电气工程、信息与通信工程合辑.pdf
目 次 控制理论与控制工程 主操作手重力补偿下的时延控制………………………………………王宏民,吕雄飞,王茂生,苏凤武,康红明( 1 ) 模糊 PID 自整定技术在叶片检测控制系统中的应用………………………………………赵 灿,毛 辉,何万涛( 6 ) 面向柔性环境的主从双向控制系统……………………………………………王宏民,闫志远,刘子文,杜志江( 10 ) 悬臂式掘进机恒功率变频调速控制器的设计………………………………………………赵振民,刘若涵,赵 杰( 15 ) 基于模糊自适应 PID 的单轴转台控制系统…………………………………………………………张爱华,倪建飞( 19 ) 基于 LMI 的两轮自平衡机器人控制器设计……………………………………………………………………方 辉( 26 ) 基于改进趋近律的机械臂非奇异终端滑模控制………………………………………………………徐 杰,柴发武( 29 ) 机器人主操作手力反馈模型误差补偿……………………………………………宋莹莹,邳志刚,王宏民,聂相举( 34 ) 工作空间机器人末端轨迹的滑模控制…………………………………沈显庆,郑俊翔,唐 巍,王明杰,刘继红( 39 ) 串联机械臂的 RBF 自适应滑模控制…………………………………………………………………闵振辉,陈焕林( 45 ) 肌电信号工频谐波的同态自适应滤波方法……………………………………………………………………赵汗青( 50 ) 采煤机变频牵引回馈制动的控制策略……………………………………………………邓孝祥,王安华,刘宏洋( 55 ) 采煤机运行位置伺服系统的滑模控制…………………………………………………………………郭松林,张 伟( 59 ) 模糊 RBF 网络整定 PID 的截割控制系统…………………………………………………赵 杰,于宗艳,任思璟( 64 ) 三相光伏并网逆变系统的控制策略…………………………………………………………赵振民,张 宁,杨 成( 68 ) 改进趋近律的机器人阻抗滑模控制…………………………………………………………………沈显庆,郑俊翔( 73 ) 基于折反射成像原理的机器人自定位………………………………………………………梁燕华,蔡成涛,周 裕( 79 ) 双目立体视觉线驱动蛇形手术机器人的形状重建……………………王宏民,王 平,吕雄飞,苏凤武,康红明( 84 ) 基于自适应 RBF 控制的下肢康复机器人机械结构动力学仿真……………………………………沈显庆,任琳琳( 88 ) BSO 算法在移动机器人三维路径规划中的应用……………………………………………………沈显庆,孙启智( 94 ) 在线修正参数的变时滞无模型滤波 PID 控制…………………………………………………………………侯小秋( 99 ) ·Ⅰ· 电气工程、信息与通信工程·1· 三电平 SVPWM 光伏并网逆变器的模糊准 PR 控制方法……………………常国祥,刘鹏华,赵龙龙,王宏岩(105) 基于粒子群算法的直线二级倒立摆 LQR 控制器优化控制方法……………………………………武俊峰,姜欣辰(111) 六自由度全控四旋翼飞行器能量最优的控制器算法………………………………………霍 星,杨 佳,张爱华(118) 基于 SVPWM 的三电平 APF 双重复模糊 PI 控制策略…………………………………常国祥,孙久亮,谢棋斌(124) 双 PWM 变换器的矿用 PMSM 直接转矩控制系统…………………………………………………宣丽萍,李 峥(130) 人工鱼群算法在 LQR 控制直线二级倒立摆中的应用………………………………………………武俊峰,郭旭飞(135) 提高无线传感器网络能效的 LEACH 优化算法……………………………………………汝洪芳,吕宗宝,王光辉(141) 通信技术 延长网络生存期的水声传感器网络路由算法……………………………………孙桂芝,谢玉鹏,祁红岩,訾 鸿(146) 超宽带在煤矿井下穿透障碍物杂波信号的抑制方法……………………………………郭继坤,修海林,张显明(150) 超宽带穿透矿井塌方体的逆散射成像算法……………………………………………………………郭继坤,赵 清(155) 煤矿井下超宽带混沌键控的通信模型及性能…………………………………………………王 娟,李锦峰,那 宇(161) 矿井塌方体下超宽带生命信号的检测算法…………………………………………………………郭继坤,黄子昌(166) 非理想信道估计下 OFDM 系统按比例自适应的子载波分配算法……………赵志信,李加君,江晓林,谢玉鹏(171) 狭长空间环境下改进的 WSN 节点质心定位算法………………………………赵志信,李加君,江晓林,谢玉鹏(176) 认知无线电中簇分集协作的频谱检测算法……………………………………………………………时 颖,孔 红(180) 正交 WALSH 码的相关延迟 - 调频 - 差分混沌键控通信模型及性能…………王 娟,李 伟,张 月,齐志铭(185) 脉冲选择 MIR UWB 通信系统的多用户性能………………………………………………………张洪全,张宏炜(192) 超宽带信号穿透双层塌方体的数值模拟……………………………………………………………郭继坤,王小萌(196) 新型能量检测双门限联合频谱的感知算法………………………………………………江晓林,张广洲,崔景岩(200) 多输入多输出系统的改进球形信号检测算法……………………………………………江晓林,崔景岩,张广洲(205) 多输入多输出系统中低误码率信号检测的改进算法……………………………………江晓林,张广洲,崔景岩(211) 多输入多输出系统中有效降低复杂度的 VB 改进算法……………………………………江晓林,渠苏苏,唐征宇(217) 基于超宽带信号的矿井塌方体下生命特征的检测方法………………………郭继坤,王保生,郝维来,张宏炜(222) 人工智能与模式识别 粒子群改进算法在配电网故障定位中的应用………………………………………………赵金宪,涂 展,谢 阳(227) ·Ⅱ· ·2·电气工程、信息与通信工程 聚类加权 PSO-LSSVR 的模拟电路性能在线评价策略……………………………………………张爱华,王永超(232) 基于 Curvelet 变换的煤矿监控图像降噪算法……………………………赵艳芹,廉龙颖,高殿武,陈 伟,文东戈(239) 优化 BP 网络的超声波测距的补偿算法………………………………………………………………徐 杰,侯旭东(243) 基于 RBF 神经网络的冲击地压检测信息融合方法……………………………武俊峰,周 裕,梁燕华,崔怀鹏(247) 基于彩色伪随机编码结构光的三维重建方法……………………………………………王国新,汝洪芳,朱显辉(253) 基于声发射表征冲击地压的粒子群优化支持向量机算法……………武俊峰,崔怀鹏,梁燕华,周 裕,成燕峰(257) 基于 SWOMP 分段回溯的压缩感知改进算法……………………………………………江晓林,唐征宇,渠苏苏(262) 基于视觉的目标姿态估计算法………………………………………………………………李 荣,刘 坤,高文鹏(267) 基于小波和稀疏矩阵的人脸识别算法……………………………………………王国权,乔 琪,赵艳芹,巩 燕(271) 局部图结构与卷积神经网络的人脸识别……………………………………………………江晓林,项 羽,高 升(277) 电气工程与测试技术 变电站容性设备介质损耗角的高精度测量方法………………………………………………………………沈显庆(283) 变电站容性设备泄漏电流的在线提取与误差分析…………………………………………………沈显庆,段小龙(288) 变电站智能辅助控制系统协议测试软件的实现………………………………沈显庆,朱彦磊,常政威,徐天昊(293) 一种基于开关电感电容技术的耦合电感升压变换器…………………………………………………谢子殿,艾 建(298) APFC 技术在 AC/DC 变换器中的应用……………………………………………………姜艳秋,王 葳,张华威(304) 三相四桥臂逆变器的设计与控制……………………………………………………………赵振民,张 宁,宋海明(307) 非线性负载下级联逆变器输入电流不对称的抑制策略………………………………………………赵振民,李 粤(312) 基于 RT-LAB 永磁同步风力发电系统的实时仿真…………………………………………………张米露,王 丹(318) 静止同步补偿器对抑制风电场 SSCI 阻尼特性的影响…………………………苏勋文,林静雯,陈松涛,岳 兵(324) 风速波动下变速机组风电场的单机等值建模方法………………………………苏勋文,秦浩宇,杨荣峰,岳红轩(330) 改进平抛运动模型的光伏电池输出建模方法…………………………………朱显辉,张 亢,师楠,于 越,吴禹衡(336) 45°坐标系的级联五电平 SVPWM 算法与实现………………………………常国祥,杨金龙,王少骥,张卫芳(340) 60°坐标系 SVPWM 算法在静止无功发生器上的应用……………………………………………杨庆江,高贵亮(344) 面向新能源的数字型全桥 LLC 谐振变换器……………………………………汝洪芳,吕宗宝,汤旭日,郑 爽(348) 无线充电 LCC 谐振补偿网络的特性………………………………………………………邓孝祥,张鹏飞,葛 飞(352) 大功率 LED 驱动电源的设计与调试…………………………………………………………………王天昊,兰春光(357) 电磁感应式电子白板传感器的设计…………………………………………………………………李海振,王宝军(361) ·Ⅲ· 电气工程、信息与通信工程·3· 矿用风机电机变频频率比与转速比的关系模型…………………贾 腾,王海桥,陈世强,赵 杰,章晓伟,李雪文(366) 一种永磁同步电机齿槽转矩的测量装置……………………………………………………杨庆江,张 欣,高贵亮(371) 大功率外转子永磁同步电动机的设计……………………………………………薛 易,聂晓涵,李 栋,曹钊滨(376) 威布尔分布的电动汽车驱动电机轴承的可靠性……………………………………………………朱显辉,武俊峰(381) 煤矿井下分布式光纤传感系统的救援定位方法…………………………………………陈丽娟,陈立国,张文祥(385) 煤矿高压电缆绝缘电阻的微分差值在线监测方法……………………………………………………………张子红(390) 煤矿水文灾害预警的大数据平台系统………………………………………………………………刘若涵,李春静(394) 高压电气节点温度的预测模型…………………………………………杨庆江,刘晓亮,苏漫绮,徐辑辉,张 冬(399) 同步参考坐标优化谐波与无功电流检测的改进方法…………………………………………………胥 良,沈 逸(404) 细胞神经网络求解点堆的动力学方程…………………………………………………………………………李忠勤(409) 改进的马赫 - 曾德尔干涉仪的光纤传感定位系统………………………………………郭继坤,曹 权,贾皓翔(415) ·Ⅳ· 24 3 Vol. 24 No. 3 Journal of Heilongjiang University of Science & Technology 2014 5 1 , 1 May 2014 , 2 , 1 , 1 (1. , 150022; 2. , 150025) ": , , 、 。 ¡ ¢£¤ ¥¦§¨©ª«¬®¯°ª±²¬®³´ µ¶·。 ¸¹ ADMAS º MAT LAB »¼½,¾¿À。 ¾¿ÁÂÃÄÅÆÇ ÈÉÊËÌ ÍÎÏ。 Ð ¥¦ÑÒÓ ¬®ÔÕ。 #$%:ªÖ×; ¬®; ; doi:10 3969 / j. issn. 2095- 7262 2014 03 011 &'()*:TN953 +,-*:2095- 7262(2014)03- 0272- 05 +./01:A ! Time delay control with gravity compensation for master manipulator WANG Hongmin1 , L Xiongfei1 , WANG Maosheng2 , SU Fengwu1 , KANG Hongming1 (1. School of Electrical & Control Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China; 2. College of Mechanical & Electrical Engineering Technology, Heilongjiang College of Construction, Harbin 150025, China) Abstract:This paper proposes a gravity compensation algorithm for threedimensional force feedback manipulator, a selfdesigned approach used in surgical operation. The paper provides an indepth analy sis of time delay occurring in master operation control system and introduces the greatest reduction in time delay occurring master control system using multithread and multievent technology and a solution to the motor output torque for balancing the master gravity using vector analysis method. The simulation analysis conducted in ADMAS and MATLAB environment verifies the viability of system dynamics model and the method is adequate for gravity balance. Key words:master manipulator; gravity compensation; time delay; surgical operation 0 [3] 。 Kumar ÀÁÐÑ ÊËÄÌÍÇÎÏ [4] 。 Kazerooni ÒÀÁÓÔÕ¡ ÈÉÇ [5] ÃÄÖÆÇÎÏ 。 רÙÚ« ¬®¯°± ²³´µ¶ ·,¸¹º»¼ ½¾。 Nathan ¿ Herve ÀÁ áâ。 ã¬äÄ åæ±çè ÎÏéê,ÀÁ«ë 、«ìíîïðñòå ó,ô ÂÃÄÅÆÇÈÉ æõöéêÃ÷¯°ø ùú,ûüýþé £¤,¥¦§¢ [1 - 2] ¨©,ª« 。 Streit ÀÁ ÛÁÜ Ã¤ ÝÞßà 2345: 2013 - 12 - 11 6789: (12541713;12541723) :;<=>?: (1978 - ) ,,, ,,:¡、¢,Email:wang - hongmin@ 163. com。 电气工程、信息与通信工程·1· á3 ¹ âãä,Å: , 。 1 。 , ¡, ¢ £¤¥¦ §。 ¨©ª«¬ 1®。 2 、 ªÁ¡,ØÌ嵄 。 ¡,Ñ Ù¥,Ó ªÖ ´µÚÛ, 。 Ö¸¹ ts «¬ 3 ®。 ¯¬ 3 °± ,Ð Ñ ÔÕÚÖ¸¹É 94 587 ms。 ÐÑÒ 100 63 ms ͸¹Ä,Ü。 ݦÞ,ÐÔÕÒ,Ö²³ª Á¡ ²³Í, ¡ÖÖÑ 。 ÐÔÕÖ¸¹ t d «¬ 4 ®。 ¯¬ 4 ° Fig. 1 º®。 ¬ 2b ÆÇÈ»É10 ms ½¾。 Ê Ë,°Ì ͸¹ÎÏ» 100 63 ms。 [6] ÐÑÒ ,ÓÑ É²µÔÕ,ÄÅÔÕÖ¡,¢ ÖѺ®Ñ。 Ñ× 1 ¯¬ 1 °± ,²³´µ ,¶·—§—·£¤¥¦。 ¬ 2 ¸¹ t z º®» t h ®¼。 ¯¬ 2a °± ,¸¹ 90 ms ½¾。 ¿ÀÁÂ,ÃÄ 、£¤Å 273 å ± ,ÐÔÕÒ͸¹ É 36 5 ms,ÜßàÀ͸¹。 Control systems flow charts of manipulator Fig. 3 3 Data sending cycle of multithread Fig. 2 2 Time consuming master manipulator ·2·电气工程、信息与通信工程 Fig. 4 4 Data sending cycle of multicase 274 3 ¡ ¢ £ ¤ ¦ 24 § ¥ ∑ Mz ( F) = MB cos i + MC cos i - i B i C i B i - x Bi y Bi z Bi 5 。 G1i 、G2i G d B i C i 、 Ai Bi G1i 。 O - x o y o z o G1i = [ 0 - G1i , O - x o y o z o 0 ] T。 x Bi = [ - (y ci - y bi)(x ci - x bi) (x ci - x bi) 2 + (z ci - z bi) 2 - (z ci - z bi)(y ci - y bi) ] , y Bi = [ x ci - x bi y ci - y bi G1i = [ z ci - z bi z Bi = Y Bi ‖G1i ‖ G1iy G1i = [ G1ix , T z ci - z bi ] , T 0 x bi - x ci ] , :b ix = [ x bi 2 x bi 3 x bi ] ; b iy = [ 1 y bi 2 y bi 3 y bi ] ; b iz = [ z bi 2 1 z bi 3 T G2iy G2iz ] T G2iy = G2i ·a iy = - G2i 2 y ai , G2iz = G2i ·a iz = - G2i 2 z ai , 2 2 2 x ai 3 y ai z ai 3 3 x ai ] ; T y ai ] ; T z ai ] 。 T F′B ix = - F B ix ( 2 x ai 2 x bi + 3 x ai 3 x bi ) - z bi ] 。 T ( - F C iy - G1 iy ) ·( 2 x ai 2 y bi + 3 x ai 3 y bi ) 。 , 7 , z ai M Z ai ( F) = T i - F′B ix l - G2ix · | A i N i | cos( ∠B i A i N i ) - G2iy · | A i N i | sin( ∠B i A i N i ) = 0, (6) :∠B i A i N i = 33°; | A i N i | = 0 026 9 m。 Fig. 5 ; F′Bi = - F Bi F′Bi A i - x Ai y Ai z Ai T 5 G2ix = G2i ·a ix = - G2i 2 x ai , a iz = [ 1 z ai A i - x Ai y Ai z Ai a iy = [ 1 y ai , G2i = [ G2ix 1 G1iz = G1i ·b iz = O, , A i B i B i C i :a ix = [ x ai G1iy = G1i ·b iy = - G1i 2 y bi , 。 , 6 G1iz ] B i - x Bi y Bi z Bi L = 0, 2 ; γ i 、β i 、 i ———M C i ( M B i ) B i - x Bi y Bi z Bi T G1ix = G1i ·b ix = - G1i 2 x bi , 1 :M Bi ——— M Ci ——— T i F B i x L - G1 i x Force analysis of up rod 6 。 [7] ,B i C i ix ix iy iy 6 iz iz ∑ F x = F B + F C + G1ix = 0, ∑ F y = F B + F C + G1iy = 0, ∑ F z = F B + F C + G1iz = 0, ∑ Mx ( F) = MB cos γ i + MC cos γ i + i F B iz L + G1iz i L = 0, 2 ∑ My ( F) = MB cos β i + MC cos β i = 0, i i Fig. 6 Forces analysis of down rod T [ F x F y F z ] O - x o y o z o ,F′C i B i C i C i F C i , : 电气工程、信息与通信工程·3· º3 » ¼½¾,¿: T1 Fx T = - J T F - J T 1 (G + G + G ) + G + 12x 13x d 2 y 2 11x T3 Fz { } G21 E ( λ x + λ y E P) G22 + 2 G 23 -1 { } T b1y J = - l b2y b3y -1 ( a2x ) T a1x ·b1y ( a1x ) l E= - 2 ( a2y ) T ; ( a3y ) T ; ( a3x ) T a2x ·b2y ( a1y ) l P= - 2 | A i N i | sin( ∠B i A i N i ) ; λy = 0 5l T G11 G11x G - 1 G , 12 2 12x G13 G13x | A i N i | cos( ∠B i A i N i ) ; :λ x = 0 5l 275 ÀÁ¯ { 。 a3x ·b3y Fig. 7 4 7 Centroid analysis of semicircular rod Fig. 8 8 x 。 8a x , - 50 ~ 50 mm( y = 25 mm,z = 200 mm),F = ( - 4 9 N, - 4. 9 N, - 4 9 N)。 8b、c M1 、 M2 M3 ADMAS 。 , 8d 。 , M e 8d , ·4·电气工程、信息与通信工程 5 8 x Trajectory movement along x axes 。 , ¡¢ £¤¥,¦§ ¨©ª«¬ 。 ®, ¯ °±, ®²±³´µ ¶,· ¸,¸ ¹。 276 ¯ ° ± ² ½ 24 ¾ ³ [ C] / / Proceedings of the ASME Mechanism Conference. 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PID PID 。 :¡¢,£¤ PID ¥¦§¨© ª« - 8 602 9,¬ PID ¥¦§¨©ª« - 8 492 2。 PID ®¯ °± ² ³´µ¦¶·。 #$%:IMAC400; PID; ; doi:10 3969 / j. issn. 2095- 7262 2014 04 018 &'()*:TP29 +,-*:2095- 7262(2014)04- 0418- 04 +./01:A Application of fuzzy logic PID selftuning technology in blade test control system ZHAO Can1 , MAO Hui2 , HE Wantao1 (1. Modern Manufacture Engineering Center, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China; 2. School of Electrical & Control Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China) Abstract:This paper proposes the PID selftuning algorithm based on fuzzy logic as a response to the higher precision requirements imposed by the blade detection system on motion control system. The algo rithm hinges on the analysis of the motion control mode of blade detection system and the study of the PID parameter adjustment principle based on IMAC400 control card. The viability of the algorithm is demon strated by performing the experimental contrast between the conventional PID and the fuzzy selftuning PID technology in terms of control performances. The results suggest that in the parabolic response, the fuzzy selftuning PID technology exhibits the maximum controlled tracking error of - 8. 492 2,compared to - 8. 602 9 for conventional PID. The fuzzy selftuning PID technology holds promise for a significant improvement in the stability and precision of motion control system. Key words:IMAC400; PID; fuzzy logic; selftuning ¬®¯°±²、³´²µ¶·¸¹º。 »¼§©ª ½¾¿ÀÁÂÃÄ«, ÅÆ ²ÇÈ,ɦ²ÊËÌ·ÍÎ。 Ï, [1] ÐÎÑÒÓ«ÔÕÖר«Ô 。 ÒÓ 2345: 2014 - 05 - 06 6789: (51075128);(QC2014C063); :;<=>?: (1958 - ) ,,,¡,¢£,¤¥:¦§¨ ·6·电气工程、信息与通信工程 (12531601) ©ª«,Email:zhaocan - hist@ 163. com。 :4 / . -,ª:·¸ PID º½¾´µ« 419 ÃÄ , 。 、, ( äåþ¦]^ ) 。 ÞÃÄ [åÎ:[å; , 。 , æ¾[å。 [ª°¦ ],Á«ýþ°[,_ä [2 - 4] 。 ¡ , ¢£¤¥¦ åæ¾,¯[°¥³Ú¿ä åæÃÄ。 ª`¥Î±ÃÄ« 。 §¨©ª«¬®¯°±²³ PID ´µ,¯± PID [5 - 6] 。 ¶ª PID \ÃÄ , Þ¯[æÃÄ ×[å¡È。 ¢£ IMCA400 Í PID à ´µ·¸´µ¹º»¼, ¯°·¸º½¾ PID ´µ [7 - 9] ,¿ÀÁ« ÃÄ, 1 ¨) :ðè©äÂÃÄþ,K P ª¨ ÃÄþ«。 ¬Ãİþ, ® Æ。 Å Ä ¦ ] ¤ ³ Ú ¥ ¦: K P ( ¤ Ixx30,Á xx ØÙ§, 1 §ØÙÎ I130,¢ è。 ¯®ÃÄï¯@, }°ï¯Ãı ²¦³, ´µÅÇÈÉÊËÌ IMAC400 ÍÎÏÐ,ÑÁºÒÓ |~Ãľ{,´µ¶·¸°,¹? |ÿ。 ÔÕÖ×ØÙ³ÚÆ,ÖÛÜ ,ÝÞ 。 Á,ßàáÀØÙ ÓÔâãäåæ IMAC400, ÝÞÓÔçè PID 。 «ÃÄ,ØÙéêÀØÙä åâãëæì,íîï。 ðÃÄØñ çè«òóìô³Ú。 ÓÔèõö¯ IMAC400,ïäåâãëæòóì, ±ÃÄ{,Þ±Ãľ{。 Fig. 1 2 1 Blade measuring motion control system IMAC400 PID IMAC400 «¦ PID ®, ± ïï[å · [å · ,«±¾{,ÁÃÄ 2 。 « 2 , K P 、 K D 、ï[å K vff 、ü K I \ï[å K aff , ¦« Fig. 2 2 IMAC400 PID IMAC400 control card PID schematic K D ( ¤ Ixx31) : ðè`¥ä ÃÄ«þ¤>, õö¡¸[² =¼Ãľ{。 ¬, ðè½}Å Ãľ , ÃľÂ。 øð ÷,øùúÌËûüýþÿî Æ~。 Þïäå}õ|æ Ò,Á¾{。 ¬, Ñ 1 Õ, À Ó Ô ä å â ã ë æ «¾þ, äå | è`¥¡ÃÄþ¤>, ¬Ã Äþ<¿«¾,®ðèÀÁ, ¢¥Ãü ¾{³Ú。 Ä}ÅÃÄ ï[å Kvff ( ¤ Ixx32) : ðè`¥ ÃÄÞÿî¾ýþ, ¡ÁŪ 。 ü K I ( ¤ Ixx33) : ðè`¥ ÆÇÃľýþ, ÈÉðè|~ÃÄ ¾{,¤Ê±ÃÄÂ。 ü·Õ IM( ¤ Ixx34) : ¬ðùÔÎ 0 ® ü«Ë «ïÎ; ; ¬ùÔÎ 1 ®ü ,Â,«ÌÉü ,ü°þͦ¤>,ά 电气工程、信息与通信工程·7· 420 ¼ ½ ¾ ¿ À ± Á Á à 24 Ä Â 。 IM , ¥´µ ¶ · : ¥ ´ µ { NB,NM, NS, ZO, PS, PM, PB} ; e、 e c ¶ 。 K aff ( Ixx35) : · , 。 ( Ixx68) : , , 3 { - 3, - 2, - 1,0,1,2,3} ; PID ®° ¶· 3 2 { - 3, - 2, - 1,0,1,2,3 } 。 ³¸¹º»¼ ½®´, ´µ¾¿ÀÁ¶ · , : 。 ke = fuzzy logic PID k ec = IMAC400 PID , 。 ,、 , PID 。 , ¡ ¢ IMAC400 PID £¤¡¥, ¦§ PID ¨。 ¥ PID , 3 。 Fig. 3 | e | 、 | e c | ———Ç PID Fuzzy selftuning PID control system principle ¥©£¡ª« ¬¢: ¥®、£¤¥、¥¦§¯¨¥, 4 。 §, ´ ku = ®°¶ ÊËÇ u , n (3) , Â¦É £ fuzzy logic PID Î, ³ ( ΔK P 、ΔK I 、ΔK D ) ,ª· PID ¨ÏÐ ¦ ÑÒÓÔÕ,Ö¥×Ð,¾ 1 。 49 , ةٸ¥×Ð: If ( e is BN) and ( e c is NB) then ( ΔK P is PB) and ( ΔK I is NB) and ( ΔK D is NS) 。 1 Table 1 Fuzzy control rules EC (2) ±È , ®°¦ÉÆ [ - e,e] 、[ - e c ,e c ] 。 3 3 3 n , ec n———®ÃÄ( ÅÆ n = 3) ; (1) : | u | ———®È ®ÌÍ [ - u,u] 。 n , e :k e 、k e c ———®´; ¨ ©ªº»¼ 。 NB NM NS ZO PS PM PB NB PB/ NB/ PS PB/ NB/ NS PM/ NM/ NB PM/ NM/ NB PS/ NS/ NB ZO/ ZO/ NM ZO/ ZO/ PS 4 Fig. 4 3 1 NM PB/ NB/ PS PB/ NB/ NS PM/ NM/ NB PS/ NS/ NM PS/ NS/ NM ZO/ PO/ NS NS/ ZO/ ZO Fuzzy controller module NS PM/ NB/ ZO PM/ NM/ NS PM/ NS/ NM PS/ NS/ NM ZO/ ZO/ NS NS/ PS/ NS NS/ PS/ ZO ZO PM/ NM/ ZO PM/ NM/ NS PS/ PS/ NS ZO/ ZO/ NS NS/ PS/ NS NM/ PM/ NS NM/ PM/ ZO E PS PS/ NM/ ZO PS/ NS/ ZO ZO/ ZO/ ZO NS/ PS/ ZO NS/ PS/ ZO NM/ PM/ ZO NM/ PB/ ZO PM PS/ ZO/ PB ZO/ ZO/ NS NS/ PS/ PS NM/ PS/ PS NM/ PM/ PS NM/ PB/ PS NB/ PB/ PB PB ZO/ ZO/ PB ZO/ ZO/ PM NM/ PS/ PM NM/ PM/ PM NM/ PM / PS NB/ PB/ PS NB/ PB/ PB ¥©©ª e( ¥ ®« E) ®° e c ( ¥®« E C ) « 。 © ª PID ® ° Δ K P 、 3 4 ( °± ) ±² ΔK D ¥´µ³ Δ K I 、 Δ K D « , ¬® PB ( ® ± ) 、PM( ® ) 、PS ( ®¯ ) 、ZO( ² ) 、 NS ( ° ¯ ) 、 NM ( ° ) NB 。 ³©ª , ·8·电气工程、信息与通信工程 ¹Ú¥º¸»ÛÜ, ݨ ΔK D ¥º Þ。 Ç e、e c e i 、e c j 、 ΔK D ij , Ö É4 Ê Ë Ì,§: PID ¢£ : n R = ∪ ( e i × e c j ) × ΔK D ij 。 (4) i = 1,j = 1 , 。 、 , ΔK D ij = ( e i × e c j ) R。 : (5) 421 PID PID , PID : 0 023、0 103 s, PID , PID 0 006、0 066 s; - 8 602 9, PID - 8 492 2。 : PID 4 PID ΔK P 、 ΔK I 、 ΔK D PID , IMAC400 PID , 5 。 , 。 5 ¡¢£ ¤¥¦,¤§ ¨ IMAC400 © PID ª, « ¬ ® ¯ ¤ ¬ ° PID 。 , PID ¤。 : [1] , ¡¢£, ¤¥¦, §. ±²³¨©£ ª´[ J] . £, 2009, 4(3) : 1 - 3. 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( ) 电气工程、信息与通信工程·9· 24 4 Vol. 24 No. 4 Journal of Heilongjiang University of Science & Technology 2014 7 1,2 , July 2014 1 1 , , (1. 1 , 150080; 2. , 150022) ! ": , 。 , 。 ¡¢£¤ ¥ ¦,§¨©ª¡«¬ F - P ¼½¾,¿ÀÁ½¾ 。 ¯¨°±²³´µ¶·¸¡¹º»¸ ÂáÄ, ÅÆÇ ¡ÈÉ。 Ê: Ë ® ÌÍÎÏÐÑÒ 1 15% , ¤ÓÔÏÐÑÒ 5. 00% 。 Á½¾ÕÈÖר Ú。 ËÌ¡¤ÍÙ #$%::; ´µ¶·¸; doi:10 3969 / j. issn. 2095- 7262 2014 04 020 &'()*:TP242 +,-*:2095- 7262(2014)04- 0426- 05 +./01:A Research on bilateral masterslave control scheme directed at flexible environment WANG Hongmin1,2 , YAN Zhiyuan1 , LIU Ziwen1 , DU Zhijiang1 (1. State Key Laboratory of Robotics & System, Harbin Institute of Technology, Harbin 150080, China; 2. School of Electrical & Control Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China) Abstract:This paper presents a novel FP twochannel control scheme based on disturbance observer and lowpass filter. This scheme follows from studying the bilateral masterslave control under flexible en vironment in response to the characteristics of the interaction mode between the slave and environment; analyzing the features of task environment and thereby defining the causality relationship of all the varia bles; and ultimately establishing the causal relationship of the whole system, including that between an operator and environment, as dictated by the due consideration of the intelligence and motion coordination of the operator. The paper goes further by validating the system stability and transparency using simula tion analysis and experiment. Results suggest that with the relative error of 1. 15% and 5. 00% respec tively for speed tracking and force feedback tracking, the scheme could potentially perform with a better speed and force tracking effect. Key words:bilateral control; disturbance observer; flexible environment 2345: 2014 - 03 - 10 6789: (863 ) (2009AA044001) ;(12541713) :;<=>?: (1978 - ) ,,¡¢£,¤¥,¦§¨,©: ª «、 , Email: wang - hongmin @ 163. com。 ·10·电气工程、信息与通信工程 +4 * 0 427 )(',¦:Åë³´,Ƶ¶ fd , þ Ð Ñ FCT ( force commanded ,¹èé PCT ÿÐѵ¶ IPS ( independent position giving system) , ¹ è é task) [6 - 7] 。 , 80 90 , [1 - 2] 、 , 、 , FCT ÿÐѵ¶ IFS( independent force giving system) 。 ø ,IPS IFS ôõ öµ 2 ü。 ,、¡、¢£、¤¥¦ [3] §¨© 。 ª«, ¬®¯°±²³´ µ¶·¸,¹³´º»¼½µ¶¾¿ [4] À 。 ÁÂ,³´º»Ãó´µ¶·¸ ¬ÄÅ,ÆÇȳ´ÉÊËÌ,ÍÎÏÐÑ Ò,Ó¬ÄÔÕÖרÙ。 ÚÛÜÝ,µ ¶ÞßàáâãäåæÎÏçè [5] éÐÑ Âà。 , ìíîïĵ¶ðÄñòóôõöµ, Úà ÷øë³´ùúûµ¶üýþÿ。 ø~} |{, [}æ\]^ú_`@?ú F - P Fig. 2 êë³´ `>=,<Ó=ßà、¦ íî。 `;, ;ü[= 。 1 '2 IJIKLM#N Causality diagram input and output 2 2 1 6OPQRSTU F - P VW øÅë³´£èéÐÑ.À, æ/ ùúû:°â¡ç¢ãù£Ç ¤¥,ü þ̵¶ýæ IPS。 µ¶Ëÿ« , 1 ü。 Ì Á æµ¶ ½º»、¦ , ñ òóäåöµ。 {, µ¶½öµ ÷¸µ¶ßà, ·¸ [7] µ¶Þ 。 ¢ßà, «¬Þ[-, ® À¯F - P `>。 ïĵ¶ôõöµ 3 ü。 P [6] 。 æ IPS «Ý,¦Þ§,¨Þ©ö ßà ª , í F - P PF - Fig. 1 '1 @ABCDEFGH Model of linear two port network model '3 µ¶çèéÐÑø:Èë ³´,Àé vd , þÐÑþÿ PCT ( position commanded task) ;ùúûçÈ/³´, Û 、¦,øÀé Fig. 3 IPS HNXULM#N Causality diagram of IPS ¹ùúû,ÆÇ¦°±ò - º²µ¶, <¾ ,ÆÇ ù £ º » í Ζ m = m m s + b m Ζ s = m s s + b s 。¯£³´: 电气工程、信息与通信工程·11· 428 ¸ ¹ º τ m = m m ·v m + b m v m - f s , » (1) τ s = m s ·v m + b s v m + f s 。 ¼ ½ ¿ 24 À ¾ , ¯À 6 , 。 (2) : , , ; 。 , 。 , , Structure diagram of disturbance observer Tm ( s) = ( m m s + b m ) V m ( s) , (3) : Fig. 5 Q( s) = g / ( s + g) , 4 5 g - F s ( s) 。 (3) s +g , Q( s) = 1, 5 (1) 。 ¡¢ ,, Fig. 6 6 Equivalent diagram of disturbance observer £¤¥¡¢, ¦ [8] § 6 ½²¾¿ 。 °±, (7) (8) : ^ F dis ( s) = Q( s) F dis ( s) , Fig. 4 4 Structure of master controller 。 ª m V( s) = F0 ( s) , (4) 珟sV( s) + b珓 (4) m 珟、 b珓 ¡§®¢¯£ «¬ 。 °¤¨±²¥¦§¨©«¬³ µ¶ª, « F dis , ¨ m V( s) + F dis ( s) = F( s) 。 珟sV( s) + b珓 (5) V( s) ) , F dis ( s) = F( s) - ( m 珟sV( s) + b珓 (6) ¦ ¤¦·¸¹º¤, ¤¨»¼«¬, 5 。 5 ½²¾¿。 ¨¬,, ®© ·12·电气工程、信息与通信工程 ^ (8) ¤(7) 、(8) ²(5) , m V( s) + F dis ( s) (1 - Q( s) ) = F0 ( s) 。 珟sV( s) + b珓 ¨ ´ (7) F( s) = F0 ( s) + F dis ( s) 。 ,© g [ F( s) - ( m V( s) ) ] = 珟sV( s) + b珓 s+g 4 2 2 (9) 2 1 Á¤³ , £´ : ^ T m ( s) + F m ( s) = Z m ( s) V m ( s) , (10) ^ T s ( s) - F s ( s) = Z s , T m ( s) = Z珘m ( s) Q( s) V m ( s) - F m ( s) , T s ( s) = Z珘s ( s) Q( s) V m ( s) + F s ( s) 。 IPS £´ (11) (12) (13) µ,¶£´ v m , f m , v s  £´,ö·, F m ( s) = 珘s s) + [ (1 - Q( s)Z)(Zs)(Zs)Q(+ Q( s) Z珘( s) (1 - Q( s) ) Z ( s) ] V ( s) , (14) e s m s m ¿4 À , Q( s) 1,。 , 1 Z s ( s) = m s s + b s + k s , s 。 Z珘s ( s) = m 珟s s + b珓 s。 (15) (16) , (15) 、(16) (14) , F m (s) g(s + g)Z e (s) Z珘s (s) + s(sZ s (s) + gZ珘s (s))Z m (s) = 。 V m (s) (s + g)[m s s2 + (b s + m 珟s g)s + (k s + b珓s g)] (17) , g, (18) 。 ,, ,(18) 3 (17) 。 429 ÁÂÃ,Ä:Å£«ÆÇ°£ m s s2 + ( b s + m 珟s g) s + ( k s + b珓 s g) = 0。 (18) 8 Fig. 8 - , [9] ¡¢ 。 7 , 8。 1. 15% , 5. 00% 。 4 Error curve £¤¥ ¦§¨©¢ª , ¤¥§ 9 。 ¦§¨ 10 。 ¡«¢£ Fig. 9 。 10a ¯, v s ° v m ¬±²® ¯°。 ±¯°© ²³´µ¶:°·¸¹ ³· º¯,© »¼½¬¯,´ ¾ Fig. 7 Experimental system © 10 ª«,¦¬® 7 9 ,µ·´ ¶¿¬±·¤¥¸¤À° ¬¶¿¬±。 10b ¯, ©·¹ºÁ »¼½ Velocity and force tracking of slave to master , · fs ,¾¦Æ ºÇ¬Á ÃÄÅÁ °· f m 电气工程、信息与通信工程·13· 430 Ç È ¸ ¹ , f s , ,f m 。 º » ¼ ¼ É 24 Ê ½ © ª,«ª ¬、® ¯。 °±²³, «ª²´ §®, µ¶¡ 。 : [1] [2] [3] [4] [5] AVUSOGLU M C, SHERMAN A, TENDICK F. 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Vol. 24 No. 5 ": , 150022) , ,¡¢£。 ¤ ¥¦§ BP ¨©ª«, ¬, ®¯°±, ²³¡´µ ¶ ·¢£,¸ MATLAB / Simulink ¹º¡·»¼½¾。 ¿À ÁÂ:¤ÃÄÅÆ DSP Ç¢£ÈÉ¢£ÊËÌÍί°ÏÐ ,²³´µÑÒÓ´Ô,Õ, ®ÕÖ×± ¡ØÎ。 #$%:; DSP; ; ; doi:10 3969 / j. issn. 2095- 7262 2014 05 022 &'()*:TD632 +,-*:2095- 7262(2014)05- 0539- 04 +./01:A Controller design for constant power variable frequency speed of boomtype roadheader based on DSP ZHAO Zhenmin, LIU Ruohan, ZHAO Jie ( School of Electrical & Control Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China) Abstract:This paper presents a combination of artificial neural network capable of high nonlinear recognition ability and genetic algorithms in an effort to address a more complex situation and larger load change to which boomtype road headers are exposed in mine tunneling. This method performing better for controlling constant power variable frequency speed system of boomtype roadheader works by using genetic algorithm to train connection weights of BP network, improving network performance and learning efficiency, controlling roadheader by regulating frequency speed according to the actual situation of cur rent, and obtaining system simulation analysis using MATLAB / Simulink software. The experiment show that the method can design DSP as control core with roadheader constant power speed controller, which demonstrates a certain ability of learning and adaption and promises to adjust the motor speed automatical ly based on current change, contributing to achieving roadheader constant power variable frequency speed with simple control and high reliability and enhancing working efficiency and system stability. Key words:roadheader; DSP; artificial neural network; genetic algorithms; constant power 2345: 2014 - 08 - 10 6789:;: (1967 - ) ,,,,,: cc@ 126. com。 