风速和风向是影响高速列车运行安全的重要因素,对高铁沿线的大风风速和风向进行有效预测有助于及时地对列车运行状况进行评估和预警。目前高铁大风领域的研究主要集中在风速的预测,尚未考虑风速风向的联合预测。基于深度循环神经网络—...风速和风向是影响高速列车运行安全的重要因素,对高铁沿线的大风风速和风向进行有效预测有助于及时地对列车运行状况进行评估和预警。目前高铁大风领域的研究主要集中在风速的预测,尚未考虑风速风向的联合预测。基于深度循环神经网络—长短记忆(LSTM)模型,提出独立预测法、分量预测法和多变量预测法等3种风速与风向联合预测方法,并利用兰新高铁大风监测实测数据对沿线多个基站的短期风速和风向进行同步联合预测。首先,通过归一化预处理原始风向和风速序列,并运用控制变量法确定最优时间步长和模型参数。其次,采用BPTT(Backpropagation Through Time)和Adam算法进行迭代训练,并结合早停法控制收敛,得到优化后的网络结构。最后,利用训练好的LSTM网络,采用3种方法对风速和风向进行联合预测。4个基站的实验结果表明,优化后的LSTM模型可以有效提取风速风向时间序列的长期依赖特征,结合联合预测方法能够实现对风速和风向的高精度同步预测;3种联合预测方法都能在较小范围内准确预测风速和风向,除5520基站外,风速预测误差在15%以内,风向预测误差在20%以内,其中多变量预测法表现出最优的整体预测精度,独立预测法次之。本研究为风速风向的联合预测提供了新的视角,对保障高铁列车运行的安全性具有参考价值。展开更多
当参数失配时,永磁同步电机的显式模型预测(explicit model predictive,EMP)直接速度控制将出现明显的稳态静差。为此,现有方法通过配置扩张状态观测器(extended state observer,ESO)来实时观测和前馈补偿模型偏差,以实现无静差、高精...当参数失配时,永磁同步电机的显式模型预测(explicit model predictive,EMP)直接速度控制将出现明显的稳态静差。为此,现有方法通过配置扩张状态观测器(extended state observer,ESO)来实时观测和前馈补偿模型偏差,以实现无静差、高精度的转速跟随控制。但实验和理论分析表明,由于ESO的带宽有限,对于变化扰动的补偿能力较弱,参数失配时系统的动态性能恶化。为同时改善参数失配时系统的稳态控制精度和动态性能,并提高鲁棒性,该文将无模型控制与EMP控制进行融合,通过构造超局部预测模型和数据驱动观测器,提出新的EMP直接速度控制策略。实验结果表明:所提方法凭借数据驱动观测器的高观测带宽,可以同时在动态和稳态阶段实现参数失配的优良补偿,兼顾动态与稳态性能。展开更多
针对外界扰动情况下的光伏并网模型预测直接功率控制(model predictive direct power control,MPDPC)系统中存在系统抖振、功率跟踪速度慢、并网电流总谐波失真率较高等问题,提出一种改进分数阶滑模电压控制器,该策略在直流侧母线电压...针对外界扰动情况下的光伏并网模型预测直接功率控制(model predictive direct power control,MPDPC)系统中存在系统抖振、功率跟踪速度慢、并网电流总谐波失真率较高等问题,提出一种改进分数阶滑模电压控制器,该策略在直流侧母线电压外环采用了分数阶微积分理论.首先,构造分数阶非奇异快速终端滑模面函数,削弱系统抖振,提高系统动态性能;然后,构造分数阶双幂次指数趋近律,引入加权积分型增益和饱和函数,有效避免系统在非滑动模态阶段时切换增益的增大,提高系统控制精度;最后,设计新型分数阶电压环控制器并运用于光伏并网系统中.研究结果表明,改进后的分数阶滑模电压控制器能够满足光伏并网MPDPC系统的各项基本需求,抑制系统抖振,提高功率跟踪性能,降低并网电流总谐波失真率,有效解决可再生能源和公共电网电能转化的关键难题,对光伏并网系统高性能控制的理论研究具有重要意义.展开更多
针对车载双重化脉宽调制(pulse width modulation,PWM)整流器控制性能易受到模型不确定性和列车运行条件(输入电压、功率等级、电路参数等)变化影响的问题,提出一种基于自抗扰控制(active disturbance rejection control,ADRC)和模型预...针对车载双重化脉宽调制(pulse width modulation,PWM)整流器控制性能易受到模型不确定性和列车运行条件(输入电压、功率等级、电路参数等)变化影响的问题,提出一种基于自抗扰控制(active disturbance rejection control,ADRC)和模型预测直接功率控制(model predictive direct power control,MPDPC)的双闭环控制算法。其中,外环基于自抗扰控制理论,构建了基于误差驱动的ADRC(error-based ADRC,EADRC)控制器调节直流侧电压;内环结合基于内模原理的功率补偿方案使用两步MPDPC算法实现电流信号的控制。仿真和实验将所提自抗扰模型预测直接功率控制(ADRC-MPDPC)算法与传统基于比例积分的直接功率控制(proportional integral-based direct power control,PI-DPC)算法和PI-MPDPC方法进行对比,结果表明所提策略在系统启动、负载变化及工况切换等场景表现出更优的动态特性和鲁棒性能。展开更多
