状态空间平均法

摘要： 混合储能微电网具有非线性、强耦合、负载扰动强、并/离网模式切换灵活等特性,针对传统控制难以取得理想效果的问题,该文将二阶线性自抗扰控制(2^(nd)-LADRC)技术引入微电网负载端接口变换器的控制中。首先,根据状态空间平均法对被控对象进行分析并提取模型信息,根据状态方程与传递函数从系统层面设计2^(nd)-LADRC控制器;然后,通过频域分析,验证2^(nd)-LADRC控制器的收敛性和抗扰性,探讨观测器带宽与抗扰性能之间的关联,并运用Lyapunov理论分析应用2^(nd)-LADRC控制器时的系统稳定性,得出系统在工程意义上是稳定的;最后,设计一台40kW实验样机,模拟在微电网和负载功率波动时不同控制策略的实验场景。实验结果验证了2^(nd)-LADRC控制方法的可行性和有效性。

摘要： 混合储能微电网的并、离网模式灵活切换可较好地容纳分布式能源,但在复杂的工况下,其用电端降压接口的电能质量会受到影响。为此,该文提出一种带有参数自寻优的模糊自抗扰控制(FLADRC)策略对传统双闭环PI控制方式的外环进行改造。首先,根据需求对变换器模型进行分析与化简,并通过状态空间平均法进行建模;然后,依据状态方程包含的模型信息设计了FLADRC的线性扩张状态观测器(LESO)矩阵;之后,在频域分析部分,探究应用FLADRC时的系统性能,从理论上分析FLADRC的跟踪性、收敛性和抗扰性,并基于分析结果给出参数自寻优的模糊逻辑规则;此外,运用李雅普诺夫稳定性理论证明了应用FLADRC时微电网接口变换器的稳定性;最后,在40kW的实验平台上进行实验测试,得到了在多种工况下不同控制策略的动态曲线。实验结果验证了该文所提FLADRC方法的可行性和有效性。

摘要： 随着清洁能源的不断普及,逆变器作为电能转换的中枢,其故障的诊断已成为研究的热点。逆变器故障诊断的难点之一是由于开关函数的非线性,导致逆变器难以精确建模。采用状态空间平均法来对逆变器建立无故障与故障下的模型,在两个模型中比较得到残差,通过建立残差评价函数体系,提出了残差信号斜率、残差信号斜率绝对值、残差信号范数及残差信号范数绝对值4个评判指标,对逆变器的故障进行故障分离并判断故障的类型。通过GeckoCIRCUITS搭建仿真电路,获得了滤波电路中电容与电感值降低时指标发生的变化规律并分析不同故障在指标下的差异性,结果表明对故障的检测与分离是可行的。

摘要： 反激变换器可以广泛应用在中小功率的开关电源中,小信号模型为变换器的稳定性分析提供了理论依据和模型基础.在分析反激变换器原理的基础上,采用状态空间平均法建立DCM反激变换器的小信号模型,并推导了励磁电流到输入电压、励磁电流到输出电流源、励磁电流到占空比、输出电压到输入电压、输出电压到输出电流源以及输出电压到占空比的传递函数,为DCM模式下各类变换器的控制回路设计提供了建模参考,具有很好的推广价值.

摘要： 本文主要是设计隔离放大器的电路结构,通过用状态空间平均法对电路的稳态直流和交流小信号进行分析和计算,然后利用Cadence软件进行系统建模与仿真验证,为隔离放大器关键电路设计提出了一些具体设计指标和可行的方案.

摘要： 利用状态空间平均法对非理想Boost变换器进行分析,建立控制到输出的数学模型.为了消去控制到输出的数学模型中S右半平面的零点,改善整个非理想Boost变换器的动态性能和静态性能,在补偿网络中设计了惯性环节进行补偿.为了验证设计的惯性补偿环节的准确性,进行仿真和样机测试验证,结果表明控制系统中设计的惯性补偿环节能够有效改善非理想Boost变换器的性能,使得非理想Boost变换器动态和静态性能良好.

