基于时延降噪循环双谱的电机轴承故障检测方法研究

当电机轴承出现故障时,定子电流信号中的微弱故障特征淹没在基波及谐波的强大噪声背景中。由于信噪比过低,基于电流的轴承故障检测一直是一个挑战。为此,提出了一种基于时延降噪的循环双谱检测方法。首先根据循环双谱函数构造定子电流解析表达式,提取电流解析式的特征解。通过理论分析确定循环双谱函数中的时延滞后量,减少电流信号中的无关噪声成分。最后利用实验平台采集定子电流,在电流解析式取得特征解的位置做切片频谱分析。实验结果表明,所提方法能有效提升信噪比,并提取出电流中非平稳的微弱故障特征,实现电机轴承故障的检测。     

计及多能设备变工况运行特性的综合能源系统日前优化调度北大核心CSCD

针对传统恒定效率设备模型存在的仿真误差大、适用范围窄等问题,文章将更加精确的设备变工况特性模型应用于系统优化调度中,建立了计及多能设备变工况运行特性的综合能源系统日前优化调度模型。在模型求解过程中,文章应用增量线性化策略,对目标函数和约束条件中的非线性项进行线性化处理,将原始的非线性优化调度模型转化为一个混合整数线性规划,通过调用成熟的商用求解器进行快速求解。在设备变工况运行特性约束的线性化处理过程中,文章提出了一种基于误差控制的分段点选取方法,通过构造偏差函数并控制其极值的上界,可以将最优解的误差水平限制在事先给定的范围内。算例结果表明,文章所提线性化处理方法与分段点选取策略,能够有效求得原始非线性规划问题的近似最优解,并且可将近似最优解的误差水平限制在5%以内。     

不平衡电网下PWM整流器自抗扰模型预测控制

电网电压不平衡时,脉宽调制(PWM)整流器网侧电流产生大量谐波,导致电能质量下降,此外,当负载突变时,系统将长时间处于暂态运行.针对上述问题,这里提出一种基于自抗扰控制器(ADRC)的改进的有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)方法.该方法通过对不平衡电网下的网侧功率分析获得新的功率参考值,以此设计评价函数,降低整流器网侧电流畸变率,减小有功功率波动.另外,为提高系统鲁棒性,采用ADRC跟踪电压参考值,提升负载突变时的系统暂态性能,并通过仿真和实验验证所提方法的有效性.     

控制方向未知的无人帆船自适应动态面航向控制

针对四自由度无人帆船存在模型不确定、控制方向和外部环境扰动均未知的情况,本文提出一种神经网络自适应动态面航向控制方法。该方法采用RBF神经网络逼近无人帆船模型不确定部分,利用Nussbaum函数处理系统的未知控制增益函数,并设计σ-修正泄露项的参数自适应律对神经网络逼近误差与外界环境扰动总和的界进行估计,同时引入动态面方法,消除反演法中的"计算膨胀"问题,降低控制器的复杂性。Lyapunov函数稳定性分析证明所设计控制器能够保证航向保持闭环系统内所有信号的一致最终有界性,并通过一艘12 m型无人帆船模型进行仿真验证。结果表明:无人帆船航向保持响应速度快,所设计的控制器能有效地处理模型不确定项和风浪等外界扰动,具有较强的鲁棒性。     

基于干扰观测器的四旋翼吊挂系统非线性控制北大核心

针对四旋翼吊挂系统负载部分易受干扰,影响四旋翼吊挂系统整体稳定性的问题,设计了干扰观测器观测负载所受干扰,并采用积分型反步法控制四旋翼吊挂系统。对吊挂负载与飞行器之间的受力情况进行分析,并用哈密尔顿原理和拉格朗日公式建立数学模型;为飞行器的姿态、位置,吊挂物摆角设计积分型反步法控制器并证明其稳定性,并针对负载易受干扰的问题为其设计干扰观测器补偿所受干扰。通过仿真证明,设计的控制方法对飞行器的位置及姿态控制效果较好,同时抑制吊挂物的摆动,且对干扰的鲁棒性较强。     

