关键词： 无源自适应控制   分数阶电路模型   单位功率因数控制   SWISS整流器   分数阶微积分  

摘要： 随着我国的电气化发展速度日益加快,电能供需端中直流设备,尤其是整流器的数量迅速增加,但整流器的大量应用给电力网络带来了严重的谐波污染。功率因数校正(Power Factor Correction,PFC)技术由于能够从根源上抑制谐波得到了广泛应用,有效改善了整流器的谐波污染。SWISS整流器作为一种新型PFC整流器,可以实现单级降压输出,极其适合应用在电动汽车充电桩、不间断电源等需要较低直流电压的场合,拥有巨大的应用前景。此外,实际电路中电容、电感是具有分数阶特性的无源器件,理想的整数阶电容与电感并不存在,所以在构建含有电容或电感的电路时需要针对性的设计分数阶电感与电容模型,才能更加精准的描述电路中的动力学行为。因此研究SWISS整流器的分数阶电路模型及其控制策略,提高整流器的整体性能,对推动SWISS整流器在电动汽车等行业的广泛应用具有重要的理论意义与应用价值。本文主要从SWISS整流器的分数阶电路模型构建与无源控制策略两方面展开研究,以期改善SWISS整流器的输入电流质量、提高系统功率因数与输出电压抗干扰能力。具体的研究内容如下:首先,分析了传统整数阶SWISS整流器的工作原理,提出了整数阶整流器基本电流控制策略,相比于经典的双闭环PI控制策略,该方案进一步简化了控制器结构。此外分析了直流侧滤波电感与稳压电容的取值范围,为后续的分数阶电感与电容等效电路构造奠定基础。其次,利用Charef有理逼近算法,构造了 0.9阶电感与电容的等效电路,通过频域下的幅频特性验证了分数阶元件等效电路的有效性,将其替换到整数阶电路中得到了分数阶SWISS整流器电路模型。进而基于欧拉-拉格朗日(Euler-Lagrange,EL)方程搭建了分数阶整流器动力学模型,并基于动力学模型得到了分数阶控制器的具体形式。然后,分析了分数阶SWISS整流器无功产生机制,并提出了无功补偿控制策略,使整流器能够实现单位功率因数运行。基于动力学模型提出了基于并联阻尼注入的无源自适应控制方案,得到了并联阻尼的取值范围,并证明了采用该方案时分数阶SWISS整流器的稳定性。相比传统的基于串联阻尼注入的无源控制器,该方案能够实现在负载变化或负载未知时对输出电压的自适应控制,进而结合无功补偿策略得到了能够实现单位功率因数控制的分数阶无源自适应控制器。最后,基于MATLAB/Simulink搭建了仿真模型。首先对分数阶无源自适应控制器与整数阶无源自适应控制器的控制性能作对比,仿真结果验证了分数阶控制器性能优于整数阶控制器,证明了分数阶电路模型相比整数阶电路模型能更精准的描述电路的动力学行为,进而使分数阶控制器能更精确得控制电路状态,提升整流器的输入输出性能。然后将整数阶无源自适应控制器与基本电流控制器的控制性能作对比,验证了无源自适应控制器性能优于基本电流控制器,证明了无源控制策略相比以PI控制器为核心的基本电流控制器更贴合整流器的非线性特性,进一步提高了整流器性能。并且在分数阶无源自适应控制器启动无功补偿功能后整流器实现了单位功率因数运行,验证了无功补偿策略的可行性。

关键词： 人才培养   评价要素   智能控制技术   专业选修课  

摘要： 本文以某高职院校的智能控制技术专业课为背景，结合该校的“五有人才培养标准”，以提高学生的学习能动性为目的，以培养学生的综合素质为目标，通过课堂评价的背景及要素指标分析，来构建一套符合校本特色的课堂评价体系并用具体课程说明该评价体系的可行性和合理性。