、 、,Email:ycxh101 - 电气工程、信息与通信工程·15· 540 3 4 5 µ , 。 , ,: , ;¡¢£,¤¥¦ [1] §¨;©ª«¬®, ¯°± ² 。 ³´µ¶ ¸¹º» , ¼½¾ ¿À ,ÁÂÃ、 ÃÄÅÆ ÇÈÉ«ÊËÉ,̲ÍΫÏ,ÐÑ · ÍÎÒÓ,̲ÔÕÖ × ,ØÙÚÛÜÝ Þ。 É ßàÉáâ㯠äÝ,É ßàÉÅåæç è«Ïé¾êë。 ìè, Ìíîï ðñòóô©õö÷ øù¢ó, øùú ûÉ,±ßàɳ´ûÉüýþ ÆÊË,ÿ~}|{úú[\øùû ßàÉ, þ]^_«`。 ü@Ê É ? Ï ø ù > = þ ] < ; ý [2] øù 。 2 ú[、ûÉñ DSP。 áÝåøù: DSP ÷ ù,}|{ú[ DSP <|、# 、 ú §, ø。 : á ,Ø ü@ 、 ú、 ú。 DSP øù: øù,©ü@ \ÊËßàÉ,þ ]?Ïü@ÊÉ, ±ûɳáüý [3 - 4] <;ÊË 。 2 2 1 BP BP ô©õöáíî"ñ"õö, -,+* 2 )(。 õö-, , í ãã ,Å。 * 2 , x1 ,x2 ,…,x n - 1 ,x n >=|{ Þ, y1 , y2 , …, y n - 1 , y n > = ! 1 Fig. 1 Structure of constant power variable frequency speed controller '* 1 , ø ù > = Ò。 BP BP neural network structure 。 ãô©¢£ , ÿ ¤¥¦ ~<§¨©Ýå¦, ¦,$ ÖÈ,±ª þÆÈÉå¾ÞÝ ¦,̲«¬®«Ï。 0¯°± ²³ ò 。 ô©õö¦´µ , ©~ô©õ ö¾¶· Ö。 ¸¹§º«»±¼½ ¾¾ ,ô©õö¿ ¬®\。 0ÀÁ 。 'ã íáÝ}|{: ñ: ( ñ:、ñ:、ñ:、½Éñ:、 ú[ñ:、ûÉñ:、 &;ñ:、 ñ: ñ:) , ú[}|{ , |{ ·16·电气工程、信息与通信工程 2 BP ô©õö¡ãïÓ: 0í ú, Fig. 2 Ø% $ò,ÿ~ô©õöðñòó ý,^ øùü@ 。 Ò ø ?Ïü@ÊÉøù:/.-, +* 1 )(。 0 24 6 # Þ。 2 1 ¾ É ¶ )}Âú ô©õö«þ] ÂàÂÃÀÁ ÄÅ。 ÆÇÀÁ >=, ô©õö£ é ®È,è1ÉÊÀÁ «ÐÑ。 0¡<Ò ËÌÍÎÌÏ« <2Ó 。 ©~ <;ÊËõö-,äÝ, Ô>=]À üýÆ,<;ÕíÖ×ÊËõöäÝ,ØÂ ì5 。 BP : (1) BP ( ) , , 。 , 。 (2) , 。 (3) 541 íîï,:ØÙ¤ÚÛܾݸâÅ× »;Ï¿®··, ¡ ¢£º ,âŪк。 âÅ,Ï¡áÐ âãä;åÏ,âŠа± æ ç ª ¶ è é, ¿ ¸¹。 , ,。 , (4) ,。 BP 、 、 。 BP 。 2 2 , 、 ,: (1) ¡¢£。 ¡¤¥¦¢§¨ ©¢££¤。 (2) ª¥« 。 ¬¡®¦¯ § ° , ¨ 。 (3) ±²。 ±²³´µ© ª¶«¢£·。 ª¸¹§© ¥º»,¬¼½。 (4) ¾。 ¡、 ¿ÀÁ ¾。 ① ¾。 ¡ÃÄÅ。 Æ ª¥®ÇÈÉ。 ② ¿À¾。 ¡¯¿À,°±ÊË¡ ¿À²³´µÌ¡, ÍÎ϶ ÐѬ¶ÒÓ。 ③ Á¾。 ¡ª¥Á²³,ÐÁ ¶·ª¥¸¹¼½ÔÕ, Ö׺ ¼½¶»。 Fig. 3 3 - Neural network genetic algorithm program flow ѲÙ, â½ ê±² ,Þ몥, ìÒ íîï,ðîïñͳ ;ðÆîï,ñ¡¿ ±² ,òìÒ。 Ó±² ë,¥¡ âÅ。 ª¥« èéóÔ,ÁÂâÀÓô, ¨õêÓ ó« ¼ª¥ö [6] ÕÖºñ,ÆÞÐÓ 。 3 ÷ ×âŠØÙ¤ÚÛܾݸ¥¡À, 。 ® ØÙ ¤ Ú Þ ³ MAT LAB / Simulink Ûܾݸ»ø。 、ÙÚÛË 、 ¿ÀܾÁÜ ¾,¿©À¾ÝÁÂ。 ¨ß¥àÉù¨³, á¿ù ¨ÁÂãä。 úÊË 4 Ë 5 ¦。 Ë 4 (5) Ø ¼ Ù ½ 2 3 â,Ä¿Ã¢ÅÆ, ¡¨¤¿, ÆÞßÇ [5] âŪ¥¸¹, º¼½¶» 。 - ÈàÉÈÊË 3 ¦。 Ì °±、¿ÀÁÍμ½¶ áù¨»ûâãäå®àÉ, Ë 5 áù¨»ûâãàÉ, ¿ á。 ®Ö, Ë 4 âã äå, àüæ®, àÉ, °± ç¶Ã¢Å¿ààÉè¸, ÆÞéêÕ ,Ûܾâ。 Ë 5 âãäåë, 电气工程、信息与通信工程·17· 542 Á Ä ° ,, , , 4  à ¥ ¥ Å 24 Æ » 。 , , ¤ , , , 。 ¡¢£。 : 4 Fig. 4 [1] §, 1996. Current response curve of simulation of cutting coal and rock larger hardness [2] . [3] [4] , . ©ª « ², , . ³´ 118 - 121. [5] . PID ¹º Current response curve of simulation of cutting coal and rock small hardness ·18·电气工程、信息与通信工程 [ J] . ¸[ J] . ¥», 2008, 29(2) : 406 - 408. [6] Fig. 5 , ¨, µ ¶ · ¸ [ J ] . ¢, 2009 ( 7 ) : 5 , ¬[ J] . ®¯°±, 2009, 34(3) : 125 - 128. [ J] . 2004, 3(3) : 27 - 33. . [ M] . : ¤ ¥ ¦ . ¼½ « ¬ PID ¾¿ À, 2011(6) : 127 - 129. ( ) !" ¥ ¡¢£¤ ¦§¨©ª« ¬®¯ ³´µ °±£² À¡ÁÂÃÄÅÆ ¼½£²¾¿® » ¶·£²¸¹º À¡ÏÃÐÑÉÒ ÇÈÉÊËÌÉÍÎ ÓÔÕÖ× ÜÝÞߣ²¸¹º ÜÝÁÂàá®â ´«ã ºÅØ ÉÙÚÛ¥ 䣲¸¹º åÏæç׺ÕÔèéêëìíï ðñ #$%£² ¸¹º &'()* +,-* +./01 2345 6789 :;<=>? 电气工程、信息与通信工程·19· &%$#.Ô--"! 0 ' Ъí(Ê; -Ѫ,*Ê©½ ~,* @ó>ëʨ½ ,*¢£ æè¡ ¾ë ,*éê ¤,*í' Å Ø{® ,* ' ¡¢£¤¥¦§ ¨¢ª); ¡ Æ\£{[¤ó>¡ó> -, ¨©ª«¬® ¯°±¢ ²¦³´µ ¶ª ·¸¹ ·¸¹º»¢¼©½¾¬ ¿À¬®ÁÂÃÄ ÅÆÇÃÄ ÈÉ ·¸¹ÊËÌÍ ÎÏ ÐѨ ÒÓÔ ÕÖ æè@ó>¤¬®¤¥ ¤¾¦ ]^»§¨ _` ¦×ØÙÚÛÜÝÞߨÙàáâã ¤¢ ·¸¹Å¨ Ö¦äå ]ÍÈ©]Í @ó>ª«¬®¯°± ó>«¨½ »¢ó>¨ ãÝÞ æç 袣¤éêäå¾ë ÐÝ ÞäåËìíî¨ï ¾¦²³ ÷´ ðÈñ ²¦Ì ;òªêóÌÍ ·¸¹²¦¢¼ êó ·¸¹ôõÝÞÚ öôõÝÞÌÍØãÝÞ æè÷äå ·¸¹ôõÝÞ²¦ªøØö ÔýÚÌÍþ êÌÍùú ÌÍ ÿ~}|{[¤\» ]^ ôõÝÞùúÌÍØûüãôõÝÞ _`]ÍÈ]Í ·¸¹@ ?ó>¡ Â';¨_`¡ ?ó> ^ª ]^ Ä @ó>ª\=<;ø:/Û? {Û?ó> Û?ó> . ¬^Í óµ ·^¸ ^¹ .¦ýÚ ;´ ? @ó>¡ ^ º ó » ¤ó>¨ æç è{[@·¸¹? 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School of Electronic & Information Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China; 2. School of Electrical & Control Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China) Abstract:This paper proposes an adaptive treading law used to improve the slower convergence and vibration occurring in terminal sliding mode control system. The law working by the distance of the state variables from the equilibrium position enables an adaptive change in the reaching time speed and short ens reaching time while reducing system chattering and thus may find a use in nonsingular terminal slid ing mode control of manipulators. Simulation results show that the proposed algorithm capable of a faster track of the desired trajectory, with less chattering, may provide an effective improvement in the perform ance of an anthropomorphic finger. Key words:adaptive treading; terminal sliding mode control; manipulators 0 ÍÎÏ SMC Ð Ñ Ò ,19 Ó Ô 80 Õ Ö , SMC × Ø £ Ù Ú ¯ Û。 Ü Ê 1948 , ¡ ¢ £ ( Slid ing mode control, SMC) 。 ¤ ¥ ¦ § ¨ © ª , «¬®¯ ,° ± ¯ ² ³。 ´ µ ¶ ·¸¹ º » ¼ , ½ ¬ ¾ ¥ ¦ ¿ À Á  à , ÄÅ ,SMC ¥ ¦ Æ Ç ¯ È É 。 Ê Ë Ì 2345: 2016 - 02 - 26 6789:;: ( 1964 - ) , , 163. com。 Zak [ 1] ¡¢£ ( TSMC) , Ý¢Þßà áâã ä · , ¥ ¦ å æ µ ç è ¹ é êëìíî , ïð ñ ¢ ò ò ó 。 ô £ õ ö ´ ®¯ ÷ø ,Feng ù [ 2] ¡¢£ç ú û ——— ( NTSMC) 。 NTSMC ü ä ý ú [ 3 - 5] á , Ä ô þ ÿ ~ } | { [, µ ç è ¹é , , : 、 , Email: xuejie640101 @ 电气工程、信息与通信工程·29· þ2 ð , , 。 NTSMC , , , , 。 [6] ¢£¶·¸¹º», ¼½ [7] ÀÁÂÃ。 ÄÅ [8 - 10] ÆÇ§È,ÉÊ³Ë , ¡ ÌÍÎ, ʳÏÐÑ¢Ò。 Ó±ÔÕ§¯, ° [11 - 13] ¢£ Ö× ,¥¦Ì Ø。 ÄÅ [14 - 15] Ù× Õ,×ʳº ® NTSMC 。 Ú Û Ü NTSMC Ý , Ù Þß¹º»¤ SMC , NTSMC àáâ¢, ãÞß¹ º»,ʳäåº æ ¹º,¹ºç, ºÖ× , æ ¹ºè,ÞÚÛÜ, ¤éêʳÏÐÑ。 1 e2 = e1 , . e2 = M - 1 ( q) ( τ + τ d - C( q,q) q - G( q) ) - q d 。 2 Ýë§ì N ÚÛʳ y = q, } (1) G( q) ———¡; ʳäåõºÖ× ,¹º´, µ¶,ʳäå´Ö× ,³ë¹º ,·ö¸Ö× ç´¹, º÷»øÊ³Ñ 。 ¼,³ë ε ½Ø, æÞ ¹º ,ô¾Ñ¸¿ÀÑ。 Ä¢£ æ ¹º»: s= -ε . 1 | s | φ sgn( s) - ( k + c‖e‖1) s, 1 + c‖e‖1 (6) Σ | e | ʳäå Á°°Á ; n (6) ,‖e‖1 = i =1 i ÅÒ¹º,ÆÌÍʳ¸Ö× ç;äåõº,·¸¹ºÇ«úÅÈ 1 É,³ë ≤1,ÆÌÎÊ,¤Æ 1 + c‖e‖1 ËÌû c ÉѸ¿。 s T s = - εs T . ڨ: Éʳ¥£ q ï« ¬ð®¦§ q d 。 ¯ q d Ó°ñò±,زäå e1 = q - q d , e2 = e1 = q - q d , . . } Á (2) ³(1) (2) Ë . .. .. . . .. e2 = q - q d = M - 1 (q)( τ + τd - C(q,q)q - G(q)) - q d 。 (3) ·30·电气工程、信息与通信工程 æÞ ¹º; Á,ÃËIJ³ù ¹º äåº÷ ¸Ñ: ¦ § ¯ Á, q = [ q1 , q2 , …, . (4) ëʳ(4) ·¸¹º»Öר ,ô¹º» . (5) s = - ε | s | φ sgn( s) ,0 < φ < 1。 τ d ———Ø¢£¤,‖τ d ‖ < l g ; τ———; qn ] 。 } ʳäå :M( q) ———íàáØÑ; . C( q,q) ———: T .. (6) ãù ,¢Ò ʳäåÖ× ¹º,¤ãäå Á°°Á ,Âʳ ¡§ì .. . . M( q) q + C( q,q) q + G( q) = τ + τ d , q———N ® . e = [ e1 ,e2 ] ,k > 0,ε > 0,c > 0,n > 0,0 < φ < 1 。 y———ʳ¥£; . ¾¹º» ¿ ¡ ³(2) 、(3) زóڨä å§ì: . , ¡ ¢£ ¤ ¥¦§¨,©ª«¬®§¯: °±²³§¯, ´µ 193 ~,:ÝëÞß¹º»ÚÛÜíàáüýÖ× ÿ 1 | s | φ sgn( s) - 1 + c‖e‖1 ( k + c‖e‖1) s T s < 0。 (7) (7) ÍθÑÏÐ。 3 ëʳ(4) زíàáüýÖ× γ s = e1 + αe2 , β γ (8) ,α > 0,β,γ à ,Ñ 1 < < 2。 β 1 T û Lyapunov V = s s,Ò 2 (8) 194 . . C( x1 ,x2 ) x2 - G( x1 ) ) - q d ) ) , (9) τ0 = C( q,q) q + G( q) + M( q) q d , . τ1 = - γ . β M( q) α - 1 e2 γ ( s T αe2 β - 1 M - 1 ( q) ) T τ2 = - γ -1 β ‖s αe2 T M - 1 ( q) ‖2 γ 1- β .. (10) . e1 , . (11) × ‖ s ‖ ‖ αe2 β - 1 M - 1 γ ( q) ‖ ( l g ) , τ3 = - M( q) α -1 ‖e‖1 ) s) 。 1 (12) 1 (ε | s | φ sgn( s) + ( k + c 1 + c ‖ e ‖1 (13) (4) , (8) , τ, 。 Lyapunov V = . V = s T s = s T ( e1 + α . . 1 T s s 2 γ γβ - 1 e ( M - 1 ( q) ( τ + τ d - C( q, β 2 q) q - G( q) ) - q d ) ) 。 . . . .. τ = τ0 + τ1 + τ2 + τ3 V= - γ γ -1 -1 ‖s‖ ‖ αe2 β M ( q) ‖ × l g + β - m2 l1 l2 sin q2 q2 ‖ αe2 - 1 M - 1 ( q) ‖ × ( lg - ‖τ d ‖) - [ m l l sin q q γ -1 1 2 ‖) ≤0, 4 1 2 V≤0,。 1 1 , 2 1 2 2 - :m1 = 0. 5 kg、 m2 = 1. 5 kg、 l1 = 1. 0 m、 l2 = 0. 8 m、 g = 9. 8、 J1 = 5 kg·m、J2 = 5 kg·m; q d1 = 1. 25 - ( 7 / 5 ) e - t + ( 7 / 20 ) e - 4t , q d2 = 1. 25 + e - t - (1 / 4) e - 4t ; q(0) = [0 0] T ; 1. 5] T ,q (0) = [0 . ε = 0. 5,α = [150 0;150 . 0],k = 2,β = 3,γ = 5,φ = 0. 5,l g = 1 + 2‖q‖ + 3‖q‖2 。 : , NTSMC ,, NTSMC , 。 1 ~ 3 NTSMC (14) a 1 b 2 γ γ - ‖ s ‖ ‖ αe2 β - 1 M - 1 ( q) ‖ × ( l g - ‖τ d β . . τ d = 0. 1 - 0. 2q + 0. 3 2 q 。 γ 1 γ | s | φ sgn( s) + - s T e β - 1 (1 1 + c ‖ e ‖1 β 2 ,(7) ( k + c‖e‖1 ) s) ≤0, . 0 . 2 1 2 1 2 1 γ T γβ - 1 ( | s | φ sgn( s) + s e2 1 + c ‖ e ‖1 β (14) ,e2 β - m2 l1 l2 sin q2 (q1 + q2 ) . ], ( m + m ) gl cos q + m gl cos ( q + q ) G( q) = [ ], m gl cos ( q + q ) C(q,q) = . γ ‖s ‖· β ( k + c‖e‖1 ) s) , . 2 2 (m1 + m2 )l1 + m2 l2 + 2m2 l1 l2 cos q2 + J1 m l 2 + m l l cos q 2 2 2 1 2 2 , M(q) = m2 l2 2 + m2 l1 l2 cos q2 m2 l2 2 + J2 γ 1 γ T γβ - 1 - 1 γ · s αe2 M (q) τd - sT e2 β - 1 ( 1 + c‖e‖1 β β γ β . NTSMC 。 1a、 2a 1 1b、 2b , , | s | φ sgn( s) + ( k + c‖e‖1) s) ≤ - 26 .. .. τ = τ0 + τ1 + τ2 + τ3 , M( q) q + C( q,q) q + G( q) = τ + τ d , γ γβ - 1 e ( M - 1 ( q) ( τ + τ d - β 2 V = s T s = s T ( e1 + α . 2 1 Fig. 1 Location tracking curves of nonsingular terminal 电气工程、信息与通信工程·31· ¦2 § 1. 3 0. 9 s, 2 1. 9 1. 6 s, 0. 4 0. 3 s ; 2a、 3c 2b。 2d , 1 [ - 20,380] [ - 15,175], 2 [ - 170,250] [ - 10,80], NTSMC NTSMC 。 , NTSMC NTSMC , 。 195 ©,ª:«¬® ¨ a 1 Fig. 2 2 b 2 Control input curve of nonsingular terminal 1 c Fig. 3 1 d 3 2 b a 5 2 Nonsingular terminal sliding mode control of improved reaching law , 。 (3) Lyapunov (1) NTSMC NTSMC ¡。 , (4) , 。 (2) , , ·32·电气工程、信息与通信工程 ¢£¤¥¡。 : [1] ZAK M. Terminal attractors in neural networks[ J] . PhysicsLet 196 ¶ · ¸ ¹ ters, 1989, 2(4) : 259 - 274. [2] [3] [ J] . (12) : 2159 - 2167. [11] KUO T C, HUANG Y J. Neural network global sliding mode PID JIN M L, LEE J, HUN P. 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ADAMS «¹º¬»¼[ M] . «¬: ¤® ¨, . °¾[ M] . «¬: «¬ ®, 2001. ²³©ª© ´µ[J]. ¡ ¥ ¶ ¦ ·, 2015(10): 35 -38. , 2013. , , , . ANSYS ½»¼¯[ M] . [7] ±. ²¿±¡¢[ D] . ³ ´µ: «¡, 2015. ( ) 电气工程、信息与通信工程·33· 26 2 2016 3 1 , ": 。 Mar. 2016 1 1 , 2 , (1. , 2. , ! Vol. 26 No. 2 Journal of Heilongjiang University of Science & Technology 150022; 150050) ¡¢£¤¥¦。 §¨©ª« , , ¥¦,¬®¯° BP ±²³´µ¶· ¸ ¥¦¹º»¼。 §½¾»¼¶·¿ÀÁ, ½ÂÃ, ½ÄÅ: ² ¥¦»¼Æ, , ʹ£ËÌÍ ¥¦ÇÈɧ 0. 1 N, ² »¼Æ ÎÏ。 #$%:; ; ; ¥¦»¼ doi:10. 3969 / j. issn. 2095 - 7262. 2016. 02. 018 &'()*:TN953 +,-*:2095- 7262(2016)02- 0197- 05 +./01:A Error compensation for force feedback model of robot manipulator SONG Yingying1 , PI Zhigang1 , WANG Hongmin1 , NIE Xiangju2 (1. School of Electrical & Control Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China; 2. School of Electrical & Information Engineering, Heilongjiang Institute of Techonology, Harbin 150050, China) Abstract:This paper proposes a force feedback mathematic model based on the surgeon’ s action re quirements during orthopedic surgery and the characteristics of the robot in the slave side. The error of force exists between master and slave side, as is suggested by the feedback force acquired by sensors in the slave side and the input force in the master side. Reducing the force feedback error as soon as possi ble is made possible by using an error compensation method based on three layers BP neural network. The validity of the error compensation method is validated by developing a force feedback experiments system. The experiment suggests that error compensation leaves the force feedback error mean reduced to 0. 1 N. The compensation control algorithm could improve the accuracy of force feedback model. Key words:orthopedic surgery; manipulator; force feedback; error compensation 2345: 2016 - 02 - 02 6789: (2014RFQXJ30) ;(12541723) :;<=>?: (1980 - ) ,, ·34·电气工程、信息与通信工程 ,,:、,Email:15937228@ qq. com。 198 0 3 4 5 , 。 , 、 。 , ¡¢ [1 - 2] 。 £¤¥¦¤§,¨©ª«¬® ¯,¨°©ª±²¢«³´,¬ µ¶¯· ¸¹³º»¼½。 ¾¿, ÀÁ ÂÃĨ©ªÅÆÇ´。 ± , È ¡º , É Ê ¨ © ª Ë Ì Í Î Ï Ð ÑÒÓ ( < 40 mm / s) , Ô¯ÕÖÈ· ר , ¯Ù Ú ¨ Û Ü Ý Þ ¨ © [3] ªß Ó à 。 ± á â ã ä , Ï ß ÓàÝÞ , Õ Ö å æ Ù ç [4] È·× Ø , è Ù é ê ë ¨ ± Í ìíî ¨ © ª í ï ± ð ñ , Ï 6 。 ¾¿,Ï?,¯Ù @ 2 0ÒÈ, É 。 ± ãä, ô ´ç´È]、 ¡、 À¢ £、¤¥§¦§。 9= 1 1 @A¢ = < ; : / , . Æ - , + * · ¨ 。 ) BP ýþÿ~ (ÛÜ , Ϩ©ªß Óàðñ { [ , ¡ ' Ý ¨ © ª ã ä á&% $ , Ù # À " ¨ © ª ! 0< 。 1 8 26 9 7 system Fig. 2 ' 2 BTUE Fracture displacement diagram %Ȩ©¥î 3a è ¡ªà, áì, 。 « Delta , Í、 ¬§®¯ %$ç°î±²。 ³ª¾ ´,±, ϵ¶·, ȸ·, á칺µÓ 3b è 。 »。 ¼½, a b ' 3 VWXYZNA ?: ( 1969 - ) , , 163. com。 , , , ¡ ¢: £ ¤ ¥ ¦ § ¨ © ª , Email: shenxianqing2001 @ 电气工程、信息与通信工程·39· 682 0 " ! 0 Ë τd = [ τ d1 ½¾, ¿ÀÁÂÃÄ ÅÆÇÈÉÊË、 ÌÍÎÏÐÑÒ ³ Ó,ÔÕÖ×ÓØÙ®Ú ÛÜ。 ÝÞßàáâã äåÐæÈçèé [1] ÃÖ×±, ê æÈç¦ äëì, íî ¯ïðñòóÖ׿ôçõµ¤ö [2] ÷。 øùÒ æÈçúûüý ä, õãþË Ðÿ~}|{[, ÀÁíîç ¯ï。 Yu [3] Ò \]^üý ä_`@? ä>=,< ];:/.,{²³ØÅÖ×。 Jiang Ò [4] ^ _üý ä=, ¬ ä , <²³ , {´ú ç Ö。 Bandyopadhyay [5] Ò ^ ´`@? ä_= ¦ ä, ¯ïÀæ。 [6 - 7] æ Èçúû£ÎÏ@? ä。 [8 - 10] ä/ç -, õ ¬ [11] ,ÀÁæç ÐòóçÖ×。 Ò ^á@? ä ¢ , \] â±+¤ ä¤ ,^¢ý@?üý ä* , ®±) ¢ ¦ (ï'*¹º 。 T (1) D( q) R n ———%¨; qR n ———±²¡åШ; τR ———$³/¡´Ê; n τd R ———ß/µ¶。 n mi———mi = P + P l ; P———+¢ ·¸ý%¨,p1 = ( mα + mβ ) l , p2 = m l , p3 = mβl1 l2 , p4 = ( mα + mβ ) l1 , 2 1 p5 = mβl2 ; 2 β 1 q1 、q2 ———¡ 1 ¡ 2 幺; mα、mβ———¡ 1 ¡ 2 ¨; l1 、l2 ———¡ 1 ¡ 2 »Ð; g———/Ð。 ç®'*¼µ(ï¹½ , ¾¿ ±)(ï¦&÷, ÀÁ¢'*¹½ &;。 £¤+¢¡Ê τ _'*¼µ F x ÂïÅäÄÅ¡²,\]Æ ÇÈÉ [13] F x = J - T ( q) τ。 õ Ê £¤[14] ];, {¢'*¹½ ËÌ( x1 ,x2 ) &; D x ( q) x + C x ( q,q) x + G x ( q) = F x - f d , (2) .. . . :D x ( q) = J - T D( q) J - 1 ; © C x ( q,q) = J - T ( C( q,q) - D( q) J - 1 J) J - 1 ; . . . G x ( q) = J - T G( q) ; f d = J - T τd 。 ä¤õµ¤。 ç,¦ τ d2 ] , . , 2 26 3 1 D( q,q) R n × n ———¬®¯°Ê«; 。 ¡¢£¤¥、 ¦§¨©、 ª«¬、 ® ¯¤°,±²³´µ¶·¸¹º»¼ :D( q) R n × n ———+¢ª¤Ê«; © ,, , 。 1 ©(1) ±Í²³ÎÀϤ:(1) ª¤Ê« . . D x ( q) ±ÐÑÒ;(2) Ê« D x ( q) - 2C x ( q,q ) ÙÓ ±Ð。 2 ±¢ ±ú¤ n ¡+¢, £¤ [12] ¥¦§ &÷,¨&; .. . . D( q) q + C( q,q) q + G( q) = τ - τd , m1 + m2 + 2m3 cos q2 m2 + m3 cos q2 D( q) = , m2 + m3 cos q2 m2 [ D(q,q) = . D( q) = - m3 q2 sin q2 . [ m q sin q - m3 + (q1 + q2 )sin q2 . 0 m4 gcos q1 + m5 gcos( q1 + q2 ) . 3 1 2 [ m gcos( q + q ) 5 1 ] 2 ·40·电气工程、信息与通信工程 . ], ], ³ÔÕÍñÕÍ ];, £¤² ý, \]Ö &©×ØÒä) 。 ) ²³ &©, ÜÙ²³^Ô( ïÝ#ÒúÞ,¡èßà ä,èá úÙÚÛä Ô, <¨âãÝÒÞ %.ä¾, å²³~æÒç.ä¾。 ¹½、 Ð %/ð 。 ²³ãê +¢'*¹º»èéÊõ &©ðÒä ëìíÔ %, î s →0 ];, Ö6 È ×ØÙ,:Ú 683 ½¿ÊË 1 。 ¼¶。 (4) ¹, ´¹º» ,À ks ±Áº¹· ¢£,ª»¼,Â。 2 2 ½¾Ã¦§, 2 。 Fig. 1 2 1 1 Phase trajectory of variable structure system Fig. 2 。 , ,, . s = - εsgn( s) - ks,ε > 0,k > 0, :s———,s = - ks。 . . 。 Robotic manipulator with SMC ½¿ÀÁÂİÃÄ x ( t) 、 x ( t) ÅÅÆÇÀÁÈÆ x d ( t) x d ( t) , . . ¿ÉÇ x( t) →x d ( t) 、x ( t) → x d ( t) 。 . . ½¾ÃÊËÈÉÌÍÎÌÍÊÍÎ ÊÍËÏÐ。 e = x d - x, (3) e = xd - x . . . . ¸ , ¦§ÏÐѦ, Ò ÒÓÕ。 ÀÁÌÍ [15] ÍÓË ¦§¨ ¢ , ¤ :Λ———¬«Ô; ¢£¤¥¦ sgn( s) , § « ¬®¨©®¯¯ª 。 «¬¦° (5) ÑÒÓ, Terminal Ô [15 - 17] , , ª ¢ 。 , e———½¾ÎÊËÈÉÌÍ。 £ ¤ , ¢¥¢ , © } :e———½¾ÎÊËÈÉÀÁÌÍ; , , , 。 ¡ ¢ ¦§Ì,ÍÌÍ: , , 2 s = e + Λe p / q , . (6) p、q———¬Õ,q > p。 ¡ ÍÖ×Ð x r = x d + Λe p / q , . ® , ¬ ® ¡ , , « ¬ ¦ ±²¯¤ ¥ ¦ , 。 ° . xr = xd + Λ .. .. . p p / ( q - 1) . e e, q ± , ¦§ ² ¦ ¢ : :x r ———ÍÖ×Ð; ,ε1 > 0,ε2 > 0,k > 0,1 > α > 0,β > 1。 °,Ø s = - ε1 | s | α tanh( s / δ ) - ε2 | s | β tanh( s / δ ) - ks, (4) x r ———ÍÖ×Ð。 s=e +Λ . ¼µ, ½¸¹¾¿, β ¼·, .. p p/ q - 1 . . . . . e e - x = x r - Dx - 1 [ Fx - q Cx x - Gx - fd ] , . (4) ,´ | s | < 1 , α ¸¼µ, ¼¶,β ¼·, - ε2 | s | β tanh( s / δ ) ¼µ, ½¸±¾¿; ´ | s | > 1 ,α ¸¼µ, - ε1 | s | α tanh( s / δ) (7) .. . ®³´£ µ, s = 1 ¶·¸, ³¹º»。 } s = x r - Dx - 1 [ Fx - Cx x - Gx - fd ] , . Ù´Ò .. . (8) F x = D x ( q) ( x r + s) + C x ( q,q) x r + G x ( q) , .. . . . (9) 电气工程、信息与通信工程·41· 684 ¡ ¢ £ ¤ (3) (9) : F x = D x ( q) ( x r + εsgn( s) + ks) + .. C x ( q,q) x r + G x ( q) + f d , . . 1 T s D x ( q) s, (3) 、 (6) 2 , V = s s ≤0。 , . T. (4) : F x = D x ( q) ( x r + ε1 | s | tanh( s / δ) + .. ¦ 1. 0 ¨ 0. 8 3. 1 0. 8] , . (11) :ε1 > 0,ε2 > 0,k > 0,δ > 0。 。 ( x1 ,x2 ) = (0,0) 、 1. 0 m 。 x d ( t) = ( x d1 ,x d2 ) = ( cosπt,sinπt) , x(0) = [1. 0 Λ= 30 0 ¢。 k = 0 50 ,ε = , .. . . .. ε1 | s | tanh(s / δ) + ε2 | s | tanh(s / δ) + α β ks) + C x ( q,q) x r + G x ( q) , . . [ 0 50 ] , (12) . .. .. . V= Lyapunov . . . (14) V = s D x s + s C x s = s ( D x s + C x s) , T T . T (15) . V = - s T D x - 1 ( ks + ε1 | s | α tanh( s / δ) + , eR2n ,e , , e F x M (16) Barlalat eR2n ∩ R n∞ , t ∞ ,e 0,e 0, s . c (13) ε2 | s | β tanh( s / δ) ) < 0。 Lyapunov (14) . b s T ( D x - 2C x ) s = 0, 1 T s D x ( q) s, 2 D x ( q) - 2C x ( q,q) , . (13) , D x ( q) a Dx (q)(s + ε1 | s | α tanh(s / δ) + ε2 | s | β tanh(s / δ) + . . ks) + C x ( q,q) s = 0, x = x r - s,x = x r - s (12) . e 。 . p l = 0. 5 kg,g = 9. 8 m / s , P = [3. 10 2 ·42·电气工程、信息与通信工程 :m α = 2. 1 kg, m β = 1. 0 kg,l1 = 1. 0 m,l2 = 0. 8 m, 0 [ 0 30 ] [ 0 0. 5 ] ,¥¦§ 3 ¨。 D x ( q) x + C x ( q,q) x + G x ( q) = D x ( q) ( x r + 3 ,¡ 0. 5 0] , . (10) , £¤ (11) (2) , . 1. 0] ,x(0) = [0 . . G x ( q) + f d , p = 3. 5,q = 5, 10sgnq2 ] T 。 . Matlab ε2 | s | β tanh( s / δ) + ks) + C x ( q,q) x r + 2 3 § α © 26 ª § τd = [5sgnq1 (10) :ε > 0,K > 0。 V= ¥ Fig. 3 3 d ¥ Simulation results of SMC with reaching law ß6 àÝ,Â:á±Ðª«¬ (11) , k = Λ= 50 0 [ 0 50 ] 2 β = 2,δ = 0. 5 4 。 M a ©ÈɦÊ, Ë ª«。 ̬ÍκÏÐ º»¼,½¾«¿°¡ À、Á,º¡ ®¯,à ¤¡。 à ¢ £ ¤ ¥,Ħŧ¨,ÆÇ à ®ªÑ¯Ò°。 F x M c ¥Ó. Ô±Õ´µ¶[ M] . [2] Ø , 1996. [3] [4] d Ú, µ¶[ J] . ², Â. ÔºÌÛ °, 2002, 8(4) : 31 - 35. YU S H, YU X H, SHI R B, et al. Continuous finite - time con trol for robotic manipulators with terminal sliding mode[ J] . Auto ing mode control based on fuzzy reaching law[ C] / / Proceedings of China: Shanghai, 2002: 656 - 660. [5] 4a , ( x1 ,x2 ) ( x d1 ,x d2 ) , e , 1. 1 0. 6 s, 0. 5 s ; 3b x2 ) JIANG K, ZHANG J G, CHEN Z M. 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The study building on the RBFNN and sliding mode control consists of developing the RBFNN adap tive sliding mode controller, and the multijoint robotic arm model, performing functional approximation of the uncertain factors of multijoint robotic arm model using RBFNN and thereby establishing the stabili ty of control system using the Lyapunov’ s theorem. The research validates the controlling results of the common slide mode of controller and the RBFNN adaptive sliding mode controller using the position track ing controller of manipulator and simulating the two controllers. The results demonstrate that the proposed controller able to weaken the chattering affords a better control effect. Key words:sliding mode control; manipulator; radial basis function neural network 0 ¡¢£¤¥、¦§¥¨©ª¥ «¬®¯°¥ [1] 。 ±²³´µ¥ ¶· , 2345: 2017 - 02 - 23 6789:;: (1979 - ) , , [2] Âà ¸®¹°, º»¼½²¾¿ÀÁ 。 ÄÅ´¡¢ÆÇÈ、 ÉÊËÌÍÎÏÐ ,,:,Email:mzhacmilan@ 126. com。 电气工程、信息与通信工程·45· 150 ) ( ' | , 。 É & î î $ 27 # % 。 [3] 。 , ¡¢ £、 ¤¥ 、 ,£ 。 ¦§ ¨© ¥,ª«¬ ®¯,°±²³ ´,µ¶·。 ¸¹[4] º»¼½¬¾¿ÀÁ,»½ 。 ¸¹ [5] ºÄ ¤ÅÆÇÈÉÊË Ì,»¼½¬¾ÅÆ Âà 1 Fig. 1 2 Model of two degree freedom manipulator RBF Á。 ¸¹ [6] º© ÀÍÎÏÐÑ,»¼½¬¾ÅÆ ÇÈ ,°³´ÐÑÒÓ¼ËÔ Ï ÀÍÎ。 õ(1) º¨ ãä=<ïºÜ Õ。 ©ÖרÙÐÑ,ÚÛÜÝ RBF ÅÆÇÈÁ , ÁÞß À¨?>。 ?>ã , ÿ?> ÇÈ Lyapunov à¼, · RBF ÅÆÇÈáâ Àº ãä, Ì ¨®å»æ çØÙÏèé¥êë³´。 1 ¦、ùè、áâ£Å [9 - 11] 。 ÆÇÈ, ¨ À ºô` · RBF ÇÈáâïº Ô,®» Ïè。 ìÀ [7] ñòóïô : íîïßð τ = M( q) q + C( q,q ) q + F( q ) + G( q) + τd , (1) .. . . ÿ?>æç?>、?>( ?> [8] ) ?> 。 RBF ÇȬ¾ 2 1 . õ(1) õ(2) r = e + Be, . ö (3) õº:q,q ,q ———Ôö÷æø、 ÷ù è÷úùè; õº:B——— ,B = diag( α i ) , Áßè « i = 2,. α i > 0; C( q,q ) ———n × n |{í[Ìí~}; e = [ q 1d - q 1 ,q 2d - q 2 ] T ,e = [ q 1d - q 1 ,q 2d - q 2 ] T 。 . .. M( q) ———n × n ûüýþÿ~}; . F( q ) ———\]í; ØÙ?>ö í@ÿ。 q( t) ———÷æø=< (2) ; Ô ï 。 ~ } M ( q) 、 C ( q, q ) 、 . F( q ) G( q) ( ;~} ö M、C、F、G) ºä îþ :/ 。 . ·46·电气工程、信息与通信工程 . . . .. .. .. .. .. ¬ . . .. . Mr = M( q d - q + Be ) = M( q d + Be ) - Mq = . .. M( q d + Be ) + Cq + G + F + τd - τ = .. . . M(q d + Be ) - Cr + C(qd + Be) + G + F + τd - τ = .. 。 1 ö À 。 º L ö è 、r öô^ 。 Ìõ ( 1 ) à , î ï ¬ ~ } õ [ Ì . .. e( t) = q d ( t) - q( t) , õº:q d ( t) ———÷æø .. Äõ(3) -õ(2) . . q = q d - r + Be, G( q) ———n × 1 û^íúùè~}; τd ———_ ãä; τ ———¤` q ` . . . e,e ,e ———?>,e = [ q1d - q1 ,q2d - q2 ] T , . . - Cr - τ + d( x) + τd , (4) õº :d( x) ——— À ã ä , d ( x ) = .. . M ( q d + B e ) + C ( q d + Be ) + G + F。 ¨,ï=<º,ß ãä¨, ô¡¢, + ãä d( x) ,· RBF ÅÆÇÈáâ, d( x) ¡õ, ÇÈ*-« [1] ³´ 。 ®2 Ä RBF º ÅÆ,Ç: x = [ eT eT q Td . q Td q Td ] , . N——— .. τ = d( x) + K v r, ^ (5) :d( x) ———RBF ; ^ ¨ Mr = - Cr - d( x) - K v r + d( x) + τd = ^ ^ :ε———RBF ²³。 RBF 1 T r Mr, 2 τ = W h ( x ) + K v r - υ, ^ T , K v , d ( x) ^ λ0 , τd 。 2 2 d( x) :υ———µ²³ ε τd 。 (7) (4) , ~ . ,, 。 RBF , ¡ ¢ 。 RBF £ ,¤ ¥¤¦ , £ - ( K v + C) r + β , T : β = W h( x) + ( ε + τ d ) + υ, ‖ ε‖ ≤ ε N , ‖τd ‖≤ρ N ; ‖ε‖———ε ,ε N ‖τd ‖———τd ,ρ N µ。 ¸¹ ε τd , υ £(7) , ^ = FhrT 。 W · RBF ¢ Structure of RBFNN ¦§¨»¤¨, ©ª«¬º RBF ( 6 ) ¡ : ( X - Ci ) T ( X - Ci ) ,i = 1,2,…,N, h i = exp - 2 σ2i :h i ———® i ¯ ] »ÀÁ。 2 3 £ 2. 2 ¤¨; X———¤°,X = ( x1 ,x2 ,…,x n ) ; C i ———¡; σ i ———©; ® Lya punov L= (6) ,º» ±¼ RBF ½£¾¿¤¥²³ RBF [ 。 υ = - ( ε N + β N ) sgn( r) , Fig. 2 ; (7) ¶· RBF ²³¡ 2 (8) ~ ©ª«¬, (7) Mr = - ( K v + C) r + W T h( x) + ( ε + τd ) + υ = §,¤¨ 2 。 d( x) ,´ . 2. 1 ~ d( x) - d( x) = W T h( x) + ε, L = r T λ0 - r T K v r。 ^ ~ Lyapunov ^ ± ^ ^ W = W - W,‖W‖ F ≤W max , :d ( x) = d( x) - d ( x) ,λ0 = τd + d ( x) 。 L= y = d( x) = W T h( x) , ~ ~ - ( K v + C ) r + d ( x) + τd = ~ ¦¤¨; £ RBF d( x) , RBF ¤ (5) (4) , - ( K v + C) r + λ0 , y = Wh( x) , y———¤¨。 K v ———,K v = K Tv 。 . 。 :W——— 151 ~ ~ 1 T 1 r Mr + tr( W T F - 1 W) , 2 2 ±Â . . ~ ~ 1 L = r Mr + r T Mr + tr( W T F - 1 W) , 2 . T . (9) :tr———¯Ã°±²。 电气工程、信息与通信工程·47· 152 (8) (9) , . L = - rT Kv r + T ~ 1 T . r ( M - 2C) r + tr W T ( F - 1 W + 2 0. 1。 7 ~9 ‖r‖( ε N + ρ N ) ≤0, 1 b Fig. 4 , 。 a 3 。 4 q1d = cos πt, q2d = L ≡0 ,r ≡0, LaSalle , ,t → ,r →0。 (3) ,r → 0 RBF T . [0. 9,0. 9, - 0. 1, - 0. 6] , K v = diag{50,50} ,F = diag{25, 4 ~6 L ≤ - r K v r≤0, ,e→0,e →0。 ¤ 27 ¥ £ 25} ,B = diag {5,5 } 。 , ε N = 0. 2, ρ N = r T ( ε + τd + υ) = r T ( ε + τd ) + r T υ = r T ( ε + τd ) - . ¢ sin πt。 L = - r T K v r + r T ( ε + τd + υ) , . ¢ . ¡ . ~ hr ) + r ( ε + τd + υ) , T 2 Angle tracking of SMC Fig. 3 3 3 RBF Structure of RBFNN adaptive sliding system C( q,q ) = . [ - p3 q 2 sin q2 . p3 q 1 sin q2 . p2 ], - p3 ( q 1 + q 2 ) sin q2 . . 0 ] F(q) = 0. 02sgn(q),τd = [0. 2sin( πt) 0. 2sin( πt)] T , p4 gcos q1 + p5 gcos( q1 + q2 ) , G( q) = p5 gcos( q1 + q2 ) . . [ ] 4 4 m r2 + m2 L21 ,p2 = J2 = m2 r22 ,p3 = 3 1 1 3 m2 r2 L1 ,p4 = p5 = m1 。 P = [ p1 ,p2 ,p3 ,p4 ,p5 ] = [ 0. 35, 0. 