带有推进器故障的船舶动力定位系统的鲁棒滑模容错控制

由于海洋工作环境具有复杂性和不可预测性,船舶动力定位系统的可靠性一直备受关注.针对带有推进器故障的船舶动力定位系统的鲁棒容错控制问题展开研究.首先,建立更一般且统一的推进器故障模型,该模型能全面描述推进器失效、卡死、中断3种故障情形;然后,设计一种不依赖故障检测模块(FDI)和故障信息上下界的自适应滑模控制器, 其中自适应机制用于在线估计故障信息和未知外部扰动的上界,基于李雅普诺夫稳定性理论和滑模控制理论,所设计的自适应滑模控制器能保证船舶动力定位系统在有推进器故障发生和海洋环境外部有界扰动存在情况下的所有信号一致有界;最后,在一艘过驱动船舶模型上进行仿真,其结果验证了所设计方法的有效性.     

基于预测窗的轮式移动机器人最优避障避碰算法

针对非线性轮式移动机器人的避障以及多机器人间的相互避碰问题,提出了一种基于预测窗的避障避碰算法.首先为了便于预测碰撞的发生,通过反馈线性化将非线性的机器人运动学模型转化成线性模型;然后根据线性模型预测会导致机器人发生碰撞的所有相对虚拟加速度变化量集合,称之为加速度变化障碍.基于此,为每个机器人构造既能躲避障碍物又能相互避碰的可行加速度变化集合.然后通过优化指标函数求得最优虚拟加速度变化量,最后将其转换成机器人的实际控制量.这种算法与现有的相比,可使机器人在避障或避碰过程中的行驶方向角、线速度的变化幅值更小,角速度和线加速度的变化更为平顺,而且运行所用的平均时间更短.仿真结果演示了所提出算法的有效性和相对于已有方法的优势.     

时隙ALOHA协议下的网络化控制系统协同设计

针对网络化控制系统中信道容量有限的问题,本文提出一种基于时隙ALOHA通信协议的控制与通信协同设计方法.将控制系统的采样周期划分为若干等长度的时隙,在每个时隙中,系统的分布式传感器通过时隙ALOHA协议来随机竞争接入网络.由于在不同的采样周期各个传感器的接入状态不同,整个状态反馈控制系统将在若干子系统之间进行切换.据此,本文建立了离散的切换系统模型,并利用分段李雅普诺夫函数方法和平均驻留时间技术得到了能够保证系统指数稳定的充分条件.然后,给出能够保证控制系统稳定所需的信道吞吐率的界限,进而得到了时隙ALOHA协议中的最大重传次数与控制系统衰减率的定量关系.通过上述方法,本文建立了控制-通信协同设计的框架结构,可将控制器的增益矩阵和时隙ALOHA通信协议进行协同设计.最后,通过仿真验证了本文所提出的协同设计方法的有效性.     

输入受限的非仿射无人帆船航向系统自适应动态面控制

针对输入受限和控制方向未知的无人帆船航向控制问题,考虑系统模型存在动态不确定和未知外界扰动的情况,本文提出一种基于非仿射航向运动数学模型的最小参数自适应递归滑模动态面控制策略.该策略通过Taylor展开方法将非仿射模型转化为具有线性结构的仿射时变系统,采用最小参数学习(minimal learning parameter,MLP)神经网络逼近无人帆船模型不确定部分,并利用双曲正切函数处理控制输入饱和现象,引入Nussbaum函数处理系统中未知控制方向问题,同时综合考虑帆船艏摇角速度误差和航向误差之间关系设计递归滑模动态面舵角控制律,并设计参数自适应律对神经网络逼近误差与复合干扰总和的界进行估计.选取李雅普诺夫函数证明了所设计控制器能够保证航向闭环系统内所有信号的一致最终有界性.最后,基于一艘12 m无人帆船进行仿真验证,结果表明无人帆船航向控制响应速度快,所设计的控制器能有效地处理模型不确定项和风浪等外界扰动,具有较强的鲁棒性.