关键词： 天然气计量   智能控制   水力仿真   数字孪生平台   同生共长  

摘要： 天然气流量计实流检定对于流量快速、稳定、准确调节提出了明确要求，文章研究基于水力仿真模型与三维激光扫描与BIM建筑信息模型对计量检定工艺场站进行数字还原的数字孪生技术，同时搭建系统参数辨识与神经网络复合算法构建的流量调节智能控制器，开发形成了一套适用于大压差条件下的天然气计量智能检定系统，通过流量智能调节的创新性研究实现了国内工作级流量计检定的智能化、高效化、安全化和精准化，提升了检定效率和检定质量控制水平。

关键词： 望远镜   伺服控制   动力学建模   鲁棒控制   滑模控制  

摘要： 斜轴式望远镜是一种具有特殊结构的新型望远镜,其封闭式外架机构适合在极地等恶劣环境下长时间运行,南极Dome A 5 m太赫兹望远镜(DATE5)采用了该类型结构设计。目前国内外已建成的可动望远镜以地平式结构和赤道式结构为主,针对斜轴式望远镜详细的伺服系统建模研究与控制方案设计相对较少。本文对斜轴式望远镜伺服系统建模及鲁棒控制问题,通过模型推导、仿真分析和实验验证的方法,进行了详细讨论。本文的具体工作如下:本文对斜轴式望远镜伺服系统的各个子系统进行了详细的分析与建模。首先使用2自由度刚体模型来描述斜轴式结构,通过拉格朗日法对该模型进行力学分析,给出了斜轴式结构运动学与动力学非线性特性的定量描述。接着,使用机理分析法建立了驱动系统的数学模型,基于LuGre模型分析了非线性摩擦对驱动系统影响。根据南极Dome A实测环境数据,运用Davenport风速谱模型完成了风载扰动力矩的仿真。综合上述分析结果,建立了描述斜轴式望远镜伺服系统全过程的数学模型,并在MATLAB/Simulink仿真软件中进行了仿真测试。针对伺服系统中的干扰问题,根据所建数学模型,设计了基于干扰观测器的自适应滑模控制器,其中干扰观测器负责估计系统所受的外部扰动,主要是扰动的低频部分,剩余扰动则由滑模控制器进行抵消。仿真结果表明,该复合控制器在面临非线性摩擦扰动和外部风载扰动时都有很强的鲁棒性,能够实现在复杂环境下完整望远镜的指向控制。最后,搭建了斜轴式望远镜小型实验平台,为其设计了控制系统的软硬件,在实验平台上进行了鲁棒控制验证实验,并和仿真实验进行比对。结果显示,本文提出的鲁棒控制算法具有可行性和有效性,在指向精度基本能够达到系统的硬件极限。

关键词： 光伏微电网系统   虚拟同步发电机   扰动观察法   自适应控制   并离网无缝切换  

摘要： 由于光伏等分布式电源在电网中的利用越来越普遍,同步发电机作为传统发电方式具备惯性阻尼特征,而传统控制方法的逆变器却不具备此特性导致电网欠缺惯量阻尼特性,电力系统的运行稳定性无法得到有效的保障。虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator,VSG)概念为了更好地提高电力系统的抗干扰能力而被学术界的学者提出,在保留逆变器其原有的灵活性以及速度优势下,增强系统的稳定性和抗干扰能力。它已经成为了微电网领域内最热门最受关注的研究方向之一。本文构建了基于虚拟同步发电机的光伏微电网系统的整体方案,并建造光伏电池的数学模型,为了可以充分利用光伏电池的能量对其输出特性进行分析。介绍了传统的最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)方法以及优弊端,基于传统控制追踪速度慢,追踪区间大等问题提出了一种改进的扰动观察法,设计了系统LCL滤波器。并从虚拟同步发电机技术在光伏微电网系统中的应用和改进角度展开研究,详细分析了虚拟同步发电机控制以及其控制结构。为了分析关键参数对虚拟同步发电机的影响建立了 VSG单机并网小信号模型,针对传统转动惯量自适应控制策略无法有效抑制系统振荡等问题,提出了 VSG多参数协同自适应控制策略,进一步的提高了系统的稳定性以及抗干扰能力。针对虚拟同步发电机并离网切换问题,采用了基于SRF-PLL的无缝切换并离网控制策略,实现了虚拟同步发电机的无缝平滑切换,从而减少瞬态电流对微电网造成的冲击。构建基于虚拟同步发电机的光伏微电网系统仿真模型,验证了改进的扰动观察法的动态性能;将本文所提控制策略应用至光伏微电网系统中并与常规VSG控制策略以及传统VSG转动惯量自适应控制策略进行对比,结果表明本文所提控制策略在稳态情况和暂态情况下,面对外界负荷扰动时的稳定性以及抗干扰效果最好,有利于系统的稳定;对基于SRF-PLL的无缝切换控制策略进行验证,结果表明可以平滑的实现并离网模式切换,并且不会对微电网系统造成冲击。对实验平台的硬件部分以及代码生成部分进行了相应的设计,并对搭建好的实验平台进行离网以及并网实验验证,通过实验验证了本文对实验平台设计的合理性。