摘要： 输出接动力蓄电池的三电平Buck变换器是一个时变、非线性、多模态的动态系统。为简化其控制系统设计,文章详细分析了系统各模态的工作过程,利用状态空间平均法建立了其等效线性模型,并针对简化后的模型设计了一种多闭环控制系统。Matlab仿真结果显示,系统输出电流动态响应快、抗输入电压波动能力强,验证了等效模型的合理性及控制系统设计的有效性。

摘要： 在考虑寄生参数的情况下,分析了非理想Buck变换器工作原理,运用状态空间平均法建立非理想模型下控制到输出的动态数学模型.为了消去控制到输出数学模型中的零点,在控制电路中设计了相应的惯性积分补偿网络,对整个闭环控制系统进行了性能分析.通过仿真分析和样机实验测试,验证了设计的惯性积分补偿网络使得整个Buck变换器具有抗干扰能力强、动态性能好的优点.根据非理想Buck变换器建立的数学模型为其他电路的分析提供了相应的理论依据,具有一定实用推广价值.

摘要： 电动汽车用燃料电池具有输出电压变化范围大、输出电压低、输出电流大的特点,为给下级设备供电,中间需增加高增益升压变换器.从减小升压变换器体积和电应力角度出发,设计了电动汽车用三电平Boost变换器.通过对三电平Boost变换器工作原理的分析,运用状态空间平均法建立控制到输出的数学模型,根据模型的求解结构在控制电路中设计了相应的PI补偿网络,对控制系统PI补偿网络进行了性能分析.通过实验,验证了系统的设计补偿网络的准确性与可行性,建立的模型为其他电路的分析提供了相应的理论依据,具有一定的推广价值.

摘要： 以状态空间平均法建立了光电经纬仪伺服控制系统PWM控制电动机的双极性模型,并以全桥主电路为实现对象,控制系统采用输出角速度和位置信号为反馈信号,前馈控制和PID控制相结合的控制算法;理论分析和仿真结果说明对斜坡输入和阶跃干扰的稳态误差为零.

摘要： DC-DC开关变换电路是一个时变的、强非线性的动态系统,它的分析与设计一直是一个难题.本文通过数学推导阐述了状态空间平均法是平均法的一阶近似,并通过MATLAB软件进行典型升压变换器(boost converter)的电路模型和数学模型仿真对比,定量地讨论状态空间平均法模型的适用条件,说明状态空间平均法的本质.

摘要： 状态空间平均法是为DCMDC-DC变换器建模的有力工具.本文论述了如何应用状态空间平均法为DCMDC-DC变换器建立平均变量解析模型、直流与交流小信号解析模型的基本过程,强调了在电流断续的情况下,需根据电感电流断续的特点增加辅助分析方程,并特别指出在电感电流平均值方程中,电感电流的平均值是指其在瞬时值不为零的时间段内的平均值,且对此进行了理论分析.最后以理想Buck变换器为例,说明应用状态空间平均法分析DCMDC-DC变换器的具体过程.

摘要： 基于超级电容的储能系统中的通常采用双向变换器.许多文献未建模分析而只对所使用的变换器进行了控制策略的提出和验证,另一些进行建模分析时把超级电容看做是一般的电容或者电阻,建模存在偏差.本为针对使用超级电容用于地铁再生制动能量回收的双向Buck/Boost变换器,基于状态空间平均法对其进行建模研究.并研究了电网阻抗变化对系统传递函数的影响.之后在所设计的所有工作情况下,做出控制对电感电流传递函数的BODE图.选取最恶劣的情况进行闭环调节器设计,仿真结果验证了模型的准确性以及调节器设计的正确性.

摘要： 为了全面地认识和客观评价磁集成技术对开关变换器稳态和动态性能的影响,需要建立磁集成开关变换器的小信号模型.论文以集成磁件分析方法为基础,结合状态空间平均法,分别提出三种磁集成开关变换器小信号建模方法,为这类变换器的动态特性研究和控制设计建立理论基础.以磁集成有源箝位正激变换器为研究对象,分别对这三种建模方法做详细阐述.