27, 0. 04, ,p1 = J1 = 0. 5,0. 5] 。 RBF x = [eT ·48·电气工程、信息与通信工程 eT . qTd qTd . q Td ], .. Fig. 5 , 5 [ p2 + p3 cos q2 1 b 2 Velocity tracking of SMC a 6 (1) p1 + p2 + 2p3 cos q2 M( q) = p2 + p3 cos q2 a RBF , 1 , :L1 = L2 = 0. 4 m;m1 = m2 = 0. 5 kg;r1 = r2 = 0. 2 m。 2 Fig. 6 1 b Output torque of SMC æç,Î: RBF ä2 å 。 4 9 ,,RBF 。 a 1 2 RBF Angle tracking of RBFNN SMC a b 7 Fig. 7 1 Fig. 8 8 b 2 RBF Velocity tracking of RBFNN SMC 4 [2] [3] a [4] 1 : . ÉÊËÌÍ[ M] . : ©Î, 2005: 165 - 174, 452 - 453. ¡, ¢ £. ÉÏÐ ¤ [ J] . ¥¦§, 2010, 27(8) : 145 - 149. ¨©ª. W160 ÑÒɤ¯ÓÇÈ[ D] . Ô ÕÖ: ÔÕÖÑÒ×Ì, 2012. Mohammad R F, Hadi D R, Dumitru B. A novel adaptive control ler for twodegree of freedom polar robot with unknown perturba tions[ J] . Communications in Nonlinear Science and Numerical RBF 。 , ¡¢, £¤ RBF ¥¦,§, ¨© RBF ¥¦ , ª,«¬ RBF , RBF 、 ® ¯°±² ; ³´°µ¶·¸¹、 º¹»¼¸ ,½ »¼¾; ¿ RBF ,° ÀÁ ®,, ,¸ 。 RBF ,ÃĤů¾ ©¸ÇÈ。 [1] 153 Simulation, 2012, 17(2) : 1021 - 1030. [5] [6] 9 Fig. 9 b 2 RBF Output torque of RBFNN SMC 4 7 ,RBF 、 。 5 8 ,RBF , 。 6 , 9 RBF [7] [8] [9] [10] [11] «¬®. SCARA ¯ RBF ÏÐ [ D] . °±: ²ÑÒ×Ì, 2012. ³´µ, ¶ØÙ, · ¸. Ú¹ [ J] . º»×ÌÌÛ, 2014, 42(3) : 709 - 713. ¼ ½, ¾ ¿ ½, À Á Â, Î. É Ì Ü Ì [ M] . : ÑÒ, 2008: 372 - 378. ¾ÃÄ, «ÅÆ, ǧÈ, Î. ÉÊÊ ÝÞ ËÌÍÎ[ J] . , 2014, 31(3) : 29 - 34. ÏЮ, ÑÒÓ. ÔßàÊɼ [ J] . ÕѾ, 2017, 28(2) : 150 - 155. Ö¬×, Ø©Ù. RBF áÅâ¤Ê ÚÛ¿ÜÝã[ J] . Þß, 2017, 35(1) : 25 - 30. à , ©á, â©ã. äå¯Þáæ¹ RBF ¥Ó[J]. ÍÍ, 2015, 30(8): 1394 - 1398. ( ) 电气工程、信息与通信工程·49· 27 2 Vol. 27 No. 2 Journal of Heilongjiang University of Science & Technology 2017 3 Mar. 2017 ( , 150022) : 。 , , , , 。 ¡¢: , £¤¥¦§¨ ©ª«¬®¯,°±²³³´µ¶¥¦。 :; ; doi:10. 3969 / j. issn. 2095 - 7262. 2017. 02. 012 :TP273 :2095- 7262(2017)02- 0154- 05 :A Homomorphic adaptive filtering method for power harmonic of EMG signals Zhao Hanqing ( School of Mechanical Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China) Abstract:This paper is concerned with an effort to address the strong interference of power frequen cy electrical signals in the process of EMG signal acquisition. The research building on the frequency spectrum analysis of the power frequency interference involves establishing a multiplicative relationship between the EMG signal and the power frequency interference; applying a homomorphic adaptive filtering method for homomorphic transformation of EMG signal; transforming the multiplicative relationship be tween the objective EMG signal and the harmonic frequency and its harmonic interference in the observed EMG signal into an additive relationship and thereby filtering out the interference of power frequency noise and harmonic using the adaptive filtering. The research shows that the homomorphic adaptive filte ring capable of effectively eliminating the strong power frequency electrical interference in the process of EMG signal acquisition provides a better protection of EMG signal and demonstrates a proven effectiveness through experiments. Key words:EMG signals; power harmonic; homomorphic adaptive filtering : 2017 - 02 - 20 : (1970 - ) ,, ·50·电气工程、信息与通信工程 ,,,:,Email:zhaohanqing0001@ 163. com。 12 # 0 1 , ¡ÛÚ}| , [1 - 2] 。 - , "=ÐÑõàáâãú, 。 ¡¢£¤¥¦ [3 - 5] , ,§¨©ª¡ ¡«¬®¯°±, ²³ ´µ、¶·¸,£¤¹º»¼½¾¿À Á、ÂÃÄÅÆÇ、ÈÉÊÆÇËÌ [6] ÍΡ 。 ¡Ï¨¢³ÐÑÒ, ³ÓÔ 0. 5 ~ 5. 0 mV, ÕÖ 0 ~ 500 Hz, ×ØÙ Ü Û¹ 1 Î。 Ò÷æ\、 ¡\、 ¢£、 ¡\ËòÛÚ¤Í。 ÛÚ 155 234:äÕåæ@"%÷æÎø Ü ØÙàá祦§¨©ªàáäÕË³å æâãàá。 ¥¦§¨©ªàẠ_«?, »¼½ _ ¬®,¯° ¡¢¡±èê ²¨, ;²Õ§¨àá,³ÕÖ 0 ~ 5 Hz。 ³¡ÕÖØÙ;¶Ú 20 ~ 150 Hz, § ´ ÷ æ \ } | ; 10 ~ 500 Hz。 >=ªÐÑ,ÝÞàáâã,@ 。 ¡Û ?¡¢ÛÚ¬£µ;¶, é ,Ù¢£ Ò。 ª¶'·¸ Ú Ü ¢ Ý Þ ß ¨ à á â ã, ³ ä Õ 50 Hz˳åæàáØÙâãçèÏ,éäÕË £µ;¶,@?¹º»¼ÐÑ,§ ´Û¹½¾ ê~¿¢£。 Ó ÕÖÚ 20 ~ 150 Hz [7 - 8] ³åæÕ¡Õèêëì í,×äÕàáîïðÓÔ 1 ~ 2 ñò Ô 0. 5 ~ 5. 0 mV, °òÛÚ¤À¿ÓÔ Ù+ª 0 ~ 5 V,éÁÂòÃÄ1 000, ª¶ óô,¡´µÏ¨õäÕâã Ñ´µ。 ö¹÷æÎøùúûæø、 ü Ų¡ £µ;¶Æ ¹,§´¡\Âò}| æÓÔýÔø、þÔø、ÕÿÓÔ~ÔøÍ。 ùúû æø }|ùñ{ú[÷æ\¼ûæ ø,]^_`äÕ˳åæàáâã@?, [9] ²ÐÑ>=<;Ï:/. ; þÔø² -,Ù+*),(,¹-?÷æ'&, -,,÷æ'& [10] ; üæÓÔýÔø ª 7, ¡\Âò}|ª 140。 Ç }|ÎÈÉÊ [12] 。 òÛڤ˹ÌÍÎ !Ï0$®ÐÑÒ PCI8622, Ó¤Û ÔÕÖ}:ÕÖª 1 ~ 250 000 Hz,×ÛÚØÙ Úò 32, Û ª 16, Û Ú ò Ü Ý ? ê ü º 10 μs,Þß¡òÛÚÙ+。 Õÿ~ÔøÙª}:ýÔü, Ù²ïð ì , ø Ã × Þ ª é [11] 。 é,+Ϩí%÷æ ã@?²ïð>=/. ´µ¹。 ü, , `â º äÕàáºäÕ , ¡ÛÚíÛÚò ,§¨àáâã 。 ÛÚ¡ ïðâãäÕèê ,ïðäÕâãèê ¶·Ï¨¶·。 ²ÛÚÕ ÿ¶·, äÕàá˳åæê ,Û¹ï¹×$;÷æ$ ´µïð, ¤#`äÕàáË³åæ âã。 Fig. 1 2 1 EMG signals acquisition system @"%÷æà@Ý"%÷æ$ áíϨ÷æÎø。 @ÝϨ¥ºâ ãÒ, ¹²òÝàäª。 åæ²ç¦@Ý, è Û¹" %÷æÎø´µ, `äÕË³åæ 电气工程、信息与通信工程·51· 156 ¾ ¿ À Á 。 2 。   27 Ä Ã s′ + Σlog u i , ª。 ¡¢« ¬£, ¤¥¦。 90° ¦§¨ º © ©ª 。 ±® LMS f s , ±° £。 ±² ¥« x1 ( k) ¬ x2 ( k) , ¬¦®¤, ®¯¯° ± T s = 1 / f s , ¨² ω0 = 2 πfT s , ©ª¥« k ³´ : Fig. 2 2 1 2 x1 ( k) = A cos( kω0 + φ) , Principle diagram of homomorphic adaptive filter x2 ( k) = A sin( kω0 + φ) 。 µ®¶³·£ ´¸º»¼ h0 ( k + 1) = h0 ( k) + μe( k) x0 ( k) , x( t) = s( t) ·u( t) , (1) :x( t) ——— s( t) ——— ; ; :x′——— s′——— u′——— , :h0 、h1 ———© k ¬ k + 1 µ½ ¾¶; μ———¿À·Á。 LMS ©£¸ÂÃÄ (1) : G( x) = log s + log ux′ = s′ + u′, h1 ( k + 1) = h1 ( k) + μe( k) x1 ( k) , u( t) ———。 ; ¹¯°©§ 。 z2 - 2z cos ω0 + 1 H( z) = 2 。 z - 2(1 - μ2c ) z cos ω0 + 1 - 2 μA2 。 50 Hz,。 ,: M Ì ¥¦ ¬¦»¤µ, ©¼¤Í¦ ¯°, ΠϹ。 M u = ∏ai ui , i =1 i :a i ——— M M i =1 i =1 。 x′ = s′ + u′ = s′ + log ∏ a i u i = s′ + Σlog u i + M 2 2 C Σlog a i = s′ + iΣ= 1log u i + C, i =1 ¡¢£, ¤¥¦ §¨。 ¢£ ¤ 。 3 。 3 ·52·电气工程、信息与通信工程 M , M 。 , 。 ¹0 < μ < 2 / λ , λ ¦ÅÆºÇÈ ´, ÉÊÊ μ 0. 004。 ; Ë ´¸, ¹ : Fig. 3 3 Adaptive filtering principle diagram for power fre quency 3 3 1 б² ª½,Ñ ¿2 ¾ 157 ÀÁÂ:¢°´µ¶¹Ã· , - , 。 4 - - 。 4 , , , , 。 , 。 , 。 , 5 , , , , ¡ 50 Hz,¡¢ ¡。 :N——— ¦,© N≥M。 § N -1 X( jω) = Σ x( n) e - j N n , 2πω n =0 § | X( jω) | = N -1 Σ x( n) e - j n 。 n =0 2πω N £§ 6 。 6 ¡, §ª¢ 50 Hz £ ¤, ¥ ¦ 100、 150、200、250 § 300 Hz «¡£¤¨¨¤¢¬ , ©¡ª 50 Hz «¬, £ ® ¢¯ °£, ® ¢¯°±²¯°±³。 4 Fig. 4 Original data of EMG Fig. 6 3 2 5 Fig. 5 Partial enlargement £ 5 ¤¥¦ , §。 x( n) ,¦ M,,¨: N -1 X(k) = DFT [x(n)] N = Σ x(n)e - j N kn ,k = 0,1,…,N - 1, n =0 2π 6 Original data spectrum diagram ² ¢±², ³´´µ¶µ· - - 。 7 4 ¸´µ¶¹£ ¨º 。 » 7 4 , 7 4 ¦¼¶, ¢¯°±²·½, ¸¾ ¨º。 Fig. 7 7 Homomorphic adaptive filtering diagram 电气工程、信息与通信工程·53· 158 Ê Ë Ì ¬ , , 8 。 8 6 50 Hz 。 , , [1] [2] 。 。 ¤ ¤ Í 27 Î « : 50 Hz ª , ¤. ¥¦¥§¨© [ J] . ª¤¤«:¬¤®, 2014, 47 (9) : 836 - 841. , , ® Takyfumi Y, Youichi S, Haruhiko K, et al. Realtime control of a prosthetic hand using human [ J ] . Neurosurg, 2011, 114 ( 7 ) : 1715 - 1722. [3] Sara S, Carine D, Fernado J T E. EEGsignals based control stat egy for prosthetic drive systems[ C] / / IEEE 3rd Portuguese bioegi neering meeting, Braga, Portugal, 2013(2) : 1 - 5. [4] , ¯. ° , , ¢£[ J] . ±¤«, 2010, 15(4) : 27 - 32. [5] , , . ² ³ [ J] . ´ µ¶ ¤ , 2016, 20 (2) : 127 - 130. [6] [7] 4 motion detection by means of a surface EMGbased humancomput er Interface[ J] . Sensors, 2015(15) : 394 - 406. Fig. 8 Jongin K, Dongrae C, Kwang J, et al. A realtime pinchtozoom 8 [8] ², », Homomorphic filtering spectrum diagram . ·¸¹ , [ J] . 。 ¬¤®ª¤¤«, 2000, 30(6) : , , , ¯. ¢½¾[ J] . 679 - 681. [10] , ¯. ¼¢£ 671 - 676, 638. [9] [ J] . º·¤«, 2005, 26(2) : 193 - 195, 210. , 1044 - 1047. , º·¸ ¶¤µ¿¤¡, 2008, 25(3) : . À ® ¢£ ½¾[ J] . ´µ¶¤¤¡, 2008, 25 (5) : , , [11] , Á, . ·¸Â , , ¡ 。 [12] ÃÄÅ, , ¤. ·¸ÆÇ 。 [ J] . ¢£´µ¶¤, 2006, 25(2) : 63 - 66. ÈÉ[ J] . ¡½¾¢£, 2016, 35(6) : 52 - 56. ¢£ ·54·电气工程、信息与通信工程 ( ) 27 3 Vol. 27 No. 3 Journal of Heilongjiang University of Science & Technology 2017 5 , , ( May 2017 , 150022) ": , 。 ,, 40 kW / 380 V , ! ¡,¢£¤¥¦§¨©ª«¬®¯°±。 ²³´µ:¶·¸¹º 。 ¶·»§¼½¾¿ÀÁ¸ÃÄÅÆÇÈ。 #$%:; ÉÊË; ÌÍÎ; Ï doi:10. 3969 / j. issn. 2095 - 7262. 2017. 03. 001 &'()*:TD632. 1 +,-*:2095- 7262(2017)03- 0211- 04 +./01:A Research on feedback braking control strategy of frequency conversion traction for shearer under unbalanced grid conditions Deng Xiaoxiang, Wang Anhua, Liu Hongyang ( School of Electrical & Control Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China) Abstract:This paper is a response to an outof control phenomenon, as occurs when the four quad rant inverter traction system of coal mining machine works in the grid connected state. The study works towards developing the dynamic vector model of converter; producing a new type of energy buffer convert er topology; and developing the prototype of 40 kW / 380 V frequency conversion traction system and the four quadrant frequency conversion unit drag the platform; and validating the feasibility using simulation and measured waveforms. The results demonstrate that the research contributes to an effective restraint on an outofcontrol phenomenon in the grid braking of variable frequency traction system and may provide a theoretical basis for the practical design of frequency converters. Key words:shearer; dynamic phasor decoupling; electric energy smoothing; current shock 0 ¯ÄÅÆ ¾ ¾ ¿ Ç ½ ¾ ¾ ¿ È É Ê Ë 、 Ì Í 。 ²ÎÏÐÑ Ò Ó Ô Õ Î , Ö × [ 1 - 2 ] ª«¬ ® ¯ ° ± ² ³ ® © ´ µ , ¶·¸ ¹ º ² » ¼ ½ ¾ ¾ ¿ À Á  à 2345: 2017 - 04 - 23 6789: ØÙÚÛÜ Ý 、 Þ ß à á â ã ä å æ ´ Ô ç è Â Ý 、 Þß ® È É é ê ¥ ë , ì í Ý ß 、 Þß®½îï , ðñ¹´µòóô² ( MTKJ2016 - 367) ; ( RC2016XK008001) :;<=>?: (1966 - ) ,,,¡¢,£¤,¥¦:§¨§©,Email:3036361_cn@ sina. com。 电气工程、信息与通信工程·55· 212 [ \ ] ^ â _ _ ï 27 @ ` , , , 。 2013 , [3] , µ LC ¶·¸³ , ¹º»¼½¾¿À 。 2016 Fig. 1 , ÁÂà 1 2 [3 - 6] ÄÅÆ³ Ǧ , È ¦ 。 É Ê Ë Ì Í Î Ï ÑÒ°±¤¥¦¢£ÆÓ Ô¹©Õª 。 Ö× , ØÙ Ú Û Ü Ý Þ ß ° ± àá , âã ABB ¯³ © ª。 2015 , «¬®¯ [4] °±²³´ Ð ¡ ¢ £ ¤ ¥ ¦ § ¨ 1 Schematic of frequency conversion traction system ¾ÿèàÃÐ}»¼ 2 ͽ。 ¡|Ñ ,U invab = U cd , òÒ{}ÓÔ。 Î S3 、S4 、S5 ì U invbc = 0, U invca = - U cd ;Î S3 、S4 、S1 ì ,U invab = U cd ,U invbc = - U cd ,U invca = 0。 ä , ©Õªåßæ , ¹ °±ç , è , êë , ì é 。 01 0 ) ѧ íîÙ , ·¦ ± 20 % , ì &' ª。 Æõ¢£ , ¤ ¨ 。 ©ªö÷ÄÅ«»¬®¨¯°±øù ° ± , ù ² Æ ³ ¦ £ ú ³® , ´µäøù§¦ , ø ¾âã , ¶û ÆÓÔ , ·¸»¿¾ °± ¦¥üý 。 1 1 5  é,L i þ C f ù ¸àÃ,Lg ÄÓÔÅ; ¾ÿèà ÃÆÇ S1 ~ S6 ;ÈÉ¿ë¢ÆÊ¨Ë C d þÌÆÄ³ L e1 、L e2 ; ñ;ÿèàÃÆÇ V1 ~ V6 。 ¨©É~úƦ,Îú ( M) ,¾ÿèàà S ¡ðÏÆ¢£、ñ ;ÿèàá𲢣;Î M ú¤¥ ¨ '%+ 6 ,V ¡ðÏÆ¢£、S ¡ð²¢£。 ·56·电气工程、信息与通信工程 6 7 '%+ 6 02-34 5 7 -. 6 % 7 -. 6 $ Fig. 2 2 Schematic of power control unit on grid side ¼ 2 ©Õ U ia 、U ib 、U ic ÆÖ U cd 、0、 - U cd Åר,Ù¤, S Ú½¡|ÛÜ,ÝÞ¡| Ñ¡|¢£,©ß: U iab U = S·U cd , ibc U ica u ia U iab u = 槡3 U = 槡3 ·S·U cd 。 ib ibc u ic U ica ¹º®°±øù, »¼ 1 ͽ,¾ LCL ¿©éÀÁ 0; ¥ , ¨¶¦§ 1 0: ,'% ( ( '% 。 ï , , ¡ðô¢£ , Ù $ ) * Ƴ ò , 38° , ¡ 09 / $ % ó , #/ # ¡êë , ò , ¤¥ , Æ µ 。 ï ´ , Ƴ¨ , 08 < 8 Ù (' »Å : ï Ä , ð ñ é , Ä , ! " " (1) (2) KVL ¤Ïê: L di ga g dt di 1 L g gb = 0 dt 0 di gc L g dt 1 0 0 0 1 0 0 u ia i ga 0 u ib - R g i gb - i gc 1 u ic 0 1 0 0 ua 0 u b 。 1 uc (3) 3 ¡¢,:£¤¥ R g , 。 u a 、u b 、u c Clark Park , ; i ga 、 i gb 、 i gc Clark (4) Park d q , (7) 。 ua ua uα 1 - 1 / 2 - 1 / 2 u , = C32 u b = 槡2 / 3 b uβ 0 槡3 / 2 - 槡3 / 2 u u [ ] ud [u ] q [ ] c c ua uα sinωt - cosωt = CC32 ub = C = uβ - cosωt - sinωt uc [ ] [ L di gα g dt = L di gβ g dt L di gd g dt = di gq L g dt (4) 4 , invβ gβ invq q g i gd gq [ - ωL ωL 0 i gd ][i ] gq u invd = K pi (1 + 1 / T i s) ( i d - i d ) - ω Li q + u d , u invq = K pi (1 + 1 / T i s) ( i q - i q ) - ω Li d + u q 。 } (8) '4 @ABCDYZ Circuit model of system main (7) d q , , Park SVPWM , (8) , 。 , 3 。 Fig. 4 0 (6) ud u invd β [ 01 10 ] [ u ] - [ 01 10 ] [ u ] - R [ i ] + β uα 5 ][u ] , i gα g 。 (5) u invα 。 , 23 , uα [ 10 01 ] [ u ] - R [ i ] - [ 10 01 ] [ u ] , 213 ¦§¨ Fig. 5 '5 #$KL[XYZ Key control algorithm model u 6 7 , , i ,; , 180°,。 a Fig. 3 '3 UVKLWX Schematic of decoupling control method 2 Matlab Simulink Fig. 6 '6 b \]^_`CQCabC]cdef Simulation waveforms of voltage and current in grid under rectifier 电气工程、信息与通信工程·57· 214 » ¼ ½ § a [1] 3 ¾ 27 ¿ µ , 654 V, , - 1, : Rodriguez P,Luna A,Candela I,et al. Multiresonant frequency - locked loop for grid synchronization of power converters under dis torted grid conditions[ J] . IEEE Transactions on Industrial Elec Fig. 7 ³ 。 , , 。 7 ³ ¨ b tronics, 2011, 58(1) : 127 - 138. Simulation waveforms of voltage and current in [2] power grid under feedback braking Jose C, AlfonsoG, Jose J et al. Enhanced grid fundamental posi tive - sequence digital synchronization structure[ J] . IEEE Trans actions on Power Delivery, 2013, 28(1) : 226 - 234. [3] . ¡¢ £¤ [ J] . ¦§¨, 2013(4) : 149 - 150 ¥ [4] ©ª«. ¬®¯°±®²[ J] . , 40 kW, AC380 V, [5] ¶·¸. ¹[ J] . 、 。 , [6] ¶·¸. , , 、 654 V, 1; ·58·电气工程、信息与通信工程 §¨³´³µ, 2015, 12(5) : 51 - 54 , 2016, 42(7) : 20 - 25. ® ² [ J] . ¦ 2016, 48(8) : 93 - 99 ( º, ) 27 3 Journal of Heilongjiang University of Science & Technology 2017 5 Vol. 27 No. 3 May 2017 , ( , 150022) , , ": , 。 ! ¡¢£¤¥ ¦¢, §¨ ©ª ¥,«¬。 ®¯°±:²£¤ ³´µ¶· ,¼½·¾¿À¸¹Áº。 ¸¹º» #$%:; ; ; ¦ doi:10. 3969 / j. issn. 2095 - 7262. 2017. 03. 010 &'()*:TD421. 61 +,-*:2095- 7262(2017)03- 0251- 05 +./01:A Research on position servo system of shearers using fuzzy sliding mode control Guo Songlin, Zhang Wei ( School of Electrical & Control Engineering, Heilongjiang University of Science &Technology, Harbin 150022, China) Abstract:This paper aims to address the chattering phenomenon produced by shearers during their operation and improve their stability and robustness during the running process and proposes a sliding mode control method based on the particle swarm optimization algorithm in response to the dynamic per formance and static performance of the position servo system of the shearer. The study involves establis hing the mathematical model of the position servo system of the shearer; obtaining the state equation for the coal mining machine system; designing a sliding mode controller and an improved fuzzy controller; and optimizing the control law by particle swarm optimization algorithm. The results show that the im proved control law enables an effective reduction in the buffeting after an instant startup and smooth op eration and ensures a more smooth operation when the system is subjected to an excessive instantaneous startup current. Key words:shearer; position servo; PSO; fuzzy sliding mode control 2345: 2017 - 04 - 23 6789:;: ( 1963 - ) ,, @ 163. com。 ,,,: 、,Email: gsl63 电气工程、信息与通信工程·59· 252 0 " ! 0 1 , , 。 。 , ( ¡¢£, ¤ £¥¦) §, ¨©ª«¬ ®¯°,±²³´µ¶·¸ ¹º³»,¼¶½¯¶¸ ®¾¿³ÀÁ ÃÄ。 ÅÆ ÇÈ ÉÊ«¬,Ḛ̈ÍÎϨ 、 ÐÑ, ÒÓ ×ØÂÙ, ÚÛÜÝÞßà Þ。 áâã,äåæ°·çÅÆ´µè© ÔÕÖ ¹º³»。 éê,ëìíîïðñ [1] öº÷¦ Ìòµóïôõ, ÎøùúðûæÞß PID üý, þèÿ~Þß}|ÿ~{[\], ·ç^Å [2] _`@?¾。 >=<¦ ÎøÞß;á åæ,:/^ÿ~ [3] Â,Ìç.。 -,+¦ ø PID û æ*¡¢, :/  ̴°«¬。 ³·ôõ Âòç., ¼¶ òÍÎ,,åÊ [4 - 6] ôõ§ 。 ñ àÞ]ðÞÝ, 2 ð [4] Ô§¨¦¯å© : · x1 = x2 , x = f + gu + d( t) , · 2 · T μ· , θ - J J 3p n ψ f ,P À ],ψ f ªþ,J 2J «,μ ¡¢],ω £, d( t) ¬ d( t) ≤ D ,Ì D ª®, u = i q ¢Û。 2 ¯°ÞßàÞ,é±|`@?¾ ~Þß\],ÞߢÛ( e, e ) · (s,s ),þè*Þß°²,ËàÞÊ s ³。 Þßà Þ´~%$,µ¨Ô¶~àÞ ·¸¹º,ÅÆàÞ¹º³ »。 ÞßàÞÞß,àÞ» »:。 Ì·¸¼ 2。 · Fig. 2 。 (1) g = :, 1 } ©(1) : x1 = θ , x2 = x1 = ω , f = - )àÞªò¹ºÇÈ «¬,(ç.。 ± 、 、¤、 ¤ 4 27 5 3 äÂ,¤'&,À '& ¤ÂìÂ,£ _,Á ¤,|â´µ。 '& ÂÂ,°·ç ¥,×°。 '& ÂíÂ,´µ`@°, â´µ½¨,¼¶± þ,þè 1 ´µ,¡¨ ¢Û£ θ, '&¤£ θf ,¥¤àÞ¦¯ ä]ðÞÝ*àÞòÝÞ ß,þè}ûæ òµÿ~, 1 ð 2 1 2 Structure of fuzzy sliding mode controller * '&½¾ θ f ,²`@?¾ e = θ - θf , (2) (3) s( x,t) = ce + ·e , ©(3) : c > 0 , e `@?¾。 ,ÀÁÂ#à ÄïÅ©Æ。 ¨¿àÞÊ Fig. 1 1 àÞ* Position servo system block ·60·电气工程、信息与通信工程 u( t) = 1 [ - f - ce· + θ̈ f - u s ] , g (4) Í3 Î ÏÐÑ,Ò: (4) : u s , u s = Ksgn( s) , K n K > 0 。 y( x) = (1) (3) s = ce + θ̈ - θ̈ f = ce + f + gu + d( t) + θ̈ f 。 (5) . (4) (5) s = d( t) - ηsgn( s) 。 . (6) , ,, ,, , Lyapunov V = n ( ∏ μA ( x i ) ) ∑ j =1 i =1 j i , (13) h( s θh ) = θ h ξ( s) , ^ ^ ^ (14) (14) , ξ( x) »ÁÂ;¼ θ h ½ µºÃ。 ^ Ä ® 。 m j μA i ( x i ) ∏ i =1 (4) º ^ 1 u( t) = [ - f - c1·e + θ̈ d - h] g 。 253 ÆÇ 1 2 S 。 2 (7) h ( s θh ) ^ ^ § h( s θh ) = ηsgn( s) , ^ ^ ¤¬,¬ÉÀ½ V = ss· = s( ë + ce·) = · (8) ^ V = s( - ksgn( s) ) , (9) V = - k s ,V≤0 。 (10) ^ ^ d( t) - h( s θh ) ^ ^ (17) : θ h = θ h - θh 。 ~ · (16) s = d( t) - h( s θh ) = θ T h φ( s) + · (4) (8) ® θ = γsφ( s) , γ > 0 。 (6) (14) ½ · s( f + gu - θ̈ f + ce) , Ä (15) · ^ h (3) s = ce + e , · ¾ÅÆÇȼ¿ ^ ÉÀÁ» 3 ¤Â。 · · , e 。 。 。 2 2 ¡¢ £,¤¥¦§¨ ¡¢£©ª«,¤¬ (4) u s Κ ¥ Fig. 3 ®¯°¦±§²³ª«, ´µ¨© ¶·。 ª¸¹º«§»¬®¯¼ ±¬®(4) u s 。 °±²¼ 、 ³´»µ¶·¸ »,»¹½ m y( x) = n μA ( x i ) ) Σy ( ∏ i =1 j j =1 m n ( ΠμA ji ( x i ) ) Σ j =1 i =1 (11) y( x) = θ h ξ( x) , :β = [ y ,y ,…,y ] , 2 m Design of Fuzzy sliding mode controller Ê, à 。 Lyapunov V = s T·s + · T 1 2 m T ξ( x) = [ ξ ( x) ( x) ,…,ξ ( x) ] 。 ,(12) »Ã: 1 T 1 ~ ~ ( s s + θT h θh ) 。 2 γ (3) s = ce + e , ̨ ÀÁ ξ( x) ,(11) º 1 · , (11) : μA ( x i ) x i ¾¿。 j i 3 V = j i (18) (18) ËÇ ~ 1 ~T ~ T T θ h θ h = s θ h φ( s) + γ ^ 1 ~T ~ ^ T θ h θ h + s ( d( t) - h( s θh ) ) 。 γ (15) ¬²½ · (12) ~ 1 ~ V = s T θ T h ( γsφ( s) - θ h ) + s T d( t) - γ · · 电气工程、信息与通信工程·61· 254 Ä Å Æ Ç 1 ~T 1 T ~T ~ θ h γφ( s) s - s θ h θ h + η s = s γ γ T s d( t) - η s 。 · T (14) : V = s T Qs + d( t) - η s , · (19) Q > 0 ,(19) V < 0 , · 。 2 3 s s , u s , . 。 . s s、 u s [ - 6,6] , , , , , , , , , NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB, s, . s u s : È Ê 27 Ë É ¢£«¤,¥¬®¦¤§¨ [7] ¯ 。 ©ª°±«², £³´¬¤§µ¶·¸¹® º »¯¼½¾°±,²³¦´ µ¯¶´·¸。 PSO ¿À¹º, Á ¶ÂõÄ,£ÅÁ»,¹ ®º—¼¯ Bestp( ƻõ Ä) ¼¯ Bestp( ½¾·ÃµÄ) ¯ Ǽ½¾。 3 2 ÈÉ ¿ g ( s) ¯ Ê Ë À sgn( s) ,(14) ¼ 1 [ - f - c1·e + θ̈ d - ηg( s) ] , g u( t) = : g( s) = (21) 1 - e -μs Ìμ > 1。 1 + e -μs (22) c1 η s = { NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB} ;s = { - 6, - ¸µ ¹,«ÍÎÏ¥ ¦, PB} ;s = { - 6, - 4, - 2,0,2,4,6} ;u s = { NB,NM, p Di ) , Ð Ñ ¢ £ Ò 4, - 2,0, 2, 4, 6 } ; s = { NB, NM, NS, ZO, PS, PM, . . NS,ZO,PS,PM,PB} ;u s = { - 6, - 4, - 2,0,2,4,6} 。 , , 49 , 1 。 Table 1 s 1 ÐÑ¢£Ò P i = ( p i ,p i ,…, 1 P g = ( p1g ,p2g ,…,p Dg ) 。 i ¡Ò v i = ( V1i , V2i ,…,V Di ) 。 ÓÔ¢£ ¦¸Ç( Ç ¢¬¸ 1) v di = ωv di + c1 r1 ( p di - x di ) + c2 r2 ( p dg - x dg ) , (22) x di = x di + αv di , Fuzzy control rules for coal mining machine . s NB NM NS ZO PS PM PB NB NB NB PM PB PB PB PB NM NS ZO PS PM PB PB PB NS NB NM NS ZO PS PM PB ZO NM NM NS ZO PS PM PM PS NS NS PS PM PS PM PB PM NB NM NS NS ZO PS PS PB NB NM NS PS PM PM PB (23) Á, i = 1,2,…,m ; d = 1,2,…,D ; ω Â, c2 ¡; r1 ÕÖ¤Ã;ס¡ c1 r2 [0,1] ØÙº½¹º; α ÚÛà ,¾¡ÜÝ。 1 eT e , ¨ ¾ Þ J = Σ 2 F fit = 1 ,ß»à 4 。 J 3 3 1 pner PSO PSO Reynolds ¥ Hep ,。 , ¡¢£¤ ¦§¨,£¤©ª¡ ·62·电气工程、信息与通信工程 2 Fig. 4 4 PSO PSO algorithm flow õ3 À 4 ãäå,º:´µ£ Matlab Simulink , c , , c = 26, θf = 2 sin t, d ( t) = 0. 5 sin t。 , 65, , 5 。 a 5 a 6 Position tracking response ¾,¿ ¶·¸ ,¡»À³。 ÁÂÃIJŠ5 Æ,Ç¥¶ £ , ȲÉ, © ,ÊËÌ»。 Control input 5a 5b, 5a t < 0. 25 , 5b t < 0. 25 , ,¡¢ £。 ¤ 5b 5 ¥。 ¦§ ¨ 6 。 6 , ¨©,ª¦§«¬,¦ ®¯°±, 。 § , ¨ª。 : [1] [2] ÍÎ, , Å , º. ÏÐ PID ´µ½ËÌ[ J] . ÑÒÓ, 2014(1) : 133 - 136. ÔÕÖ, Ä . × Ø[ J] . µ , 2014(6) : 42 - 44. [3] ÙÚ, Û , . ÜÝ¢ PID ÜÝ¡¢ [4] ãäå, ËÌ[J]. £µÞß àáâ, 2013(8): 66 -68. [5] [6] , ¤. ¥¦§¢¨©æ¢ [J]. Ñ¢µàÛçè, 2012(12): 22 - 27. ãäå, Í. 骦«ê¬®ë± [J]. ìíîïáçðçè, 2012, 22(3): 273 -276. . ² ²³, ¡ ¹º,»,¼½ Fig. 5 © ´µ b Fig. 6 b c1 = c2 = 2. 05, T max = 100, v max = 1. 73, w = 0. 65。 255 ò:¯ïá [7] µ ç, 2016. ñÉËÌ[ D] . . MATLAB ç¨[ M] . : ° çóô, 2011. ( ) 电气工程、信息与通信工程·63· 27 3 Journal of Heilongjiang University of Science & Technology 2017 5 RBF PID , , ( Vol. 27 No. 4 May 2017 , 150022) ": 、 , , RBF ¡ PID ¢£¤¥ ! ¦§,¨©ª «¬®¯°±²,³ ² ´µ¶·, ¸¹º»¼½¾¡ ¿ÀÁÂ。 ÃÄÅÆ:Ǧ§ÈÉÊ˳ÌÍÎ,ÏÐ˳ÌÑÒ ÓÔ, ÕÖ×®Ø ÙÚÛÜ ÝÞ߮ݳ。 #$%:©ªàá´; RBF ; ¦§; â¿À doi:10. 3969 / j. issn. 2095 - 7262. 2017. 02. 011 &'()*:TD421. 5 +,-*:2095- 7262(2017)02- 0256- 04 +./01:A PID cutting control system of boomtype roadheader based on fuzzy RBF network Zhao Jie, Yu Zongyan, Ren Sijng ( School of Electronical & Contral Engineering , Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022,China) Abstract:This paper is a response to a larger fluctuation and strong randomness in working load due to coal rock behaviors and therefore a greater difficulty in developing a precise mathematical model. The research is focused on extracting cutting current as a feedback signal; outputting control signal using PID algorithm based on fuzzy RBF neural network; driving the horizontal and vertical swing mechanism of the cantilever; and adjusting the feed speed of the working mechanism in a manner which allows the cutting parts to work at the rate close to and equivalent to the power ratings. The results demonstrate that the controlling system able to shorten the adjustment time and reduce the shock in the adjustment process pro vides a better adaptability and self adjustment for the change of system parameters and the load property. Key words:boomtype roadheader; RBF network; cutting control; constant power 0 [1] ©ª«¬® £¤¯ 。 ° £¤±²¯, ³¬®´µ¶ ¹º»,§¨©¼½¾¿ÀÁÂà [2] ¬® ( TBM) 15% , ÄÅÆÇ、 ÈÉ ·¸ ¡¢ £¤¥¦, §¨ 2345: 2017 - 04 - 26 6789: :;<=>?: (51304075) (1977 - ) ,,,,: ·64·电气工程、信息与通信工程 ,Email:zhao_xxsc@ 163. com。 ,3 ^ + *,Ñ:ÿ~ RBF }|{[ PID \]=< ,。 , , , ÓõË,ÄÅü ȵ。 , , , $%&' 257 ;:ÆÅÇ[àá &()*+ < ¨©ª, « ¬®¯°±。 ²³´µ¶ ! ·, # = ¡¢£¤¥¦§ > ? ÀÉÊËÃÌ、 ÍÎ、 Ï ÎÐÑÒÎ, ÓÔÕÓÖרÙÚÛÜ, ÝÞß æóôõïÌ,Ýö,÷ï 。 Fig. 1 2 ¬,^ Ý éá。 1 àá, 1 Composition of cutting control system RBF PID k -1 u( k - 1) = k p e( k - 1) + k i ∑ e( j) + º, ß ÓõË; ðØ º,úç, ß ] 123 =<û PID \]¸,©ÉÊú ù, ú ì, ðØè ÓõË,À,ûüýþ ÁÀÃÌ,ÿ~ RBF }|{[ PID \ 4567 89 :;67 89 ø ./0 " ¸, ©¹º»¼½¾¿, [3 - 4] 。 È ÀÁÂÃÄÅÆÇ¬ àáâßÃÌ,ãä¹åÀ±æ,Éààáç è,éáê,ë ìíîï ð, ñòÀ± ,-&' j =0 k d ( e( k - 1) - e( k - 2) ) , Õ:u———\] Ë; e———ÌÍ。 RBF ι}|ÉÏÐÐÑÎÒÓ ð, ¯ «Ô®¯ÐÑÎ=, ÉØÐ¨/Õ ð,RBF ι}|`ÿ~\]âÓ, ÿ~ [5] »Ô` RBF ι}|ÉÖÑ×Î ,< =<Ö。 ûÿ~ RBF ι}|Þ PID ÔÕ_, ÁÀ`ÊË»ÒÎ、 ËË {[, © [6] × 。 Ñ,@ É。 Þ( `Ñ ) 、 ÊÔËÏ Î, ˺ɣ¤ØÙ, Úú=< ËÛ\ Þ ¬。 ÿ~ÌºÉ j ¤ØÙ, ûÜ; ÔÕÎ³Ï ÎÍÎ, 、 Ø÷,ë¡Ñ ÖúÝÞËÖ,ß´ú g j ( x) = exp( - ‖x - c j ‖ / 2 σ j 2 ) 。 Ë º、 ÿ ~ Ì º、 ÿ ~ » º @ ¬º ¢,룤¥¦¡§¡ÿ?。 ÔÕ,ãØÊ,Ϩ  ÁÀ©,ü üÏ©, ª, üçè,üÃÌ «ª«Î³ ØÙÿ~, ç×ÿ~»。 ¬º©è¤ ØÙ ×, ¬ k p 、k i k d {[é。 ÃÌ,>¬£®, ¯°üúª± 。 \]=< ×,²³ 1 ´,ûµòü ¶·¸®ü,¹º»ü»¼Í、 ½,© A / D ÿ ¾ ¿ × À , © \ ] ¸ 。 ã γÊË f ©, ð© üÏ©, ÁÂü ü ,ü ,\]¡¢ª ,ݩà ,çèªõË;âª,f çè, ˦àÿ~áâ。 ÿ~»ºÁ Ëÿ~,ÿ~\]ãóäå,æ¤ ° RBF ι}|û delta /Õãóº{ê ,.[-ëÖú: P P 1 E = ∑ ( dp - yp ) 2 = ∑ Ep , 2 p =1 p =1 y p = f( W T X p ) , Õ: d p ———}|^ì ¬; y p ———}|í ¬; W———} | É î ï × ¦ , W = ( w0 ,w1 ,…,w n ) T ; 电气工程、信息与通信工程·65· 258 ¯ ° ± ² X p ———, X p = ( x p0 ,x p1 ,…,x pn ) T ; p ———, p = 1,2,…,P 。 W, 。 , E ´ W , E )。 △W = η ( - W i E p θ p E p E y p = f( θ p ) · = · = · θ p W i y p W i W ¶ 27 · µ T y p X = - ( d p - y p ) f′( θ p ) X ip 。 θ p ip 3 Fig. 3 PID Cantilever swing speed of PID control P Δ W = η∑ ( d p - y p ) f′( θ p ) X ip 。 p =1 3 ¦®§ PID £«¬ 5 6 。 θ p = W X p , ³ , , , [7] K1 G( s) = , 2 s( T1 s + T2 s + 1) Fig. 4 : 4 PID Cutting current of PID control :K1 、T1 T2 ——— 。 , : K1 G( s) = 。 2 T1 s + T2 s + 1 2 , ,K2 ,K3 ,K4 。 Fig. 5 5 RBF PID Cantilever swing speed of PID control based on fuzzy RBF Fig. 2 2 Structure of system control 20 s , ¡ 130 A, 13 m / s, ¢ ¡¢££,¤¥ ¤¥, ¦。 ¡£¤¥§¨ PID ,©ª I £«¬ ·66·电气工程、信息与通信工程 v 3 4 , Fig. 6 6 RBF PID Cutting current of PID control based on fuzzy RBF ¨ 3 ~ 6 ¯°,¡© ¤± ², ¨³ 13 m / min ´ ª, 8 s µ¶·¸«¬ 11 m / min。 ®¹¦®§ Ì3 Í Ç Î,Ï: RBF PID k p k d ,, 25s ,。 , 。 4 PID : [1] [2] ¬, . ®¯ ´µ, 2005. [3] RBF PID , , [4] , [5] , ,, [6] , PID , ¡¢, PID ,,¥ ¦§¨©¦§ ª«。 [7] °[ M] . : ¤±²³ . ¶± 259 £·¤, 2001(2) : 50 - 52. ¤¡¢[ J] . ¥. ¶±¦§°§·¤¸¨ 40a[ J] . ©´¹, 2010, 35(11) : 1815 - 1820. ª«¬. ¶±²®º»·¤¯¼¨°[ J] . ©½´·¤, 2013, 41(9) : 18 - 23. ±¾, ²³, ´µ¶. ¿· PSO RBF ¸¹º[J]. À´´¹, 2014, 6(3): 337 - 341. ³, . RBF ÁÂÃÄÅ» ¼Æ[J]. ½´´¹, 2015, 4(2): 285 - 289. ¾, Å, Ç. ÈÅ¿ ÀÁ[J]. ÉÊ˽·´´¹, 2008, 18(1): 1 -4. £¤ ( ) 电气工程、信息与通信工程·67· 27 3 Journal of Heilongjiang University of Science & Technology 2017 5 Vol. 27 No. 3 May 2017 1 , 2 , (1. , 150022; 2. 1 , 030000) , LC ": LCL Boost , Boost 。 , ! ¡¢£¤,¥¦§¨©ª«¬¡¢。 ®¯°± PI ²³ 。 SVPWM ·¸¹, º»¼½ ¡。 ¬¾¿ÀÁ, Âà Mat ´,µ¶ lab 。 ²ÄÅÆ:ÇÈÉÊËÌ, ÍÎ PI ¯°Ï, ЮÑÒÓ, ÔµÕ Ö,רÙÚÛÜݺ»。 #$%:; SVPWM; ¡¢; ¯° doi:10. 3969 / j. issn. 2095 - 7262. 2017. 03. 009 &'()*:TM464 +,-*:2095- 7262(2017)03- 0246- 05 +./01:A Research on threephase photovoltaio grid inverter system Zhao Zhenmin1 , Zhang Ning2 , Yang Cheng1 (1. School of Electricl & Control Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022,China; 2. Maintenance Division of State Grid Shanxi Electric Power Company, Taiyuan 030000, China) Abstract:This paper is a response to the resonance of LCL filter and the reliability of single Boost in an effort to solve the resonance problem of three - phase photovoltaic grid connected inverter using the LC type filter. The front stage fitted with interleaved parallel Boost boost circuit leaves the system redundant. The maximum power point tracking is achieved by using the fuzzy control algorithm by which the photovol taic battery can work at the maximum power point; and employing the current method of grid connected inverter loop control using the combination of repetitive control and PI control to eliminate disturbance. The improved utilization of DC voltage is by using SVPWM modulation strategy and model simulation a nalysis is performed by building the Matlab. The results show that the simulation is correct; the whole system is made stable by adding parallel control of PI and repetitive and has a smaller harmonic interfer ence, with the improved quality of output waveform. Key words:PV Grid; SVPWM; maximum power point tracking; repetitive control 2345: 2017 - 03 - 26 6789:;: (1967 - ) ,,,,,:,Email:zhaozhenmin@ sohu. com。 ·68·电气工程、信息与通信工程 $3 ¹ 0 247 #¥",;:Àª«!0 2 , 、 ,、 、。 LCL , ¡ [1] ,¢£¤¥¦§ 。 ¨© PI ª«¬®¯°, MPPT MPPT ª«÷ø½÷µ¾¿¶Á ª«,ùõîïÊ,Óå íÊîïÝ。 ÷¶Á, ÿ íÊîïÝ,Ó£íÊîïÝ¥, [7] ¼á 。 £ª«÷øÐ, óª« ±²³´¢£,µ¶·¸¹º»¼, [2] ½ ·¾¿ÀÁº 。 ÃÄÅ ,óòã',¡ñË¢¿ [8] &£´¤。 ¥Ã, ª« ¦ëì Æ£ª« ÇÈÉÊËÌÍ。 ÎÏ [3] ÐÑÒÓÔÕª«µ¸¹»¼ÖרÙÚÛ íÊîïÝÚÛùõý§ ÜÝÞßàáâã。 ÎÏ [4] ÐÑÒä åæË® MPPT çè, ¯éæË®ê ëìíÊîïÝÚÛ, ±µðñâòãóô õß,ö¬÷øùõÕú,£ûüýþÿÉ~ Ê}«。 ÎÏ[5] Ðäå|{ùõ[\] »¼® MPPT çè, ¯²^_`É@\]»¼ ®àáâã?, >=<ãÙ;:Ý, ±/.Õ ú,ª«õ-,。 ÎÏ [6] Ð+Éäå* )(´ SVPWM °À Boost « ®,ݲʶù、ßîïã ^ï、、¾¿ Á THD,± ®ª«Õú。 ÒÌ Í Ð ¢ £ , Å +ª« MPPT ® , PI ª«Ô Õ ª « / . , Ó àû , º , ¤ » , Þ ß ¾ ¿ [9] 。 ¨ ¾ Ë(© P - U ª« ¬®Ý¯ï° dP / dU ¯ï±° ΔdP / dU, ¶±°'²ùõ³´µù£ ¾¿Ë,÷ ΔU ª«´µù。 &£÷ø ¶: (1) dP / dU > 0, ΔdP / dU < 0。 ·&£Ý£í Êîïݸ,¹íÊîïÝ,º»»¼ 。 % (2) dP / dU > 0, ΔdP / dU > 0。 ·&£Ý£í Êîïݸ, ¹¼½íÊîïÝ, »¼ ,»¼¶¹,´µù±¾。 %* (3) dP / dU < 0, ΔdP / dU > 0。 ·&£Ý£í ÊîïÝ¿,¹íÊîïÝ,º»»¼ 。 % (4) dP / dU < 0, ΔdP / dU < 0。 ·&£Ý£í ÊîïÝ¿, ¹¼½íÊîïÝ, »¼ ,»¼¶¾,´µù±¹。 %* Ë 。 ¼½íÊîïÝ´¤&£, +õÊ[Ú Û, ÀÁÂÃÄ。 ÅÆ, +[ÚÛ, 1 ÀÁãÂÃõÇÈ。 ª«ÉÊ · 1 ,Ð NB,NS,Z,PS,PB (Ë·¾Ê, ¾ LC À 1 。 ,Ì,¹,¹Ê。 1 Ð i pv ¾¿Á,C dc Á,i dc ¾ Á,R1 ;^ , '( L1 C。 i s Á,U sk ( k = a,b,c) ¶。 1 Fig. 1 ΔdP / dU Fuzzy control rule dP / dU NS Z PS PB NB NB NS NB PS PB NS NB NS NS PS PB Z NB NS Z PS PB PS NB NS NS PS PB PB NB NS NB PS PB Table 1 NB 1 LC LCtype main circuit topology £ Matlab Ð÷ͪ«ÎëìÏ 电气工程、信息与通信工程·69· 248 Í Î Ï Ð Ñ Ò Ò 。 dP / dU, ΔdP / dU, ΔU 5 , dP / dU = { NB,NS,Z,PS,PB} , ΔdP / dU = { NB,NS,Z,PS,PB} , ΔU = { NB,NS,Z,PS,PB} 。 dP / dU, ΔdP / dU 17 ,ΔU 11 , dP / dU = { - 8, - 7, - 6, - 5, - 4, - 3, - 2, - 0 ~ 1。 Fig. 3 3 b Output voltage and power waveform 3 , , , 。 , , , a dP / dU , 。 ¡, 3 PI + dP / dU、ΔdP / dU、ΔU 2 ΔU = { - 5, - 4, - 3, - 2, - 1,0, + 1 + 2, + 3, + 4, + 5} 。 ΔdP / dU = { - 8, - 7, - 6, - 5, - 4, - 3, - 2, - 1,0, + 1, + 2, + 3, + 4, + 5, + 6, + 7, + 8} ; a 1,0, + 1, + 2, + 3, + 4, + 5, + 6, + 7, + 8} ; : Ô 27 Õ Ó ¡¢£¢ £¤。 ¤¥¥¦, § b ΔdP / dU PI ¨©ª«¬¡¢®¯° , ±。 ©ª£¦§¨©², ¨©³£ª «´¬®µ¶ ¯·¸¹, ° º ® » ¼ , £ [10] ¡¢ 。 2 Fig. 2 c ΔU dP / dU、ΔdP / dU、ΔU dP / dU,ΔdP / dU,ΔU membership function Matlab , Transport Delay , dP / dU ΔU 。 , , , 0. 4 s 600 1 000 W / S 。 2 3 。 ·70·电气工程、信息与通信工程 ½±²® ¦§¨©,³·¾´«´µ¶· 2 2 2 ¸¿ ωn / (s + ωn ) ,³¯· º »¼。 ¹ º´ »¼À½,ÁÂÃÄ。 ¾¿Æº½,ÀºÇ¹Á ÆÂȨ©²,³À¢ Å ¸¹Ã±ªÉ, ÄÀ¢¸¹Ê ˵¶ÅÆ,ÇÈ ¨Éº¸ ¹,Ê ¸¹Ë´¨©。 Ê˵¶: r( t) = r( t - kT) ,( k = 1,2,…,n) , ÌÍÌ (1) É3 249 ÊËÌ,Í:¯°±²³´¥¦ÎÏ R( s) = ∫ r( t) e dt = Σ∫ ∞ ∞ - st 2 ( k + 1) T lm t = τ + kT,(2) : - dt。 Σ e kTs = ∫0 r( τ) e - sτ dτ。 k =0 ∫ r( τ) e dτ,: T µ¶·¸¹ 700 V, ¸³¸¹ 220 V, ¯°±º (2) T ∞ R= r( t) e - st (3) R , R( s) = 1 - e Ts 5% , §¼½¶: ¾¸· L = 2. 25 mH, ¾ ¸¸ C = 10. 96 μF。 ®¬ PI £¤¢¹´ 6 。 ®¥¦¿º«, » ®¬®¢, À PI ¢ - sτ 0 10. 5 kHz,¸³±º 50Hz, ²»³´µ , ¼½¾, ¹´ - (4) r( t - T) e R( s) , T : e - Ts G( s) = 。 (5) 1 - e - Ts 7 。 Ts 10 ,-+ ()$*'+( (5) , , , ,, 4 。 N 。 , 。 40 ! 5.5:;0! ! 5.5"<0! ! 789! 23 ! 5.5:;0! ! 5.5"<0! " 789" 5 Fig. 6 4 "!./ '6 )-6 PI abcdeE< PI regulator Simulation Model 23 %&' ! #$! " #$" Fig. 4 '4 YZGH&[\GHE< Repeat control endometrial control model , ,, , ,, ,。 PI , 5 。 ,¡¡¢ ,PI £¤¢¥££¤ ,¦¤¥¦§ ,¨¢©£¤§ª,¢¥£ £¤ ,¨«,¥¦©ª¬«。 '7 YZGHcdeE< Fig. 7 Repetitive Controller Simulation Model 8 Áº¹´,¿ 8 À, PI ²¸¶ÁÂ, ÂÃ Ã»Ä ½,THD 7. 75% ,Ä¿ÅÆµ 5% Ǫ, ³ ¸¶À¸³¸¹ÅÈ °É, ÁºÊ 1, ± ÁÁº 8 ~ 11 kW, ÆÁÁº - 2 ~ 2 kW,¿ÇÂ˸³, Ì Í PI £¤¢ Èκ«,ϿǠÐ。 4 PI TYZGH]B^KGH_` PI and repetitive control combines the control sys tem of FIG ®¬® 10 kVA ¯°±²³´¢, Fig. 5 '5 '8 Fig. 8 QRKfUghUUV Active and reactive power output 电气工程、信息与通信工程·71· 250 Û Ü Í É 9 PI 。 « ¼ Ý 27 Þ ½ ª«¬®。 ¯ PI ³´。 (2) SVPWM µ¶· ¸。 。 Matlab : 9 Fig. 9 , , , £. ¹ [2] . [3] Á, Active and reactive power output , , THD , , 0 kW , ,, 5 10 kW [4] [6] 。 [7] [9] , 、 、 MPPT 、 [10] ¡ §¨© . Âà LCL [ J] . ÄÅ , 2016, 46(9) : 39 - 43. , , MPPT [J]. Ê, [ J] . È , £. Âà ËÌ MPPT º¥¦ ¼½ 2017, 29(3) :102 - 110. Boost , , ÍÈ, £. [ J] . º» . ÆÇ Èɼ» 2013, 29(1):16 - 20. . ¼½,2017, 37(8) : 2328 - 2338. ¥¦[ D] . ¾¿À: ¾ ¿À«¼, 2012. ÎÏ. Âà SVPWM [ D] . : «¼, 2011. ¥¦ Ren Yuyan, Gao Jinling, Zheng Cunfang, et al. Swithching losses suppression method for threephase PV grid - connected inverter [ J] . Power Electronics, 2014, 48(3) : 7 - 9. ¢£¤¥¦。 ( 1) µ¶¥¦[ D] . ¾¿À: ¾ [5] [8] LCL µ¶[J]. º» ¼½,2014, 34(3): 5803 - 5810. ¿À«¼,2013 3. 18% , [1] 9 ,, ¼ °±² . ¥µ¶¥¦ [ D] . : Ï «¼, 2013. ( ) 檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪 ( [11] 232 ) £¡[ J] . MercadoVargas M J, GómezLorente D, Rabaza O. Aggregated models of permanent magnet synchronous generators wind farms [16] [ J] . Renewable Energy, 2015, 83: 1287 - 1298. [12] [13] , à [ J] . . Ð , . Ð È , 2012, 36(2) : 42 - 46. Ò , Õ Ñ , 2012, 40(15) : 1 - 6. [17] [18] ·72·电气工程、信息与通信工程 Ñ Ó §¨ØÙÚ , ªÍ«, ¬®, £. Âà DFIG £¡[ J] . º 1097 - 1105. Ó È , 2014, 42(1): 70 -76. , Ö, £. ·× ¥, £. £¦ ѩӣ¡ [ J] . º (13) : 3231 - 3238. , , . ÔÒ Ñ£¡ ¢¥¦[J]. [15] Ñ ¢, £¤, Ó , £¡[ J] . [14] È ¡ , 2012, 36(12) : 222 - 227. ¯°Î. ¼, 2010. Ñ »¼½, 2015, 35 »¼½, 2015, 35 (5) : Ó£¡¢[ D] . : ±« ( Ñ È« ) 27 3 Journal of Heilongjiang University of Science & Technology 2017 5 Vol. 27 No. 3 May 2017 , ( , 150022) , PD ! ": 、 ,¡¢£ ¤ ¥¦§¨。 © ¡ ª«¬®¯°±¡²§³´µ, ¥¦¶·¤¸¹º» ¼½ ¾¿ÀÁ½,ÂÃÄÅÆ·ÇÈÉÊËÌÍÎ Ï。 Simulink Ð ÑÎÒÓÔÂÕ,Öר§¨ ÇÈÙÚÛ。 ÜÝÞß:ا¨à¥¦ ¤ á âã äåæ ç 。 #$%:; ¤; ; ; ÇÈÙÚ doi:10. 3969 / j. issn. 2095 - 7262. 2017. 03. 017 &'()*:TP273 +,-*:2095- 7262(2017)03- 0287- 06 +./01:A Sliding mode Impedance control for manipulators endeffector based on improved reaching law Shen Xianqing, Zheng Junxiang ( School of Electrical & Control Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China) Abstract:This paper proposes an SMC law scheme based on improved reaching law and resistance compensation as an alternative to the conventional PD controller which suffers from a large starting torque, a slower error convergence speed, and an unsmooth response as a part of efforts to improve the ef fective precision of industrial robotic contact operation. The research building on the dynamics equations with resistance in task space coordinates focuses on achieving balance control of manipulator's end trajec tory under constraint condition by designing terminal sliding mode and using an double power exponential reaching law based on the saturation function; and ultimately performing the simulation experiment under the environment of Simulink; and analyzing the figure of this control method’ s trajectory tracking . The simulation shows that this SMC system designed by the proposed method has a better robustness and a greater control precision. Key words:robot; slidingmode control; reaching law; impedance control; trajectory tracking 2345: 2017 - 03 - 10 6789: ;: ( 1969 - ) , , 163. com。 , , , : , Email: shenxianqing2001 @ 电气工程、信息与通信工程·73· 288 0 5 ¸ 6 7 8 Ô 1 ¤¥¦§¨©ª«¬, ®¯¥¦°±²³ [2] ´¡¢£¤µ。 ¶·¸ ¹º»¼ ½ ¾,¿ÀÁ“ PD + Âà ” ÄÅ [3] 。 ÆÇÈÉ Ê¿À ËÌÍ ÄÅ PD , ÎÏÐ©Ñ Ò©¤Ó¯Ô [4] ÕÖ,רÙÚÛÜÝÞß。 àÒá ɹ N «â , Á PD + ãä Ãå£ æçèéê, ë²ìí¯î ïðñ、ò°º»¼,åó PID ôô õ³´ö÷ø。 ùú [5 - 6] ËÌ Íûü,ý¤Óþÿ±~}、 |¼ [7] ß,{[\]^_ÕÖ。 `@þÉ Ê¿ Àü?ûü , >£ü? [8] =<ûü¬;^_。 :/É .-,+*) , ¿À('&ÄÅ, %$# [9 - 12] ¿Àûü!0, ^_。 "É ;ûü!0^_、 ÙÚÛÜ ºûÕÖ,ùú[13] Á( !0 ¢ûüÍ£ ¾ ,÷ ^_,% [¬ ;ïÄÅ»Ü,Á, ©¤1 !0 Á ü,®¯¤ì ¾2¨ ¡¢æç。 A 27 B 9 : D ( q ) ∈ R τd = [ τ d1 n ×n T τ d2 ] , ———ä¼Ó; n ×n · )∈ R ———¤¡¤; C ( q,q ,“ 2025” , 。 [1] ,Hongan , ¡¢£ 1 1 G ( q ) ∈ R n ———¤; q ∈ R n ———«â¥¢±, q = [ q1 τ ∈ R ———Ñ £«â¤Ó,; n τd ∈ R ———¥,+。 n m i ——— q2 ] ; ¾Ë¦Ó§, ¨ m1 = ( m a + m b + p m ) l ,m2 = ( m b + p m ) l22 ,m3 = ( m b + p m ) l1 l2 , 2 1 m4 = ( m a + m b + p m ) l1 ,m5 = ( m b + p m ) l2 ; m a 、m b ———©ª 1 ©ª 2 «±; p m ——— 1 2 ¬®; l1 、l2 ———©ª 1 ©ª 2 ¯Ü。 ¤ Fe , © ¤ 1 ° ¾¡¢ [15] M m ( ẍ c - x¨ ) + B m ( · xc - · x ) + Km ( xc - x ) = Fe , (2) :x c ——— ¥¦±æç; M m ———«±¬Ó; B m ———²¬;Ó; K m ———ܬÓ。 ´ Á¨¥¦©¤1î, ³ ¾¡¢µ¶¤ F x Ð©Ñ «â¤Ó τ ·¸«¬,.-¹º»ö F x = J -T ( q ) τ 。 [16] ¼½ ³´ùú[17] ¾, ½´¿üÁ ¨ ( x1 ,x2 ) ¥¦©¤1î À) À x + Gx ( q ) + Fe = Fx - fd , D x ( q ) ẍ + C x ( q,q :D x ( q ) = J D ( q ) J -T -1 (3) ; -T -1 -1 · · ) = J ( C ( q,q ) - D( q) J J ) J ; C x ( q,q · G x ( q ) = J -T G ( q ) ; 1 1 Á N «â [14] ¾¬;,Ü©¤1î · · ) q + G ( q ) = τ - τd , D ( q ) q̈ + C ( q,q (1) D( q) = [ m + m cos q C ( q,q ) = · m1 + m2 + 2m3 cos q2 2 3 2 m2 + m3 cos q2 m2 ], [ m- mq sinq sinq q 0 - m ( q + q ) sin q ] , G( q) = · 3 2 · 3 1 2 3 2 · 1 · 2 m4 gcos q1 + m5 gcos( q1 + q2 ) [ m gcos( q + q ) 5 1 ·74·电气工程、信息与通信工程 2 2 ], f d = J -T τd 。 ( 3 ) Á ¬ ;  à ï ( 1 ) : À À) D x ( q ) Ää¼Ó; D x ( q ) - 2 C x ( q,q ÅÄÓ。 2 æçèéµýìíæç x( t) 、 xd ( t ) , ¬ x ( t) 3ÆÇÈèé4Éæç x d ( t ) · · ;ÊÍËÌ x ( t ) → x d ( t ) 、 x ( t ) → x d ( t ) 。 ù¬ · · Í3 Î 289 ÏÐÑ,Ò:Ó¢ª«Ì© 。 1 : §® e = xd - x, 。 e = · xd - · x, · Fig. 1 2 1 1 ¸¹º±², ±²¹º»。 Terminal © ¼½ £ Position impedance control of manipulator ,¾ PID PID 、 , ¸¹º¿À Á ¶·。 Terminal © , , e = x d - x, e = · xd - · x, · º£Ä§¨ } (4) ẍ r = ẍ d + Λ p pq -1 · e e, q } (9) · e, K p e + K d· :x r ———£Ä¨; ẍ r ———£Ä¨。 (5) : K p > 0 , K d > 0 。 (5) ½,¤¸ p pq -1 · p pq -1 · · s = ë + Λ e e = ẍ d + Λ e e - q q ẍ = ẍ r - D x-1 [ F x - C x · x - Gx - Fe - fd ] , s = ẍ r - D x-1 [ F x - C x · x - Gx - fd ] , · (3) ,: · · D x ( q ) ẍ + C x ( q,q ) x + G x ( q ) + F e - f d = D x ( q ) ẍ d + · · · ) x d + G x ( q ) + F e - f d + K p e + K d e, C x ( q,q · e → 0 e → 0 。 . Lyapunov V = 1 ·T ( ) · 1 T e Dx q e + e · 2 2 . ) K p e , D x ( q ) 、 D x ( q ) - 2 C x ( q,q . ·T · ,¡ V = - e K d e ≤ 0 , 。 (10) ¥Á · · ) xr + F x = D x ( q ) ( ẍ r + ·s ) + C x ( q,q Gx ( q ) + Fe + fd , (11) · · ) + K d ) e + K p e = 0 , (6) D x ( q ) ë + ( C x ( q,q ©¿¦§, ª«¦ ÅÆ¦Ç¨©ª« 。 ¬®, § ª« Ȩɯ°ª¬,¬®,®Ê [13] ˪« : ® s = - ε1 s α tanh( s / δ) - ε2 s β tanh( s / δ) - ks , · (12) ¢£ ¥¦§ 。 ¨©ª«ª¬ ¤ ¦, §¨,¥¦§ © §。 p xr = · xd + Λ e q , · · · ) xd + Gx ( q ) + Fe - fd + F x = D x ( q ) ẍ d + C x ( q,q © (8) PD , : p :Λ———á; p、q———¢ p < q。 :e ———; · e ———。 2 2 [18] s = · e + Λ eq , 。 [2 - 4] N PD PD (7) ¯¢° ±², ³© [18 - 20] ,´µ, ¶· } , :e———; · e ———。 Ì© : F x = D x ( q) ( ẍ r + ε1 s α tanh( s / δ) + ε2 s β · · · ) xr + Gx ( q ) + Fe + fd , tanh( s / δ) + ks) + C x ( q,q : ε1 > 0,ε2 > 0,k > 0,δ > 0 。 2 3 Ì© (13) ¢£±², 电气工程、信息与通信工程·75· 290 ¯ ° ± ² (13) (3) , D x ( q) ẍ + C x ( q,q) x + G x ( q) + F e = D x ( q) ( ẍ r + · · ε1 s tanh( s / δ) + ε2 s tanh( s / δ) + α β · · ks) + C x ( q,q ) x r + G x ( q) + F e , ³ ´ µ µ ³ PD ¨(4) ,´µ© k = 25 0 0 ,K = [ [ 35 ] ] ,ª¶· 2 ¸¹。 0 25 0 35 d (14) s = x r - x , s = ẍ r - ẍ ,(14) · · · D x ( q) ( s + ε1 s tanh( s / δ) + ε2 s tanh( s / δ) + α · β · ks) + C x ( q,q )s = 0 , (15) Lyapunov 1 T s Dx ( q ) s , 2 V = · 27 ¸ ¶ (16) ) D x ( q ) 、 D x ( q ) - 2 C x ( q,q a ,(16) , V = s ( D s + C x s) , T · · x (17) (15) V = - s T D x -1 ( ks + ε1 s α tanh( s / δ) + · ε2 s β tanh( s / δ) ) ≤ 0 。 , Barlalat e ∈ R 2n , e · s , , (18) e ∈ R 2 ∩ R , t→ n n e 、 e · 2 1. 0) 、 0. 2 m [0. 8 。 1. 1] , x(0) = [0 · ,¬ x ( 0 ) = 0] , «º Fig. 2 , F e © ª; x c ( t) = [1. 0 , x c2 ] 。 §¨ ® ¤¥£,±¡¨²。 2 d ¬ª PD Simulation results of Impedance PD Control ³® k = , «¤§¨£¤¥£ ·76·电气工程、信息与通信工程 ¡ M m = diag [ 1. 0 ] ,B m = diag[ 5 ] ,K m = diag [ 30 ] ¦¯§ ° ( x1 ,x2 ) = ( 1. 0, ¦ ¢ £ ¤ § ¨ , £ ¤ ¢£¡¤¥: x1 ≤ 1. 0 x1 ≥1. 0 、 x d ( t ) = ( x d1 ,x d2 ) = (1. 0 - 0. 2cos πt,1. 0 + « 0. 2sin πt) 。 0. 5sgn · q2 ] T 。 。 , Simulink c g = 9. 8 m / s ,p m = 0. 5 kg, S - function p m = 0. 5 kg, l1 = 1. 0 m, p = 3. 5,q = 5, · m b = 1. 0 kg, τd = [0. 2sgn q1 : m a = 2. 1 kg, b l2 = 0. 8 m , « · , e → 0,e → 0 , ,。 3 ε2 = ¨(12) ,´µ© 0 25 0 3. 5 0 ,K = [ ,ε = [ [ 35 ] ] ], 0 35 0 25 0 3. 5 d 1 [ 50 50 ] , α = 0. 01,β = 2,δ = 0. 5 ,ª ¶· 3 ¸¹。 ï3 ð 291 ñòó,²:©ª® τ , PD 。 2d 3d , PD £, , ¡¢ ¤¥ ¦。 4 §¨©ª«¨£, ¬ PD ¡¢° ©ª®¯ ±², ³´µ¶ ·¸¹º»¼, ¡½ ©ª¢£¤¾ b , 3c a ¿¥¦À§¨。 Simulink © , ª«¬®¯, ® °¿±² ,ÃÄ ³´µ¶ ±·¸¹¬ Á º»Å,¼ÆÇ£½ÈÉÁ 。 ·,¾¿À Ê£ «¨。 ³ÁËÌ § c ««©ªÁ ³à ÄÍ。 : [1] tasks[ J] . IEEE Journal of Robotics and Automation, 1988, 4 (6) :667 - 686. [2] [3] 3 d 0. 6 s [4] Simulation results of Impedance SMC 3a , [5] ( x1 ,x2 ) , 0. 3 s, 0. 3 s ; x1 ≥1. 0 , 2b , , 。 3b ,( F e1 ,F e2 ) F e2 [ - 3. 8,2. 0] [ - 0. 2,1. 9] , [ 6] ; 2c 3c , 2c , 2002(3) : 40 - 43. ¼ Ö×, ÐØ, Ö, ². µ¶ PD ©ª Á ( x c1 ,x c2 ) , x1 ≤1. 0 , ÒÓÌ, ÔÍ, »³Î, ². ³´©ªÈÉÃÄ [ J] . ©ªÕÏ 2a ÎÏ Ð. © ª È É µ Å [ M] . Æ Ç: È É Ñ Ê Ë, 2004. Fig. 3 Hogan N. On the stability of mainpulators performing contact ËÌ [ J] . ¡Ù, 2003, 18(1) : 53 - 57. , , . µ¶©ªÚ ÛÃÄ ® [J]. ¡Ù, 2001, 16(5): 612 - 616. Cho H C, Park J H. Stable bilateral teleoperation under a time de lay using a robust impedance control [ J] . Mechatronics, 2005, 15(5) : 611 - 625. [7] ÔÜÝ, ÔÞ, Ô ®[ J] . àáà [8] . ß©ª«©ªÛ â, 2010, 32(4) : 12 - 16. ã ä, . µ¶å î Ñ, æçèéê«È É® [ J] . ©ë§ìÑí, 2012, 48(21) : 15 - 21. [9] [ 10 ] Õ[ J] . à , ã , ². ³´ÒÓÔ¹º âÑí, 2016, 42(3) : 466 - 471. Karayiannidis Y, Rovithakis G, Doulgeri Z. 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( ) 檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪 ( 264 ) , 、 [5] 、。 , , ¡¢£ [6] [2] [3] [4] , [7] Sarikaya S, Weber G. Combination of conventional regularization Å Æ, Ç. º±£¶¥ÈÉ Ê ³ ´ , 2014, 39(3) : 537 - 542. ËÌÍ, ÎÏ, ÐÑ, . ÁÂÒÓÔÕ Ø·[J]. §¸Â , ¡. §¢ ³, . ¢ [ J] . §¥¦ , 2013, 34(4): 46 - 53. Haarder E B, Binley A, Looms M C, et al. Comparing plume Vadose Zone Journal, 2012, 11(4) : 2344 - 2344. £¢ª«¬ ®¯£[J]. §¥¦, 2012, 38(9): 28 - 31. °±, ², ® º±Ö×° characteristics inferred from cross - borehole geophysical data[ J] . £¨© , 2014, 39(1) : 19 - 25. , , §¨. ©¬ Ã Ä , 2003, 18(2) : 62 - 65. [ J] . ¥¦ [9] ¤ª«[ J] . ¥¦ ¿. µÀÁ  ( HIBIT) , 2010: 13 - 20. [8] [1] , electrocardiography [ C ] / / Health Informatics and Bioinformatics £¦。 : ½¾ , 2005, 27(7) : 1065 - 1068. ¼ methods and genetic algorithm for solving the inverse problem of 。 ¤, 。 ¥ » [ J] . [ J] . [10] Ù ¨, ¹ºµ, ÚÛ, . Üݤ®»£ ³´[ J] . Þ ¼ ©, 2014, 29(1) : 255 - 260. ´¯©¬£ , 2013, 25(3) : 63 - 67. µ¶, ·°¸. ¹®£º±² ·78·电气工程、信息与通信工程 ³´ ( ) 27 3 Vol. 27 No. 3 Journal of Heilongjiang University of Science & Technology 2017 5 1 , 2 , 1 (1. , 2. May 2017 , 150022; 150001) ": , 。 , , 360° 。 ¡¢,£¤ ,¥¦§¨¥ ! ¦。 ©ª «¢,¬ ®¯°, ±²³´ ·¸¹º。 »¼½¾,¿ÀÁ 。 ; Ã; #$%: ; doi:10. 3969 / j. issn. 2095 - 7262. 2017. 03. 018 &'()*:TP242. 6 +,-*:2095- 7262(2017)03- 0293- 04 µ¶、 ; º£¤ +./01:A Robot independent localization based on central catadioptric imaging Liang Yanhua1 , Cai Chengtao2 , Zhou Yu1 (1. School of Electrical & Control Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China; 2. College of Automation, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China) Abstract:This paper is motivated by an attempt to realize the autonomous walking of disaster detec tion and relief robots designed for coal mine environment and introduces an algorithm for robot self locali zation using single view catadioptric imaging system, an algorithm capable of obtaining 360 degree images of objects around the robot by applying a panoramic imaging system and combined with the known artifi cial landmark. The algorithm works by processing the collected images, recognizing artificial landmarks around robots, and obtaining the distance of the landmarks from the center of the panoramic image; and then using the principle behind the single view catadioptric imaging to calculate the relative positions of robot and road sign and thereby realizing the navigation and collision avoidance of underground robots. The experiment indicates that the algorithm could work better for the selflocation for mobile robots. Key words:coal mine rescue robot; omnidirectional vision; robot independent localization; single view point central catadioptric; target recognition 2345: 2017 - 04 - 06 6789: (12541725) :;<=>?: (1975 - ) ,,,,,:¡¢£、¤¥、¦ hmm2003@ aliyun. com。 § ¨©ª,Email:ly 电气工程、信息与通信工程·79· 294 0 ( ' & % $ # " " 0 27 1 ! (3) ö÷§á § ® ¯ é ã ï ° ,±²¤®¯éãï³ §,ö÷´« µ¶Ú/,].)®¯ãïÞ´« ,, , 、 、 , ¯ª«。 (4) ].Ñ¿ÛÚ¼·¸îï 。 , , ¡¢£¤, ¥¦§¨©ª« ¬®¡¯°±²³´µ¶³·¸¹º »¼。 ½¾, ¿À¢ÁÂà Ä,ÅÆ¸ÇÈɳºÊË; ÌÍ, Î , £- 2 ( ³´Ú¼Î¾ãïÎîï:îï ¥¹) ¯îï。 1 2 BHI/JKLMNOPQRSTUV , ÌÞ {>=<õ\ì>=<Þ; ;õ¥º»Ãû¯{Ö©, ÌÞ ;:/£- 1 ¥¹。 ÏÐÑÒÓÔÕÖר, ÈÉ [1] ÙÚÛÜר , ÝÞÁÂßàáÑ, ⸠dzÚײãäåæË。 Ú×ÙÚ¿çèéê¡ëì íîïר,½ÎðñÚ×、ãïÚײòóÚ ×。 ãäåæôõö÷¥£¤éê¡ ¨©,øùúûñ¹ïüýûþÿ~}á| ï}ãä。 ¿ ¯,ÚײºÊË, ¸Ò, þ¿¤¡ 、ºÊ、ãäåæ, ÌÚ×õ·¸ [2 - 5] 。 | ,Ú× Fig. 1 GPS Ú× Ú×½{, õìáÚײ¨ [,GPS ٠ᯠÚ×。 ¯¡Ú×µ , ¸ \ìÄ]²^ Ú×µ、 òÚ×µ '1 WXSYOPKLFG Catadioptric imaging of single viewpoint - 1 ,AB º¼ l ½¹;FG º¼ Þ;¾ä;EG º¼ R ½¹Þ;¾ ä;¿ÀÁ¨ÂÃÄäÎ D m ,ô AC º¼ÎÀÁ¨ þä, D m / 2 ½¹,AD º¼ M ½¹ÀÁ¨ 、Ú×µ、{_Ú×µ¾`\ ì £¨©Ú×µ。 µ ÃáÅ;©§;DG º¼ Û,Öõ¿@?µÐ\,Òû ©。 1 1 f ½¹Å; a 槡b2 + D2m / 4 M= , b \ì{>=<Þ;:/¿¤¡ ½{ÛÚ×.。 1 r ½¹ Ì,a、b *ÎÀÁðÆÇ。 ¿,e ÎÀÁà ©,r Î-;+*|ïÑá -;ѧ;ö÷¾¯ÈÉÊ l Dm / 2 M + e = = , r R f @ABCDEFG \ì{>=<Þ;:/ÛÚ×. ¡¢£¯: ¥á-;¢-;¦,/, + *éãï,].ãïÑ¿-;îï § (1) ¤ [6 - 8] 。 ²§-;Ñ-;§ (2) {>=<Þ;:/, ].é =<¨©ª«, ¬ß ½¾].éãï§Ñ§。 l= ¬ß,=<º HF ËÌ k: k= ãïÑ)>=< ·80·电气工程、信息与通信工程 r × Dm , 2R Ì¿íîï e+H , l ¯µÄÎ : 3 Ä y = kx - e, L x = - L1 sin α,L y = L2 - L1 cos α。 (4) L x = L1 sin α,L y = L2 - L1 cos α。 y x - = 1。 a2 b2 2 (5) y 2 AB , H : 4b e k - 4( b k - a ) b ± 2b ek x= 槡 。 2( b2 k2 - a2 ) 4 2 2 2 2 2 4 θ = arctan( ( y - e) / x) , 。 2 (a) A : L x = 0,L y = L1 + L2 。 ( b) A B 2 H y, , 1 3 295 ÅÆÇ,È:´µ± , : L x = 0,L y = L3 。 ( c) B , : L x = 0,L y = - L3 。 (6) x 。 ( a) x : L x = L3 ,L y = 0。 ( b) x : L x = - L3 ,L y = 0。 2 , , Fig. 2 2 2 、¢£¤ Autonomous location of robot ¥¡¢ ¡ £¦¢ ¤。 §¨¥¦ ©¢§¨© , α、 β、 γ ªª§¨©«¬ª, ¢®¯° ,L1 ¯±,²«³¢¡,¡¬ A ,L2 A、B ,L3 B ,L x , L y 。 、 ,L1 、L3 ,L2 , , : L21 + L22 - L23 cos α = , 2L1 × L2 α 。 。 (1) L x = L1 sin α,L y = L2 - L1 cos α。 。 ®¯°´±²µ«¶·³ »»¶·»¢, ¶» ,·¼«½, ½¼« ¸, ¾¿À¬ ¸ (3) ¸Á ¡¹ 。 ¢µ¡¹ RGB ¨©¸ºÂ ¶ÃÄÅÆ»¼Ç½, ¡ÈÉÊË。 Ì µ HSI ¨©¸ºÂ¶µ¾¿ÀÁÉ ¾Â,© ºÂ ¥¦ ÍÎÏ HSI ¨©¸ ·¢。 HSI ¨©¸ºÂ ©Ñ,S Ð Ò,I Ð ,H Ð Ó。 ´µ HSI ¸ H ¹ S ¹º»ÔÕ 3。 4 Ð °´®, 5 ¥¦ ,Ö ,×¢¼«¶¡¹·½, (2) L x = - L1 sin α,L y = L2 - L1 cos α。 °¢´µ HSI ¸ H ¹ S ¹º ¢, ¬Ø ÊÙÚ¹ ¸ ÃÛ 电气工程、信息与通信工程·81· 296 ¥ ¦ § ¨ © ª « « ® 27 ¯ ¬ ,。 !"#$%&'() *+,-./0 1234%() Fig. 6 #5 67 %89:; <=.%() Fig. 3 nokc Robot location experiments #5 67 %89:; 、 , 2 '3 '6 Algorithm of target recognition , A B 2 m。 , 9/^_`abc B 。 , ( ) , 。 1 。 , ¡ , , ¢ , £ ,¤¥ ¦ 。 '4 Fig. 4 defgThi'L Omnidirectional image Table 1 p1 , §¥ noqr Results of Experiments m ¨ (1. 000,1. 000) (1. 112,1. 118) (0. 112,0. 118) (1. 400,1. 400) (1. 525, 1. 528) (0. 125,0. 128) (1. 500,1. 500) (1. 634, 1. 636) (0. 134,0. 136) ¡© , ª « ¬,®¯°±²³´,µ ¶· HSI ¸ ' 5 jk^_`alGmT'L Fig. 5 Processed omnidirectional image 3 , , 。 6。 ·82·电气工程、信息与通信工程 , ¹º¶»¤ ¼½。 §¾, ª ¿ À»¡, À»³ ´Á¢£。 4 ¤, ÂÃÄ¿ ( st: 302 u) 302 Ö × Ø ¢ [ J] . , 2013, 37(6) : 1499 - 1505. [5] , [6] [7] , . [ J] . , 2017, 41(2) : 448 - 454. , , , , , , , 2011, 31(34) : 28 - 35. [8] [9] [12] [ J] . , , [ J] . . ¡ , £ . [ D] . [ J] . , 2011, 39(15) : 75 - 78. ¤, , £ . ¥, ¦§ [ J] . , 2015, 35(17) : 4291 - 4299. , 2012, 36(19) : 37 - 41. , à 27 Ù ¢, 2011. . . , [10] [11] [ J] . , 2011, 31( s1) : 19 - 22. . [ J] . , 2012(17) : 62 - 66. . ( ) 檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪 ( 296 ) ¨©ª, « ¬, «®¯。 ¨°, HSI ± H ² S ³ ´µ¶, ·¸ ¹º »¨¼¡, ½¾¿ «。 À « Á, Â: Ã, г´ [3] [5] ¡,¾ 、ÄÅÆÇ¶ ,ÈÇ ¶ÄÅ。 Ã,ÉÊ®¯¾¿, Ë,ÅÁ ¡ ÌÍ®¯ « Á。 : [1] [2] ¢£¤. ¨¥«¦Á ©ª, 2010. ·, ¸ Ð [4] [6] [7] [8] [ J] . µ©¶, 2013, 34(2) : 69 - 71. , ǾÀ. µ©®¯¹« [ J] . µ©¶, 2010, 31(10) : 46 - 48. º », ¼½¾, ¿À», ² . ¨¥«¦Á [J]. ÑÒÓ, 2010, 31(4): 458 - 462. ¢À , ÁÂ, ÃÄÅ. ¶Æ ÈÔ[ J] . SIFT Ƕ ¢, 2009, 30: 257 - 266. ¢ É, Ê Õ, ËÌ. Ç«¶ Á Õ. ¨¥ [ J] . ÍÎ, 2008, 24(17) : 258 - 260. ¡ Ó: ÑÒÓ, 2006 . [ D] . ÑÒ Motomura A, Matsuoka T, Hasegawa T. Selflocation method using two landmarks and dead reckoning for autonomous mobile soccer ro bots[C] / / 7th Robot World Cup Soccer and Rescue Competitions and Conferences, RoboCup, Padua, Italy: Springer Berlin Heidelberg, [ D] . §¨: «, ¬®, ¯°Î. ©±«Ï² 2004, 3020: 526 Ï 533. ( ) 电气工程、信息与通信工程·83· 27 6 Vol. 27 No. 6 Journal of Heilongjiang University of Science & Technology 2017 11 1,2 , (1. Nov. 2017 2 , 2 2 , , , 529020; 2. 2 , 150022) , 。 ¡ ¢ 20 £ ¤¥¦§¨© ª«¬®, ¯ Matlab °±²³´°±¨©¬®, ! ": °µ¶·¸¹ 。 °±º»¼½¾ ¿À°µ¶ ¨¡,Á¿À°µ¶ ÃÄÅÆ。 ÇÈÉÊ:ÇËÌÍËÎÏ ±ÐÑ,ÒÓÔÏ¥ #$%: ÕÄÖ,רÙÚÛ。 ; ; doi:10. 3969 / j. issn. 2095 - 7262. 2017. 06. 024 &'()*:TN953 +,-*:2095- 7262(2017)06- 0694- 04 +./01:A Shape reconstruction for wiredriven snakelike robots based on binocular stereo vision Wang Hongmin1,2 , Wang Ping2 , Lu. . Xiongfei2 , Su Fengwu2 , Kang Hongming2 (1. Mechanical & Electrical Engineering Institute, Wuyi University, Jiangmen 529020, China; 2. School of Electrical & Control Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China) Abstract:This paper is a response to the challenges facing flexible surgical robots, as in the case of realtime access to the position and shape information of the end flexible segment and presents an algo rithm behind the shape reconstruction of wiredriven snakelike based on the binocular stereo vision tech nology. This algorithm works firstly by using the binocular camera to collect the picture information of 20 groups of serpentine robotic flexible segment from different angles; using Matlab Calibration Toolbox to calibrate the picture sample; and completing feature extraction and shape reconstruction of snake robot marker points in such a way that the calibrated 3D stereo vision system is capable of both real time acqui sition of joint mark image of robot flexible segment and curve fitting and shape reconstruction based on ac quired joint mark points information. The experimental results verify that the algorithm could work better thanks to the fact that the experimental values and the predicted values are almost on the same curve re gardless of a small error found by comparing the trajectory of the flexible segment of the robot with the re constructed trajectory, Key words:flexible surgical robot; shape reconstruction; binocular vision 2345: 2017 - 09 - 25 6789: (12541713) :;<=>?: (1978 - ) ,,,,¡¢,£¤:¥ ·84·电气工程、信息与通信工程 、,Email:wang_hongmin@ 163. com。 %6 $ 0 #"!, l , ©² Æ Ò´ p( x c ,y c ,z c ) ,-ÀÁ P 、、 , [1] 。 , , , , 。 ¡¢£ [2 - 3] 。 ¤¥¦§¨©ª«¬®¯° ±°²³´µ¶·¸ ¹¸º», ¼½, ¾¿ÀÁÂÃÄÅ。 ÆÇ«¾ÈÉÊËÌÍÎÏÐ, ÑÒ ÀÁÓÔÕÖרÄÅ。 ÓÔ ×ØÙÚ°ÛÜÝÞ ßàáâ¶ãä åæ,çèÙÚéêëìíîר, ï ê ë ì í î, ß à á â ð ñ ä ò [4] 。 óÜôõ°ö÷øùòúûüÜÝÞ ÙÚ²³´×Ø,,ýóåæþÿ~} |{ ï[ÄÅ。 , רÄÅÀÁ ±° FBG \ô EMT ]^åæ· [5 - 6] 。 ר_` @½?åæ>¾Í, =<;¾:þ Íßäæ, ʾ。 ô± °/.´-,åæ·+× ×Ø_`,·Âà ÀÁ ÓÔÄÅ, ÑÒä ר。 åæç ±° ãä Matlab ð +×ר_`。 1 695 :/.´-,+×ר_` Æ p1 ( x r ,y r ) 。 áâ Ó¸ P y ¢¶,£ ,¡ ( xz ) , x -l x = f( , z ) y y = f( ) 。 z (1) ´ x1 = f c c c r c c c ½, ºîÆ: lx1 , D ly yc = , D lf zc = , D xc = (2) ª©,D———-«,D = | x1 - x r | 。 ¼½, ¬® çè¯ °«·¯±² , ð³´ [7] µ¶·¸¹º 1 2 ¸ Matlab 。 .´-,_`, .´-,_`º»»¼½¾: .´-, 、¿ Â ×Ø_`æ¸/.´-, *。 /.´-,_`õ° ñÀÁ ´ ×,õ°_ `ò, _`´×Ø,´ ÓÔÄÅ,Úò, 1 。 , ¤¥¦ y1 = y r = y,§-¨©òª«: ÀÁר_`。 .´-,º»Á 1 1 Æ Æ »): ³´ £ÄÁÂ,³´£ïÁ à ãÎ .´ -,º»ïÁÂ。 (ŶÆÇ; È ÉÊ Æ 270 mm × 210 mm, à » Ë ; Ì ; Æ 30 mm × 30 mm,Í µ ÎÏÐ。 õ° ±Ñ Ðñ, ³´ ÒÓÃ»Ô 20 '°¸ 。 ³´±ÑÕÖ ÀÁ ×,·.´ Fig. 1 1 Support beam spacing effects on stress and deform ation strain Ø ÓÔºÙ&ÚÛÜÝÄÅ, ïÁÂÞ 2 。 ,ª« ÀÁßà ×, ð £ï ÁÂ。 áâ¨,· åæ。 ª« , »£ïÁÂ×, ¡ »µ.´-,º» , ª 电气工程、信息与通信工程·85· 696 ¼ ½ ¾ ¿ , 。 À Á Á à 27 Ä Â 5 。 , 、 , ,,。 2 Fig. 2 3D display of camera external parameters Fig. 5 3 4 , ± 0. 6 mm , , 。 2 2 5 Structure of line driven robot ¡ ,¢£ ¤¥¦, §¨©ª¤¥ 。 ¡, Logitech «¬( HD webcam c255) ¢£¨®¯ ¡°。 10 ,± 。 ¶·¤ª¥¦ ² 10 mm,³´µ² 14°, 6 ,§¸¹, 。 Fig. 3 3 Left camera calibration error distribution 6 Fig. 6 Experimental platform of flexible robot system Fig. 4 2 2 1 4 Error distribution of right camera calibration ¯ 、 , , ·86·电气工程、信息与通信工程 , º°± ·»°§。 §¸¼² ¤¥¨©ª«¬®§¸¹, § , ¹½ ,³´, µ¾¿¥ xy ¹½¶° , 。 ¸¯·¸¨©ª« 7 ¹ ,µ ¦Ä , 8 ÇÈɻʰ。 º°ÀÁ,Âà 8 Å,§ÆÇº 6 ¡ ¢£¤,¥: 3 697 , 、 a 。 s , , 。 , , Matlab , ,, Fig. 7 '7 , , b 。 c ghiVcdOPtqug Shape reconstruction curve of line drive robot Y}+.: [1] Li Z, Feiling J, Ren H, et al. A novel teleoperated flexible robot targeted for minimally invasive robot surgery [ J ] . Engineering, 2015(1) : 73 - 78. [2] Xu W. A feedforward friction compensation motion controller for a tendonsheathdriven flexible robotics and Biomimetics ( ROBIO) , 2013 IEEE International Conference on Robotics and Automation, Karlsruhe: IEEE, 2016(1) : 69 - 80. [3] Hu B, Yu J J, Y Lu, et al. Statics and stiffness model of serial parallel manipulator formed by k parallel manipulators connected in series [ J] . Journal of Mechanisms and RoboticsTransactions of a The ASME, 2012, 20(2) : 66 - 70. [4] Camarillo D B, Milne C F, Carlson C R, et al. Mechanics model ing of tendondriven continuum manipulators [ J] . IEEE Transac tions on Robotics, 2008, 24(6) : 1262 - 1273. [5] Roesthuis R J, Misra S. Steering of multisegment continuum ma nipulators using rigidlink modeling and FBGbased shape sensing [ J] . IEEE Transactions on Robotics, 2016, 32(2) : 372 - 382. [6 ] Yun Y, Li Y. Modeling and control analysis of a 3PUPUdual compliant parallel manipulator for micropositioning and active vi bration isolation [ J] . Journal of dynamic system measurement and Fig. 8 '8 b vwxyz{B|jkug Constraint trajectory under predicted curve and actual curve control, Transactions of ASME, 2012, 134(2) : 21 - 25. [7] , , . [J]. , 2009, 19(6): 127 - 130. ( -~ ) 电气工程、信息与通信工程·87· 29 4 Vol. 29 No. 4 Journal of Heilongjiang University of Science & Technology 2019 07 July 2019 RBF , ( , 150022) ": , , , RBF 。 Mat ! lab ¡¢£¤¥¦§¨©ª«。 ¬®: ¯°±, ² ´µ¶·; RBF ¸, ¹º»¼,½µ¾¿ÀÁº ³ ÃÄ。 ÅÆÇÈÉÊËÆÇÌÍÎÏ。 #$%:; ; ; RBF doi:10. 3969 / j. issn. 2095 - 7262. 2019. 04. 014 &'()*:TP242 +,-*:2095- 7262(2019)04- 0460- 06 +./01:A Dynamic simulation of mechanical structure of lower limb rehabilitation robot based on adaptive RBF control Shen Xianqing, Ren Linlin ( School of Electrical & Control Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China) Abstract:This paper introduces a design of a kind of exoskeleton mechanical structure of lower limb rehabilitation robot using rigid body linkage device in response to the poor trajectory tracking effect of low er limb rehabilitation robot and proposes a control method of RBF neural network compensation approxi mation kinematics matrix parameters. The simulation experiments on trajectory tracking of twojoint robot using Matlab software show that, without compensation, a larger deviation is observed between the track ing trajectory of mechanical structure control output and the ideal trajectory while with RBF compensation approximation, there arise the improved trajectory tracking effect and the best error convergence speed. The research could provide an important reference for identifying the lower limb rehabilitation robot con trol system. Key words:rehabilitation robot; trajectory tracking; rigid link; RBF neural network 2345: 2019 - 06 - 01 6789:;: (1969 - ) , , , , , : ¡ 163. com。 ·88·电气工程、信息与通信工程 ¢£ , Email: shenxianqing20012 @ 4¦5,:6#¼>= RBF ÉÊ 34 $ 461 ¢£¢Àà×ú{78 ,, 。 。 ¡¢ £¤¥¦§¨©ª«。 ¬®¯ [1] °± ²³´µ¢£¶·¸¹, º»¼ ½¾¿¢ÀÁÂÃ, ÄÅÆ±ÇÈÉÊË Ì,ÍÎÏп。 ÑÒÓ [2] ¢£Ö¢×。 Ø ÔÕ± [3] °± ®Ù ×,á¢Àâã¡ä«åÂÃ。 ¢£çèéêëì, íîá æ ï 1 ³ÚÛ¢×ÜÝÞßà ðñÂà Fig. 1 Coordinate of twodegreeoffreedom lower limb robot ¢Àà×, áò ùú, ûü £óôõΨö÷ø ýþ RBF ÿ~}|¢£{[\]^_ [5] îá i Îë;D ij 1,D ii ¢ú{ i j ;A ij `Ð@,?®á¼>=ÉÊ£æ<;:Ð &Ò³ÚÛ¢× /ú\。 i 2ú,N;B ij 1 ¡ú,N;G i j ¾õ ¾ q j Ýáõ j . i ¢ªú,N。 ³ÚÛ 1. 1 ú{ T1 D11 D12 2 21 [4] ¢£%)Ý(, ÊÞ: 21 [:T q ———;:Ð/ ¹² ýþ"!Ë¢¸, å³ÚÛ.ë »ðñ¢×, åßå, [.å ,¢Àà×。 Àà×,[,d1 d2 å¾,mm;q1 q2 ,rad;T1 T2 ¢£¢ ³ÚÛ«å ³ÚÛ \,N / m;m1 m2 ³ÚÛ«å å,kg;g ªú¾,m / s 。 2 22 . 2 . G1 2 1 B11 = B12 = - m2 d1 d2 sin q2 , B21 = B22 = 0, G1 = ( m1 + m2 ) gd1 sin q1 - m2 gd2 sin( q2 - q1 ) , ¢×ú³ÚÛÂÃ, ÂÃÎ 0( . A12 = A21 = m2 d1 d2 sin q2 , ¢£¢*)([, á#ÔÕ 1 ± . .2 2 A11 = A22 = 0, åªú\,N·m。 、 q1 q2 22 D22 = m2 d22 , åú\,N·m; ¢£¢Àà×<; »¼½¾。 21 D12 = D21 = - ( m2 d22 + m2 d1 d2 cos q2 ) , :Ð/ú\,N·m; 2 D11 = ( m1 + m2 ) d21 + m2 d22 + 2m2 d1 d2 cos q2 , T k ———åú\,N·m; G——— . [, Tq = T k + T e + G, T e ——— q21 [ B B ] [ q q ] + [ G ], , ®á¢£{, &Ò $çè, `ÐÎ。 É 22 B11 B12 ¢£-,+×¢*) (¶·' A11 A12 q̈1 [ T ] = [ D D ] [ q̈ ] + [ A A ] [ q ] + . 1 1. 2 G2 = m2 gd2 sin( q2 - q1 ) 。 ¢£¢Àà×Õ 1 M( q) q̈ + C( q,q) q + G( q) = τ, . . [:M( q) ———n × n £\]; (1) C( q,q) ———n × n £¡ú2ú\]; . G( q) ———n × 1 £ªú2; q——— 2,q∈R ; τ———¤Ð¢×¥ [6] õ§Ü1 n ¦\2,τ∈R 。 n =á[ M( q) 、C( q,q ) G( q) . 电气工程、信息与通信工程·89· 462 ª « ¬ ® , RBF , RBF M( q) 、 C( q,q ) G( q) . ¯ ° ± ± ³ 29 ´ ² 3 。 。 RBF 2 。 3 Fig. 3 RBF Adaptive RBF control system : W Mn = T Mn ·{ η Mn ( q) } q̈ r r n , (5) W Cn = T Cn ·{ η Cn ( z) } · q r rn , (6) · ^ · ^ Fig. 2 2 RBF RBF neural network structure 2,RBF M o ( q) 、 M( q) = M o ( q) + E M , (2) C o ( q,q) G o ( q) , . C( q,q) = C o ( q,q) + E C , . . G( q) = G o ( q) + E G , ,E M 、E C 、E G ——— (3) (4) 。 . . . [ { W M } T ·{ Z M ( q) } ] q̈ r + [ { W C } T · ¦ { Z C ( z) } ] q r + [ { W G } ·{ Z G ( q) } ] + E, . E = E M q̈ r + E C q r + E G , . . :W M 、W C 、W G ———RBF ; Z M 、Z C 、Z G ———。 : G o ( q) RBF M o ( q) = [ { W M } T ·{ Z M ( q) } ] , ^ ^ . ^ ^ ·90·电气工程、信息与通信工程 . M(q)q̈r + C(q,q)qr + G(q) - M(q)r - . . . C(q,q)r = [{WM } T ·{ZM (q)}]q̈r + [{WC } T · . {ZC (z)}]qr + [ { W G } T ·{ Z G ( q) } ] - . . τ = τ s + K p r + K I ∫ rdt + τr = RBF . τr = εr sgn( r) , ,εr = diag[ A] ,A≥ | E i | 。 © n , ^ τ = M( q) q̈ + C( q,q) q + G( q) = ,W M 、W C 、W G ———。 2 . (10) ^ ^ . . G o ( q) = [ { W G } T ·{ Z G ( q) } ] , ^ . M( q) r - C( q,q) r + E。 C o ( q,q) = [ { W C } T ·{ Z C ( z) } ] , ^ . q r = q d + Λe, q̈ r = q̈ d + Λe , Λ > 0。 (8) (9) (1) , z = [ q,q] T , . (9) r = e + Λe, T M o ( q) 、C o ( q,q) (8) q̈ r = r ( t) + q̈( t) , ,t———§¨,s。 M o ( q) q̈ r + C o ( q,q) q r + G o ( q) + E = . . . . (7) , , , ¡¢£¤ q( t) q d ( t) 。 ¥, , ¦ e( t) = q d ( t) - q( t) , q r = r( t) + q( t) , (2) ~ (4) (1) , M( q) q̈ r + C( q,q) q r + G( q) = W Gn = T Gn ·{ η Gn ( q) } r n , n = 1,2,…,m, ,T Mn 、T Cn 、T Gn ——— 。 · ^ M o ( q) q̈ r + C o ( q,q) q r + ^ ^ . . «¬®,¯:© RBF °± ª4 ¢ G o ( q) + K p r + K I ∫ rdt + τ r = ²³´µ . L = - r T K p r + r T E - r T εr sgn( r) + ^ n ^ ^ { Z C ( z) } ] q r + [{WG } T ·{ZG (q)}] + ^ n τs = M o ( q) q̈ r + C o ( q,q) q r + G o ( q) , ,K p > 0,K I > 0。 ^ (10) (11) . . . . t [ { F C }T ·{ Z C ( z) } ] q r + . (12) . · ^ · ^ . L = - r T K p r + r T E - r T εr sgn( r) ≤ - r T K p r≤0。 , W Mk 、W Ck W Gk ^ ^ . n n 1 ∑ FT T - 1 F 。 2 k = 1 Gk Gk Gk (13) . . L = - r T K p r - r T εr sgn( r) + r T [ { F M } T · { Z M } ] q̈ r + r T [ { F C } T ·{ Z C } ] q r + . n -1 r [ { F G } ·{ Z G } ] + r E + ∑ F TMk T Mk F Mk + n n . k =1 F TCk T Ck- 1 F Ck + ∑ F TGk T Gk- 1 F Gk 。 ∑ k =1 k =1 . . n r [ { F M } ·{ Z M } ] q̈ r = ∑ { F Mk }T ·{ η Mk } q̈ r r k , T k =1 n r T [ { F C }T ·{ Z C } ] q̈ r = ∑ { F Ck }T ·{ η Ck } q̈ r r k , k =1 n r T [ { F G }T ·{ Z G } ] q̈ r = ∑ { F Gk }T ·{ η Gk } q̈ r r k , k =1 P r T ( M - 2C) r = 0, T 。 61 kg, 1 667 mm, d1 462 mm, d2 393 mm。 GB10000—88《 》 , , ,m1 = 8. 512 2 kg,m2 = 2. 552 6 kg。 (13) ,(12) [7] T 。 t → ,r → ^ 4. 1 1 1 -1 F TMk T Mk F Mk + ∑ F TCk T Ck- 1 F Ck + ∑ 2 k =1 2 k =1 T t T 4 ^ ∫ 0 rdτ L≤ - r K p r≤0, L( t) ∈L ^ n (14) . · ^ 0,e →0,, 。 ^ T t 1 1 t L = r T Mr + ( ∫ 0 rdτ ) K I ( ∫ 0 rdτ ) + 2 2 . FM = WM - WM , FC = WC - WC , FG = WG - WG 。 T n . -1 Ck FMk = - WMk , FCk = - WCk , FGk = - WGk , (5) ~ (7) (14), Λ≥ | E i | , . [ { F G }T ·{ Z G ( q) } ] + E, 3 T Ck - Kp - εr sgn(r) + [ { FM }T ·{ZM (q)}]q̈r + , . F T F Ck + ∑ F TGk T Gk- 1 F Gk 。 ∑ k =1 k =1 ^ M( q) r + C( q,q) r + K I ∫0 rdt = . n n (11) ^ T -1 F Gk ·η Gk r k + ∑ F TDk T Dk F Dk + ∑ k =1 k =1 Kp r + KI ∫ rdt + εr sgn( r) 。 n . { F Dk } { η Dk } q̈ r r k + ∑ { F Ck }T { η Ck } q r r k + ∑ k =1 k =1 [ { W M } T ·{ Z M ( q) } ] q̈ r + [ { W C } T · . 463 [8] ,, p1 = ( m1 + m2 ) d21 , p2 = m2 d21 , p 3 = m2 d 1 d 2 , p 4 = ( m1 + m2 ) d 1 , p5 = m2 d2 , g = 9. 8 m / s, P = [2. 66,0. 61,0. 50,5. 42,1. 02] T 。 [9] Matlab 2014a , 。 ¡¢ T = 0. 001 £。 ¢ q d1 = qd2 = sin(2πkT), ¤ q0 = [0,0] 。 100,0 100,0 Kp = , KI = , 0,100 0,100 0. 1,0 5,0 , Λ= 。 Kr = 0,0. 1 0,5 RBF ¥¦§¨ 2 - 5 - 1, ¡ 5。 ¢ © ci b i £ ¤ [ - 1 - 0. 5 0 0. 5 1] 10, ¤¤ 0。 TMk (i,i) = 5. 0,TCk (i,i) = 10,TGk (i,i) = 5. 0,i = 1,2,3,4,5。 . T [ ] [ [ ] ] [ ] 电气工程、信息与通信工程·91· 464 ¡ ¢ £ 4. 2 4 。 4 , 、 ,。 ¤ ¥ ¥ § 29 ¨ ¦ 5 , RBF , , 。 6 RBF 。 6 , RBF , 2 s , RBF , 。 4 Fig. 4 Position and speed of different joints of robot without compensation 5 RBF 。 6 Fig. 6 Position and velocity tracking errors of different joints of robot 7 。 7 Fig. 7 Control torque of hip joint and knee joint of lower limb robot 7 , 5 Fig. 5 RBF Position and speed of different joints of robot in RBF compensation ·92·电气工程、信息与通信工程 , , 。 ÃÄÅ,:ÐѤ¾¿ RBF ÒÓ¥½Á Î4 Ï 5 [2] , , . ª«¥¡¢ [ J] . ¬¤¥¦, 2015, 34(5) : 50 - 53. [3] M( q) 、 . C( q,q) G( q) , ,, . RBF M( q) 、C( q,q ) G( q) 。 ,RBF , 。 , : , ®, ¯, [4] [5] , , . ¡¢ ¸¹[J]. º , 2017, 25(4): 229 - 231. , . µ¶·»¼½¤¾¿ [6] ¤. Á[ M] . ¡: ¢£Á¤¥, 2000. ¦§¨. RBF ¤¾¿ MATLAB ¢£Á¤¥, 2014. [7] [ M] . ¡: Ge S S, Lee T H, Harris C J. Adaptive neural network control of robotic manipulators[ M] . London: World Scientific, 1998. [8] ÃÄÅ, ©ª«. ¬ ®¯°±[ J] . Æ ÇÈÉÊÁÁÂ, 2017, 27(3) : 288 - 290. [9] ˯, , Ì, . MATLAB / Simulink [ J] . £¤¥¦, 2017, 39(2) : 65 - 69. , . °±²³´µ¶· [ J] . »ÀÁÁÂ, 2019, 53(6) : 10 - 14. 。 [1] §¨©, 465 [ M] . ¡: Ͳ¬¤¥, 2012. ( ) 电气工程、信息与通信工程·93· 29 6 2019 11 BSO ( Nov. 2019 , ! Vol. 29 No. 6 Journal of Heilongjiang University of Science & Technology ": BSO , 150022) , 。 ,,¡¢£¤¥¦§¨©ª , « ¬®¯°±。 ²³´:BSO µ¶¦、 · ¸¹º 89. 59% 40. 60% ,»¼½¾¿ÀÁÂ。 Ã ÅÆÇ¼ÈÉÊ。 µÄ #$%: ; ; º; BSO doi:10. 3969 / j. issn. 2095 - 7262. 2019. 06. 020 &'()*:TP242 +,-*:2095- 7262(2019)06- 0747- 05 +./01:A Three dimensional path planning of mobile robot based on BSO algorithm Shen Xianqing, Sun Qizhi ( School of Electrical & Control Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China) Abstract:This paper proposes a method of modeling topology from 2D grid method to 3D and a BSO algorithm for path planning of mobile robot in order to accurately obtain the 3D path planning of mobile robot in the global static environment. The algorithm works by combining the behavior characteristics of beetle’ s foraging and bird swarm’ s foraging; replacing the particles in particle swarm optimization with beetles; updating the position of beetle by the judgment of odor concentration and thereby achieving the optimization of individual beetle instead of individual particle swarm. Simulations show that the path length and time consumption of BSO algorithm in threedimensional path planning are only 89. 59% and 40. 60% of ACO, and this gives the algorithm a better search performance, hence an effective choice for mobile robot to plan the path in a specific environment. Key words:mobile robot; path planning; ACO algorithm; BSO algorithm 2345: 2019 - 10 - 14 6789:;: (1969 - ) , , 163. com。 ·94·电气工程、信息与通信工程 , , , : ¡ , Email: shenxianqing20012 @ 748 0 ! 0 1 2 ò + ú ±#。 ú 4 29 5 3 =,x O′ ,y A , z ¸¹÷ª+ OC, ¡¢±£ OABC - O′A′B′C′ Ÿ¹ 。 Ã,ª 1 ¤¥。 , S T, ( 、 、 ) S T 。 ¡ ¢£¤ 。 ¥¤¦§¨©ª «、¬®«、¯°«±«。 ²³´µ ±««¶·¸¹, º»§¼¹¯ °«½¾¿À,Á¸¹Ã,į°ÅÆÇ 1 Fig. 1 ÈÉÊËÌÍÎ。 [1] ±« ÏÐ, ¦§ÑÐ A Ò« , Ó A Ò ( ACO ) [2 - 3] 、 é ´ Ò « ( GA ) [4] 、 ê ë è Ò « ( PSO) [5] 。 Liu C. X. [6] ìí½îïðñòóêë èÒ«,ôõö÷øùúûüë,Ëýþÿ~ }|{[\]^_¦øù`üë, ì@íÒ« ?>=?><。 ;:/ 3D planning space ¸¹Ã᧦§¯°«, «ÔÒÕÖר¹ÙÚÛ³ÜÝÚÛ。 Þ, ßàÐá§â ãäÒ« , å æ â ãäÒ« çèÒ« ¸¹Ã*Ũ©ª«Æ¬®°。 ¯"° OO′ ± à OABC - O′A′B′C′ ÍÎ n *, ôõ ¢*²Îî OABC ,³ n + 1 ¢ β i ( i = 0,1,…,n) ,²´µ§´µ¼¹°¯« ˶ n + 1 ¢ÍÎ*, *·° OA、OC ÍÎ m、l *。 *ª 2 ¤¥。 [7] . -,+=*Ä)?>þ(Þì'&± [8] «,êë Ç=[。 »§[ ɱ«ÚÒ«Ë?>Ã<, &Òëì@êëè><, ÓÞ Ò«êë É。 [9] ?>Ò«( BAS) Å ìâ ÉÒ«, Þ ¦§, Ë 2 Fig. 2 ßôõêëèÒ«?>, ì íèÒ«( BSO) ,Ë BSO Ò«%çèÒ«Í ÎãËý*。 1 Plan division ù¢¸¹Ã OABC - O′A′B′C′ ÇÈÉÅ ¢¸¹¸ Ω, ¸¹º ˦ØÌ»¼ ( i,j,k) ( i = 0,1,…,n;j = 0,1,…,m;k = 0,1,…, ° OO′、OA、OC *»¼, ¾£¨¿ ¸¹ ß¹ÃÙú 。 º ¸¹Ã ¼¹¯°«½¾¿ÀÁ ¸¹Ã , Ê Ä ¯ ° Å Æ Ç È É 。 ¸¹÷ª'Å O, Ä O Å ¸¹$,Ì,x Å#ÚÛ ±#,y Å#ÚÛ±#,z Å l) ( x i ,y i ,z i ) 。 Ì i,j,k *·Å½Þ À»¼%Á¢±#*Â+ÃÔÒ³。 ËÄÅ 80 km × 80 km ÅÆÇÈ ÍÎ,ĸ¹ÉÊ Ë@Å_¦ÌÙ: f( x,y,z) = ∑ 槡( x - x ) + ( y - y ) + ( z - z ) 。 i,jn i ¸¹Ã j 2 i j ª 3 ¤¥。 2 i j 2 电气工程、信息与通信工程·95· 6 ¿ ÑÒÓ,Á:BSO ¢ÔÕÖ×ÊØ 2. 2 749 ( BAS) £·¸, ¢ ©ª¤£¹º¦¤, »¼£ ¤,«¬½¾®¯°¤¿À±。 Á ¥²ª£Â³´µ£ ö, ·Ä¸» Fig. 3 2 3 ¼©ªÅª。 ¹º»( PSO) ¥²Æ£¼ ¹º ½ÇÈ»ÈÉ, ʹºË Ì¢,ʹº¾ ͪ 。 PSO ¢¤¿¸ÎÏÐ 3D space environment model BSO 2. 1 Ñ 、Ò ÂÔÕùº», Ö È» × Ø Ù © Ú, Ä ± à » ( Beetle antennae search, BAS) [9] 。 , 。 , 。 BAS : 、、, x , , xl x r 。 n ,x、x l 、x r d0 。 (1) b= n , , : rands( n,1) , ‖rands( n,1) ‖ ,rands( ) ———n : (Beetle swarm optimization,BSO) 。 ÅÆ , BAS Û¹º»°。 Ö¹º»¹º ´µ Ôǹº»Ù。 ¢ ² ,Ü ÝÞß àÈÉ®°, ¢Ê˾à á 。 »Ö¢² ¥²、âá Ü»。 ¥² ãä» ¾åö BAS £æ¤»¼½¾®¯ °¥¹º»ÅªÀÓ。 » Üʱ: k +1 k vi = ωv i + c1 r1 ( p ki - x ki ) + c2 r2 ( g ki - x ki ) , :k———àÈ; ω———ËÀÌͺ, 。 c1 、c2 ——— x l = x t + d0t ·b / 2, x r = x t - d0t ·b / 2, r1 、r2 ——— d ——— t ; t 0 x ——— t f( x) (2) x r ¡ x =x t 。 t -1 , x l f l f r ,, : - δ ·b·sign( f l - f r ) , t t ¥ d0t = λ·d0t - 1 , δ t = λ·δ t - 1 , ,λ———¦¤,¥¦§¨¡ λ = 0. 95。 (3) © ª « § ¨ © ¬ , ¯° ; ®§¨ (2) ´µ , ¶©§¨ ·96·电气工程、信息与通信工程 °。 g ki ——— k » ° 。 »Üʱ: x ki + 1 = x ki + v ki + 1 , ° p i ªéС: k δ ——— t £。 , ®§¨ ; k +1 ,xi ——— k + 1 i 。 :sign( ) ———¡¢; ¢¤£ £: çè; ÜÎϺ,[0. 5,2. 5] ; ; p ki ——— k i ° :t———,; t ŪÀÓÁ。 , ±²³ p ki = x k - 1 - δ k ·b·sign[ f ( x kil ) - f ( x kir ) ] , k :δ ——— k £; f( x kil ) 、f ( x kir ) ——— i ¢ k 。 BSO ² : 1 ´µÔ, ´µ x v,Æ» Q, ÎϺ c1 、c2 , ËÀÌÍ ω,¥Ê d0 。 750 ¡ PQ 2 ¢ £ g , p PQ 3 ¦ ¦ ¨ 29 © § k k i ¥ , p i , ¤ k i 。 , 3 3 : Q = 10; k , 2。 ,BSO g i N = 500, S1 (1, 9,800) 、S2 (1,17,800) 、S3 (1,10,800) , T1 (21,7,1400) 、T2 (21,19,1400) 、T3 (21, 8,1000) 。 BSO , 4 ~ 5 。 BSO 1 。 , Fig. 5 '5 Convergence curve under different starting and ending points Table 1 ACO BSO Fig. 4 '4 RSTUVW\]^_`ab c1 deKNfXY>?Z[ Path planning results of two algorithms l / km t/ s S 1 → T1 118. 49 3. 11 S 2 → T2 131. 78 3. 28 S 3 → T3 116. 23 3. 14 S 1 → T1 103. 51 1. 75 S 2 → T2 129. 25 1. 21 S 3 → T3 96. 02 0. 91 RSTUVWXY>?Z[ Path planning results at different starting and ending points 1 , 1。 4、5 电气工程、信息与通信工程·97· ¾6 ¿ ÀÁ,:BSO ¡¢ , BSO ACO ACO 。 ACO 4 40. 60% 。 based on new A method[ C] / / IEEE. 20014 Sixth International Conference on Intelligent HumanMachine Systems and Cybernet ,BSO 89. 59% 。 ,BSO ACO ics, Hangzhou, 2014. [2] [3 ] Trans, 1997, 1(1) : 53 - 66. [4] Kennedy J. Encyclopedia of machine learning [ M] . NY, USA: Springer, 2011. BSO [6] 、 、 、 。 ,BSO ¡¢ 、 neering, 2019, 36(4) : 445 - 450. 。 。 Liu C X. Robot path planning based on PSO algorithm with fuzzy inference technology[ J] . Journal of Mechanical & Electrical Engi ACO ,£ , , , . ª«¬ ®[J]. §¯°® 2019, 55(17): 162 -168. , , Dorigo M, Gambardella L M. Ant colony system: a cooperative learning approach to the traveling salesman problem [ J] . IEEE ,BSO [5] ,¤. ¥¦ [ J] . §¨©, 2017, 43(3) : 24 - 29. 751 ® [7] ±²³, , [ J] . [8] , , . ª´µ¶ ·§¯¸¹¹º, 2019, 33(5) : 517 - 523. . » © µ¶[ J] . ¼°½, 2016(10) : 64 - 67. [9] Zhao J, Zhao J. Path planning of multiUAVs concealment attc ·98·电气工程、信息与通信工程 ´ Jiang X, Li S. BAS: beetle antennae search slgorithm for optimi zation problems[ J] . Internation Journal of Robotics and Control, 2018, 1(1) : 1 - 8. : [1] ( ) 28 4 2018 7 Vol. 28 No. 4 Journal of Heilongjiang University of Science & Technology July 2018 PID ( , 150022) : , , 。 。 PID ,¡¢£¤¥¦§ ¥¦, © PID ¨¥¦。 ª«¬®¯°,±¥¦² 。 ¥¦©³ ¨´µ, ¢¶³· ¸¹。 : ¨; PID ; doi:10. 3969 / j. issn. 2095 - 7262. 2018. 04. 