基于改进松鼠算法的光伏多峰MPPT控制方法研究

【目的】失配现象使光伏系统难以通过最大功率点追踪（MPPT）获得最大功率。扰动和观测（P&O）方法、爬山（H&C）算法等传统的MPPT算法无法区分局部最优和全局最优,难以解决失配现象下的最大功率点追踪问题。【方法】采用文献回顾法对MPPT算法进行梳理,发现现有文献MPPT算法机制各不相同,使得它们追踪性能各有不同,在此基础上提出了一种基于改进松鼠算法（ISSA）的MPPT新算法,通过优化松鼠觅食迭代过程以提升算法性能,并利用MATLAB建立太阳能光伏系统动力学模型,利用Runge-Kutta方法求数值解。通过MATLAB仿真,在失配现象下将提出的算法与原始SSA算法进行比较,以验证提出算法的性能。【结果】与传统的松鼠算法（SSA）相比,改进的松鼠算法（ISSA）大幅度缩短了调节时间,提升了最优值追踪能力,调节时间仅为0.049 3 s,具有良好的动态性能和稳态性能。【结论】ISSA算法的动态性能和稳态性能均优于传统SSA算法,其在调节时间、振荡水平等方面均性能优越,具有良好的应用价值。     

光伏发电可变端点最优轨迹法的最大功率点跟踪新策略研究

光伏发电系统极易受外界条件的影响而出现电压波动及谐波，并且由于其时变、非线性、多变量的特性，传统最大功率点跟踪（MPPT）算法无法兼顾追踪速度和稳态振荡的问题，文章提出了可变端点最优轨迹法，构造电能泛函以及光伏数学模型下的电压靶线函数，利用取极值的基本条件寻找出能达到最大功率的电压最优轨迹，然后利用模型参考自适应理论将最优轨迹的电压作为参考模型，实际输出电压作为可调模型，最终使对象输出电压完全跟踪最优轨迹电压，改进了传统电导增量法中的稳态振荡问题，通过青浦区金山荣美光伏发电项目的各项参数作为仿真参数，证明了系统控制效果理想，动态响应速度更快，稳态误差更小，被控对象具备良好的动、静态性能，提高了光伏发电的效率。     

混合果蝇优化算法PID参数整定方法的研究

【目的】解决基本果蝇优化算法（FOA）由于算法局限性而出现比例积分微分（PID）参数整定收敛速度慢且容易过早陷入局部最优的问题。【方法】为了在迭代前期具有更高的全局搜索效率,利用粒子群算法（PSO）寻找多个全局较优种群,迭代后期使用具有较强的局部寻优能力的FOA算法提高收敛精度,实现对全局搜索和局部搜索过程的优化。【结果】两个二阶时滞系统的阶跃响应测试结果表明,基于HFOA的PID控制器参数整定的上升时间、调节时间和超调量等指标更优,能够实现更好的系统响应性能。【结论】优化后算法具有控制精度高、响应速度快、鲁棒性好等优点,为PID参数优化提供了参考。     

基于邻域正交交叉算子的人工鱼群算法

将邻域正交交叉算子引入到基本人工鱼群算法中,提出了一种基于邻域正交交叉算子的人工鱼群算法.该算法采用动态调整人工鱼视野和步长的方法,较好地平衡了全局搜索能力和局部搜索能力.将人工鱼的邻域极值与该人工鱼进行正交交叉运算,产生少量的具有代表性的较优个体,而新产生的个体不仅利用了本身的有用信息,同时利用了邻域极值的最优信息,加快了算法的收敛速度.增强了算法的寻优能力.仿真结果表明,该算法具有较高的优化性能.     

泵站进水系统三维水动力特性数值模拟研究

【目的】研究泵站进水系统结构对水泵进水流场的影响。【方法】基于Fluent平台,假定水流为不可压缩湍流流体,在满足连续方程和动量方程的基础上,引入RNGk-ε紊流模型,对改造前后泵站进水系统进行了数值模拟,采用适于稳态流场的收敛速度更快的SIMPLEC算法,利用有限体积法进行空间离散求解,分析了不同断面的流场流速、流速旋角及流线分布,对比分析了改造前后泵站进水系统的水动力指标。【结果】改造方案各水动力指标均小于改造前方案,进水池流速标准差减小了6%～64%,进水管进口流速标准差降低了41%～96%,平均流速旋角减小了60%～73%,流速旋角标准差降低了59%～72%,水流流态分布趋向均匀,水泵进水条件明显改善。【结论】改造后泵站进水系统流速分布较均匀,流态趋于平稳,对减轻泵站机组汽蚀破坏有重要意义。     