摘要： 本文运用状态空间平均法，推导出连续导电模式下非理想电压型推托DC—DC变换器功率组电路的低频小信号传递函数，仿真出变换器功率级电路的幅额和相频曲线(Bode图)，通过优化设计反馈补偿电路，可以提高电压型推挽DC-DC变换器系统的稳定性和动态特性。对一台电压型推挽DC—DC变换器样机进行仿真和控制设计，应用网络分析仪Agilent4395A分别测试功率级电路和变换器系统的Bode图,并应用示波器测试变换器系统的负载动态响应，验证了建模和控制设计的正确性。

摘要： SEPIC 变换器是一种既能升压又能降压的DC-DC 变换器,广泛应用于电池设备中。SEPIC 变换器有连续传导模式和不连续传导模式这两种工作模式。本文介绍了用状态空间平均法对工作在连续传导模式下的 SEPIC 变换器的建模,并进一步对连续工作模式进行小信号建模,可以通过传递函数设计反馈控制回路。用 matlab/simulink 进行仿真,其结果可以验证所建模型的准确性。

摘要： 本文分析了考虑多数寄生参数的非理想反激变换器的五种工作模态,结果表明寄生参数增加了变换器的损耗和功率传输时间,基于此,给出了非理想反激变换器的简化等效电路。利用状态空间平均法对非理想反激变换器进行建模,推导出控制—输出电压的传递函数,为闭环控制设计提供了理论依据。并提出了一种新的功率电路优化设计方法,该方法通过定义比例因子Krp (变压器初级电流波动值和峰值之比),建立起变换器主要参数与该因子的关系,为功率电路设计提供了有价值参考。最后,进行了仿真和实验验证,结果论证了理论分析的有效性。

摘要： 本文应用状态空间平均法导出了考虑各种非理想因素时 Flyback变换器在 CCM模式下的直流稳态和小信号动态模型,并给出了仿真实例.所得的模型具有实用性,根据此模型,代入电路参数后经过简单的计算或是编程,即可以快速获得电路稳态和动态特性的解析式.

摘要： 本文提出了一种新型平方变换器拓扑,采用连续建模的状态空间平均法,建立了平方变换器的小信号数学模型,并应用古典控制理论的方法,利用MATLAB绘制了Bode图,对其进行了稳定性分析.

摘要： 本发明公开了一种基于分段广义状态空间平均的变流器电磁暂态建模方法，其特征是包括：1系统初值计算；2基于幅值预测确定分段数和各分段时间；3建立变流器分段广义状态空间平均模型。本发明能对变流器电磁暂态建模实现效率和精度的平衡，从而使变流器模型适用于大规模混联电网的电磁暂态建模与仿真。

摘要： 本发明涉及一种基于飞机电力系统动态特性的广义状态空间平均建模方法，包括步骤有依据飞机电力系统结构，建立飞机电力系统各环节的时变非线性微分方程；依据上步骤微分方程，确定状态变量，并对状态变量进行傅里叶分解，得到傅里叶系数描述的状态变量；将所得到的傅里叶系数状态变量代入微分方程，得到飞机电力系统的广义状态空间平均模型；依据飞机的不同飞行工况，分析飞机电力系统不同时间尺度的动态特性；依据动态特性对飞机电力系统的广义状态空间平均模型进行化简。有益效果是该建模方法，能甄别飞机电力系统的运行工况及动态特性，在系统分析和设计中可代替时域模型，在稳态时可简化为状态空间平均模型，具有良好的工程精度，又具有快速的分析能力，适用于不同机型的稳态、暂态分析领域。

摘要： 本发明涉及一种基于广义状态空间平均的飞机电力系统小扰动稳定性分析方法，包括步骤有依据飞机电力系统结构，建立飞机电力系统的潮流方程，确定飞机电力系统的稳态工作点；建立用于飞机电力系统的广义状态空间平均建模的等效电路，得到飞机电力系统的非线性微分方程；确定非线性微分方程的状态变量，经傅里叶分解得到傅里叶系数描述的广义状态空间平均模型；依据模型经计算处理，判断飞机电力系统的小扰动稳定性。本发明效果是该方法实现飞机电力系统不同动态下的小扰动稳定性分析，可以实现小扰动稳定的灵敏度分析，对大飞机制造中电力系统的设计和改进提供有价值建议，同时可为机组人员提供可靠的飞机电力系统运行信息。

摘要： 一种基于状态空间平均模型的Y源双级矩阵变换器分析方法，其特点是，对于整流级，计算在每个开关周期内的平均电压，得到整流级的输出平均电压的稳态分量和波动分量；对于Y源网络，分别在稳态时和在稳态工作点受到小扰动时对电容电压进行分析，通过电容电压得到逆变级的输入电压与整流级的输出平均电压的关系；对于逆变级，在空间电压矢量调制的基础上，计算各电压矢量的占空比，并根据逆变级的输入电压实时修正调制系数；引入直通矢量提高矩阵变换器的电压传输比，根据修正的逆变级调制系数的变化范围，计算最大电压传输比；将整流级与逆变级的占空比有效组合，绘制各电压矢量作用的顺序图，得到各功率开关的驱动信号。