摘要： 爱尔兰戈尔韦大学和美国麻省理工学院研究团队详细介绍了医疗设备技术的一项突破：他们创建了一种智能植入式装置，可在给药的同时感知药物何时开始被排斥，并能借助人工智能（AI）改变形状以调整释放的药物剂量，同时还可减小疤痕组织的影响，该技术可为患者提供智能、持久、量身定制的治疗。研究团队最初开发的第一代装置，没有考虑到不同患者个体反应不同，最终导致疤痕组织将其包裹起来，妨碍了装置的应用。此次，他们利用AI技术使装置能够对植入环境作出反应，并有可能减少疤痕组织的形成而保持更长的使用寿命。

关键词： 微电网   频率控制   暂态稳定性   H2/H_∞鲁棒控制   海鸥算法  

摘要： “双碳”背景下,大力发展风能和太阳能等清洁能源发电成为我国的重要能源战略。风能和太阳能具有间歇性和波动性的特点,在充当主力供电源或者接入电网时容易造成频率振荡,影响供电稳定性。为了消纳更多的风、光电力,利用水电机组的快速响应和储能电池灵活高效的补偿构建微电网系统是常用的方式。由于搭建的系统存在多种不确定性,影响其稳定的一个难点是频率控制。针对这一问题,本文设计了基于多目标H理论的混合H/H鲁棒控制器,主要目标是抑制微电网暂态下的频率振荡。传统鲁棒H/H控制的经验法参数整定存在一定的局限性,无法使控制器性能达到最优。为了提升控制器的控制性能,本文将一种智能算法运用于控制器参数优化。本文所作的具体工作如下:（1）首先建立具有扰动信号的风-光-水-储微电网负荷频率控制线性模型,对水电机组和储能电池进行联合调频设计。推导出反映微电网系统特性的状态空间方程式。之后根据鲁棒多目标H理论,得到维持微电网系统稳定性能指标,将满足性能指标转化为求解H/H多目标输出反馈鲁棒控制器的条件,利用LMI工具将求解条件转化,得出影响系统控制性能的相关评价矩阵和范数权重。（2）在基本海鸥算法（SOA）中引入Logistics混沌和自适应扰动,并改变算法寻优过程中的相关参数,得到一种改进海鸥算法（ISOA）,相对于原算法初始化效率及搜索精度都得到了提高。利用ISOA对所建立的微电网中H/H鲁棒负荷频率控制器进行优化,将系统频率偏差绝对值时间积分数极小化作为算法的优化目标函数,在综合利用H/H两个范数表达的鲁棒性同时,选择反映系统性能和输出鲁棒性的相关权重矩阵,从而在满足约束的情况下,使控制器获得最优化。最后通过仿真验证所提方法的有效性。仿真结果表明:所设计的ISOA-H/H鲁棒控制器能很好的控制水电机组和储能电池的功率输出来补偿风光出力波动和负荷变化。在满足系统鲁棒性的基础上,保证了微电网在功率扰动和系统参数摄动下的频率稳定并具有满意的动态特性。