文摘风速和风向是影响高速列车运行安全的重要因素,对高铁沿线的大风风速和风向进行有效预测有助于及时地对列车运行状况进行评估和预警。目前高铁大风领域的研究主要集中在风速的预测,尚未考虑风速风向的联合预测。基于深度循环神经网络—长短记忆(LSTM)模型,提出独立预测法、分量预测法和多变量预测法等3种风速与风向联合预测方法,并利用兰新高铁大风监测实测数据对沿线多个基站的短期风速和风向进行同步联合预测。首先,通过归一化预处理原始风向和风速序列,并运用控制变量法确定最优时间步长和模型参数。其次,采用BPTT(Backpropagation Through Time)和Adam算法进行迭代训练,并结合早停法控制收敛,得到优化后的网络结构。最后,利用训练好的LSTM网络,采用3种方法对风速和风向进行联合预测。4个基站的实验结果表明,优化后的LSTM模型可以有效提取风速风向时间序列的长期依赖特征,结合联合预测方法能够实现对风速和风向的高精度同步预测;3种联合预测方法都能在较小范围内准确预测风速和风向,除5520基站外,风速预测误差在15%以内,风向预测误差在20%以内,其中多变量预测法表现出最优的整体预测精度,独立预测法次之。本研究为风速风向的联合预测提供了新的视角,对保障高铁列车运行的安全性具有参考价值。
文摘当参数失配时,永磁同步电机的显式模型预测(explicit model predictive,EMP)直接速度控制将出现明显的稳态静差。为此,现有方法通过配置扩张状态观测器(extended state observer,ESO)来实时观测和前馈补偿模型偏差,以实现无静差、高精度的转速跟随控制。但实验和理论分析表明,由于ESO的带宽有限,对于变化扰动的补偿能力较弱,参数失配时系统的动态性能恶化。为同时改善参数失配时系统的稳态控制精度和动态性能,并提高鲁棒性,该文将无模型控制与EMP控制进行融合,通过构造超局部预测模型和数据驱动观测器,提出新的EMP直接速度控制策略。实验结果表明:所提方法凭借数据驱动观测器的高观测带宽,可以同时在动态和稳态阶段实现参数失配的优良补偿,兼顾动态与稳态性能。
文摘针对外界扰动情况下的光伏并网模型预测直接功率控制(model predictive direct power control,MPDPC)系统中存在系统抖振、功率跟踪速度慢、并网电流总谐波失真率较高等问题,提出一种改进分数阶滑模电压控制器,该策略在直流侧母线电压外环采用了分数阶微积分理论.首先,构造分数阶非奇异快速终端滑模面函数,削弱系统抖振,提高系统动态性能;然后,构造分数阶双幂次指数趋近律,引入加权积分型增益和饱和函数,有效避免系统在非滑动模态阶段时切换增益的增大,提高系统控制精度;最后,设计新型分数阶电压环控制器并运用于光伏并网系统中.研究结果表明,改进后的分数阶滑模电压控制器能够满足光伏并网MPDPC系统的各项基本需求,抑制系统抖振,提高功率跟踪性能,降低并网电流总谐波失真率,有效解决可再生能源和公共电网电能转化的关键难题,对光伏并网系统高性能控制的理论研究具有重要意义.
文摘针对车载双重化脉宽调制(pulse width modulation,PWM)整流器控制性能易受到模型不确定性和列车运行条件(输入电压、功率等级、电路参数等)变化影响的问题,提出一种基于自抗扰控制(active disturbance rejection control,ADRC)和模型预测直接功率控制(model predictive direct power control,MPDPC)的双闭环控制算法。其中,外环基于自抗扰控制理论,构建了基于误差驱动的ADRC(error-based ADRC,EADRC)控制器调节直流侧电压;内环结合基于内模原理的功率补偿方案使用两步MPDPC算法实现电流信号的控制。仿真和实验将所提自抗扰模型预测直接功率控制(ADRC-MPDPC)算法与传统基于比例积分的直接功率控制(proportional integral-based direct power control,PI-DPC)算法和PI-MPDPC方法进行对比,结果表明所提策略在系统启动、负载变化及工况切换等场景表现出更优的动态特性和鲁棒性能。
