基于精细积分理论与算法体系的时变最优控制方案工程应用

以航天器的编队飞行控制为工程背景,利用PIMCSD工具箱设计了航天器远/近程逼近的时变控制方案,并在飞行控制仿真平台上通过了验证.仿真结果表明,相对于传统的定常控制器方案,新的时变控制器方案可以在更短的控制时间内,以更少的燃料消耗,达到更高的终端控制精度,从而验证了控制方案的可行性、有效性和先进性.同时,提出的时变控制器简化实现方案不仅可以保持良好的性能指标,也便于工程设计和实现.这些工作为航天器编队控制系统的工程设计提供了有益的参考.     

Finite‐time attitude‐tracking control for rigid spacecraft with actuator failures and saturation constraints

In this article, the problem of finite‐time attitude‐tracking control for rigid spacecraft is addressed. Uncertainties caused by external disturbances, unknown inertial matrix, actuator failures, and saturation constraints are tackled simultaneously. First, a smooth function that is more qualified to approximate the standard saturation characteristics is presented to deal with the actuator saturation constraints. Second, a fast nonsingular terminal sliding mode (FNTSM) manifold is constructed as a foundation of controllers design. By incorporating the fuzzy logic system into FNTSM technique, a less demanding solution of coping with model uncertainties is provided because the requirement of a prior knowledge of unknown inertial parameters and external disturbances in many existing achievements is removed. To reduce the number of parameters to be estimated, the norm approximation approach is exploited. Subsequently, an antichattering attitude controller is presented such that all the tracking errors converge into arbitrary small domains around the origin in finite time. The result is further extended to obtain a fault‐tolerant controller against completely failed actuators. Finally, numerical simulation is conducted to verify the effectiveness of the proposed control scheme and comparison with relevant literature demonstrates its high performance. Furthermore, an experiment for the large satellite Hubble Space Telescope is carried out to validate the practical feasibility.     

用于油气勘探的电代油驱动装置系统设计与分析

为满足碳中和背景下油气勘探企业对清洁、经济、高可靠性生产的需求,设计了基于双兆瓦级交流异步电动机变频调速的新型电代油驱动装置。采用模块化思想,设计了高压变电、低压传动分体模块箱式结构,提高了电代油驱动装置调度使用的便捷性,其中高压变电模块采用十二脉整流变压器,实现了在变频器成本无显著增加的前提下仅变压器成本增加25%,大幅节省了无功补偿成本,尤其是在场用电占比低的大功率钻进段,该装置的实测功率因数达0.95以上。针对双电机协同控制可能存在负荷不均衡的问题,设计了基于主从控制结构的PLC(programmable logic controller,可编程逻辑控制器)控制系统,并采用转速匹配控制结合变频器下垂控制的方法,实现了将电机转速偏差控制在10%以内;同时,所设计的控制系统支持多地操作以及现场数据远程监控,提高了电代油驱动装置的可靠性。试运行结果表明,所设计的电代油驱动装置满足实际工程需求,相较于传统柴油驱动装置,每月可节省52%的成本和减少27%的二氧化碳(CO₂)排放。所设计的装置在油气勘探节能领域具有一定的实用价值。     

串联蓄电池均衡充电系统

用电感、二极管和开关器件构成串联蓄电池充电的均衡电路,使蓄电池在串联的情况下,实现均衡充电.分析了均衡器的工作原理,指出该均衡器具有动态分配过充电能的特点.利用蓄电池的充电电压和充电状态之间的关系,用蓄电池的状态估计法和倒推法,解决了均衡器中开关器件的PWM脉冲占空比的计算问题.整个串联蓄电池充电系统具有结构简单、灵活和可扩展的优点.     

计及故障持续时间的电力系统暂态稳定分布式控制

针对电力系统故障持续时间会影响暂态稳定控制的问题, 本文提出了一种使系统在固定时间内恢复暂态稳定运行的策略. 该策略通过电力系统通信拓扑建模方法为每个发电机建立“邻居发电机”, 利用发电机本地信息和其邻居发电机的信息设计分布式控制器, 通过控制储能装置作用于受扰动后的系统, 使其在固定时间内恢复稳定运行. 其次, 此控制策略还解决了一些实际挑战, 如控制器的输入延时、外部的干扰、储能装置的容量限制等. 通过构建李雅普诺夫函数并利用图论知识对该策略展开了稳定性分析, 推导出了稳定系统的时间界限. 最后, 将控制器投入新英格兰39节点测试系统中, 并与其它控制器进行比较, 仿真结果验证了在低容量储能装置限制下和抗干扰性上控制器性能的优势.     

The multi-objective optimal control with X?Q adaptive controller

This paper proposes a new type of nonlinear controllers and a large phase angle allowance design method based on the multi-objective optimal control system. With the proposed method, the performance of the system becomes better than that of the original system. Then, an example of the radar servo system is designed with a large phase angle allowance multi-objective optimal design method. Finally, the performance based on computer simulation demonstrates that the multi-objective optimal system is superior to linear optimal systems.     

龙耀路越江隧道中智能消防疏散指示系统的应用

越江隧道为人员密集型场所,针对火灾消防逃生的需求,系统地介绍智能消防疏散指示系统。以龙耀路越江隧道为例,从系统设置、布线、工作方式和效果等角度阐述了该系统在越江隧道中的实际应用。     

微型程序控制器在低压供电系统中的应用

在低压供电系统中通常利用传统继电器设计控制线路,主要是因为复杂的接线造成的低可靠性和不能灵活地满足用户不同的控制要求。在低压供电系统中用微型程序控制器代替传统继电器可以显著地提高可靠性,可以灵活地满足用户不同的控制要求,大大提高了成套开关设备的性价比。     

基于电化学检测原理的毒性气体探测器设计

一些工业生产过程中产生的有毒气体会对生产安全、环境保护造成威胁。常见毒性气体的检测一般采用电化学传感器。本文针对电化学传感器的使用对硬件电路要求高的问题,设计了一款使用STM32103系列微控制器的高性能毒性气体探测器。