关键词： 包含控制   多智能体系统   鲁棒控制   非凸约束  

摘要： 随着人工智能的快速发展,分布式包含控制问题受到越来越多学者的关注,相关的研究成果大量应用于军事和民用等诸多领域。在实际应用中,由于系统自身存在的物理限制,智能体的控制输入往往会受到非凸约束。同时,由于环境存在时变性,需要考虑外部扰动和系统参数不确定性给系统输出带来的影响。本文研究了在系统控制输入非凸受限情况下具有外部扰动和系统参数不确定性的包含控制问题。主要内容如下:针对控制输入非凸受限的一阶连续系统,考虑了外部扰动和系统参数不确定性带来的影响,基于投影算子设计了一种分布式算法来解决包含控制问题以及增强抗干扰能力。首先,为了处理控制输入非凸受限带来的强非线性,利用泛函同胚思想引入比例因子将原非线性系统转化为类线性时变系统。其次,从零输入和零状态的角度,结合李亚普洛夫函数来分析系统的收敛性,在拓扑结构无向联通的情况下,给出了一阶系统非凸受限分布式鲁棒L2-L∞包含控制的稳定性条件。最后,通过数值仿真验证了算法的有效性。针对控制输入非凸受限的二阶连续系统,考虑了外部扰动和系统参数不确定性带来的影响,克服状态积分耦合困难,基于局部信息和投影算子设计了一种分布式算法来解决包含控制问题和增强抗干扰能力。首先,为解耦状态积分耦合关系,利用泛函同胚思想将原系统转化为等价非线性系统。其次,通过引入比例因子将等价非线性系统转化为类线性时变系统。然后,结合李亚普洛夫函数和凸分析理论来分析系统的收敛性以及计算比例因子的取值范围,并通过重新构建李亚普洛夫函数,在拓扑结构无向联通的情况下,给出了二阶系统非凸受限分布式鲁棒L2-L∞包含控制的稳定性条件。最后,通过数值仿真验证了算法的有效性。

