基于二阶平均法和MelnikoV法准周期负荷扰动电力系统混沌振荡分析

电力系统是典型的非线性系统,存在着复杂的非线性动力学行为.本文分析了在准周期负荷扰动下电力系统的混沌振荡,该振荡模型形同准周期驱动的非线性Helmholtz振子.经过适当变换,利用二阶平均法将系统平均化,得到一个周期扰动的Hamilton系统.求出该Hamilton系统的同宿轨道方程后,构建3个Melnikov函数,相应地得到3个产生混沌振荡的阻尼系数阈值.当阻尼系数在这些阈值之间取值时,可能产生6种不同结构混沌形态中的一种混沌振荡.     

基于不稳定周期轨道的参数扰动法在Boost变换器混沌控制中的应用

电力电子变换器是典型的非线性系统,分岔与混沌等非线性动力学现象的存在限制了变换器的工作范围,并对变换器性能产生了不良影响。因此,在对Boost变换器进行非线性动力学分析的基础上,通过采用一种基于不稳定周期轨道的参数扰动法,对处于混沌态的变换器进行控制,使重新工作于周期-1态。MATLAB数值仿真结果证明控制方案的有效性,在不改变主电路参数的前提下,可以扩大DC-DC变换器的稳定工作空间,提高变换器的增益,降低输出电压和输入电流的纹波,使变换器的性能得以提升。     

基于全局滑模时滞的电力系统混沌振荡控制

电力系统易受扰动影响,在一定扰动条件下会进入混沌状态。通过分岔图和李雅普诺夫指数谱分析了扰动Pe与Pk单独作用与共同作用时对电力系统的影响,当Pe与Pk单独作用时,系统状态均随着扰动的增加由周期态过渡到混沌态,当Pe与Pk共同作用时,系统状态均随着扰动的增加由混沌态过渡到周期态再过渡到混沌态。设计了一种全局滑模时滞控制策略,时滞控制采用延时反馈环节,即误差信号中采用上个采样周期的采样值与此时的采样值来对不确定系统项与扰动项进行估计,但由于延时环节存在时滞误差,导致系统收敛速度较慢且扰动抑制能力较差。为此,将时滞控制与全局滑模控制相结合,并设计具有快速收敛特性的时滞补偿项,提高系统收敛速度与抗扰动能力,并且可以抑制上界未知的外部扰动。仿真结果表明,相较于时滞控制,所设计的全局滑模时滞控制收敛速度更快,超调量更小,在系统遭受周期扰动与阶跃扰动时仍能保证收敛。     

开关电感Boost变换器的失效机理及基于参数扰动的混沌控制方案研究

开关电感Boost变换器是新能源系统中应用较为广泛的一种高增益DC-DC变换器。由于变换器本身的特性,当电路参数的变化超出一定范围时,会发生分岔、混沌等非线性现象,造成变换器失效,此时变换器无法正常稳定运行并且工作性能下降,因此有必要控制变换器从混沌态重回稳定态。基于参数扰动混沌控制法的基本原理,设计了适用于峰值电流控制型开关电感Boost变换器的混沌控制方案。该方案可使工作于混沌状态的变换器能迅速返回周期-1态稳定工作,其输出电压增益得以提高、输出纹波显著降低,并且在输入和负载有较大扰动时变换器系统均能稳定工作。利用非线性理论对变换器失效机理进行分析和混沌控制,对于DC-DC变换器参数设计、稳定性分析和性能提升具有一定的实际应用价值。     

基于参数扰动的混沌控制方案在Buck-Boost变换器中的应用研究

分布式直流微电网中,直流母线与大电网的接口变换器通常选择具有升、降压功能的DC-DC变换器,如Buck-Boost变换器,来提升或降低光伏阵列或其他储能单元的输出电压,使之与直流母线电压匹配。Buck-Boost变换器作为一个强非线性系统,在输入电压、参考电流等电路参数变化时容易产生分叉、混沌等非预期情况,使变换器性能变差甚至不能正常运行。基于峰值电流控制型Buck-Boost变换器的频闪映射模型,分析了变换器的非线性动力学现象。基于参数扰动的混沌控制原理,设计了一种适用于峰值电流控制型BuckBoost变换器的混沌控制方法 ,该方法可使进入混沌状态的变换器重新回到周期态,并使变换器的稳态性能、输出纹波等得到显著改善。     

