果表明,当一次侧电流有效值为10A、负载电压为5V时,取能装置的输出功率为127.86m W,等效性能指标为2.2,是现有取能方案的3倍。