基于双并联Boost电路的功率预测改进电导增量法研究

光伏电池输出功率易受光照强度和外界温度的影响,需采用最大功率点跟踪电路,才能使光伏电池始终输出最大功率,是提高光伏电池效率的重要手段。本文通过分析比较传统电导增量方法,提出一种新型双并联Boost电路的功率预测改进电导增量法最大功率跟踪策略。利用Matlab/Simulink软件进行仿真建模与分析,表明本文所提出的方法跟踪速度更快、稳态性能更好、纹波系数更小,减小振荡的同时又能避免发生误判,可有效实现对太阳能发电系统输出特性的优化,对于光伏发电系统有重要的参考意义。     

阻尼器测试试验台的新变步长LMS自适应滤波器设计

【目的】提升阻尼器测试试验台的控制品质,进而得到更好的被测阻尼器参数曲线,需要对试验台反馈数据进行滤波提取。【方法】课题组通过对传统LMS自适应滤波器的研究,针对其步长选值问题,提出了一种基于麻雀搜索算法（Sparrow Search Algorithm, SSA）的变步长LMS算法,进而进行了新变步长LMS自适应滤波器设计。并通过Tent混沌映射优化了SSA算法在LMS自适应滤波器中的使用,加强了该算法的跟踪和收敛能力。【结果】仿真结果表明,优化后的算法较优化前误差总值下降约75.72%,优化效果较为显著。同时,相较于其他文献中的LMS自适应滤波算法,本设计中的算法能在快速收敛的同时保持较低的稳态误差,误差总值下降约35.17%。【结论】经过Tent混沌映射所得出的SSA算法初始种群能够提高LMS算法的跟踪能力、收敛速度和稳态精度。课题组设计的滤波器表现良好,具有较强的跟踪能力和稳态精度在低范围的保持能力,为阻尼器测试试验台性能优化和反馈数据的滤波提取提供了新的思路和方案。     

基于终端滑模和扰动观测的Buck型变换器复合控制技术

目前功率变换器的控制方法以纯状态反馈为主,当干扰较大时一般需要通过较大的增益来抑制干扰的影响,而高增益控制器通常会影响闭环系统的动态或稳态性能。为进一步提高Buck型变换器控制系统的动态和稳态性能,提出了一种基于非奇异终端滑模控制方法和扰动观测技术的复合控制方案。首先,考虑外界干扰、系统不确定以及参数变化的影响,建立Buck型功率变换器的平均状态模型;其次,基于非奇异终端滑模控制方法,设计滑模控制器,实现Buck型变换器的基本电压调节功能;最后,利用扰动观测技术,构造非线性扰动观测器实现对扰动的观测,并将扰动观测值作为前馈与状态反馈结合形成复合控制,进一步改善了系统的性能。仿真和实验验证了所提方法的有效性。     

新能源汽车光伏充电站的MPPT技术研究

光伏电池由于其非线性功率输出特性,需要实时变更光伏系统的输出特性进行最大功率点追踪(MPPT)。传统基于Buck或Boost拓扑的PID恒压控制法的MPPT技术,具有精度差、调节时间长、灵活性差等不足,提出了一种采用仿人智能控制算法(HSIC)进行恒压控制,并在电路拓扑上采用Buck-Boost拓扑电路代替传统的Buck或Boost电路,最后在MATLAB/SIMULINK下进行建模仿真。实验结果表明,该控制方法灵活性高,控制速度和精度等动稳态性能优于一般的PID控制方法,证明了该控制方法的有效性。     

备胎支架静动态性能评估与优化设计

【目的】评估某轻卡备胎支架的静动态性能,以保证其安全性和可靠性。【方法】笔者基于备胎总成的三维模型,根据有限元方法对各个部件进行网格离散化处理,根据其实际的连接关系建立模型装配和连接,首先约束车架两端,利用Lanczos方法求解其前三阶频率及动态阵型,然后根据实测的振动加速度,在纵向、横向和垂向分别加载5g、5g和10g的重力载荷对其进行静态强度分析,最后对备胎结构进行优化设计。【结果】1）该轻卡备胎总成的固有频率与外部频率都不会重合,不会产生共振问题,动态性能满足设计标准;2）优化前其最大应力超过材料屈服值,不符合强度性能设计标准;3）优化后的备胎支架重量为3.2 kg,成功减轻了8.6%,在满足静动态性能的前提下,达到了轻量化的效果,能够满足使用要求。     