009 :TP273 :2095- 7262(2018)04- 0399- 06 ¨ ; :A Filtering PID control for variable time delayfree model with online parameter modification Hou Xiaoqiu ( School of Electrical & Control Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China) Abstract:This paper proposes an improved variabletimedelay universal model of compact form dy namic linearization in an effort to address the limitation that the single variable compact form dynamic lin earization model works only for problems of constant interference and slow state interference. The targeted research involves introducing auxiliary variables into the approximation processing of universal model in such a way that the partial derivative of the universal model is unique; and developing a modelfree adap tive control algorithm capable of online modification of PID control parameters using filtering PID control and based on the direct minimization adaptive control algorithm for able to overcome illposed problems. Simulation results demonstrate that the proposed control algorithm boasts a better control quality and works better for the function of high frequency interference and random interference thanks to its the in herent function of online modification parameter and modelfree adaptive control. Key words:modelfree adaptive control; filtering PID control; compact form dynamic linearization; variable time delay : 2018 - 04 - 20 : ( 1965 - ) , , , , , : 、 163. com。 、 , Email: hxq71265 @ 电气工程、信息与通信工程·99· 400 — f[ Y( t - 1) ,u( t - d - 1) ,U( t - d - 1) ,θ, ùq s q ØØ, ξ ( t) ,ξ( t) ] - f[ Y( t -2 ) ,u ( t - d - 1 ) , — 。 , U( t - d - 2) ,θ, ξ ( t - 1) ,ξ( t - 1) ] 。 — 01 1 。 , [1] q0 1 1. 1 -d §Ò df Δ u( t) + v( t) , du( t - d - 1) (3) , df / du( t - d - 1) f( …) ¯ u u( t - d - 1) u( t - d) ¨Ô©ª, v( t) = f[ Y( t - 1) ,u( t - d - 1) ,U( t - d - 1) ,θ, ξ ( t) ,ξ( t) ] - f[ Y( t -2 ) ,u( t - d - 1 ) , — U( t - d - 2) ,θ, ξ ( t - 1) ,ξ( t - 1) ] , — [7] SISO NARMAX φ( t) = y( t) = f [ Y( t - 1) ,u( t - d) ,U( t - d - 1) , (4) df , du( t - d - 1) (5) (1) ¥(4) 、(5) «,φ( t) v( t) ξ ( t) 、ξ ( t) ¯, U(t - d - 1)———t - d - 1 ; , ¤ (3) ¬®。 ξ( t) q01¯°, ± ² NARMAX θ, ξ ( t) ,ξ( t) ] , — Å Δ y( t) = q 1 。 ,! PID 01, ü±q! PID 01。 q01 (2) ¥ A2 ,[2 - 6] Ò ü± ! PID 01, 01Í {0 1 , 28 d - 1) ,U( t - d - 1) ,θ, ξ ( t) ,ξ( t) ] + q0101。 q :y( t) ——— 1 u( t) ——— ; 1 ; Y( t - 1) ———t - 1 θ——— — ; ; ξ ( t) ———éoo — æ o; ξ( t) ———æo o; f( …) ———。 1 ÓÓ ù, í ,³ ´ o oµ ¶ , ξ(t) ,¤ y( t) = f [ Y( t - 1) ,u( t - d) ,U( t - d - 1) , θ, ξ ( t) ] + ξ( t) 。 — d———; [1] Ò × ξ( t) ,φ( t) v( t) ,¤(3) ¬®,× ξ( t) , φ ( t) v( t) o ξ ( t) — ξ( t) ¯ , 8[1] ξ( t) ¡ ¢£,¯。 (1) [1] A1 ~ A3 1 ¡,× ξ( t) ,¤[1] ù 。 ¥(1) ¦ Δ y( t) = y( t) - y( t - 1) = f [ Y( t - 1) ,u( t - d) , U(t - d - 1),θ, ξ (t),ξ(t)] - f [Y(t - 2), — u( t - d -1 ) ,U( t - d -2 ) ,θ, ξ ( t -1 ) , — ξ( t - 1) ] = f[ Y( t - 1) ,u( t - d) ,U( t - d - 1) ,θ, ξ ( t) ,ξ( t) ] - f[ Y( t - 1) ,u( t - (6) , [1 ] A1 ~ 2 A3 ¡,§· φ( t) z v( t) -d Δy( t) = q φ( t) Δ u( t) + v( t) + ζ( t) , (7) , ζ( t) = ξ( t) - ξ( t - 1) 。 § 1 ¸¦。 ¥(2) (7) «, d ¯,¹º d q, d [1] q01í 01¯°,»¥z, ¼ φ ( t) ,» [1] 01 1. 2 1。 ¥(7) «,² — ·100·电气工程、信息与通信工程 (6) ½ d( t) 、φ( t) 、v( t) 。 ½,Ò ∧ ∧ ¾ ∧ ½, [8] ½ d ( t) 、φ( t) 、v ( t) : 4 PID : ∧ ∧ ∧ g g = + λ2 ( t) [ η( t) - η( t - 1) ] , η η ∧ e (t) = Δy(t) - φ(t - 1) Δu[t - d(t - 1)] - v (t - 1), — ∧ ∧ ∧ ∧ ∧ ∧ - ∧ φ( t) = φ( t - 1) + αΔ u[ t - d ( t - 1) ] e ( t) , v ( t) = v ( t - 1) + α e ( t) , ∧ ∧ ∧ Δ u[ t - d ( t - 1) ] } φ( t - 1) e ( t) , ∧ 2 2 g g 2 = 2 2 + λ ( t) , η η — d 1 ( t) = d 1 ( t - 1) + α{ Δ u[ t - d ( t - 1) - 1] - — ∧ ∧ -1 η( t) = η( t - 1) + ρ( t) Q ( t) · t,η) ,r( t) } [ - g { y( t,η) ,u( η ∧ d ( t) = round[ d 1 ( t) ] , : e ( t) ——— ; — ∧ ∧ ∧ φ(t),v (t),d(t) ———φ(t)、v(t)、d(t) ; α ———; [ d 1 ( t) ———。 2. 1 2 2 :η( t) ———η t [2] [9] 2. 2 ∧ 。 η( …) ———。 H( q -1 ) Δ u( t)= S( q -1 ) [ r( t) - y( t) ] , ,r( t) ——— ∧ g( …) ∧ 2. 3 (12) + s2 q - 2 , -1 Δ H( q ) 2 ‖λ( t) [ η( t) - η( t - 1) ] ‖ / 2, (8) : g ( …) ———; ; λ( t) = diag{ λ1 ( t) ,λ2 ( t) ,…,λ n ( t) } , ∧ ∧ y( t) u( t) = q - d ( t) φ( t) Δ , η i η i u( t) + Δu( t - 1) = S( q -1 ) - y( t) , h 1 h 1 [ (11) s i ( i = 0,1,2) , -1 Δ H( q ) ] (13) u( t) = S( q -1 ) · - y( t) + s i s i [ ] r( t - i) - y( t - i) , (13) 、(14) 2. 4 (12) y( t) / η 。 (11) h1 , ∧ , n ———η 。 (8) , -1 T η = [ h1 ,s0 ,s1 ,s2 ] 。 Δ 。 g { y( t) ,u( t) ,r( t) } + -1 (7) η i ( i = 1,2,3,4) , ; ∧ Δ =1 - q , h1 ,s0 ,s1 ,s2 ———。 g{ y( t) ,u( t) ,r( t) ,η( t) ,η( t - 1) } = λ( t) ——— ; H( q - 1 ) = 1 + h1 q - 1 , η η( t - 1) ———η( t) t - 1 -1 S( q ) = s0 + s1 q V( η) = Eg{ y( t) ,u( t) ,r( t) ,η( t) ,η( t - 1) } , : η( t) ———η t (11) H( q ) 、Δ 、S( q ) ———。 -1 -1 ; V( η) ; PID PID u( t) = η{ η,φ( t) ,φ r ( t) } , :η———; φ( t) ———y( t) u( t) ; (10) ρ( t) ———; Q( t) ———Hessian 。 φ r ( t) ——— (9) λ ( t) - Q( t - 1) ] , , [10] Robbins - Monro ,[11] ], g { y( t,η) ,u( t,η) ,r( t) } + 2 ∧ η η = η ( t -1) PID , ∧ η = η ( t -1 ) Q( t) = Q( t - 1) + ρ( t) · ∧ 2 401 u( t) / η。 (14) (12) η l ( l = 1,2,3,4) , 电气工程、信息与通信工程·101· 402 Δ 2 2 ∧ ∧ u( t) y( t) = q - d ( t) φ( t) Δ , η i η l η i η l (15) 3 (15) y( t) / η 。 (13) h1 , 2 -1 Δ H( q ) 2 u( t) u( t - 1) + 2Δ = 2 h 1 h 1 ] (13) s i , (16) 250 ≤ t ≤ 400 2 [ [ r( t) = ( - 1) (17) ∧ (18) ] 2 ∧ round( t / 100) , U max = 0. 6,PID (16) ~ (19) u( t) / η 。 2. 5 PID 2 e( t) ~ N(0,1 / 10) , 2 u( t) = S( q -1 ) · - y( t) - Δ H( q ) s i s p s i s p y( t - p) y( t - i) - , (19) s p s i 2 1 y( t - 1) + 1. 5u( t - 5) + 1 + y ( t - 1) 2 6. 5u3 ( t - 6) + e( t) , ] 2 2 u( t) u( t) = , s i h 1 h 1 s i (14) s p ( p = 0,1,2) , -1 1 y(t - 1) + 1. 5u(t - 4) + e(t), 1 + y (t - 1) 2 y( t) = u( t) u( t - 1) +Δ = h 1 s i s i 2 y( t - i) S( q -1 ) - y( t) - , h 1 s h 1 i (14) h1 , -1 Δ H( q ) 28 y(t) = y( t) , 2 h 1 2 [ 0 ≤ t ≤ 250 2 S( q -1 ) - ∧ h 1 (0) = 0. 10, s 0 (0) = 0. 12, s 1 (0) = - 0. 01, s 2 (0) = 0. 004, λ = 30, ρ( t) = Q(0) = 100I, ( t + 2) , 0 ≤ t ≤ 98, {10./ 01, t > 98 , α = 0. 01, ∧ ∧ ∧ φ(0) = 1,v (0) = 0,d (0) = 1。 Matlab7 , 1 g(…)= [y(t) - r(t)] 2 / 2 + λ[u(t) - u(t - 1)] 2 / 2, 。 (20) : λ ———。 (20) (9) 、(10) PID : ∧ ∧ -1 η( t) = η( t - 1) - ρ( t) Q ( t) · { [ y(ηt) u( t) λ[ η ]·[ y( t) - r( t) ] + ]·[ u( t) - u( t - 1) ]}, Q( t) = Q( t - 1) + ρ( t)· { [ y( t) ]· η [ y(ηt) ] + [ ηy( t) ]· [ y( t) - r( t) ] + λ [ u( t) ]· η u(t) + λ[ [ u(t) ] ]· η η ∧ η = η ( t -1 ) ∧ η = η ( t -1 ) ∧ T η = η ( t -1 ) 2 2 ∧ η = η ( t -1 ) ∧ η = η ( t -1 ) ∧ 2 T η = η ( t -1 ) 2 ∧ η = η (t -1) ∧ η = η (t -1) [u(t) - u(t - 1)] + λ (t) - Q(t - 1)}, ∧ 2 ∧ -1 -1 Δ H( t - 1,q ) u( t) = S ( t - 1,q )·[ r( t) - y( t) ] , ∧ -1 -1 :H(t - 1,q )———H(q ) t - 1 ; ∧ S ( t - 1,q ) ———S( q -1 -1 ·102·电气工程、信息与通信工程 ∧ ) t - 1 。 Fig. 1 1 Responses curves of system 4 : PID 403 1 , 。 ,, t 250 , 。 , 2 PID 。 3 。 Fig. 3 3 Estimation curves of universal model parameter 2 ,, ∧ , 。 3b v ( t) , 。 4 (1) 。 (2) PID , Fig. 2 PID Modifying curves of control parameter , PID 。 2 (3) , 。 电气工程、信息与通信工程·103· 404 [7] : [1] , . [ M] . : [2] . CARMAX PID [8] CARMAX PID [9] PID [10] [3] [4] [5] [ J] . , 2015, 25(6) : 686 - 691. [ J] . , 2016, 26(1) : 68 - 74. . [ J] . , 2016, 38(3) : 27 - 31. [11] . PID [ J] . ( ) , 2016, 32 (5) : 28 - 34. [6] . 28 Billings S A, Leontaritis I J. Parmeter estimation techniques for nonlineat systems[ J] . Ifac Proceedings Volumers, 1982, 15(4) : 505 - 510. , 2013. . , , . [ J] . , 1997, 14(4) : 13 - 18. Jung L,Trulsson E. Adaptive control based on explicit crirerion minimization[ J] . Automatica, 1985, 21(4) : 385 - 399. . [ M] . : 2014: 189 - 192. , Chen Y M, Wu Y C. Modified recursive leastsquares algorithm for parameter identification[ J] . Int J System Sci, 1992, 23(2) : 187 - 205. PID [ J] . , 2016, 30(4) : 41 - 47. ( ) 檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪 ( 378 ) [9] [10] , , [12] [15] [16] [ J] . , 2010, 35(9) : 1506 - 1511. , , , . 、 [ J]. , 2015, 26 ( 11 ): , , 2006. . [ M] . : GB / T 21650. 1—2008 [ S] . : , 2008. , , . ¡¢ ¨, ©, . [ J] . ª, , , . ««¬ ¯, , ¨. ° ®[ J] . , 2005(1) : 100 - 103. [17] : , 2007. , , ¨. °[ J] . 966. [ M] . ¡° , 2010, 30(4) : 963 - 、£¤ [ J] . , 2016, 44(4) : 64 - 67. ·104·电气工程、信息与通信工程 、 , 2011(12) : 91 - 93. [18] , . [13] , . , . ¥、 ¦§[ J] . , 2013, 34( S2) : 134 - 142. [ J] . , 2010, 35( S1) : 158 - 163. 2208 - 2218. [11] [14] ( ) 28 4 Vol. 28 No. 4 Journal of Heilongjiang University of Science & Technology 2018 7 July 2018 SVPWM PR , , , ( , , 150022) ^ _: LCL , PR , 60° SVPWM , Boost - TL NPC ¡¢ link £,¤ Matlab / Simu ¥¡¦§¨© ª«¬。 ®¯°±: PR ²³´µ¶· ¸¹º»¼,½¾ª¿ÀÁ²ÂÃ,ÄŪÆÇÁÈÉÊ˲Ì。 ÍÎÏÐ Ñ, ¹ÍÒÓÔ。 Õ²³ÖרÙÚÛ Ü。 PR ; `ab: ; SVPWM; doi:10. 3969 / j. issn. 2095 - 7262. 2018. 04. 008 c&1de:TM464 Zf\e:2095- 7262(2018)04- 0393- 06 Z[ghi:A Fuzzy quasi PR control of threelevel SVPWM photovoltaic gridconnected inverter Chang Guoxiang, Liu Penghua, Zhao Longlong, Wang Hongyan (1. School of Electrical & Control Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China) Abstract:This paper is an attempt to ensure the efficient and stable operation of LCL type threelev el gridconnected photovoltaic inverters. The study involves using a fuzzy quasiPR control to track and control the gridconnected current of the threelevel inverter which is governed by a simplified SVPWM modulation algorithm based on 60° coordinate system; achieving the midpoint balance control of the NPC inverter by changing the charge and discharge time of the upper and lower capacitors using the BoostTL converter; and building a simulation model in the matlab / Simulink software. The results show that the fuzzy quasiPR control is capable of realtime adjustment of the resonance parameters thanks to its better response to error changes, making it adequate for the optimal performance required for the system, with a consequent increase in the robustness and antijamming capability of the system; and gridconnected in verters with higher waveform quality and lower harmonic content could ensure power transmission to the grid with high power factor. Key words:photovoltaic inverter; three level SVPWM; quasi PR control; fuzzy control jklm: 2018 - 02 - 16 nopq: (2013BAE0B00) rGstuv: ( 1974 - ) , , 1990@ sina. com。 , , , : , Email: madhavan 电气工程、信息与通信工程·105· 394 0 ² ³ ´ µ , , 、 。 , , 。 , 、 [1] 。 。 , 。 [2 - 3] ( PLL) , ¶ 1. 1 ©, ʶ ¶。 , £¤¡Ë É,¢ÌÍÎϣл, 。 Ѷ¤,¥¦ ҩӣѶç(1)、(2)。 qU ) -1 , mkθ qU ) -1 , P = I s U - I o U exp( mkθ :q ———; { I = Is - I o exp( k——— ¬ ®, ª (2) ; θ———©; I、Is 、Io ———º、、ª«。 ¬ 1 Õ ¨ P - U,I - U Ѷ®µ, 2 ¯©©¸ÖÕ 1 000 W / m 、25 ℃ 。 0。 ²³ ¯,°± ( PR) ´ } (1) U———º; ¡ ¡。 ª « , [4 - 5] , { } m———¨©Ô p - n Á; , PI d - q LCL ¥¦,£¤§¨ § ©, ¸ 28 ¹ · 。 ¢ £¤ , £¤ 1 d - q , , ±µ¶ «。 ¢®。 [6] SVPWM ·, SVPWM § £¤¸ , ¹ º PWM, ¨ SVPWM £¤§。 [7] º¡® , » ·,¢¼, ½®。 PR ¾ , ¿ À PR Á¥,  ;  , 60° Ã; SVPWM , § Boost ( Three - level,TL) MPPT ® 。 ¬ , Ä , [8 - 9] ÅÆÇ¶ÈÉ。 ·106·电气工程、信息与通信工程 Fig. 1 1. 2 1 Characteristic curve of photovoltaic array Á°, ³° ×Á° MPPT ± ,: SVPWM 4 。 2 , NPC ; DC Boost 。 Boost MPPT ; LCL 。 PR 395 , α - β : di u 1 + R s i u = k a U dc + U on - U a , Ls dt 2 di v 1 (3) + R s i v = k b U dc + U on - U b , Ls dt 2 di w 1 + R s i w = k c U dc + U on - U c , Ls dt 2 :i u 、i v 、i w ——— ; U a 、U b 、U c ———; k a 、k b 、k c ——— 2 Control structure of two stage grid connected Fig. 2 2 inverter NPC 3。 , 2 , N。 Udc ,UC1 = , P、O 1 , x a、b、c 。 60° 4 Relationship between voltage and switch status P U dc / 2 O 0 N - U dc / 2 60° Space vector for threelevel inverter under 60° coordinate , ª¥ «¬® ,¯°±²«。 4 4 £¤,6 ¥¦ ,§¨ 60° © 60° 3 NPC Fig. 3 Topology of NPC threelevel inverter Table 1 。 Fig. 4 1 27 , , 。 α ¡ β ¡¢ 30° 60° g、h ¡, 2. 1 。 SVPWM α - β 60° SVPWM UC2 = Udc / 2。 2. 2 R s 、L s ——— ; k x1 k x2 k x3 k x4 on on off off off on on off off off on on 4 V r ( g,h) ¥,£¤¥ V1 、V7 、V13 , : ³£¤ t1 V1 + t7 V7 + t13 V13 = t s V r , t1 + t7 + t13 = t s , } (4) 电气工程、信息与通信工程·107· 396 Á Á G pr ( s ) = K p + ,t1 、t7 、t13 、t s ———、。 , , t1 、t2 、t3 、 n , 2 , 。 ¶·; 2 Table 2 Basic vector action time tb 1、2 g × ts h × ts ( 1 - g - h ) × ts 3 ( 2 - g - h ) × ts h × ts ( g - 1 ) × ts 4、5 ( 1 - h ) × ts ( 1 - g ) × ts ( g + h - 1 ) × ts 6 ( h - 1 ) × ts g × ts ( 2 - g - h ) × ts 60° V r , SVPWM , , SVPWM 。 ,PR ω0 ° µ ¸ SVPWM ¹, ³ s jω ´ (8) , : G qpr ( s ) = K p + 2jK r ·ω c ·ω r = kp + kr 。 ( jω ) 2 + 2jω c ·ω r + ω20 (9) (9) ,PR ° K r , , »¼À。 Kp 、 Kr 、 ωc ¤ 。 K p = 1,K r = 100, ω c = 5 rad / s, ω0 = 300 rad / s PR ¨ PR 5 。 , C1 、C2 ©ª¥ Boost - TL , ¦ Boost S1 ¨ S2 «, C1 C2 d2 S1 « d1 。 。 «®: ¬ d1 = d + △d, d2 = d - △d 。 ; } 3 PR 3. 1 PR PR (5) PR ¯°± , , ²±¤。 PR 2K r ·s 。 G pr ( s ) = K p + 2 s + ω20 ³ s jω ´(6) ,PR ·108·电气工程、信息与通信工程 Kp + , ω c ¤ SVPWM , ¥¦ , ¦§¨ (8) PR [10 - 11] 。 ¡¢£ , , 。 2K r ·ω c ·s 。 G qpr ( s ) = K p + 2 s + 2 ω c ·s + ω20 , ,, (7) ¤, PR tc 、 , 2. 3 (7) 2jK r ·ω = 。 ( jω) 2 + ω20 º» ¼² ¹ ,½ 。 ¾²¿¶·² PR ¤ ta n ¢ 28 £ ¡ (6) Fig. 5 5 PR PR Bode graph of PR and quasi PR control é,´:« SVPWM ( 4 PR 01 01 K r 、 ω c 、K p 。 4 Table 4 K r ÃÃ、ω c ÃYXÃ、K p Ã æ æ 3. 2 PR 。 PR 01!³ Õ\¦ 。 K p 、ω c Á , 01 EC , , PR 01, ó01 。 / PR 01 /01 6 。 /01 4 397 △K p △K p Fuzzy control rule table E △K p q K p ω c Ã。 / PR 01 NB NM NS Z PS PM PB NB NB NB NM NB NS Z Z NM NB NB NM NM NS Z PS NS NB NM NS NS Z PS PM Z NM NM NS Z PS PM PM PS NM NS Z PS PS PM PB PM NS Z PS PM PM PB PB PB Z Z PS PB PM PB PB ¥ ¦ § ¨ © ² ³, ª Matlab 10 kW«( ¬。 SVP WM ®¯¯æ f s = 6 kH, æ f0 = 50 Hz,1 m = 0. 85。 ° : U g 220 V,æ f 50 Hz, ± U dc 700 C, !² L1 20 mH, ! ² L2 1 mH,!³ C 20 μF,K p 10,K r 100,ω c 5 rad / s。 7 Ò¥« !³。 8 Fig. 6 6 !³。 PR Fuzzy quasi PR control block /01 e、 e c △t; PR 01 △K p 、 △ω c 。 ,e、e c 、△K p { - 6, - 4, - 2,0,2,4,6 } , △t { - 3, - 2, - 1,0,1,2,3} , △ω c {0,0. 2,0. 5,1} 。 Fig. 7 7 Threelevel inverter output line voltage , é 。 ¸ 0 0 ,, / ½。 △K p ¡ 0. 1, ¢û ¡ 10。 △ω c △K p /01N£¤ 4 。 3 Table 3 △t △ω c / 0 1 N £ ¤ 3 。 NB PB △ωc △ωc Fuzzy control rule NM PM NS PS Z Z PS PS PM PM PB PB Fig. 8 8 Midpoint voltage offset waveform 电气工程、信息与通信工程·109· 398 7 ,, 。 8 , Boost 。 9 , 。 10 。 11 。 : , ; THD 1. 57% , 。 5 « « ¢ 28 £ 、 , SVPWM ,60° (1) ,, 。 , , 。 、 PR £§ , 。 ¡ £ 。 : [1] , ¤¥ 。 PR ,¢ (3) ¡ ¦ , 1. 57% , 5% Gridside current and voltage waveforms , 。 LCL 。 (2) Boost Fig. 9 。 9 , . 60° SVPWM , [ J] . ¨, 2017, 36(2) : 43 - 49. [2] [3] , , , [ J] . LCL [4] , . 10 Fig. 10 ¯ Quasi - PR [ J] . ±, , , ©. ¬[J]. ®, 2013, 43(6): 29 - 33. [ J] . ³ [6] «, 2008, 29(8) : 965 - 970. 2433 - 2439. [5] , ©. , , ° , ©. ª LCL , 2013, 37(9) : Z ² «, 2010, 14(4) : 86 - 91. , , ,©. ´µ [J]. «, 2016, 28(1): 235 - 241. Gridconnected current tracking waveforms when grid voltage fails [7] , . ´µª SVPWM [J]. , 2016, 9(9): 41 - 47. [8] ¶, . 60° SVPWM ·¸ £ [J]. ««, 2016, 26(5): 573 - 576. [9] , ±, . Boost ¡· UPS [10] £[ J] . ¹, 2006, 40(6) : 115 - 117. , º, , ©. ª 60°» SVPWM (6) : 72 - 75. [11] , , ¼ Fig. 11 11 FFT Inverter gridconnected current FFT analysis ·110·电气工程、信息与通信工程 (19) : 144 - 152. [ J] . ¦® £, 2013, 32 , ©. ª½¾ [ J ] . ¨ « , 2015, 30 ( ) 28 5 Journal of Heilongjiang University of Science & Technology 2018 9 1 Vol. 28 No. 5 Sep. 2018 LQR 2 , (1. , 150022; 2. , 150022) ": , , ,, 。 ! , 。 : 、 ; 4 s , 。 。 #$%:; ; doi:10. 3969 / j. issn. 2095 - 7262. 2018. 05. 017 &'()*:TP273 +,-*:2095- 7262(2018)05- 0570- 07 ; +./01:A Optimal control method of LQR controller two inverted pendulum based on particle swarm optimization algorithm Wu Junfeng1 , Jiang Xinchen2 (1. Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China; 2. School of Electrical & Control Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China) Abstract:This paper is an attempt to address the blindness affecting linear quadratic regulators used to select weighted matrices and during the optimal control design of an inverted pendulum. The research involves introducing inertial weights using particle swarm optimization and thereby optimizing the weighted matrices and, obtaining state feedback control rate, designing the optimal controller; and using the linear double inverted pendulum control system as the research object, comparing and analyzing the stability control and antijamming capability between the traditional linear quadratic regulator algorithm and the linear quadratic regulator algorithm based on particle swarm optimization. The results show that the opti mal controller designed after optimization gives the system a faster response time and less overshoot, and allows the linear double inverted pendulum control system to achieve a stable state within 4 s, demonstra ting a stronger antijamming capability in realtime control . The algorithm proves more ideal for control ling the linear double inverted pendulum. Key words:linear double inverted pendulum; linear quadratic regulator; particle swarm algorithm; realtime control 2345: 2018 - 06 - 06 :;<=>?: (1959 - ) ,,, ,, : ,Email:wu_jf@ hrbust. edu. cn。 电气工程、信息与通信工程·111· Ï5 Ä 0 Õµ,:¹ « LQR 、µ、ÇÈÉ。 ¤« , ¡¢ 。 ¡ £¤,, ,¥¦、§¨¢ ¨, , ©¢, ª«, ¬ ®¯ °±, 。 、 ¢ ²,³ «´ ,µ ¨¥。 ²¢ ² , ¶ · ¸ ¹ ( PSO) LQR º¬ , Matlab »¼, ½¾¿À»¼Á, ®¯ ¬,  à ®º¬ , Ä Á ¨、 、 ¢ Šƽ LQR ¥¡。 1 «¢°£、 ¤« ¢£,£、 ¡ ·112·电气工程、信息与通信工程 £§ ¨¥¦, « , 、、 、、 , 、 。 , ,、 。 , , PID 、 [1 - 2] 、 PID [3 - 4] 、 、、 、 、 、 , 。 , 、 , 、 ,。 571 Fig. 1 1 §¨。 1 Motion model of linear double inverted pendulum ©ª«ÅÅ°Ê ,« ¬。 ,M ¡,m £, m1 « ,m2 « ®¨,l2 « ,x ¡ ,l1 « ®¨,F Å,I ,g Å˨。 Lagrange £Ì«£ L ( q,q ) = T ( q,q ) - V ( q,q ) , · · Í:L———¯ q———Î · (1) ; ; T———; V———°。 Lagrange £Î q i ¢ L ¨ d L L - = Fi , dt · qi qi ( ) Í:q i ———Î F i ——— (2) ¾,i = 1,2,…,n; Ï i Î Å。 «, Ð x,«§ θ1 ¢«§ θ2 ÑÎÒÎ ¡Ë ¨ ± ², 。 º¬ Taylor «³È,´Ó£ÔÍ: x 0 · θ1 0 · 0 θ2 = 0 ẍ 0 θ̈1 0 θ̈2 · 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 k1 k4 0 0 k2 k5 0 0 0 0 1 0 0 0 x 0 0 θ1 0 0 1 θ2 0 · + u, (3) 0 x 1 0 · θ k3 1 0 · k6 θ2 572 ® x 1 Y = θ1 = 0 θ2 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 ¯ ° ± x θ1 0 θ2 0 0 · + 0 u, x 0 · 0 θ1 · θ2 θ1 ———; θ2 ———; θ 1 ———; · θ 2 ———。 · LQR ( Linear quadratic regulator LQR) , 。 LQR , 。 X = AX + Bu, · 0 0 0 :A = 0 0 0 Y = CY + Du, 0 0 0 0 88. 162 1 - 40. 995 4 0 0 0 ; B= 1 6. 833 9 - 0. 177 8 1 C = 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 } 0 (5) 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 ; 0 0 0 0 - 21. 189 8 0 0 0 39. 253 3 0 0 0 0 0 ; 0 ´ µ 28 ¶ ( x,θ1 ,θ2 ,x , θ 1 , θ 2 ) T = 0, , , LQR 。 : (6) u ( t ) = - R - 1 B T Px = - KX ( t ) , T -1 T :P———Riccati PA + A P - PBR B P + Q = 0 。 ,LQR J , J · ∫ x ———; · [5] ³ · · x———; ³ T X = ( x1 ,x2 ,x3 ,x4 ,x5 ,x6 ) = :u———; Y———; 0 D = 0 。 0 (4) 2 ² 1 T [ X ( t ) Q ( t ) X ( t ) + u T ( t ) R ( t ) u ( t ) ] dt, J = 2 0 (7) :K———; Q( t ) ——— ; R( t ) ——— ; K Q R , K 、 R , Q LQR [6] R 。 LQR , Q , : R, Q , R £ , ¡¢ Q 。 ¤¥ Q R: 0 0 0 0 0 300 0 300 0 0 0 0 0 0 300 0 0 0 Q= , 0 0 3 0 0 0 0 0 0 0 3 0 0 0 0 0 0 3 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 。 R= 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 ¦§,R ¨, ©, ª ,,Q « ¬¨, ¨, ¬, ¤ R 1。 Matlab 电气工程、信息与通信工程·113· ¢£¤,¥:þÿ~}|{[ LQR \¦ .5 3. 2 : K = [ 17. 320 5 108. 648 5 - 191. 538 1 3. 1 !"#$ PSO )*-./01 «®@, ÛË?>= <;ÞߤîÙ。 :ý d /@. i 18. 183 3 2. 609 2 - 31. 440 0 ] 。 3 573 ÞߤîÙ-,» X i = ( x i1 ,x i2 ,…,x id ) ¤ V i = ( v i1 ,v i2 ,…,v id ) ,¤-, » P i = ( p i1 ,p i2 ,…,p id ) ¤ P g = ( p g1 ,p g2 ,…,p gd ) 。 ª«Ü+* )=<;îÙ¤Þß: , v i,d ( t + 1 ) = wv i,d ( t ) + c1 r1 [ p i,d - x i,d ( t ) ] + c2 r2 [ p g,d - x i,d ( t ) ] , , , , 。 PSO 1995 ¡ ¢ £ Eberhart ¤ Kennedy ¥, ¦§¨©ª«¬ «®¯°±, ²³´µ¶· ¸¹º»,¸¼ª«½¾°¿ÀÁ« x i,d ( t + 1 ) = x i,d ( t ) + v i,d ( t + 1 ) , (8) (9) @:w———(û'; c1 、c2 ———&%, $¤ Þß#"!01,ª2¿ 2; r1 、r2 ———ª2¿[0,1] ¼34-5êÖ。 ®Â«®,ÃÄÅÆ¹ºÇ, [7] Ȭ 。 ÉÊËÊÌͲΠ678¶ m ¿Ú9 PSO AÊBCD,m E!, «®@EF, Þß,È ( Pbest) ¤ ( Gbest) 。 áâã äÖ忬ã [20,100] PQRHS»©µ。 »¥T PSO ïð, ÏÐÑÒ,ÈÓÔÕÖרÙÚ ( Fitness val ue) ,ÛÜÝÑÒ¬ÞßÜà ç,è«®é。 ê、ë、 、íîïð、 ñòóôõ、 öÖ ÷ÜàøÀù。 ª«úû Q ¤ R,±Æü K, ý ì LQR þÿ~}|{[\。 ]®^_ 2 É`。 AEG。 ^H m I!,PSO A J+K。 L«!MÀNNO, 678¶ m (8) @U ò(û' w, îÙ9á îÙCD,Ü#"îÙ,ÚS! ç,AG,A,¼, [8] AG,A 。 » «®@âã, ª2 ÊSTA, ÊST AÜ¥TïðÙ, ÉÜ w ?¿» [9] 9³ B2Ö 。 á w = 0 ç, 。 %Ý, @ w » äÖ úÿêÖ, LÀN±ã(û' w îÙ [0. 6, 1. 2 ] P Q R ù S B 。 &% < LN&¤ &,¯±$RÞß ÄÅ。 (û',&%Ú¥T, ïð 0úG,A 0úG。 &% c1 ¤ c2 $¤Þß #"!01,á c1 = 0 ç,î F , øñò ; á c2 = 0 ç,ÊJ, ïðîÙ。 %Ý,&% c1 ¤ c2 Ë?»ç=ø [10] Fig. 2 %2 &'()*+, Flow of particle swarm algorithm ·114·电气工程、信息与通信工程 ïðîÙ¤H 。 3. 3 PSO 2345678 LQR 9:; ¡þÿ~}|{[Ö&¶ , ¡ 574 6 , 、 、、、、 ,1 u, q1 0 0 0 0 0 0 q2 0 0 0 0 0 0 q3 0 0 0 , Q= 0 0 0 q4 0 0 0 0 0 0 q5 0 0 0 0 0 0 q6 1 0 0 R= 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 。 0 0 1 , , , 。 LQR , LQR , J = ∫ q x + q x + q x + q x + q x + q x + Ru dt, 0 ( 2 1 1 2 2 2 2 3 3 2 4 4 2 5 5 2 6 6 2) (10) :q1 ——— ; q2 ——— ; q3 ——— ; q4 ——— ; q5 ——— ; q6 ——— ; R——— u2 。 , : ¡¢£¤¥ 20,¦§ 3, § - 3, ¨ w ©ª«, ¬ ®¯[0. 6,1. 2] ,°±² c1 ³ c2 2, § 0, ¦§ 2 000, ¦ ´ n 100。 µ¶ 3 ,§·¸¹, Fig. 3 3 ¦ ° ° º 28 º 38 »¼½¾¿,© ÀÁ ÂÃ。 Matlab Ä, Å Æ Q ¾´ § 15. 853 3, ³ R: Q = 0 0 0 0 0 1 579. 6 0 801. 6 0 0 0 0 0 0 491. 5 0 0 0 , 0 0 295. 8 0 0 0 0 0 0 0 1 519 0 0 0 0 0 0 1 298. 9 1 0 0 R= 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 。 0 0 1 1 0 0 R= 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 。 0 0 1 Ç 38 ´ ,§¼ Q³R ¿ 15. 832 6, Q = 0 0 0 0 0 196. 1 0 679. 5 0 0 0 0 0 0 1 294. 4 0 0 0 , 0 0 52. 2 0 0 0 0 0 0 0 1 660. 6 0 0 0 0 0 0 899. 5 K ÈÉ K = [ 16. 323 6 109. 208 1 - 188. 631 2 18. 585 8 5. 493 7 - 37. 267 1 ] 。 Ê©ËÌ PSO LQR Í Î¶ 4 。 µ¶ 4 , Ï¡¢ 0. 02 m, LQR 7 s ½¾Ð ,Ѧ;PSO LQR 4 s ½¾Ð , Ñ。 ÍÎÑ ÒÓ, Ê © Ë Ì LQR Ô Ä。 ÁÕÖ Ô Ä³×, Function iteration fitness simulation ÍÎËÌÔ» ¶ 5 。 , ¬Ô» 电气工程、信息与通信工程·115· ,:©ª«¬ LQR ¨5 575 LQR , , , 8 。 Fig. 4 %4 BCDEFG Comparison of simulation results , , %7 , , Fig. 7 23QHI45678NOJK9:PI Realtime control curve of linear double inverted pendulum after optimization 。 R1 Table 1 %5 Fig. 5 JLDE Experimental results x/ m e( φ1 ) / ( °) e( φ2 ) / ( °) 0. 