关键词： 无人艇   轨迹跟踪   信号量化   滑模控制   自适应控制  

摘要： 近年来,随着无人艇(Unmanned Surface Vehicle,USV)在科学研究、海洋资源勘探、军事等领域的应用,无人艇的运动控制问题受到了广泛关注。轨迹跟踪控制作为无人艇运动控制的重要组成部分,在船舶导航中扮演着至关重要的角色,其目标是使无人艇的状态跟踪期望的轨迹。然而,由于无人艇本身固有的复杂动力学,如系统不确定性和外界扰动,使无人艇的轨迹跟踪控制设计成为研究人员要面临的重要挑战。另一方面,随着网络通信技术的不断发展,无人艇的网络化控制问题日益成为一个前沿热点。网络控制系统中,处于不同空间位置的各组件可通过网络信道来进行信息交互,从而高效的完成控制任务。然而,通信网络信道的传输带宽是有限的,这在很大程度上影响了控制效果。量化策略虽可以有效降低对网络带宽的需求,但引入的量化误差给控制器设计和稳定性分析带来了挑战。此外,无人艇跟踪期望轨迹时对收敛性能和收敛时间具有强约束,增加了控制器的设计难度。为克服上述挑战,本文研究了在系统不确定性、外界扰动及信号量化下的无人艇轨迹跟踪控制问题,给出了有效的跟踪控制方法,主要研究内容如下:1.针对执行器传输带宽受限下的无人艇有限时间轨迹跟踪问题,考虑了系统不确定性、外界扰动及输入饱和,利用双隐层循环神经网络技术和自适应滑模方法,设计了轨迹跟踪控制律。首先,构造了一种结合了均匀量化器和对数量化器优点的切换型量化器量化输入信号以降低对执行器带宽的要求。其次,采用双隐层循环神经网络对包含有系统不确定性和外界扰动的集总不确定性在线逼近。然后,设计了一种具有增益自适应的滑模控制律来处理神经网络逼近误差、输入饱和误差以及输入量化误差。稳定性分析证明闭环系统信号是一致最终有界的。进一步,考虑了控制信号被对数量化器量化,设计了一种基于障碍函数的自适应滑模控制律,实现了无人艇对期望轨迹的跟踪,并确保了滑动变量在有限时间内进入预定界内。2.针对信道传输带宽受限下无人艇有限时间轨迹跟踪控制问题,设计了基于超螺旋观测器的连续滑模控制策略。所提出的控制策略同时考虑了输入信号和输出信号的量化来降低对闭环系统中信道传输带宽的要求。首先,针对输出信号采取均匀量化策略,而对输入信号采取迟滞量化策略以避免量化信号中的抖振。其次,考虑了无人艇速度不可测量的情况,设计了有限时间超螺旋观测器实现对速度信号的精确估计。然后,基于集总不确定性的先验上界假设,观测器的输出以及采用双曲正切函数,设计了一种连续滑模控制律,实现抖振减小的同时保证了无人艇轨迹跟踪误差系统的有限时间稳定。3.针对执行器传输带宽受限下的无人艇预定时间轨迹跟踪问题,设计了一种预定时间滑模跟踪控制律。首先,为含有系统不确定性、外界扰动以及输入量化误差的集总不确定性构建了一种较常数有界性假设更合理的状态依赖型上界假设,避免了对系统状态的先验有界约束。其次,采用预定时间预设性能控制技术,实现了对轨迹跟踪误差的暂态和稳态性能的预定时间约束。然后,通过把辅助函数和障碍函数整合进控制设计中,提出了一种基于障碍函数的滑模控制律,实现了对滑动变量的预定时间控制,并自适应的处理了集总不确定性而不产生增益过估计。更重要的是,所提控制方法适用于多种不同的量化策略,应用范围广。理论分析证明了所提控制律能保障跟踪误差和滑动变量在预定时间内收敛至预定界内且预定界与集总不确定性无关。

关键词： 预付费系统   智能控制   负荷预测   Redis   多元信息交互  

摘要： 现有的预付费系统虽然在功能上满足了大部分居民用户的用电需求,但其在工业用户中的应用率却极低,原因是系统的开发着力于单一的缴费功能,缺乏与用户之间的信息交互,以及缺少完善的电费预警功能。针对现有预付费智能管控系统更加注重计量统计与网上缴费功能的优化,少有着重系统服务质量提升,缺少与用户间的信息交互等问题。本文将时下最常用的信息沟通方式集成进预付费智能管控系统,通过短信、微信公众号、语音电话、邮箱等交流方式,实现系统信息通知方式多元化。针对电力系统可能会面临的许多高并发场景,而现有的预付费系统对大数据量时的数据处理功能优化甚少的问题,本系的统研发集成了Redis数据库与SQL Server数据库,采用数据内存化方式实现高效精准的数据处理能力。与传统的预付费系统相比,本系统在优化缴费功能的基础之上,着重对电量预警功能进行改进,采用CNN GRU短期负荷预测模型,对用户未来几天的电量进行预估,判断用户剩余电量的使用时间,实现准确的电量预警功能,为电力营销决策提供便利。研究表明:本文所开发的智能管控系统具有用电统计、在线缴费、远程控制、电量预警及人员管理等功能。该系统使用了Redis数据处理方式,较传统系统的数据处理方式而言,在数据量10KB,样本量10000的并发情况下系统的90%响应时间提升60.9%。此外,该系统可准确预测用户的短期用电量需求,以提前告知用户电量信息。系统部署后,所部署配电台区的电费回收率提升了42.86%。上述结果也验证了文章所提系统模型的正确性,为供电企业管理工业用户电费拖欠问题提供了良好的解决方案,具有一定的创新性,也可为同类工作提供技术、理论支撑。