为探究在集散式控制系统(distributed control system,DCS)危险排除过程中控制员不同信息搜索策略对排险任务绩效的影响及认知负荷的中介效应,基于虚拟现实技术、皮肤电采样和眼动追踪技术构建模拟DCS工控平台,招募20名相关专业被试参...为探究在集散式控制系统(distributed control system,DCS)危险排除过程中控制员不同信息搜索策略对排险任务绩效的影响及认知负荷的中介效应,基于虚拟现实技术、皮肤电采样和眼动追踪技术构建模拟DCS工控平台,招募20名相关专业被试参与模拟排险实验并对其认知负荷及排险绩效进行量化,使用眼动轨迹匹配法判断被试的信息搜索模式,研究认知负荷的中介效应及中介机理。研究结果表明:不同信息搜索策略会显著影响任务绩效;认知负荷对该影响的中介效应高达89.66%,表明信息搜索策略主要通过影响认知负荷来间接作用于排险任务绩效,认知负荷越高,任务绩效越低;逻辑系统搜索策略能通过高效图式匹配减少认知资源消耗,显著抑制认知负荷增长,任务绩效表现最佳;空间系统搜索较难抑制认知负荷,任务绩效较差;随机搜索被试认知负荷显著高于其他组,绩效表现最差;此外,不同认知负荷水平下被试的信息搜索策略没有明显转变倾向。研究结果可为DCS控制人员的考核和培训提供理论支撑。展开更多
Enhancing the stability and performance of practical control systems in the presence of nonlinearity,time delay,and uncertainty remains a significant challenge.Particularly,a class of strict-feedback nonlinear uncerta...Enhancing the stability and performance of practical control systems in the presence of nonlinearity,time delay,and uncertainty remains a significant challenge.Particularly,a class of strict-feedback nonlinear uncertain systems characterized by unknown control directions and time-varying input delay lacks comprehensive solutions.In this paper,we propose an observerbased adaptive tracking controller to address this gap.Neural networks are utilized to handle uncertainty,and a unique coordinate transformation is employed to untangle the coupling between input delay and unknown control directions.Subsequently,a new auxiliary signal counters the impact of time-varying input delay,while a Nussbaum function is introduced to solve the problem of unknown control directions.The leverage of an advanced dynamic surface control technique avoids the“complexity explosion”and reduces boundary layer errors.Synthesizing these techniques ensures that all the closed-loop signals are semi-globally uniformly ultimately bounded(SGUUB),and the tracking error converges to a small region around the origin by selecting suitable parameters.Simulation examples are provided to demonstrate the feasibility of the proposed approach.展开更多
针对直流微电网中储能系统功率波动、负载侧负荷频繁投切等不确定因素引起母线电压产生波动的问题,以储能系统中三相交错并联双向DC-DC变换器为研究对象,提出一种基于级联有限时间扩张状态观测器(cascade finite-time extended state ob...针对直流微电网中储能系统功率波动、负载侧负荷频繁投切等不确定因素引起母线电压产生波动的问题,以储能系统中三相交错并联双向DC-DC变换器为研究对象,提出一种基于级联有限时间扩张状态观测器(cascade finite-time extended state observer,CFT-ESO)的微分平坦和改进型超螺旋滑模双闭环复合控制策略.首先,建立三相交错并联双向DC-DC变换器的数学模型,并根据微分平坦理论将其直流系统转化为微分平坦系统,结合两级具有快速收敛性的有限时间扩张状态观测器提高对系统集总扰动的估计精度.其次,采用内环微分平坦控制、外环改进型超螺旋滑模控制的双闭环控制系统,既能提高系统动态响应过程,又能利用高阶滑模控制算法抑制抖振,同时解决变换器升压模式中非最小相位问题.再次,通过Lyapunov理论证明控制系统的稳定性.最后,利用MATLAB/Simulink仿真软件以及搭建实验平台对控制策略进行验证,结果表明,本文所提控制策略能够很好地抵抗扰动,提高系统的暂态性能.展开更多
在两级式AC-DC变换器中,前级功率因数校正(power factor correction,PFC)固有的瞬时功率波动特性会造成母线电压存在二倍频纹波,影响后级CLLLC谐振变换器的输出电压质量。针对以上问题,该文提出了基于二阶广义积分(second order general...在两级式AC-DC变换器中,前级功率因数校正(power factor correction,PFC)固有的瞬时功率波动特性会造成母线电压存在二倍频纹波,影响后级CLLLC谐振变换器的输出电压质量。针对以上问题,该文提出了基于二阶广义积分(second order generalized integral,SOGI)的可变增益母线电压纹波前馈控制方法。采用SOGI提取母线电压纹波信息,基于品质因数Q与电压增益的关系和母线电压纹波对归一化频率的影响,解析了母线电压纹波对CLLLC谐振变换器输出电压的影响机理,得到Q值与前馈增益系数Ka的关系,采用仿真寻优加数据拟合的方法得到前馈可变增益系数曲线。仿真和实验结果表明,相比于无前馈控制,所提控制方法对CLLLC谐振变换器的输出电压纹波具有较好的抑制效果,输出电压纹波降低了72%,验证了所提算法的有效性。展开更多