基于多传感器融合的服务器散热节能算法研究

【目的】数据中心在创造经济价值的同时也带来高能耗,加剧了碳排放与空气污染,服务器硬件能耗在短期内无法明显降低,因此如何降低风扇散热系统的能耗成为服务器节能降耗的首要任务。【方法】课题组将服务器散热系统的节能降耗作为研究重点,建立了含多个温度传感器的服务器散热仿真模型,并对服务器的多点实时温度数据分别进行了PID控制算法、加权平均法、最小二乘法、Kalman滤波的传感器融合算法分析以及不同算法之间的组合应用分析,探索最优的控制算法。【结果】Kalman滤波+最小二乘法组合算法是最优的,相比其他算法,其节能效果非常明显,具有较好的推广与应用价值。【结论】在进一步优化算法时,要考虑减少器件壳温的波动,以保证服务器运行的可靠性。     

温室温度模糊控制参数在线自整定算法

温室环境温度变化规律由于受诸多因素影响而表现出非线性和时变性。为了保证温室温度模糊控制器的性能,需要根据被控对象的变化不断调整其参数。温室温度响应的主要动态性能指标包括：超调量、系统发散程度、系统振荡程度、稳态误差、过渡过程时间等。通过分析模糊控制器比例因子对以上指标的影响,建立了以系统性能指标为输入的比例因子模糊整定算法。由于该算法程序简单、所需系统资源很少,因此可用于比例因子的在线整定。在温室冬季供暖情况下的试验结果显示,系统响应性能全面改善,ITAE指标下降了15％。     

基于空间贝叶斯层次模型的淮河流域气候极值特征分析

【目的】验证空间贝叶斯层次模型在极端气候事件当中建模的适用性,探明淮河流域极端气候事件的空间分布规律。【方法】基于空间贝叶斯层次模型,将经度、纬度与海拔作为模型协变量捕捉气候极值的空间变化特征。在建模过程中,将广义极值函数(GEV)作为其边际分布,采用马尔可夫链蒙特卡罗算法(MCMC)确定空间极值模型所需的参数值。选用淮河流域1960—2015年日最大降水量(RX1day)、日最高气温(TXx)作为极端气候变量进行建模,将模型结果按站点提取,并与基于GEV的站点结果进行对比。【结果】空间贝叶斯层次模型能够很好地模拟淮河流域气候极值,模型结果的参数及各重现水平与直接基于站点数据的GEV分析相近。RX1day不同重现水平从流域西北向东南增加;TXx不同重现水平具有典型的经向地带性,从流域东部往西部增加。【结论】研究建立的空间极值模型可以获得没有观测台站所在位置的极端气候重现水平,该结果拓展了淮河流域极端气候事件时空规律研究。     

小型风光互补发电系统的建模仿真

在传统的风光互补发电系统的基础上,建立基于直流母线的系统模型,利用Matlab分别搭建风力发电机、光伏阵列及直流斩波器模型.根据风能和太阳能发电系统最大功率跟踪控制基本原理,运用变步长扰动方法控制脉冲发生器的占空比,实现最大功率点的跟踪控制.稳态模型的建立可以评估预测所设计系统的各种性能,为建立实验平台和示范工程奠定基础.     

基于双向搜索策略的改进蚁群路径规划算法

针对在多障碍物地形中将传统蚁群算法运用在移动机器人路径规划问题上出现收敛速度慢,容易陷入局部最优,易于陷入死锁等一系列问题,提出了一种改进蚁群算法。在传统蚁群算法的基础上,根据蚂蚁周围可行栅格距离目标点的远近,自适应地调整启发函数,加快算法收敛速度;针对传统蚁群所用的回退和死亡策略,提出了一种最优路径保留策略,提高了算法性能;使用两组不同种类的蚂蚁分别从起始点和目标点进行双向搜索的方法来构建最优路径,进一步提升了算法的搜索效率。实验表明该方法与传统的蚁群算法相比减少了搜索时间,降低了迭代次数,明显提高了算法的寻优效率。     