摘要： 本发明公开了一种基于分段广义状态空间平均的变流器电磁暂态建模方法，其特征是包括：1系统初值计算；2基于幅值预测确定分段数和各分段时间；3建立变流器分段广义状态空间平均模型。本发明能对变流器电磁暂态建模实现效率和精度的平衡，从而使变流器模型适用于大规模混联电网的电磁暂态建模与仿真。

摘要： 本发明公开了一种航空12脉波逆变器的广义状态空间平均建模方法，平均建模方法包括以下步骤：获取飞机电力系统12脉波逆变器的虚拟线电压、虚拟线电流以及开关函数；以虚拟线电流、虚拟线电压为分析变量获取广义状态空间平均分析变量，同时获取开关函数的等效函数；通过广义状态空间平均分析变量、开关函数的等效函数、以及广义状态空间平均理论获取航空12脉波逆变电路的广义状态空间平均模型。本发明不仅考虑了不变分量同时也考虑高阶分量，不仅适用于飞机电力系统小扰动稳定性分析，同时也适用于大扰动稳定性分析。相比于状态空间平均模型，在系统出现大扰动时模型的准确性由原来的约6％提高到现有的约3％，准确性提高了将近一倍。

摘要： 本发明涉及一种基于飞机电力系统动态特性的广义状态空间平均建模方法，包括步骤有依据飞机电力系统结构，建立飞机电力系统各环节的时变非线性微分方程；依据上步骤微分方程，确定状态变量，并对状态变量进行傅里叶分解，得到傅里叶系数描述的状态变量；将所得到的傅里叶系数状态变量代入微分方程，得到飞机电力系统的广义状态空间平均模型；依据飞机的不同飞行工况，分析飞机电力系统不同时间尺度的动态特性；依据动态特性对飞机电力系统的广义状态空间平均模型进行化简。有益效果是该建模方法，能甄别飞机电力系统的运行工况及动态特性，在系统分析和设计中可代替时域模型，在稳态时可简化为状态空间平均模型，具有良好的工程精度，又具有快速的分析能力，适用于不同机型的稳态、暂态分析领域。

摘要： 本发明涉及一种基于广义状态空间平均的飞机电力系统小扰动稳定性分析方法，包括步骤有依据飞机电力系统结构，建立飞机电力系统的潮流方程，确定飞机电力系统的稳态工作点；建立用于飞机电力系统的广义状态空间平均建模的等效电路，得到飞机电力系统的非线性微分方程；确定非线性微分方程的状态变量，经傅里叶分解得到傅里叶系数描述的广义状态空间平均模型；依据模型经计算处理，判断飞机电力系统的小扰动稳定性。本发明效果是该方法实现飞机电力系统不同动态下的小扰动稳定性分析，可以实现小扰动稳定的灵敏度分析，对大飞机制造中电力系统的设计和改进提供有价值建议，同时可为机组人员提供可靠的飞机电力系统运行信息。

摘要： 本发明提出一种基于状态空间法的热式风速传感器宏模型提取方法：该方法首先对热式风速传感器尺寸、结构和材料参数提取并进行三维建模，设置空气域，初始化边界条件进行有限元仿真，获得在风速为0情况下热式风速传感器模型的阶跃响应和在风速不为0时热式风速传感器模型加热单元和上下游测温单元表面的对流换热系数，基于热式风速传感器模型阶跃响应利用状态空间法构建热式传感器的状态空间模型，同时拟合对流换热系数获得等效风速的多项式，再通过Verilog‑A语言将状态空间模型和等效风速多项式耦合，得到完整的热式风速传感器宏模型，最后调用宏模型进恒功率电路中进行验证仿真。

摘要： 本发明公开了一种基于状态空间平均法的分数阶单相逆变器建模方法，包括：利用分数阶微积分理论搭建分数阶电容和分数阶电感的数学模型；利用状态空间平均法并使用上一步得到的各元件的分数阶数学模型得到分数阶单相逆变器的模型。通过本发明的方法可以快速得到一个能够精确描述实际分数阶单相逆变器系统特性的模型；由于单相逆变器系统应用相对广泛，且实际中单相逆变器系统均为分数阶系统，从而能够快速准确的对实际系统进行建模与分析。