环境激励与小幅持续周期扰动表现特征及统计学分析

系统中时刻存在新能源有功输出随机波动、负荷投切等环境激励,使得系统响应表现为类似噪声的小幅波动,当周期扰动幅值较小时,很容易淹没于环境激励下的随机响应信号中。本文详细推导环境激励和小幅周期扰动共同作用下系统响应的数学解析表达式,从数学角度对环境激励与小幅周期扰动共同作用的功率表征进行了阐释。在深入分析环境激励及环境激励与小幅周期扰动共同作用下系统响应统计学特征的基础上,提出基于滑动峰态系数法(SKM)的小幅周期扰动检测法。首先统计环境激励下系统联络线有功响应的四阶中心矩与方差二次方,计算得到对应的峰态系数,进而通过对所得峰态系数的量化比较,检测出淹没在环境噪声中的小幅周期扰动。IEEE 4机2区域系统、IEEE 16机68节点系统及实际系统量测数据计算分析结果证明了本文方法的可行性及有效性。     

准周期电压扰动下电力系统中的浑沌现象

本文在电力系统浑沌现象的研究方面，做了二项新工作，第一， 根据电力系统模型的特点，首次提出了求取电力系统浑沌模型Melnikov 函数的数值近似法，解决了无法求得实际电力系统模型中同宿轨道解析式的困难 ，并由此推导出了在电力系统中产生浑沌现象的解析条件；第二，分析了电力系 统在准周期扰动下的浑沌现象。     

一种电流模式Buck-Boost变换器的混沌与反混沌混合控制方法*

由于混沌系统具有内在随机性的特征,其状态变量之间的关联性有时很弱,甚至不相关,因而难以对系统实施有效控制。本文基于状态关联和参数扰动的思想提出了一种Buck-Boost变换器混沌与反混沌混合控制方法。该方法首先定义一个调整系数来表征状态变量之间的耦合强度,通过调节该系数达到控制其耦合强度的目的,并建立系统的数学模型。然后利用系统的微分项来表征参数扰动项,对系统施加一定范围的参数扰动。最后根据控制目标,通过改变调整系数实现对系统的混沌与反混沌控制。基于单值矩阵理论和Simulink仿真平台验证了方法的有效性。该方法仅需调整一个外部参数,即可将任意状态下的电流型Buck-Boost变换器控制到周期1、2轨道及混沌态。     

Chen式系统的动力学行为研究及混沌抑制

进一步研究了Chen式系统的动力学行为,理论分析了系统在平衡点的稳定性。通过经典四阶龙格——库塔方法数值仿真了系统随不同参数变化的全局分岔图,通过分岔图揭示了在不同参数下通过不同形式通向混沌的复杂动力学行为。在不同参数时,存在周期运动、叉式分岔、倍化分岔序列、混沌行为。通过相图和时间响应图演示了混沌现象。采用比例微分控制方法进行控制,数值仿真结果表明被很好的控制在周期二和长周期轨道。     

应用数值积分法计算电力系统混沌阈值

Melnikov函数是分析同(异)宿轨道出现混沌的最有效方法,用该函数的数值积分法计算单机无穷大电力系统在周期性负荷扰动下的混沌阈值。通过相应无扰系统的Hamilton函数求得时间与功角的关系式,使Melnikov函数由对时间的积分变成对功角的积分形式,再用复化Simpson公式求得阈值。该方法避免了求解无扰系统的同宿轨道参数解析式,并且,无需将系统输入的机械功率设定为小量。虽然不能得到Melnikov函数的解析式,但阈值曲线显示出了可能产生的混沌区域。     

测量任意周期信号的混沌解判定

以杜芬方程为例,在分析此混沌系统的动力学特性的基础上,提出了一种新方法将现代谱估计方法与著名混沌系统(杜芬振子系统)构成混合检测系统,共同检测微弱正弦信号方案,结果表明此方法在估计正弦信号时,幅度测量精度得到提高,同时将梅尔尼科夫方法应用到混沌系统中,得出在测量任意周期信号时,此混沌系统出现混沌现象的阀值.通过正弦波和方波对此判据的验证,结果表明此判据是有效的,虽然存在一定误差,但在缩小范围后,准确性可大大提高.     