拖拉机自动导航摩擦轮式转向驱动系统设计与试验

针对农机导航系统中使用传统拖拉机前轮转向驱动子系统机构复杂、装卸不便等问题,设计了一种摩擦轮式转向驱动系统。摩擦轮式转向驱动系统主要由驱动装置和相匹配的自适应模糊转向控制器组成。驱动装置采用平行四连杆机构以实现工作模式的快速切换,使用夹持固定方式实现便捷装卸。搭建了试验台架以获取摩擦轮驱动装置的滑移特性数据。同时设计适用于该驱动装置的自适应模糊转向控制器,基于液压系统离散传递函数和滑移特性数据建立了驱动系统递推仿真模型,采用该仿真模型构建遗传算法参数优化器对控制器参数进行在线优化。进行了仿真模型验证试验、遗传算法参数优化器性能对比试验和驱动系统性能试验,结果表明:仿真模型与实际系统基本一致;经过遗传算法参数优化后控制器阶跃响应上升时间减少15%,稳态误差达到3%标准所需调节时间减少29%,消除了振荡现象;所设计驱动系统的20°阶跃响应平均绝对稳态误差为0.197°,平均上升时间为2.0 s,稳态误差达到3%标准的平均调节时间为2.4 s,拖拉机前轮控制效果良好。应用试验表明驱动系统能基本满足拖拉机配套2BFQ-6型油菜精量联合直播机机组自动导航作业要求。     

基于手势识别的智能农业采摘控制系统设计

【目的】实现通过手势对采摘机器进行远程操控,优化采摘机器控制系统,减少识别与采摘误差。【方法】笔者设计了一种基于手势识别的智能农业采摘控制系统,该系统应用图像滤波算法,提高了采摘机器控制的准确性与高效性。在系统设计中,将手势识别与远程操控机械臂结合,通过高分辨双目摄像机收集手势图像信息并提取特征,将其转化为电机控制命令后发送至控制层,实现了通过手势对机器的远程操控。【结果】图像滤波算法的识别时间仅为0.3 s,远低于其他两种算法的4.1 s与3.5 s;识别准确率高达96%,远高于其他两种算法的94%与92%。【结论】采用图像滤波算法的系统对手势识别的时间更短、识别准确度更高,可有效提高作物成熟判断准确率与采摘效率,具有良好的推广价值。     

搬运机械臂液压系统计算和元件选型研究

【目的】液压传动技术具有易于控制、使用方便、系统设计优化、配置参数高、工作效能高等优势,对搬运机械臂液压系统进行计算和元件优化选型研究具有重要的现实意义。【方法】课题组采用模块化设计理念,在相关最优参数的控制指标下完成了一种搬运机械臂液压系统的计算和元件选型设计。在以往传统液压传动装置的基础上,利用液压传动的理论及实践成果,综合考虑负载机械臂的热处理特性,确定了搬运机械臂液压缸的主要参数、液压泵的规格和电机的驱动功率等,最后对机械臂液压系统进行了压力损失和温升的验算。【结果】搬运机械臂液压系统的总压力损失符合系统的假定设定,元件选型在安全许可范围内,规格符合设计要求。【结论】通过液压系统的计算和元件选型,可以很好地满足工业实体化设计中轻便、移动灵活、结构简便等要求,减轻重体力作业人员的劳动强度,实现自动化电气控制,机、电、液一体化生产。     

卷盘式喷灌机用斜击式和切击式水涡轮外特性试验与对比分析

【目的】了解斜击式和切击式卷盘式喷灌机水涡轮的外特性。【方法】构建了水涡轮外特性试验装置,测试了一定转速下2种型式水涡轮的流量、进出口水压力、扭矩、转速等外特性数据,获得了2种型式水涡轮流量-水头、流量-轴功率和流量-效率特性曲线以及一定水头下2种型式水涡轮的转速特性,即转速-效率、转速-功率曲线。【结果】斜击式水涡轮的最优运行转速在300 r/min左右,最高效率仅为13.8%,而切击式水涡轮的最优运行转速在600 r/min左右,效率为33.7%。在2种型式水涡轮效率最高时,切击式水涡轮的轴功率增加了34.3%,运行流量减少了约29.7%,效率提高了19.9%。【结论】切击式水涡轮总体性能高于斜击式水涡轮。     

高速6—PSS并联机器人参数优化设计

针对高速6-PSS并联机器人尺寸参数多、动态性能复杂等特点,提出一种以工作空间为基础、动力学特性为优化目标的多目标优化方法。首先构建机构运动学方程,并利用拉格朗日法构建动力学模型,对机构的约束条件及工作空间进行分析,确定尺寸参数的搜索范围。然后,分析各个尺寸参数对关键动态性能的影响趋势,综合分析计算结果并提出优化目标函数。最后,通过优化数学模型计算,得到并联机器人尺寸参数最优解。通过仿真验证,对比优化前后驱动力、速度、功率等动态性能参数值,结果表明了优化算法的有效性和正确性,可为高速并联机构的参数设计提供一种有效的优化方法。