A robust two degree-of-freedom controller for systems with both model and measurement uncertainty

This paper presents a design method for robust two degree-of-freedom (DOF) controllers that optimize the control performance with respect to both model uncertainty and signal measurement uncertainty. In many situations, non-causal feedforward is a welcome control addition when closed loop feedback bandwidth limitations exist due to plant dynamics such as: delays, non-minimum phase zeros, poorly placed zeros and poles (Xie, Alleyne, Greer, and Deneault (2013); Xie (2013), etc. However, feedforward control is sensitive to both model uncertainty and signal measurement uncertainty. The latter is particularly true when the feedforward is responding to pre-measured disturbance signals. The combined sensitivity will deteriorate the feedforward controller performance if care is not taken in design. In this paper a two DOF design is introduced which optimizes the performance based on a given estimate of uncertainties. The controller design uses H_∞ tools to balance the controlled system bandwidth with increased sensitivity to signal measurement uncertainties. A successful case study on an experimental header height control system for a combine harvester is shown as an example of the approach.     

An analysis,design and tuning of Cascade Control Systems in the presence of constraints in actuator and process outputs

In the presence of rate constraints in actuator, design of cascade controller based on the primary controller conditional integration can result into closed-loop system oscillations. Stability analysis, performed by the describing function technique and confirmed by simulation, demonstrates that the solution based on the Anti-Reset Windup Cascade Control System (ARW CCS) structure is successful. Design and tuning of the ARW CCS secondary controller is a standard ARW single-input single-output problem. In the present paper tuning is proposed for the ARW CCS primary controller. For the serial process modeling simple rules are derived and confirmed by experimental results, obtained on a drum type boiler of a 210 MWe lignite coal fired unit. General design of the ARW CCS is based on the parallel process modeling and optimization of the primary controller. Optimization is performed in the frequency domain, under constraints on the maximum sensitivity, multiplicative uncertainty bound and sensitivity to measurement noise. Simulation and experimental results on a laboratory thermal plant demonstrate effectiveness of the proposed optimization.     

ZPW-2000A轨道电路断轨态分析

轨道电路断轨态接受端电压阈值的界定是影响断轨检测系统可行性及可靠性的关键因素。针对ZPW-2000A轨道电路的断轨态进行仿真分析,在轨道电路断轨态数学模型的建立中考虑了电气绝缘节的等效阻抗以及补偿电容等单元对轨道电路传输特性的影响,利用分布参数模型法推导得出其传输矩阵参数。并在不同的道床电阻和断轨点条件下,利用Matlab软件仿真分析了ZPW-2000A轨道电路断轨态接受端轨面电压的变化。结果表明道床电阻和断轨点位置是影响轨道电路接受端轨面电压的两个重要因素,随着道床电阻和断轨点的变化,断轨态接受端电压始终存在着一个极大值。该仿真模型的建立及其分析方法为ZPW-2000A轨道电路断轨检测的阈值确定提供了一定的依据。     

基于SVG的功率因数校正系统研究

为了减少感/容性负载与电网之间的无功交换,提高电网电能质量,提出和实现一种基于SVG的功率因数校正系统。该系统使用IGBT全桥电路为主电路,采用TMS320F28335作为控制器,将解耦控制算法移植到DSP中,DSP产生PWM对IGBT进行控制。实验结果表明,该系统能够快速地响应负载侧无功功率的变化,有效地对其进行补偿,减小负载和电网的无功交换。     

TCR+FC型无功补偿技术在矿井提升系统中的应用

提升机是采矿企业广泛使用的大功率、高耗能的生产设备之一,矿井提升系统普遍采用电力电子器件构成的整流装置对其直流电机进行供电和控制。提升机在采矿过程中需要频繁地启动、停机,对电网的无功冲击和谐波污染使供电系统的安全稳定性受到严重影响。本文以国内某铅锌矿盲主井提升系统为研究对象,提出晶闸管控制电抗器(Thyristor Controlled Reactors,TCR)和固定电容器组(Fixed Capacitors,FC)相结合的无功补偿与谐波治理方法。针对提升机运行过程的特殊性和复杂性,给出无功补偿装置的具体电路设计、参数计算等的方法。提出的无功补偿与谐波治理技术对无功补偿装置的工程研究和开发提供一定的参考和指导,对提高电网的供电质量,保障矿井安全、稳定、高效生产具有十分重要的意义。     