019 0. 048 0. 02 0. 015 0. 023 0. 01 HI45678JK9:JL Realtime control experiment of linear double inverted pendulum , LQR , 6、7 。 , 1。 %8 STUVHI45678NOJK9:PI Fig. 8 Realtime control curve of linear double inverted pendulum for exert disturbance 8 , , 。 3 s ,5 s , 2 s ¡, ¢。 %6 Fig. 6 23MHI45678NOJK9:PI Realtime control curve of linear double inverted pendulum before optimization ·116·电气工程、信息与通信工程 4 (1) £¤¥¦, § 576 Å Æ Ç µ w LQR 。 :, 4 s , LQR ,。 (2) , PSO LQR 。 (3) , PSO LQR , 。 [2] [3] , . [ J] . ¡¢¢, 2013, 18(4) : 12 - 15. , ¡ . £¤ LQR [ J] . ¡¢¢, 2012, 17(6) : 1 - 5. ¢ ¢ ¶ 28 È tions, 2014, 39(2) : 741 - 748. [4] Lin Z L, Gutmann M, Shamash Y A, et al. Linera controller for an inverted pendulum having restricted travelahighandlow agin approach[ J] . Automatica, 2013, 32(6) : 933 - 937. [5] [6] [7] [8] [9] : [1] ¶ [10] , . ¥¦§ [ J] . ¤¨£, 2018, 47(1) : 218 - 221. , . 、¨ [ D] . ¡¢: ¡¢£ª¡¢, 2013: 14 - 16. © ¤«¥, ¦, §¨©,ª. ¬® [ M] . ¡ ¢: «¬®¯°, 2010 ± ². ¬[ D] . ³´: ³´ ®µ¶¡¢, 2013 . ·¸¹, º»¼, . ¯°± [ J] . ²¤µ¢, 2018, 45(2) : 98 - 102. ½ ¾, ¿ÀÁ, ÂÃ,ª. ³´£µ QPSO ± Ä [ J] . ¢ ,2017, 29 ( 11 ) : 2909 - 2917. Elbardini M, Elnagar A. Interval type2 fuzzy PID controller for uncertainnonlinear inverted pendulum system [ J ] . ISA Transac ( ) 电气工程、信息与通信工程·117· 28 5 Journal of Heilongjiang University of Science & Technology 2018 9 Vol. 28 No. 5 Sep. 2018 , ( , , 121013) ^:,, , 。 ] , 。 , 。 。 _`a:; ; ; doi:10. 3969 / j. issn. 2095 - 7262. 2018. 05. 021 b%cde:V249 Yf[e:2095- 7262(2018)05- 0592- 06 YZghi:A Controller algorithm design for quadrotor based energy optimization Huo Xing, Yang Jia, Zhang Aihua ( College of Engineering, Bohai University, Jinzhou 121013, China) Abstract:This paper is an effort to design an energyoptimized controller algorithm working better for controlling a six degree of freedom fully controlled quadrotor. The study involves developing a six degree of freedom full control mathematical mode and thereby analyzing the kinematics and dynamics of the new fourrotor aircraft mechanical structure; based on the mathematical model, designing an energyoptimized controller to identify the way a fourrotor aircraft maintains the optimal energy during flight movement, and how it obtains a higher working efficiency and a longer battery life. The results show that the two sets of simulation experiments verify the feasibility and effectiveness of the algorithm. It follows that the this control algorithm gives the new quadrotor superior performance and possesses important application value. Key words:quadrotor; six degree of freedom; energyoptimized; decoupling characteristics jklm: 2018 - 06 - 15 !nop: qrstuv: (61573071) ; (1964 - ) ,,,, ·118·电气工程、信息与通信工程 , (201602004) :, Email:hmyi888@ 163. com。 á5 0 593 ,: 、 、 , , 、 、 。 , [1 - 3] 、 , [4 - 5] 。 , , Fig. 1 。 , 1 Schematic structure of new quadrotor Ê, 。 °ÐÑ, Cetinsoy [6 - 7] ¡, ¢ £ ¤¥、 ¦§¨©、 [8] ª«。 ¬ ,Mikami ©®¯ ©, ×´ ,° ±² ¦ [9] 。 Yildiz ¢ ³, ´± µ¶·。 µ ®, , [10 ] PID , ¸ ²。 [11] BP ¹³ PID º», © ³¦¼½。 [12] ,¾´±¿ £,©。 Back stepping ÀÁ, , »¯± [13] ± ¸, µÂÃÄ。 [14] ÅÆ³±° ©Ç¿£, È£。 [15] ±º³, É。 , ´ ©Ò,Ó Ô§, ¾Ë®Õ。 ʰµÖ »¯±,ØÒ: º F e { O e ,x e ,y e ,z e } : Ö,x ¡ÕÒ,y Ù« z Õ Õ。 ÎÚ F b { O b ,x b ,y b ,z b } : ,z Ù« ¡ÕÒ,y ¢ÏÕ 4 2 Õ。 x F λ { O λ ,x λ ,y λ ,z λ } , λ = 1,2,3,4: Ù« ,x, y ©© z Ûܦ ÎÚ´Õ 。 Ý, ÍÊ P = [ x y z] , ºÒ ÚÙ«, Ω = [ φ θ ψ] Í。 , ( φ ) Í´ x ; ( θ ) Í´ y , ( ψ ) ´ 。 ¬, Ô ± [16] ª£。 Ê ,´ 。 1 §Ê R E = R x ( φ) R y ( θ) R z ( ψ ) = cθcψ cθsψ -sθ sθsφcψ -cφsψ sθsφsψ +cφcψ sφcθ , sθcφcψ +sφsψ sθcφsψ -sφcψ cφcθ ²:cθ、sθ———cos θ Ë× ËÊ [16] Ë, Ì 1 ËÍ。 Ï。 Î sin θ,Þß φ ßà, ψ。 »¯±Ê F x = - f1 sin α1 - f3 sin α2 , F y = f2 sin β1 + f4 sin β2 , F z = - f1 cos α1 - f2 cos β1 - f3 cos α2 - f4 cos β1 , 电气工程、信息与通信工程·119· 594 ẍ Fx Kx x 0 F - · + 0 , m = R ÿ E y K y y ¨ F z K ·z mg z z · · I xx p · I yy q = · I zz r T1 sα1 +T3 sα2 +(Iyy -Izz )qr +f2 Lcβ1 -f4 Lcβ2 -T sβ -T sβ +(I -I )pr -f Lcα +f Lcα , 4 2 2 1 zz xx 1 1 3 2 T1 cα1 +T2 cβ1 +T3 cα2 +T4 cβ2 +(Ixx -Iyy )pq £ ∫ e ( τ) dτ + K de / dt, u = K e + K ∫ e ( τ) dτ + K de / dt, u = K e + K ∫ e ( τ) dτ + K de / dt。 。 2 , ÍÎÏ Ú;, õö÷ , ÍÎÏ Ú。 , PID 。 PID ¬ , 、、I , , ¡。 ¢£ ¤ O( t) = Kp e( t) + K i ∫ e( τ) dτ + K d de( t) / dt , :K p 、K i 、K d ——— p_θ θ θ p_ψ ψ ψ u x = K p_x e x + K i_x ¢。 ∫ ∫ ∫ t e x ( τ) dτ + K d_x de x / dt, 0 t u y = K p_y e y + K i_y e y ( τ) dτ + K d_y de y / dt, 0 t u z = K p_z e x + K i_z e z ( τ) dτ + K d_z de z / dt, 0 (2) ·120·电气工程、信息与通信工程 i_φ 0 d_φ d_θ θ φ θ t 0 ψ d_ψ ψ (3) ¤[, jªô: ,¨© K x ux fx 0 x · f = R u m - 0 + Ky y , E y y mg · fz uz Kz z · τ1 I xx u φ ( I zz - I yy ) qr τ = I u + ( I - I ) pr 。 2 yy θ xx zz I u - I ) ( I pq τ 3 zz ψ yy xx (4) (5) «¬ÍÎÏ, ® ø¯: ͰªÍ çS, ±ÍjÍj 。 ², P³´ (2) ª(3) µÍÎÏ¢£¶¬ (1) ·ù ,¸¯ ¹, 。 ¤· ºù ·, » ® ¼§。 ½ ¾, ÍÎÏ ¯1·¤6¯¿ , 6¯À ¯, ¹ 。 1 6 ¯。 Group 1 ¤¥¦,Group 2 ¤ ñª òó,Group 3 ¤Ú。 Group1:{ f1+ ,f2+ ,f3+ ,f4+ ,α1+ ,α2+ ,β1+ ,β2+ } , Group3:{ f1' ,f2' ,f3' ,f4' ,0,0,0,0} 。 0 ÍÎÏ¥¦x§ ¤ i_θ φ 0 Group2:{ f1- ,f2- ,f3- ,f4- ,α1- ,α2- ,β1- ,β2- } , t 、、I t t :f i 、T i ———èÎéjô ê F λ ,i = 1,2,3,4 ; L———êèÎéê Ê 28 u φ = K p_φ e φ + K i_φ (1) α1 、β1 、α2 、β2 ———Íç Î; £ ÍÎϯ·¤ f i = F i+ + F i- + F 'i ,i = 1,2,3,4, (6) , F i 、 F i 、 F i ——— © Group 1、 Group 2 µ + - ' Group 3。 «¬ÍÎÏ¿ ®¶ :Á èÎéÂj 、ÃÄ,ÍÎÏ;Àô¤, Å x§Æ É´ ¿¥¦, ÇÈ© ¹5 . f1+ = f3+ ,f2+ = f4+ , α1 = α2 ,β 1 = β 2 。 + + + + } (7) h ,c òóy f1- = f3- ,f2- = f4- , α1 = - α2 ,β 1 = - β 2 。 - - - - } w (8) #ô, 'ú, c f2+ = f4+ = 槡 4f2y + f2z / 4, + + α1 = α2 = arctan(2f x / f z ) , + + β1 = β2 = arctan( - 2f y / f z ) 。 (9) §¯©ª° f1' = f2' = f - τ3 / 4 λ , f3' = f4' = f + τ3 / 4 λ , ' ' α1 = α2 = 0, ' ' β1 = β2 = 0 。 f x = - 2f sin α , + 1 f y = 2f sin β , f z = - 2f1+ cos α1+ - 2f2+ cos β1+ - 2f1- cos α1- - 2f2- cos β2- - 4f c , τ1 = - 2 λf sin α + 2L△f, - 1 - 1 τ2 = 2 λf2 sin β1 + 2L△f, - - τ3 = - 4 λ△f。 } (10) ,w µ©ª©ª° f1- =f3- = 槡[(2λτ1 -Lτ3 ) / (4λ2 )]2 +f2c , f2- =f4- = 槡[(2λτ2 +Lτ3 ) / (4λ2 )]2 +f2c , (18) - - 2 α1 = - α2 =arctan[(2λτ1 -Lτ3 ) / (4λ fc )], - - 2 β1 = - β2 =arctan[(Lτ3 -2λτ2 ) / (4λ fc )]。 (11) f cos α + f cos β + 2f c = 0。 - 1 - 1 - 2 (17) AB±²©ªh§h¦, ³´'§¯x z h F i+ F i- , (16) }Ú©ª«¬®àb©ªni△f ' s(2) ~ (5) (6) ~ (9) + 1 + 4f2x + f2z / 4, f1+ = f3+ = 槡 ,f c ——— , , : - mg / 4。 + 2 + /,§¡h, w f1' = f2' = f c + △f, f3' = f4' = f c - △f, ` ` α1 = α2 = 0, ` ` β1 = β2 = 0 , + 1 + (15) mèÎéjj g、hç,ÍÎÏì h L / f1 = 2f1 + 2 λ1 sin α1 + 2 λ3 cos α1 = 0, + + + + L / f2 = 2f2 - 2 λ2 sin β1 + 2 λ3 cos β1 = 0, + + + + + L / α1 = 2 λ1 f1 cos α1 - 2 λ1 f1 sin α1 = 0, + + + + L / β1 = - 2 λ2 f2 cos β1 - 2 λ3 sin β1 = 0, + + L / λ1 = f x + 2f1 sin α1 = 0, + + L / λ2 = f y - 2f2 sin β1 = 0, + + + + L / λ3 = f z + 2f1 cos α1 + 2f2 cos β1 = 0, + mèÎéjjK g、}hK,ÍÎÏ;,h ô,ñ 595 Ô,g:̺»¼½©ÍÎÏ©ª¾¦ Ó - 2 s#"6 y , Í þ ©ªn, ¦ ¶ , · ¸ g (12) , ¡ min( ( f1+ ) 2 + ( f2+ ) 2 ) , min( ( f1- ) 2 + ( f2- ) 2 ) 。 (13) (14) ¢¡£¤zðûüý¥¦§ (13) (14) gwh。 {1¿ðûü ¨ L( f1+,f2+ ,α1+ ,β1+ ) = f1+ 2 + f2+ 2 + λ1 ( f x + 2f sin α )+ λ2 ( f y - + 1 + 1 2f2+ sin β1+ ) + λ3 ( f z + 2f1 cos α1 + + + 2f2+ cos β1+ ) 。 §#"ðûü¨ ,}Z F i_x = f i+ cos α i+ + f i- cos α i- + f 'i , F i_y = f i+ sin α i+ + f i- sin α i- , 2 2 f i = F i_x + F i_y , 槡 α = arctan( F i_y / F i_x ) , i = 1,3 , F i_x = f i+ cos β i+ + f i- cos β i- + f 'i , F i_y = f i+ sin β i+ + f i- sin β i- , 2 2 f i = F i_x + F i_y , 槡 β = arctan( F i_y / F i_x ) , i = 2,4 , (19) (20) 电气工程、信息与通信工程·121· 596 ¬ ® 28 /,Ï? f = C f ω2 , :ω———Ï; C f ———è、g。 3 a, uv , 、 、 、z。 : 、 sn n、 、 z ¨ , 。 y, . , 。 ,s%¡,¢£ y¤。 ¥ ¦y¤§¨,©ª 2 ~ 4 «。 3 Fig. 3 Control inputs first simulation 2 Fig. 2 Status output of first simulation ·122·电气工程、信息与通信工程 4 Fig. 4 Status output of second simulation 5 597 ,:ª«¬¥¦ , 2 ~4 。 1, 2。 。 , [0 0 0 0° 0° 0°] [5 10 5 25° 25° 45°] 。 2 3 , , 。 ,, 4 。 5 , 。 。 5 , , ¡¢。 [2] Tognon M, Testa A, Rossi E, et al. 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( ) 电气工程、信息与通信工程·123· 29 6 Journal of Heilongjiang University of Science & Technology 2019 11 Vol. 29 No. 6 Nov. 2019 SVPWM APF PI , , ( , 150022) ": , 、 , 。 PI 、PI , PI ,¡¢ 60° £¤¥¦§¨© SVPWM ª«§¨ , ! © SVPWM ¬®¯。 ° ±²:¨³´µ PI ¶,·¸¹º»¼ 6. 28% ;½¨³ µ PI ¶,¨¾¿¨³·¸¹º»²À¦Á,·¸¹º»¼ 0. ´ 73% 。  ÃĦůÇÈÉÊËÌÉÍÎÏ,¸¹¨³ÐÑÍÒ。 #$%:Ó¾¨ÔÕ¹; ; PI ; §¨© SVPWM doi:10. 3969 / j. issn. 2095 - 7262. 2019. 06. 016 &'()*:TM46 +,-*:2095- 7262(2019)06- 0725- 06 +./01:A Three level APF double loop repetitive fuzzy PI control strategy based on SVPWM Chang Guoxiang, Sun Jiuliang, Xie Qibin (School of Electrical & Control Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China) Abstract:This paper proposes an improved double repetition fuzzy PI control designed to address a poor compensation effect resulting from the control difficulty with existing PI control parameters and the poor dynamic and static performances. Double loop repetitive fuzzy PI control works better by achieving the dynamic adjustment of controller parameters fully using the advantages of repetitive control and PI control; and reducing the traditional calculation of threelevel SVPWM using an improved coordinate sys tem of threelevel SVPWM. The results show that the use of existing PI controller in the current inner loop results in the total harmonic distortion rate thdis 6. 28% while the use of the double loop repetitive fuzzy PI controller leads to the total harmonic distortion rate thdis 0. 73% . The theoretical model based on the control strategy is closer to the practically nonideal model, thus enabling a greater compensation accu racy of harmonic current. Key words:APF; repetitive control; fuzzy PI control; three level SVPWM 2345: 2019 - 10 - 14 6789: ( ) ( HSK20180117) :;<=>?: (1974 - ),,,¡,¢£,¤¥:¦§¨©ª«¬®¯,Email:madhavan1990@ si na. com。 ·124·电气工程、信息与通信工程 726 0 * ) ( ' . . % 29 $ & d ¢Ç; i d ———¾¿ §¨ d ¢Ç; q ¢Ç; —— i d — i q ———¾¿ 、、 、 、 §¨ q ¢Ç; —— i q — ω———© ; L———; , [1] 。 , , R———; ,¡¢£¤¥¦§ [2] ¨¦© 。 APF ª«¬®¯°, ±²³³ e q ——— e d ——— d ¢Ç; q ¢Ç。 ´µ¶ ·¸¹º»¼ ½¾¿½ ,ªÀ®ºÁ°ÃÄ 。 ÅÆ ÇÈÉÊËÌÍÎÏ APF ÐÌÍÎÏ APF ÑÒ,ÓÔÕ Ö×、ØÙ ÚÉÛÔÜ ×Ý、ØÙ»ÞÚÉÛÔ§©ßà,áâã䪰 âåÌæçâ。 ª³èé ( Active power filter,APF) « ¬®¯°,§êëìê®í¸,îÉïð ñò±ëóôõóôöºªìê ÷øùúû, üýºþÿ~}ð|。 1 {[\]ýºþªýº^ ,_ýº`@,ÑÒ¾ýºþä ªá,Ñë×À^、 ¶ ?_ýº> Ú ýº´。 , ÑÒ É¼ ¸óôúû¾¿, ã·¸ |。 =< PI ýºé±ýº;[ ¶ ,?_ýº±úûñ [3] ò,;[¸óô , ÔËÔ Fig. 1 APF Three level parallel APF topology ª«(1) ùüýº¬þ, / dq -®¯ýº`@。 ùü«É ÐÌ APF d、q ¢ °ýº, ëýº ¾¿½+, 2 。 ¾¿ ð|:·¸|>³èé ¾¿´, ÐÌ SVPWM ª ýº;[ {[ÐÌ SVPWM ýºâ/, ÒÝ 。 1 ÐÌ APF 1 , ª , [4 - 9] Ñ, ª dq ;{[ PI ýºé.=Ï: K ud = - Kp + i ( i d - i d ) - ωLi q + e d , S ( ) K u = - ( K + ) ( i - i ) + ωLi + e , S q p i q °:u d 、u q ———-¡ K P ———Ê£;; K I ———¤Ç¥¦,; S———_; q d d、q ¢Ç; q } Fig. 2 2 Overall control structure of current loop ùü d ¢ ýº 3 。 (1) Fig. 3 3 d d shaft current control structure 电气工程、信息与通信工程·125· º¼½,¾:¿¥ SVPWM À »6 ¡ 3 ,, , 。 e de / dt PI , , ΔKp 、ΔK I , PI 。 PI 4 。 :(1) Ziegler - Nichols K P K I 。 1、2。 (2) 。 (3) 。 (4) 。 (5) PI 。 ( NB ) 、 ( NM) 、 ( NS) , ( ZO) 、 ( PS) 、 ( PM) ( PB) 。 [ - 6, - 4, - 2, 0,2,4,6] 。 Á APF  PI 2 727 PI d , PI , : G PI ( z ) G P ( z ) G RP ( z ) 1 + G PI ( z ) G P ( z ) r( z) , y( z) = G PI ( z ) G P ( z ) 1 + G RP ( z ) 1 + G PI ( z ) G P ( z ) [ ] [ ] :G RP ( z) ———; G PI ( z) ———PI ; G P ———P ; r( z) ——— ; y( z) ———。 G RP ( z ) = z - N K r S ( z ) ·z k , 1 - z - NQ( z) (2) :N———¡; z - N ———¡¢¢£; Q( z) ———¤¥; Fig. 4 4 K r ——— Basic structure of fuzzy controller 1 Table 1 ec NB NM NB NM PB PB PB PM PS PS PS ZE PB PS PS PS NB NM NS ZE PS PM PB PS NM NM NS ZE ZE ZE NS NB PM NS NS NS NM NM NM NS NM ZE NS NM NM NM NB NB NM NB e ZE PS PM NS ZE ZE PS PM PM PM NS PS ZE NS PS PM PM PB ZE ZE PS PS PS ZE PM PM ·126·电气工程、信息与通信工程 NS PM ] (2) ¨(3) [ 1 - z - N Q ( z ) - K r S ( z ) ·z k ZE PS PB PB ZE PS PB PB PB G PI ( z ) G P ( z ) = 0。 1 + G PI ( z ) G P ( z ) ] , 3 , ¥©: G CO ( z ) = G PI ( z ) G P ( z ) , 1 + G PI ( z ) G P ( z ) ,G CO ( z) ———。 §¨: Q ( z ) - K r S ( z ) ·z k NM NS ZE NM ZE PS Fuzzy rule of ΔK I NB NS NS ΔK I NB NM ZE 2 NS NM NB PS NS ZE NB NB PS PS ZE Table 1 ec PB PS PM PM PM PM PM PM PS PS PM NS ZE ZE PB ; z ———¦£¢£。 k [ Fuzzy rule of ΔK P NS S( z) ——— §¨(3) ©¤¥¦¤ª§。 G PI ( z ) G P ( z ) = 0, (3) 1 + G RP ( z ) 1 + G PI ( z ) G P ( z ) ΔK P e ; G PI ( z ) G P ( z ) < 1。 (4) 1 + G PI ( z ) G P ( z ) APF ª« 50 Hz ~ 2. 5 kHz ¬®¯。 « K r ®¯¬° ,®¯£±²°³¬±²³ ,´³,µ S( z) °¶·¸´²µ 。 G p ( z) ¬³ 50 Hz 2. 5 kHz ¬® ¯®¹º» 1,³¬¶·±²³, ¼½ k ¾,¿ S( z) = 1。 z À¸ G p ( z) S( z) ¤Á; 50 Hz 2. 5 kHz ¬®¯,¦££ z3 ¹ ÂÃÄÅÆ G p ( z) S( z) ³¬¤Á。 Q( z) ¿¥ 1 º, ǰÈÉ´²µ 728 ² ³ ´ µ , Q( z) = 0. 96, Q( z) = 0. 96,k = 3 (4) , K r 。 , K r ∈(0,0. 875) K r = 0. 15,, 5 。 ¶ · · 29 ¹ ¸ «¬ a、b、c ¨ ®, ¯ u b 、u c 。 ° [10] : cos θ ua u b = 2 cos( θ - 120°) u f , ud 3 cos( θ - 240° ) u u a 、 (7) c (5) ~ (6) ¯©ª u f u g ¢ u h ,±©ª u f ²¨³ ´ µ £ ¢ ¯ « 60 ° Fig. 5 5 Repetitive controller frequency characteristics , ,, 90°, 。 5 , , 3 。 [7] SVPWM 3. 1 gh , g α g ,h Fig. 6 6 system 3. 2 gh ,¶ §³ 。 ·³¸¶ ¬¹¸¶ º ³» 3、4 。 ¼» 3、4 ½, ¢¾¿²¤¥ u g 、u h ¢ ( u g + u h ) 0 ¢ 1 ®À¯ ¯Á,± ¥¾¿°Â, ¥¾¿Ã Ä。 3 Table 3 n × 60°,n = (1,2,…,5) , (2 ~ ( ug + uh ) > 0 6) ,¡, αβ ¢ gh ug [u ] h ug 1 = 0 1 - 槡3 u α , 2 uβ 槡3 [ u ] = 槡23 [ 01 -11 h [ ] ua 0 ub 。 - 1 uc ] 60° Space vector in simplified 60 degree coordinate 60° 。 , £ 。 ug > 0 uh > 0 Large sector judgment ( ug + uh ) < 0 ug < 0 ug < 0 uh < 0 uh > 0 ug > 0 uh < 0 Å ¦ § Æ ¨ º (5) 4 Table 4 (6) ¡, £¢ 6 。 ¤¥ u f ,£ u f ¤ ¦,¥ u f ¤¦¦§¨©ª§。 Small sector judgment ¾¿ÇÈ ±¾¿ ÉÊ u g < 1,u g < 1,( u g + u h > 1) ¦ (0,0) ,(0,1) ,(1,0) u g < 1,u g < 1,( u g + u h > 1) Å (1,0) ,(2,0) ,(1,0) u g > 1,u g < 1,( u g + u h > 1) ¨ (0,1) ,(1,0) ,(1,1) u g > 1,u g > 1,( u g + u h > 1) º (0,1) ,(0,2) ,(1,1) 电气工程、信息与通信工程·127· ÏÐÑ,:ÒÄ SVPWM Í6 Î 3. 3 APF ¢£¤¥ PI ÉÊ 729 5 ,。 , ix ( x = a,b,c) , - i x 。 , 、 [10 - 13] , 7 、 。 Table 5 5 Neutral point current corresponding to redundant small vector i NP i NP 0 -1 -1 ia 1 0 0 - ia 1 1 0 ic 0 0 -1 - ic -1 0 -1 ib 0 1 0 - ib 0 1 1 ia -1 0 0 - ia -1 -1 0 ic 0 0 1 - ic 1 0 1 ic 0 -1 0 - ib 8 Fig. 8 FFT FFT analysis of power supply current after compensation PI , 6. 28% 。 ¡ ¢£¤ ¥ PI , η ¦, 0. 73% 。 5 ¢£¤¥ PI §¨ ©ª«, Fig. 7 7 PI , 6. 28% 。 ¡ ¢£¤¥ PI , ¦,0. 73% , Midpoint voltage offset waveform APF : 380 V, 50 Hz, 1. 5 mH,APF §¬®¯°±« ²³´。 ¨¢£¤¥ PI µ¶ 0. 021 Ω, 10 660 μF, 750 V, 20 kHz。 4 ·,¸ª、 、 ¹ªº» ,¸¶ 。 : [1] [2] ¡ Á, 2008. ¨©ª. » : Simulink [3] 。 8 A 。 8 。 ·128·电气工程、信息与通信工程 [4] ¢. APFC £¼½¾¿[ D] . ¤¥: ¦§ VIENNA PFC ÀÁ, 2014. À ¾¿[ D] . , Ã, Ä, . ÅÆ «³´ [ J] . ¼½, 2018, 42(4) : 1290 - 1298. , , Ç . ¨È £¤ ÉÊ[ J] . ˼½ÁÌ, 2018, 33(19) : 4573 - 4582. 730 [5] . APF [ D] . : [10] [6] , [11] , 2014. , . [ J] . , 2013, 33 (36) : 88 - 95. [7] [8] [9] [12] , , , . [J]. , 2016, 28(1): 235 -241. . [ D] . , 2003. . : [13] ´ 29 µ , . SVPWM [J]. , 2016, 9(9): 41 -47. , . 60° SVPWM [J]. , 2016, 26(5) : 573 - 576. , , . Boost UPS [ J] . ¡, 2006, 40(6) : 115 - 117. ¢£, , ¤, . 60° SVPWM [ J] . ¥¦, 2013, 32 (6) : 72 - 75. [ D] . : , 2009. ( ) 檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪 ( 719 ) [5] , , §. ¨©ª «ª [ J] . , 2014, 24 ( 2 ) : [11] [7] , ¬, . ®ª ¡ , , . ª [13] ° 20GrMnTi [9] , ¡ ¢ £, ¤ ¥ ¦, . © ª , . ª [14] 18CrNiMo7 - 6 ¨© 46(9) : 147 - 152. , ª, « [ J] . , 2017, ¬, . Elman ®²³¯ª hardness of austenitic stainless steel using waterjet peening Soyama H. The use of cavitation peening to increase the fatigue strength of duralumin plates containing fastener holes[ J] . Mate rials Sciences and Applications, 2014, 5: 430 - 440. [ J] . ±, 2018, 43(7) : 174 - 179. §° Azhari A, Schindler C, Kerscher E, et al. Improving surface process[ J] . Int J Adv Manuf Technol, 2012, 63: 1035 - 1046. [ J] . [8] [10] [12] ¯[J]. , 2011, 47(14): 164 -170. , 2014, 39 (3) : 568 - 573. carbon steel 1045 during waterjet peening[ J] . Journal of Materi als Engineering and Performance, 2014, 23(5) : 1870 - 1880. 206 - 210. [6] Azhari A, Schindler C, Nkoumbou J, et al. Surface erosion of Ijiri M. Evolution of surface to interiormicrostructure of SCM435 steel after ultrahightemperature and ultrahighpressure cavitati on processing[ J] . Journal of Materials Processing Tech, 2018, 251: 160 - 167. °±²¨[ J] . , 2015, 25 (2) : 224 - 228. ( ) 电气工程、信息与通信工程·129· 29 6 Journal of Heilongjiang University of Science & Technology 2019 11 PWM PMSM , Vol. 29 No. 6 Nov. 2019 ( , 150022) 、 : , PWM PMSM 。 PWM ,¡ PWM ¢, Matlab / Simulink £¤¥¦§¨©ª, «¬ ®¯°±、 ²。 ³´µ¶, ·¸¹º®» ¼,½¾¿ÀÁ° 540 V ¯,ÃÄÅÆÇ, »¼ÈÉÊË¡ 0. 01 s。 §¨³´ªÌ ¡·Í¹ÎÏ¿¦Ï。 :PWM ; ¢; Ð; doi:10. 3969 / j. issn. 2095 - 7262. 2019. 06. 017 :TM341 :2095- 7262(2019)06- 0731- 05 :A Research on minepurpose PMSM direct torque control system based on dual PWM converter Xuan Liping, Li Zheng ( School of Electrical & Control Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China) Abstract:This paper proposes a novel PMSM direct torque control system based on dual PWM con verter, which is designed to eliminate the problems resulting from the use of minepurpose PMSM, such as the lower energy utilization rate, the more serious pollution of the power grid and the greater torque and flux fluctuation . Dual PWM converter could work better by achieving twoway power flow and improving the utilization of mechanical equipment on the power. The study involves designing the sliding mode con troller of PWM rectifier by developing the model of PWM rectifier on the grid side; performing simulation experiments using Matlab / Simulink software; and analyzing output voltage of rectifier and stator flux, torque and speed of synchronous motor. The results show that the system has a better output performance and more stable DC voltage, with the resultant reduction of 0. 01 s in the response time of the motor after the disturbance. Simulation verifies the validity and feasibility of the proposed scheme. Key words:PWM rectifier; sliding mode control; inverter; direct torque «¬ , ®¯°±²³´ ( PMSM) µ¶·¸ ¹º 、 »¼½ 、 ¾¿À 、 ÁÂÃÄÅÆ , ÇÈÉÊË : 2017 - 05 - 17; : ÌÍÎÏÐÑÒ ÓÔ Õ´Ö×ÕØ³ [1 - 2] 。 ÙÚÛ ÜÑÝÞßàÃÖ ´ : 2019 - 11 - 13 2014 (201404) : (1971 - ) , ,, , ¡¢, £¤:¥¦ ¥§¨、 © ª , Email: xlp7531 @ sohu. com。 ·130·电气工程、信息与通信工程 732 [ \ ] ^ ~ ø ç ç ` 29 @ _ u d 、u q ———d、q , 、 , , i d 、i q ———d、q , 、 [3] 、 、 。 n p ———«æ; R s ———éê; p———Ýê; ¡¢£ 、 ¤¥¦§¨ 、 ©ª« ¬ ® ¯ , ° ± « AC - ω r ———÷; T e ———ÄÅ。 DC - AC ²³´ , µ¶·¬¸ ¹º»²³ ¼ ½ ¾ ¿ PWM » À Á ëÝÔ; öÝÔ; Â Ã Ä Å ( DCT) Æ Ç , È « ÆÇÉÊËÌÍ 。 2 1 è ø¦·, [6] ¬¸ Üù É , úÇ ö,¦Ô¿ûöüÜÌý, ®¯¬,þð¦Ô。 ,â·¬¸ PWM öÁÉö, òñò 2 óô。 ÎÏÿö PWM öÁö [7] , ·Âö ÙëÜéï¨æ â·ÎÏëá PWM öÁ¾ ¹º »²³~},éÂöë,Ìýÿ ö¸¨æ, ¤¥ÆÇ [8] ÷ ,©ª®¯。 PMSM ÐÑÒÓ»Ô、 ÕÖ ×ØÙÆÇ,, ÎÏÚ󮆤ÆÇ ÎÏ [4] 。 ßàºá, â ãÏäÄÚ ÛÆ«åº。 ãÏäÄ d - q ÚÛÆ, ÝÞ æçºáèéêëìí、 îìíï [5] ÄÅì í Î Ò Ý Ô ³ ð 。 · d - q Ú Û Æ PMSM ºáñò 1 óô。 2 1 Fig. 1 PMSM d - q PMSM model on dq axis éêëìí u d = R s i d + pψ d - ω r ψ q , u q = R s i q + pψ q - ω r ψ d 。 éêîìí ψd = Ld id + ψf , ψq = Lq iq 。 } ÄÅìí Te = :ψ f ——— } 3 n ( ψ + ( Ld - Lq ) id iq ) , 2 p f õî; ψ d 、ψ q ———d、q L d 、L q ———d、q îÝÔ; ÝÔ; Fig. 2 PWM PWM rectifier 2. 1 PWM PWM öÁÎÏë, · ¬ÿö¸èò 2 d L i k + Ri k = u k - ( u ko + u on ) ,k = 1,2,3, dt ,u k 、u ko 、u on ———Ïë、 Ïë、 ë。 T ks |,T ki ù¡,s k = 1, T ks ù,T ki | ¡,s k = 0。 ¢£{¤æ, s k = 1 ¡,u ko = u c , s k = 0 ¡,u ko = 0。 ∑ 3 uc u on = - s, 3 k =1 k k = 1,2,3。 (1) ¢£(1) ·Âö¸ 电气工程、信息与通信工程·131· ¬®¯,°:± PWM ² PMSM ³´µ ª6 « uc d L i k = u k - Ri k - s k u c + sk , 3 k =1 dt 3 d sk ik - iL 。 C uc = dt k =1 ∑ 3 ∑ (2) , PWM - R L i1 d i2 0 = dt i3 0 uc 0 - 0 0 R L 0 0 R L 0 0 - 2u c 3L uc 3L u c 3L u c 3L 1 L 0 0 0 0 - 0 uc 3L - 0 2u c 3L uc 3L uc 3L 0 0 1 L 0 0 1 L 0 0 0 0 i1 0 i2 + i3 0 uc 0 uc 3L uc s 1 3L s2 + 2u c s - 3L 3 uc 3L 0 u1 0 u 2 。 u 0 3 iL 1 - L (3) , i k i k u c 。 u c s k 。 , ,。 ev = u cr - u c ,e i = i q - i q , de v du cr du c = k1 ( u cr - u c ) + - , S v = k1 e v + dt dt dt di q de i di q S i = k1 e i + = k1 ( i - 。 - i ) + q q dt dt dt S v = 0、S i = 0 ,e v 、e i 。 du c S v = k1 ( u cr - u c ) - , dt di q 。 S i = k1 ( i q - iq ) - dt (4) 1 3 [ ( i d s d + i q s q ) - i L ] = 0, S v = k1 ( u cr - u c ) - C 2 1 [ u - i R - u c S q - ωLi d ] = 0。 S i = k1 ( i q - iq ) - L q q u d = u c S d ,u q = u c S q , 1 3 ud i d + uq i q Sv = k1 (ucr - uc ) - [ + - iL ] = C 2 vc k1 (ucr -uc ) - (3) , 733 1 C ( ( ) 3 ud id +uq iq -R(id -iq ) -iL =0 。 uc 2 2 2 d - q u q = 0, R, 1 3 ud id S v = k1 ( u cr - u c ) - - i L = 0。 C 2 uc 2k1 Cu c , k= 3u d ( ) ) Su = i d - i d = 0,S i = i q - i q = 0, 2u c i L ,i = 0。 ,i d = k 1 ( u cr - u c ) + 3u d q 3 ¡。 i d 、i q ¢ PI u q 、u d , PWM 。 。 , di q = - Ri d + ωLi q - s d u c + u d , dt di q = - Ri q - ωLi d - s q u c + u q , L dt uc du c = sd id + sq iq - C , dt RL L (4) :u d 、u q ——— d、q ; s d 、s q ——— d、q ; i d 、i q ——— d、q 。 2. 2 PWM ,, (4) PWM d - q ·132·电气工程、信息与通信工程 Fig. 3 3 3 Sliding mode control mode PMSM £¤¥¦§ ¨, © PWM 734 ½ ¾ ¿ À Á   , PWM 。 , , PWM , , 、 ¡ , Ä 29 Å Ã 2 2 s = 槡( sα ) + ( sβ ) 。 θ s = arctan 。 , , sβ 。 sα T e = φ sα I sβ - φ sβ I sα 。 、 。 PMSM 4 。 ¨© ¢ 1 。 ¢ ª, 1 Table 1 Kφ Kc 1 1 0 -1 4 Fig. 4 1 PMSM 0 PMSM direct torque control system 2π 4π 2 u s ( s a ,s b ,s c ) = u c ( s a + s b e j 3 s c e j 3 ) , 3 ,s a 、s b 、s c ———¡¢, s a 1 £¢¤¥¢¦,s a 0 £¢¦,¥¢¤。 i a 、i b 、i c : 2π 4π 2 is = ( ia + ib ej 3 + ic ej 3 ) 。 3 § 5 。 -1 4 Switch table S1 S2 S3 S4 S5 S6 u2 u0 u7 u0 u7 u0 u2 u2 u6 u1 u4 u3 u7 u0 0 。 u6 u5 u4 u2 u5 u0 u1 u5 u3 u6 u7 u2 u6 u4 u1 u0 u3 ∫ t 0 u7 u4 L d = 0. 042 4 H,« L q = 0. 079 5 H, ψ f = 0. 314 Wb,¬ J = 0. 003 kg·m , 2 n N = 3 000 r / min,® P = 4。 V dc = 540 V, ψ = 0. 75 Wb。 PWM : « 220 V、 50 Hz, 0. 002 5 F,PWM ¯ 1 kHz。 PWM ° 、» ³´µ ³º¡¢¼£。 