在海上风电直流汇集-直流送出系统中,基于单相模块化多电平换流器的面对面型(modular multilevel converter based front-to-front,MMC-FTF)高压大功率DC/DC变换器是连接中压汇聚线与高压直流输电(high voltage direct current,HVDC)线...在海上风电直流汇集-直流送出系统中,基于单相模块化多电平换流器的面对面型(modular multilevel converter based front-to-front,MMC-FTF)高压大功率DC/DC变换器是连接中压汇聚线与高压直流输电(high voltage direct current,HVDC)线路的关键接口设备。然而,针对MMC-FTF变换器的阻抗建模鲜有报道,且含MMC-FTF变换器的HVDC系统的小信号稳定性问题尚不明确。针对此问题,该文首先根据频率耦合效应提出共差模提取矩阵,实现了多谐波线性化方法下单相及三相MMC交直流侧阻抗模型的统一,并建立了MMC-FTF变换器的直流侧阻抗模型。其次,利用阻抗稳定性判据揭示了MMC-FTF变换器与岸上三相MMC换流站互联时存在的振荡风险。接着,根据相角灵敏度指标定量评估了不同控制器参数对系统稳定性的影响,并提出用于提升系统稳定性的调参准则。最后,基于MATLAB/Simulink仿真和硬件在环实验验证了结果的正确性。展开更多
文摘为探究在集散式控制系统(distributed control system,DCS)危险排除过程中控制员不同信息搜索策略对排险任务绩效的影响及认知负荷的中介效应,基于虚拟现实技术、皮肤电采样和眼动追踪技术构建模拟DCS工控平台,招募20名相关专业被试参与模拟排险实验并对其认知负荷及排险绩效进行量化,使用眼动轨迹匹配法判断被试的信息搜索模式,研究认知负荷的中介效应及中介机理。研究结果表明:不同信息搜索策略会显著影响任务绩效;认知负荷对该影响的中介效应高达89.66%,表明信息搜索策略主要通过影响认知负荷来间接作用于排险任务绩效,认知负荷越高,任务绩效越低;逻辑系统搜索策略能通过高效图式匹配减少认知资源消耗,显著抑制认知负荷增长,任务绩效表现最佳;空间系统搜索较难抑制认知负荷,任务绩效较差;随机搜索被试认知负荷显著高于其他组,绩效表现最差;此外,不同认知负荷水平下被试的信息搜索策略没有明显转变倾向。研究结果可为DCS控制人员的考核和培训提供理论支撑。
基金National Natural Science Foundation of China(62373102)Jiangsu Natural Science Foundation(BK20221455)Anhui Provincial Key Research and Development Project(2022i01020013)。
文摘Enhancing the stability and performance of practical control systems in the presence of nonlinearity,time delay,and uncertainty remains a significant challenge.Particularly,a class of strict-feedback nonlinear uncertain systems characterized by unknown control directions and time-varying input delay lacks comprehensive solutions.In this paper,we propose an observerbased adaptive tracking controller to address this gap.Neural networks are utilized to handle uncertainty,and a unique coordinate transformation is employed to untangle the coupling between input delay and unknown control directions.Subsequently,a new auxiliary signal counters the impact of time-varying input delay,while a Nussbaum function is introduced to solve the problem of unknown control directions.The leverage of an advanced dynamic surface control technique avoids the“complexity explosion”and reduces boundary layer errors.Synthesizing these techniques ensures that all the closed-loop signals are semi-globally uniformly ultimately bounded(SGUUB),and the tracking error converges to a small region around the origin by selecting suitable parameters.Simulation examples are provided to demonstrate the feasibility of the proposed approach.
文摘针对直流微电网中储能系统功率波动、负载侧负荷频繁投切等不确定因素引起母线电压产生波动的问题,以储能系统中三相交错并联双向DC-DC变换器为研究对象,提出一种基于级联有限时间扩张状态观测器(cascade finite-time extended state observer,CFT-ESO)的微分平坦和改进型超螺旋滑模双闭环复合控制策略.首先,建立三相交错并联双向DC-DC变换器的数学模型,并根据微分平坦理论将其直流系统转化为微分平坦系统,结合两级具有快速收敛性的有限时间扩张状态观测器提高对系统集总扰动的估计精度.其次,采用内环微分平坦控制、外环改进型超螺旋滑模控制的双闭环控制系统,既能提高系统动态响应过程,又能利用高阶滑模控制算法抑制抖振,同时解决变换器升压模式中非最小相位问题.再次,通过Lyapunov理论证明控制系统的稳定性.最后,利用MATLAB/Simulink仿真软件以及搭建实验平台对控制策略进行验证,结果表明,本文所提控制策略能够很好地抵抗扰动,提高系统的暂态性能.
文摘在海上风电直流汇集-直流送出系统中,基于单相模块化多电平换流器的面对面型(modular multilevel converter based front-to-front,MMC-FTF)高压大功率DC/DC变换器是连接中压汇聚线与高压直流输电(high voltage direct current,HVDC)线路的关键接口设备。然而,针对MMC-FTF变换器的阻抗建模鲜有报道,且含MMC-FTF变换器的HVDC系统的小信号稳定性问题尚不明确。针对此问题,该文首先根据频率耦合效应提出共差模提取矩阵,实现了多谐波线性化方法下单相及三相MMC交直流侧阻抗模型的统一,并建立了MMC-FTF变换器的直流侧阻抗模型。其次,利用阻抗稳定性判据揭示了MMC-FTF变换器与岸上三相MMC换流站互联时存在的振荡风险。接着,根据相角灵敏度指标定量评估了不同控制器参数对系统稳定性的影响,并提出用于提升系统稳定性的调参准则。最后,基于MATLAB/Simulink仿真和硬件在环实验验证了结果的正确性。
