零极点配置智能PID控制器在系统控制中的应用

为解决未知系统的PID控制问题,根据PID控制及零极点配置控制理论,详细讨论了零极点配置PID控制器、智能PID控制器的构成过程.该控制器结构简单,实用性强,控制器的阶数仅与被控系统的传递函数分子多项式阶数m有关,而与分母多项式阶数n无关,可以用低阶控制器控制高阶系统,通过大量的仿真试验研究,说明该智能控制器具有良好的自适应性和鲁棒性.     

大规模BurstMode异步控制电路分解与综合

对于现有的Burst Mode异步控制电路综合方法而言,由于在状态归约与赋值阶段需要进行完备的状态空间搜索,面临状态空间爆炸问题,因此仅仅适用于中小规模控制电路.为了提高电路的综合规模,使得Burst Mode异步控制电路走向实用化,提出了一种新的大规模Burst Mode异步控制电路的综合方法:利用Burst Mode状态机所对应有向图的有向回路集合对状态机进行分解,得到相互独立的子状态机;对各子状态机进行调整,采用请求/应答信号实现相应子状态机之间的四段握手通信;设计接口状态机解决相应子状态机之间的仲裁问题.通过实例比较可知,该方法可以大幅度地提高综合规模,降低综合复杂度,减少综合时间.     

基于ST7单片机的太阳能直流供电系统控制器设计

设计一种用ST7单片机构成的全数字化太阳能直流供电系统控制器。系统在ST7单片机的控制下,能将太阳能电池转换的直流电进行有效存储和合理使用。系统充分利用了ST7单片机的软件资源,最大程度地简化了硬件电路,使电源具有较高的性价比和可靠性。     

基于精细积分的(最优)控制系统设计程序包

在精细积分算法体系的基础上开发的"精细积分(最优)控制系统设计程序包PIM-CSD(Precise Integration Method-Control System Design)",不但具有高效、精确、稳定的优点,可替代Matlab控制工具箱定常控制器设计功能,而且很容易实现时变控制器功能的扩展.主要讲述精细积分程序包在LQ最优控制、Kalman滤波以及系统仿真等控制系统设计基本内容方面的功能实现,特别强调在时变控制器和滤波器的设计以及Kalman滤波微分方程的高效求解等新功能的扩展,通过与Matlab控制系统工具箱中相关功能的比较,显示出PIM-CSD在计算效率、数值精度、算法稳定性等方面的优势.最后,探讨了PIM-CSD的应用领域和发展方向.     

Fixed-time sliding mode control based plant/controller co-design of dual-motor driving system

A fixed-time sliding mode controller based plant/controller co-design scheme is developed for dual-motor driving systems. The proposed controller is fixed-time stable subject to unknown disturbances which guarantees the robustness of the proposed control scheme and a less conservative solution can be ensured by comparing with the conventional fixed-time convergence technique. Due to the existence of couplings between the plant and the controller, traditional design procedures in which the plant and the controller are designed sequentially and separately cannot guarantee the overall optimum of control systems. A co-design scheme based on the nested optimisation strategy is developed in this paper. With the nested optimisation strategy, the co-design solution can be achieved efficiently and reliably. A combined cost function considering both the plant and the controller is developed so that the largest load can be achieved without degrading the control performance. The fixed-time convergent controller is employed and considered into the co-design scheme. The gravitational search algorithm is adopted to optimise controller parameters in the co-design scheme. With the presented co-design method, the largest load of the studied system can be achieved with the satisfactory control performance. Contrastive Simulation and experimental results demonstrate the efficacy of the proposed controller and co-design scheme.     

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.