一种新的BOC(n,n)型信号的精确捕获算法

针对BOC(n,n)型信号自相关函数存在三个峰值导致伪码捕获模糊性的问题,提出了一种新的基于相关函数的精确无模糊的捕获算法。该算法将信号进行频域的多普勒补偿,通过本地增设QBOC(n,n)支路,利用BOC(n,n)信号自相关以及BOC(n,n)和QBOC(n,n)互相关,经移位±TC/4、取模、求和、平方运算而实现。理论与仿真分析表明,该算法在不改变自相关主峰宽度的情况下完全消除相关副峰的同时,显著提高了主峰峰值;比传统捕获算法的性能好4.5 dB左右,并且捕获精度良好、易于实现。     

三轴磁阻电子罗盘的设计和误差补偿

设计了一款具有倾斜补偿功能的三轴磁阻电子罗盘,并对样机系统做了误差补偿。本系统以磁阻传感器HMC1043和MEMS加速度传感器ADXL203为信号采集模块,以MSP430F149单片机为信号处理模块,分别获取、处理磁场和重力加速度信息,并通过液晶显示模块LCM6432ZK显示载体的航向角和姿态角。结合经典的椭圆假设法和傅里叶级数模型,对系统的误差进行补偿。实验结果表明,设计的磁阻电子罗盘实现了集成化和智能化,能实时显示载体的航向角和姿态角,航向误差可稳定在±0.6°以内。     

影像处理刀具测量仪标定

刀具几何参数测量仪是刀具研制和生产过程中必不可少的设备。近年来基于影像处理技术的刀具测量仪,由于其良好的性能价格比,被国内许多刀具生产和修磨厂家所采用。误差标定是任何测量仪表的必要环节。由于目前还没有这种测量仪专用的误差标定规范,若使用数控机床的标定方法又会使成本大大的提高而不利于中小企业的使用。本文介绍一种简捷的误差标定方法。以大连工业大学先进制造技术工程中心开发的DJCLY92B刀具几何参数测量仪为实例,详细阐述其步骤及实施。实验结果表明,测量仪经过标定,具有明确的数据做标准,使用可靠;标定和误差分析的数据是误差补偿的重要依据;为提高产品性能及其更新换代做准备。     

基于DSP的数字助听器多通道响度补偿方案

针对人耳听觉特征,尤其是老年性听损患者的高频听力损失,提出了一种新的利用正交镜像滤波器组(QMFB)对语音信号进行子带划分的响度补偿方案.利用低通滤波器模拟高频听损状态下的语音信号,设计了一个基于QMFB的非等宽4通道滤波器组对模拟信号进行子带划分响度补偿,最后通过Matlab仿真并利用TMS320C5402芯片实现了这一过程.实验与仿真结果显示,该响度补偿方案很好地补偿了老年性听损患者在高频段的语音能量损失,使患者的听力得到显著改善.     

单光纤光栅对温度与应变的同步测量

提出了一种采用单光纤布拉格光栅(FBG)进行温度与应变同步测量的新颖设计。一根FBG被分成等长的两部分,用环氧胶水涂敷在其中一部分的表面,再套上金属套管,此时可以看成具有不同的布拉格波长的2个FBG,利用它们之间不同的杨氏模量和热膨胀系数,应变和温度能够同步测量。实验结果表明,在2700με和75℃的测量范围内,可以达到约6.1με和1.0℃的应变和温度精确度,误差主要来源于光谱仪分辨率的限制和FBG其中一部分的胶水涂抹不够均匀,通过使用高分辨率的解调仪和提高胶水涂抹工艺可得到更高的测量精确度。