Chen''''s混沌动力系统的控制

为了研究Chen’s混沌动力系统的混沌控制问题，通过双线性反馈方法将混沌控制在不稳定的平衡点，给出了非反馈周期信号控制混沌系统在不稳定周期轨道上（UPO）的方法。应用Lyapunov定理和Routh-Hurwitz判据分析了被控系统的稳定条件，数字仿真结果证明了控制方法的正确性、有效性。给出了控制Chen’s混沌动力系统到每一个平衡点的具体方法和稳定条件，得出了运用周期信号控制Chen’s混沌动力系统到高周期轨道的判定方法，解决了Chen’s混沌动力系统的控制问题。     

基于状态负反馈的电力系统混沌控制

在某些情况下,电力系统可能出现混沌现象,从而对系统的稳定性产生影响。利用状态负反馈控制,通过选取合适的反馈系数,镇定系统的不稳定周期轨道,达到抑制混沌振荡的目的。仿真实验的结果进一步证明了该方法的有效性,其对于保障电力系统的稳定性具有较好价值。     

基于延时反馈的超声波电动机混沌控制

超声波电动机转速控制系统在一定的参数范围内会出现混沌行为。为了控制超声波电动机转速控制中的混沌行为,设计了参数自适应延时反馈控制器。仿真结果表明,该控制器能够控制系统的不稳定周期轨道,从而消除混沌,使系统从混沌状态进入稳定状态。     

参数共振微扰法在Buck变换器混沌反控制中的应用

构造了参数共振微扰作用下的Buck变换器电路模型作为研究对象,通过对扰动幅值及相位进行优化,达到最优的混沌反控制结果.对研制的系统进行了理论分析,构造了迭代映射的模型,通过Jacobian矩阵计算出特征值,特征值轨迹分析的结果与数值仿真是完全一致的.同时,应用该混沌反控制方法还改善了变换器系统的EMI水平,从而为解决开关变换器电磁兼容性问题提供一种新的有效途径.     

A new six-dimensional hyperchaotic system and its secure communication circuit implementation

In the paper, a novel six-dimensional hyperchaotic system is proposed for secure communication. A detailed analysis of some relevant features, such as equilibrium stability, dissipation, bifurcation, and Lyapunov exponents. The results show that there are hyperchaos, chaos, quasi-periodic, and periodic dynamic behaviors for our constructed hyperchaotic system. Then the six-dimensional hyperchaotic system is simulated and implemented, which verified its physical realizability. The six-dimensional hyperchaotic system is applied to complete the signal encryption and decryption circuit design, then the circuit is tested. The results indicate that the proposed hyperchaotic system can play an important role in some key areas such as communication security and complex systems.     

Josephson结电路系统的混沌控制

本文在考虑隧道效应的前提下,分析了含Josephson结电路系统的复杂非线性动力学,建立了系统的非线性动力学方程。根据系统的相图、分叉图及Lyapunov指数图分析了系统由周期运动进入混沌运动的过程。利用外加耦合控制器和利用非线性状态反馈反馈法两种方法实NT系统混沌运动的周期控制,得到了受控系统的周期运动相图及混沌控制控制参数变化时的分叉图。并讨论了这两种控制方法的特点。     

声波对锥形预混火焰表面温度脉动的影响

在燃气轮机燃烧室中，当不稳定的燃烧过程与声波相互耦合时，就会产生自激的振动。文中主要研究甲烷-空气预混锥形火焰对声波扰动的响应。采用精细热电偶测量火焰的温度脉动。在没有声波扰动时，火焰表面温度出现20Hz的特征频率。在施加50Hz声波扰动后，火焰的表面的温度出现50Hz、25Hz、100Hz和150Hz的特征频率。施加其它频率的声波扰动时，火焰出现类似的现象。预混火焰对声波扰动的谐波、分谐波和高阶谐波响应并存。     

永磁直流电机的混沌反控制

以永磁直流电机为例,在开环控制电压的基础上,分别叠加电机转速和电枢电流的延迟反馈电压构成电机输入电压,成功地使电机转速出现混沌运动,并且使得电机转速以及在这个转速附近产生的混沌振荡的幅值范围可控。对实施混沌反控制的电机系统,进行理论分析和推导,给出了开环控制和延迟反馈电压设计的解析表达式。进行了系统仿真,并进一步验证理论推导的结果。画出周期和混沌电机转速的波形和相空间重构相轨迹。而且还计算了李雅普诺夫指数,验证电机存在混沌运动。