Voltage vectors φ sα = u2 R s = 1. 5 Ω, ¯ Fig. 5 u5 ±² 6 ~ 9 , 540 V, ¶ ·¸§¹º 5 u1 ( U sa - R s I sα ) dt , φ sβ = ∫ ( U - R I ) dt 。 t 0 sβ s sβ 6 Fig. 6 Stator flux vector trajectory 电气工程、信息与通信工程·133· ÒÓÔ,¿:¥ PWM ¦§ PMSM ¨©ª« Ð6 Ñ 9 7 Fig. 7 Fig. 9 Rectifier output voltage simulation results 5 735 Speed response , ¡ ¢, £ ¤ ¥ PWM ¦§¨©ª«, ,ª« ¬®ª«¯°±,² ³´µ,®ª« , ¬ 。 : [1] , , ¸¹[J]. [2] ¶. ·ª«£ º» ¼½, 2014, 34(29): 5204 - 5220. Vafaie M H, Dehkordi B M, Moallem P, et al. Minimizing torque and flux ripples and improving dynamic response of PMSM using a voltage vector with optimal parameters[ J] . IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2016, 63(6) : 3876 - 3888. [3] 8 Fig. 8 [4] Torque response ,PMSM ,。 , ,; , , À PMSM Áª«[ J] . ÂüĻ , 2016, 32(3) : 1 - 6. . ÅÆ¤¡ MATLAB [ M] . ¢£: ¤¥Ç¼¦§, 2005. [5] ¨È©, ª«¬, ®¯É. Ê˸¹[ M] . ¢£: [6] ¨Ã, ±²³, ´, ¿. ¤ [7] ·¸¹. ·、ª«Î[ M] . ¢£: , ,, , , ¾, ¿. ¤ [8] °»Ì¦§, 2010. µÁ¶ PMSM ¨© [J]. ·Í» , 2015, 23(16): 167 -170. °»Ì¦§, 2010. º, Áª«Ï»[ D] . ¼£: ¼£½ µ½¾Ç¼, 2013. ,、 。 ·134·电气工程、信息与通信工程 ( ) 29 6 Vol. 29 No. 6 Journal of Heilongjiang University of Science & Technology 2019 11 LQR 1,2 , (1. Nov. 2019 1 , 150022; 2. , 150080) ": , ,,, ¡¢£¤¥¦ LQR §¨。 ©ª«¬:®¯¡¢£¤¥¦ ! °±² LQR §³´µ, ¶·¸ ²¹º»¼½¯¾¿ À 0. 8 s,ÁµÂ,ÃÄÅÆÇ、¨ÈÉÊ˱»¼ÌÍÎϵÄ。 #$%:; ¡¢£¤¥¦; LQR doi:10. 3969 / j. issn. 2095 - 7262. 2019. 06. 019 &'()*:TP273 +,-*:2095- 7262(2019)06- 0741- 06 +./01:A Application of artificial fish swarm algorithm in LQR control of linear double inverted pendulum Wu Junfeng1,2 , Guo Xufei1 (1. School of Electrical & Control Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China; 2. Automation College of Harbin University of Technology, Harbin 150080, China) Abstract:This paper is focused specifically on a study building on the insight that the key to the lin ear twostage inverted pendulum control system is how to realize an effective control of the system in the unstable state to ensure that the up and down pendulum are in the dynamic balance state, with a stronger robustness. The paper describes a new design of a LQR controller based on artificial fish swarm algorithm to balance the twostage pendulum, using the linear twostage inverted pendulum as the specific research object. The results show that the LQR controller optimized by artificial fish swarm algorithm is more stable and enables the reduction of 0. 8 s in the recovery time of the system after disturbance, leaving the curve smoother, accompanied by the smaller overshoot of the trolley displacement and the angle of the swing bar. Key words:linear double inverted pendulum; artificial fish swarm algorithm; LQR 0 £¤©ª«¬®¯、 °±¯、 ²¯、 ³ [1] ´µ¯¶·¸ ,¹º »¼¨§ ½¾¿° 20 ¡ 50 ¢, 2345: 2019 - 10 - 13 £ ¤ ¥ ¦ § ¨。 ÀÁ«ÂÃÄÅ,ÆÇªÈɨ§²¯、ÊË ¯、 Ì ¶ÍÎ。 ÌÏÐÑÒÓÔ、 ÕÖ× 6789:;: (1959 - ) ,,,, ,: ,Email:wu_jf@ hrbust. edu. cn。 电气工程、信息与通信工程·135· 742 [ \ ] ^ 、, 。 , 。 、 、 、 ¡ ¢£、¤¥¦§¨©,ª«¬®¯°± ² 、 ³ ´ µ ¶ · ¸ ¹ _ ` £õßóö。 ÚѤ¦Ò ú äåæ x、 θ1 、 θ2 ì。 . . åæ x 、 θ 1 、 θ 2 é . ú: d T T ( . )- = 0。 dt θ2 θ 2 ÃÄÅÆ¥ 。 Ç® LQR ÈÉÊ ËÌÍÎÏ,ЪѤ¦ÒÓÔ, [2] ÕÖ×£® LQR ØÙÚ, ùä (1 ) d T T ( )- = 0, dt . θ1 θ 1 LQR ¥¹©Á, ªÂ 1 , ùª T ø PID 、 º、 ²»¼½¾¿À H∞ 、 Ö×ÛÜÝÞ¹ßÈÉÊË© Á,ªàá LQR ¥¹。 ? 29 > @ . . Ø θ̈1 、θ̈2 ® x、 θ1 、 θ2 、x 、 θ 1 、 θ 2 . ,û . . . θ̈1 = f1 ( x,θ1 ,θ2 ,x ,θ 1 ,θ 2 ,ẍ) , (2) θ̈2 = f2 ( x,θ1 ,θ2 ,x ,θ 1 ,θ 2 ,ẍ) 。 (3) . . . ½¾óö,ü®ÅÆ, Ѥ¦Òâãäåæ、ç、è éêëì, íêîïð¡äñò。 ó (2) (3) Òý, ¤¥Áþ, ,Ѥ¦Ò [3] ôõ、 í , Ѥ óö mc 。 Ú,åæ ¦Ò 1 1. 096 kg, 1 θ1 , 2 θ2 , 1 m1 0. 05 kg, 2 m2 0. 13 kg, m3 0. 236 kg, ß È g 9. 8 m / s2 , 1 L1 0. 20 m, L2 0. 50 m。 2 Matlab ö¡ x. . 0 θ1 0 . θ 0 2 = ẍ 0 0 θ̈1 0 θ̈2 ¢ù 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 86. 69 - 40. 31 0 0 - 21. 62 Fig. 1 Structure of linear double inverted pendulum x 1 y = θ1 = 0 θ2 0 Lagrange óöëѤ¦Ò, 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 x θ1 0 θ2 0 0 x. + 0 u。 0 . 0 θ1 . θ2 (5) õßóö。 ¬®÷ß ó(4) (5) ë,ùª óö: d T T ( )- = 0, α = 1,2,…,n。 dt q. α q α úÿû¹~¹¥。 £,}ÿû¤¥¥, ¦ã§Ñ¤¦Ò (1) ·136·电气工程、信息与通信工程 0 1 x 0 θ1 0 θ2 1 . + 0 x . 0 θ1 0 . θ2 (4) 0 1 0 39. 45 0 0 0 0 u。 1 6. 64 - 0. 088 1 ½¾ [4] |{¥ 。 ÉÊË,Â:¯°»¼ LQR Ç6 È 2 t f ——— ; S———。 LQR , LQR Q R [5] 。 6 LQR 2 , 。 ,LQR 。 : Y = Cy + Du, 0 0 0 39. 45 0 0 . P = - PA - A T P + PBR - 1 B T P - Q。 0 0 0 1 ; 0 0 0 1 0 0 0 0 u = Kx, ,K———¬。 K = R - 1 B T P。 ®(6) ¯®,LQR °± ²§¯°±³¡ Q R ´©²³。 µ ´,Q R ´©²³¶ ·©¸ , 。 ¹º»:¼½¡ Q R ¸ ÉÊ˲³, 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 ; 0 300 0 0 Q= 0 0 0 . . LQR . : , , u , J K= 。 J : ∫ [ x Qx + u Ru ] dt, tf t0 T T :Q——— ; R——— ; ; ¡¹®È, ÌÍÁκ®²¶ 0 0 0 0 0 500 0 0 0 0 400 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 。 0 0 1 [6] §Ï, R = 1 。 Matlab ¢ Ð ¸ ® x = ( x1 ,x2 ,x3 ,x4 ,x5 ,x6 ) T = ( x,θ1 ,θ2 ,x ,θ 1 ,θ 2 ) T = 0。 t0 ——— : ³ 0 1 T 1 x Sx + 2 2 t f ¦§¤¥, Riccati £¢ £, ¤¥ ¦¨¦§ 0。 § ´©¾¿,ÀÁÂéà ġ ´© ·ÅÆÇ, ² J= (6) µ²¶ Q R 0 0 D = 0 。 0 0 - 21. 62 - 40. 31 0 0 0 86. 69 1 0 0 0 0 ; B= 1 6. 64 - 0. 088 1 C = 0 0 1 0 0 ,P———¡ 。 ¡¢ Riccati £¢ PA + A T P - PBR - 1 B T P + Q = 0。 0 0 u = - R - 1 B T Px, . X = Ax + Bu, 0 0 0 A= 0 0 0 , J , © P ª¦¨§¨© , P = 0。 §ª« ,Riccati £¢ª«¬ . : 743 320 5 111. 190 2 - 196. 807 1 。 [ 17. 18. 391 3 2. 812 8 - 32. 029 7 ] 3 3. 1 ¯°»¼º½Ê¾Ñ¼Ò ¸,¿ ½Ê»¸ÓÔ、Õ¼、Ö×、À ÁÂØ¿ Ãľ¿Å 。 ÆÑÙ 电气工程、信息与通信工程·137· 744 Ä Å Æ Ç È [7] 。 , Ë 29 Ì Ê Y = f( X) , Y i < Y j , X j , 2 。 É n———Ũ。 , É X t = X i + ad Xj - Xi 。 ‖X j - X i ‖ (7) ©ªÆÇÈ«¹¬, Éʦ§Ä X j ,ËÌͪÎÍÏ®Ð。 ¯ ÑÒÓÔ, X j ÕÖ¶ÆÇÍ ª, X t = X i + ad。 ZHXY × X i , d i,j < R ذÙÚ n f Û Fig. 2 '2 ÆÇßͪ。 EFGKLMNOPQR Field of vision and moving step length of artifi cial fish ,δ———àá。 X ,X n1 、X n2 。 X v X , X t ; , Xv X v , 。 X = ( x1 ,x2 ,…,x n ) , X v = ( x1v ,x2v ,…,x vn ) , d———。 £¤¢, ¥¦§¨ © ª, « ¬ ® ¯ ° [8] ± 。 ²,³´£¦§µ¶· ¦§¸¶¹¡, º»¯ ¼½¾ 3. 2 , ¥¡ ¿¡¢ ÀÁ。 EFGHIJ GHSTU [9] 㤠VWXY 。  X i , ¥¦§Ä X j = X i + aR, n = n + 1, :a———[0,1] ; ·138·电气工程、信息与通信工程 âÛ ; © ª,¨Å¨。 [\XY X i , d i,j < R ذÙÚ n f ° ÙÚ â Y i ¢ÙÚ X j 。 Yj > δY i 。 nf (9) ÆÇ(9) ª, ¢ÙÚ X j × ;©ÆÇ,¨Å。 ¡¢, °ÙÚ ²ãàá±, (7) ä X i ÙÚ X j :r———[ - 1,1] ; : Xv - X d·r, Xt = ‖X v - X‖ (8) âÛ±,ãàá², (7) ä x = x i + R·r,i = 1,2,…,n , v i Yc > δY i , nf © (8) ͪ, °ÙÚ ,R ,X V X c ,ÍÏ X i 、X c ÜÝÞ Y i 、Y c Ð ]^XY ¨Â ³ ¦§ 。 äåæ´ ,¨Â X i X i | t ÆÇ 3. 3 X i | t = X i + rR 。 EFGHIJ_UK LQR `ab µ(4) ç(5) ,¶·¸¹º»¼½ 6 ľ,1 Ä迾, LQR ¼½ ÀÁÂà Q ç R : 0 0 0 q (1) 0 q (2) 0 0 0 0 q (3) 0 Q= 0 0 q (4) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 q (5) 0 0 0 0 , 0 0 q (6) ¦§¨,©:¢ LQR ¤6 ¥ R = 1。 4 , , LQR , LQR ∫ (q x + q x + q x + q x + J = 0 (1) 2 1 (2) 2 2 (3) q (5) x25 + q (6) x26 + Ru2 ) dt。 2 3 (4) 3 Fig. 3 , 。 , LQR 2 4 LQR 3 。 745 £ª« 。 [10] LQR , 5 。 LQR Optimal design of LQR controller based on fish swarm algorithm LQR 200, 30, 25, 1, 4, 3。 , 0 0 0 0 0 426.56 0 512.55 0 0 0 0 0 0 276.975 0 0 0 Q= 。 0 0 0 3.762 0 0 0 0 0 5.89 0 0 0 0 0 0 0 11. 235 Matlab K= 20. 653 3 [ 21. 556 6 126. 148 2 3. 030 0 - 225. 715 7 AFSA - 37. 119 9 ]。 4 。 Fig. 5 5 dulum 5 ,AFSA 、 1 、 2 ¡ Table 1 Fig. 4 4 Real time control curve of double inverted pen 1 。 1 Experimental comparison results AFSA e( x) / m e( θ1 ) / ( °) e( θ2 ) / ( °) 0. 017 0. 050 0. 008 0. 011 0. 046 0. 006 AFSA Simulation comparison before and after AFSA algorithm optimization ¢ £ , 。 6 。 电气工程、信息与通信工程·139· 746 « ¬ ® ¯ ¥ ° ± ± Å 29 Æ ² , LQR 3. 5 s LQR LQR , 。 , , 。 , , , ,。 : [1] , . T - S [ J] . ¡¢£¤¥¦, 2018, 41(21) : 111 - 116. [2] . ª¤ §¨©, LQR [ J] . «¬®¯¥°±±², 2018, 28(5) : 570 - 576. [3] , . [ J] . °±±²( ³¯±) , 2017, 35(2) : 263 - 266. [4] , . ª¤´µ¶ [5] Fig. 6 6 , . LQR ¸ ¹ Real time control curve of system with disturb ance [6] º¹³, 2016(2) : 26 - 29. . ª¤ LQR Yuan G H, Yang W X. Study on optimization of economic dispatc hing of electric power system based on Hybrid Intelligent Algo rithms ( PSO and AFSA) [ J] . Energy, 2019, 183. [8] Li Z. Vehicle routing optimization for logistics distribution based on artificial fishswarm algorithms[ C] / / Proceedings of the 2015 In 2. 3 s 。 , 。 [ J] . [ D] . : ¯¥°±, 2017. [7] 6 ,AFSA 3. 1 s , AFSA 4 [J]. ±·±², 2016, 21(4): 111 - 114. ternational conference on Applied Science and Engineering Innova tion, Paris: Atlantis Press, 2015. [9] ©, , , ». MATLAB ¼ 30 ½[ M] . : °±, 2011. [10] LQR , . AFSA - RBF ¾¿À[ D] . ÁÂÃ: ÁÂà ݱ, 2013. ( ·140·电气工程、信息与通信工程 ) 29 6 Journal of Heilongjiang University of Science & Technology 2019 11 Vol. 29 No. 6 Nov. 2019 LEACH , , ( , 150022) 、 、 , ! ": , LEACH ,、¡ ¢£¤¥¦§¨,©ª«¬®¯°,±²³。 ´µ¶·:¸ 55 ≤ D≤65 ¹º»,1 000 ¼½¾¿ÀÁÂ。 ±² LEACH ,¸Ãij、ÀÅ Æ、Ç ÈɯÊÀËÌÍ。 #$%:; LEACH; ÎÆ; Ç doi:10. 3969 / j. issn. 2095 - 7262. 2019. 06. 021 &'()*:TP212. 9; TN929 +,-*:2095- 7262(2019)06- 0752- 05 ÏÈ +./01:A LEACH optimization algorithm for improving energy efficiency of wireless sensor networks Ru Hongfang, Lü Zongbao, Wang Guanghui ( School of Electrical & Control Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China) Abstract:This paper aims to address the problems,such as weaker computing, storage and communica tion ability, limited energy supply, and difficult secondary supply of wireless sensor networks. The study in volves analyzing LEACH protocol commonly used in wireless sensor networks; and achieving optimization of network performance by employing the method of selecting cluster head sensor using the residual energy of nodes, the distribution density of neighboring nodes and the distance from sensor to base station as the refer ence values. The simulation results show that the total average residual energy of the sensor after 1 000 rounds is the highestunder the condition of 55 ≤D≤ 65 and the optimized LEACH protocol could provide a greater improvement in stability period, balanced distribution energy consumption, network lifetime and so on. Key words:wireless sensor networks; LEACH; energy consumption; network lifetime 0 ±²³´µ¶·ª«¸¹¨º»。 ±²¾¿ÀÁ , ³ÂÃÄű²ÆÇÈ、 ÉÊ、 ËÌ、 ÍÎ、 ÏÐ、 Ñ ¼½¯° 、 ¢£、 £¤¥¦、 §¨©ª«, ¬® ¯° ¡ Ò、ÓÔ、ÕÖ、×、Ø×§ÙÚÛÜÛÝÞß。 àáâãäåæ ç 2345: 2019 - 09 - 20 6789: (12543062) :;<=>?: (1975 - ) ,,,,,: ,Email:396890149@ qq. com。 电气工程、信息与通信工程·141· õ6 ¿ ö÷ø,Â:äå , 、 、 , 。 ,, , , 。 ¡ ¢ £¤¥¦, § ¢¨©ª、 «¬、 ®¯°,®±²³´µ¶,·¸ ¢ ¹®º®±»¼、 ½«¾¿ÀÁÂÃÄ Å¶Æ。 Ç ¢È¦ÉÊ®±Ë¼ÌÍÎÏ ,,ÐÑÒ©ÓÔÕÊÖ× [1] ØÁ®¼,·Ù 。 ¼ ³ Ê Ú Ò LEACH ( Lowenergy adaptive clustering hierarchy) [2] ,µÛ ,®±Ê Å ¢ µÙ ¢ÂÜ , ´ «ºÑ ,Ø:LEACH ,ØÖ ×ÝÞ,º ,Å Þ Å¦, зº ˼®±¦, ß。 Ø®± à, ¢ á。 Ø , ÑâÏ ¾ ã˼®±。 äå ½«¾¿,®¼Ê¡à ,ÜæÊ âªç,äå ¢¹®。 1 LEACH LEACH ´¢ÞÏ£Ò, ¦¶¤ ¢¥®±Ë¼。 LEACH · Ù³¦, ·èé®±êÊ¡º [3] µ ¢ §, Ü Ï é ª ç 。 ¨, LEACH ®©ºë¥ª« ©ª,Ó ÔÅÞ¬®±。 Ц¦¯®±Ë ¼,੪°±²¸。 LEACH ³ Êà,´µ¶ìí·¸ ¹º,» à,â¼½ë ¾。 º¿À¹º,ÊÁ,Á î ¬®。 ¾ à [4] 。 ,ÄŬ®Å»Æ ÅÇÈ º·¸¹º, ë ¢ ÌÉÊË®ÌÍ ¤Î à。 Ï, ë ¢ i ½ r( i) , ÏÐÏ 0 1 ¬。 ØÑ r( i) ÒÏÓ T( n) , ¢¨ àÔÕ 。 ÓÖ à: P ,n∈G, T( n) = 1 - P × ( r mod 1 / P) 0, ×, { ·142·电气工程、信息与通信工程 ¢®á LEACH Üæªç { P CH ( i,r) = 753 1,R( i) < T( n) , 0, ×, ¥:P———ØÀÙʰ( Ø P = 0. 05) ; r———ÔÕ¬; G———Ú 1 / P ¥ÛµÔ ¢ ; P CH ( i,r) ——— ¢ i º r ¥à ÌÍ。 ·ÙÓ,ë ¢º 1 / P à。 ïÜ 1 / P Æ, µ ¢Ýµ ðà。 ºÔÕà ¢ðî¥ × ¢ñÞË 。 µß ¢ ºÄ Æ,ÞÏñÞË àÄáâ¤,ã ÀäåæÏçë。 ÔàÄŵæÏ ÅñÞË ¢Ë Æ,ðË®¥ ¢¬±, è·ë TDMA é¤Öàë¾Ê ê, µ¾ ¢ ÄÅ TDMA é¤ÖÆ, ìí ¿À¹º,¾ ¢ ºÊ ê ¬®,ßêëìíò¼®,® ïð。 ¢ àÄ; Æ, ¬®Å»ªçì« Å», ñò [5] , ®±Ë¼, äå®±ô óÇÈ ÙÍ。 2 ¢ º¬®ó˼®±, ®±²óµ¶,®¼´ ¢½« ¾¿õóö÷。 ±»¼ Ĭ®® [6] Ù¹ô¤ ,ØÊ 1 ø。 Fig. 1 1 Energy consumption model ௺ d § L bit ¬® ÅàÄ ù°,˼®± E TX ( L,d) ,Ø(1) ø: E TX ( L,d) = Ç { L × E + L × E fs × d2 ,d≤d0 , L × E + L × E mp × d4 ,d > d0 , d0 = 槡E fs / E mp , (1) 754 À Á  à :E———, bit ; E fs ——— ; E mp ——— [7] ; d——— d0 ——— 。 Ä Å P 2 1 - P × ( r mod 1 / P) ( E( r) ) ρ,n∈G, T( n) = E avg ( r) 0,·, { , P CH ( i,r) = ; L bit , L bit , : { 1,R( i) < T( n) ¥ d( i) ≤D, 0,·, (2) :r———¸¹ ; E( r) ———¸¹ E RX = L × E。 ¼ 29 Æ ¶¦§ [8] Å ³¢£; E ovg ( r) ———¸ ¹ ; E A = L × E DA , ,E DA ——— bit 。 ¢£ ρ———³¤¥¦§; D———。 º(2) ¨»©, ¼ , ½¼¢£ A = M × M m , N , 。 , E ( r) , 、 T( n) ÀÁ¾¬,¸¯ÀÁ¾ 。  , E CH = L × E + L × E fs × d2bs + ¢¾¬, ®¯¯¾ ¤¥¦§ ρ ¾¬,T( n) þ 。 ¤¥ 2 d ≤ d0 , L × E × N1 + L × E DA × ( N1 + 1) , 。 , L bit , , E nCH = L × E n + L × E fs × d2ch , ; ,d ch ——— E n ——— bit 。 3 LEACH , 。 ¡,¢£、 ¢£¤¥¦§¨© ª,« T( n) 。 ¬, ®¯ ° ª, ®¯ ±。 ²¡ ¨© , , BS( X B ,Y B ) ¡¢³£´µ, ¤¥ ¡ ( X i ,Y i ) 。 ¶ ,³°± ¯Ã¾ µ± D 。 4 d( i) = 槡( X B - X i ) + ( Y B - Y i ) , 2 。 ÅÆÇ¦§ LEACH µ D ¯¨©, ȶ Matlab ÉÊË。 100 ÌÍ 100 m × 100 m °±·, ÎÏ£(50 m,50 m) , ÐÑ 10 10 - 12 - 11 5 × 10 - 11 J / bit, J / bit · m , 5 × -2 J / bit,ÒÓ§ 4 000 bits, ÐÑ Ô Õ 0. 1, 1 000 ¡ Ö «, ¸¹。 ¡,²³µ D רÙ, LEACH ËÚÛ。 ÜÝ,¨ 30 m 65 m Þ« D,ß àÓ 5 m áº, 8 ¬ËÚÛ,» 9 ¬Ú Û,¼âã ,¨½ 1 000 、1 000 ä、 , 䢣 å¾Õ。 4. 1 2 , ®¯ 。 ½¼°± ¯Ã¾ 0. 02 J, / LEACH , ³ª«¿ Ä¥²³´, d bs ——— E ovg ( r) ,¶ T( n) ¾ ¦§¾ :L———; N1 ——— ; ¢£ ¼âã ( FDN) ,¿æ 2 , Îϵ² LEACH 。 电气工程、信息与通信工程·143· £¤¥,¦:§¨©ª LEACH «¬ ¢6 755 。 ¦,1 000 £¤ §。 4. 3 ¨© 4 n。 Fig. 2 2 , ¨©ª Number of rounds of first dead node 2 ,LEACH ,。 D≤30, , 。 , , 30 m 。 , 4. 2 1 000 。 3 N。 Fig. 4 , Total aggregated message transmitted by cluster heads to BS , , 4 4 LEACH D = 30 , 60 ≤ D ≤65 «¬。 1 000 £¤,¨© ®¯ ®。 4. 4 3 Fig. 3 1 000 ° ± ² ³ ´ 5 。 1 000 Total number of cluster heads selected in 1 000 rounds 3 , , D , , 5 Fig. 5 1 000 N Total average remainder energy of N sensors after 1 000 rounds 。 , LEACH , , , [9] ±²³´ { , , 。 , LEACH 1 000 。 , ¡ D≤30, , , ¢¢ 。 2 , 50 ≤ D ≤65。 £¤, ¥ ·144·电气工程、信息与通信工程 , E avg ( r) = ∑ E( r) / 1 000, T are ( n) = ∑ E ( r) 。 1 000 r =1 100 i =1 µ Tare ¢, avg ¢ ,¶。 3 ·¸, D ,¹¡ 756 ª « ¬ ,。 5 , Tare , LEACH D ≤30 , 55≤D≤65 。 5 ¯ 29 ° © stable election routing algorithm for energylimited heterogeneous fogsupported wireless sensor networks[ J] . The Journal of Super computing, 2017, 73(2) : 733 - 755. [3] [4] LEACH , , , 。 , , , 。 , , , , , . , , . , . [ J] . , 2017, 44(2) : 31 - 37. [5] LEACH . , 2016, 26(21) : 119 - 120. [6] £, . [7] [ J] . ¡¢ WSN , 2015, 42(5) : 160 - 164. ¤ [ J] . , , . LEACH ¥ [ J] . , 2012, 48(24) : 88 - 90. [8] ¦¡,. § [ J] . [9] ¡¨©, 2017, 30(11) : 98 - 104. Tarng W, Huang K J. Applying cluster merging and dynamic rou ting mechanisms to extend the lifetime of wireless sensor networks [ J] . International Journal of Communication Networks and Infor : [2] ® [J]. , 2017, 44(2): 157 - 162. , LEACH [1] ¡ mation Security, 2011, 3(1) : 8 - 16. — [J]. , 2017, 53(22): 82 - 86. Naranjo P G V, Shojafar M, Mostafaei H, et al. PSEP: a prolong ( ) 电气工程、信息与通信工程·145· 24 4 2014 7 1 , 2 , (1. , 2. , July 2014 1 , ! Vol. 24 No. 4 Journal of Heilongjiang University of Science & Technology 2 150022; 150022) “ ” , , ": 。 , 。 ¡¢ £¤¥:¦§¨ ©ª«, ¬®¯°± “ ” 。 ¶·³¸¹´ º»。 ; º»; ²; ¼; #$%: doi:10 3969 / j. issn. 2095- 7262 2014 04 016 &'()*:TP393 +,-*:2095- 7262(2014)04- 0410- 03 ², ³´µ ½¾¿ +./01:A Routing protocol for prolonging network lifetime for underwater acoustic sensor networks SUN Guizhi1 , XIE Yupeng1 , QI Hongyan2 , ZI Hong2 (1. School of Electric & Information Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China; 2. School of Electrical & Control Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China) Abstract:This paper proposes an energyefficient routing protocol able to prolong network lifetime u sing a combination of position and energy consumption. The protocol demonstrates an advantage in that it exhibits not only the forwarding nodes in superior position, but also relatively more remaining energy in nodes. Simulation results show that the protocol contributes not only to minimizing node’ s energy con sumption, but also to balancing node energy consumption and thereby prolonging the network lifetime. The protocol promises to works as a scalable and energyefficient routing one. Key words:underwater acoustic sensor networks; routing protocol; energy consumption; forwarding delay; network lifetime 0 ¶·,¸,¹º£»¼ [1 - 4] ½¾¿À Á ÂÃÄÅÆ ÇÀÈÉÊË ÌÍÄ,ÎÏ ÇÀÈÉ Ê˳Р¡¢£¤¥ ¦§¨©。 ª«¬®¯、 °±²³ ´µ ÑÒÓ£ÔÕ。 Ö×,ÇØÊÙ²ÎÏÊ˳Ð, “ ÚÛ ” ÜÝÞ 2345: 2014 - 05 - 12 6789: 。 (12511475) :;<=>?: (1967 - ) ,, ·146·电气工程、信息与通信工程 ,,,: ,Email:gzsun2007@ 126. com。 î4 Ñ 411 ÷øù,:òúСÑã [5 - 9] 。 , [4] PBF。 。 [5] , , 。 ¡¢£:PBF ¢ ¤,¥¥¦§,¨©ª ¦§«;[5] ¬®¯°±, ²³´ { C i | i≠m} Ý¥ïé ,Íï¶é{ C j | ( i + 1) ≤j≤m} Ý , ðì,¨Û。 ,Ý , çÝï [5] çÝ Ý E i : Û m m j=i j = i +1 E i = e tx ( r) ∑ n j + e rx ∑ n j 。 { C i | i ≠ m} (1 ≤ i ≤ m - 1) , (2) µ¶·¸¢¹º¯¤»¼½¾¯¿À, Á ¸ÂôµÄÅÆÇ。 ÀÝ:e tx ———; e rx ———Ø。 ÉʳËÌÍ, ÎÏ Ð¡Ñ,ÒÓ¢ [4] Ô [5] ÕÖ, »¼ À(2 ) , Ù。 ¦§ 1 ≤i≤m - 1 ¤,E i È È ing) 。 1 m m j=i j = i +1 E i = e tx ( r) ∑ n j + e rx ∑ n j = ר¯ÔÙÚ¯¬®¯°±, Ã Û Ü PEF ( position - energy forward e tx ( r) n 2 e rx n( m2 - i2 ) 2 ( m - i + i) + 。 (3) m2 m2 áâùà ,à C i ݹà e i È ÝÞß àáâ: (1) ã Ãäå; ei = (2) æ E i e tx ( r) ( m2 - i2 + i) + e rx ( m2 - i2 ) = 。 (4) 2i - 1 ni ç,Äè; (3) ݹà Ê; ðì,¢Á¸ñò¤¤,ï¦ §, Í Á¸Èä。 (4) ¹Ãéêë, àìêë; (5) ¹Ã驪。 »¼ÙÚ°±, áâ Èà , 1 。 à r í m Ã,î i ÃÈ C i , C i n i È: ni = (2i - 1) πr n (2i - 1) n = , 2 m2 πd 1 Fig. 1 Ci Ý ñò¤È e i T maxi = e1 T max1 , ÀÝ:T max1 ——— C1 ݸ ¤; (5) ñò e1 ——— C1 Ý; e i ——— C i Ý; T maxi ——— C i Ýñò¤。 2 ÀÝ,d———。 çÙ,¸ (1) 2 È Á¸ò¤, ¸ ð ó, 2 。 D È ç,A Èô,B È A 。 ¨ A,B ðó α ¸ È α=β E θ + sin θ ) + (1 - β) ( 1 - ) , (6) ( R - dcos R E ÀÝ:θ——— AD õ AB ; R———; 0 E0 ——— B ; E——— B ©ª; β———øö, ·½¾ Network’ s coverage area dividing schematic diagram ¼。 电气工程、信息与通信工程·147· 412 É Ê Ë Ì α , β 1 - β。 β = 0 5, (6) , α [0,1 5] 。 -3 ©¨ 1 × 10 J / b, ¥®¢ª 100 b, λ = 0 5, -4 J / b, r = 1 000 m。 « 3 ¯¬ PEF PBF PEF PBF ½ »¾。 ¼½ PEF protocol forwarding factor ®¯± ¾,PEF ¿¯ PBF , À¿ PEF schematic diagram ÁÂÀÁâ¶·º³Ä®´ ¹·Â 。 ÅÆ¢ R -d , v :t maxi ——— C i v——— 。 (7) , (7) ÃÄ,ÇÈ ·½ÉÊ¢ ůÃijů“ ” , ³Ç 。 ®¯È,PEF ËÈÈ¿¯。 ; , α ; 。 α, t i = 槡α × t maxi + NS2 PEF PBF , , PEF PBF , 。 3 1 3 1 1 。 ¡。 ¢, 3 Fig. 3 Average transmitting delay and node’ s number relation diagram £¨©¤¥ CSMA ª«, 1 500 m / s,¢ sink 。 ¦§¦ 2 000 J,§ f 20 kHz, ·148·电气工程、信息与通信工程 3 1 2 100 km ¡¢, 500 ~ 3 000 ,MAC £¤¥, 。 , ¦§ 100 km × PEF : 。 3 ¬¨ 1 × 10 ¸¹» PEF t i : 24 Ð Ï ³º¼, ³ PBF ³¨© 。 « 4 ¯¬ Î ³´µ®´µ¶·¸ 。 ¶®´·,¶·¹º, Î ®¯°±。 ¢ PEF °° ±² PBF, ³ PBF ², PEF Fig. 2 3 2 2 Í 4 Fig. 4 Network’ s lifetime and node’ s number relation diagram ( 434 ) 434 [6] : [1] [2] [3] [4] , , . , . , 1999, 33(10) : 21 - 22. [ J] . [8] [9] , . [ J] . , 2004, 42(3) : 62 - 64. , 2001(2) : 67 - 70. . 3D ¡¢ [ J] . , 2013, 23 ( 5 ) : , £¤, ¥¦, . [ J] . , 2000(10) : 37 - 39. ª, «, . N ¬¡ §¨, © [ J] . (4) : 59 - 61. , 2000(4) : 58 - 59. , [ J] . . [ J] . , . 453 - 458. , ¾ 24 ¿ , , [ J] . 2005, 25(4) : 87 - 89. , . [ J] . , 2002, 23(4) : 259 - 262. [5] [7] : ® ¯, 2010, 27 ( ) 檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪 ( 412 ) 4 mancentric Computing. 2014, 260(1) : 593 - 602. [3] [4] ¥±² ³¦§¨°§ ´µ ,©ª °« ¬ §® µ [5] ª® “ ” ¯, ©ª °¢£¤。 ¢£¤, ³ ¶·°±¨²µ ²,´µ¶·µ。 [2] [8] [ J] . Science China Information Sciences, 2014, 57(3) : 1 - 10. [9] tive Study on Routing Protocols in Underwater Sensor Networks [J] . Advanced Technologies, Embedded and Multimedia for Hu ¸¹¤º¸ ©», , , . ¼¤º¸ [ J] . , 2007, 26(4) : 597 - 60. ½ [ J ] . ± , 2008, 28 ( 6 ) : , , . ¡¤¹¸º¨ [ J] . ¾, 2007, 28(11) : 19 - 21. , . µ¤º¸[ J] . ZHANG SENLIN, ZHANG QIANG, LIU MEIQIN, et al. A top SHEN JIAN, WANG JIN, ZHANG JIANWEI, et al. A Compara . 110 - 115. [6] : down positioning scheme for underwater wireless sensor networks , ¢£ ¤ [7] [1] ting for underwater wireless sensor network[J]. ContextAware Sys tems and Applications, 2014, 128(1): 97 - 101. ¢£¤±。 °¡ NGUYEN THANH TUNG, NGUYEN SY MINH. Poweraware rou : ¸¹¯, 2008, 26(3) : 325 - 329. , . ¡µ¤»º¸ [ J] . , 2007, 26(1) : 134 - 136. , ©, . ¤º¸ ±[ J] . ¼½, 2009, 15(8) : 45 - 49. ( ) 电气工程、信息与通信工程·149· !" ¡¢£¤¥ ¦§¨©ª«¬ ®©¯°±²³´µ¶·¸¹º»¼½ ¾¿ ÀÁ þ¿Ä®Å° #$% &'()* +,-* +./01 2345 6789 :;<=>? ¡¢£¤ ·150·电气工程、信息与通信工程 ¥¦§¨© +*)°( - , ¡¢²³ ¡¢ £¤ ¥¦ §¨ © ª« ¬ ®¯« ¬ °± ¬²³ ´ µ¶· ©¸¹º »¶·¼½¾¿ÀÁÂà ÄÅ üý¿ö ÿ øö¶·ùúû ÄÅ Æ Ç È ¿ É Ê Ë Ì Í ¹ÎϽÐÑÒ »¶· ´ Ö © ¬ûÎ. µÿ ©¸ï ¨ ¸ÊË®¯ ÉÊË²Ó ÔÕÖ ×ØÙÚ¹ÎÛÜ Õ û ÝÞÑÒß« ²³âãä åæ Ê˹àá çèéêëìíîïðñ ò ¡¢²³ó©ô¡¢êë £õö÷ ÌÍø ùúû üýþÿüý¿´ ~¾ Уõ}|Ö è µ{[\ ^³ £õö _ ] `@?üýö´»ò[\>= ¸£õ Í æ < ¿ ¡ ¢ £ ; · : ¶· /« ¡¢²³û Ì ^³ ø»´¨¨Þóá« è ÿ Õè ÿ Ì ¨ ÿ » ¿ _» ¶· ¸úû Ä Üãä [ ] ÂÕ Õ¡¢£¤¥ õ¦§¨ ÌÍ- © ªã䢣¡¶ » ?¿ Öª Î ÖÕ ¾ ï ¹ «¬ ¶ 电气工程、信息与通信工程·151· Ë#Ì#Í#Î#Ï#Ä#¼#¼#Ð########## !" Ñ# $$% L ; :! 3 &3 ; (3 A[ ; B (3 3 ³ D ; 3 ±² ´µ¶ ( 4 3 6 :< 3 =; (3 < 6& A[ & NAS B L 3 ¸ ; 3 ¹ C ; º³ ·C CD ¼ ¡ §¨» B \<4 3 £ ½¢ ¾ C 3 ¤¥¤¥¦§ 3 ¨© Cª « ¿ À ¬ B CDEF¿® L ! E C \] W)* 7 C ]\] @ C E$ @ C ! ] ½ ¯° E C F%%\&!GE&G ; º²³º C 3 \<4 ±² ± C ´ A[ H B NAS # <4 ; ^ &< 4 ; < ; GE& 4 B A[ \ C ; E % º²³º C 3 \F<4 A[ B ±Ä à 2 F % À E C L ! # E C \] W)* 7 C ]\] @ C E$ @ C ! ] & NAS % >< < ; & 4 ;  2 Á¥µ <4 ! 2 %5 \@ C E& \% ( ? R, X :< % 9R1 + :< % ; % 6 :< % %6& ? R, X :<=& % <6&!$ :< % A[> % < B A[ $ B < % CD ¡ ¢ £ ¤ B B CDEF¥¦ B CD § ¨© ª « ¬® E@ ! 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This algorithm designed for identif ying the electromagnetic characteristics of the targets lying behind the collapse body works by obtaining the electromagnetic characteristics of landslide medium in underground imaging areas by retrieving the e lectromagnetic field outside the targets; performing Born approximation of the obtained electromagnetic parameters; and thereby inferring the location and shape of the underground targets. The simulation dem onstrates that the algorithm owes its feasibility to its ability to provide a more accurate reconstruction of the position and shape of the scattering target objects in response to the very small conductivity of the body; and to judge the existence of the weak scattering target object in response to the greater conductivi ty of the collapsing medium. Key words:UWB; coal mine; born approximation; inverse scattering imaging 2345: 2017 - 03 - 04 6789: (51474100) :;<=>?: ( 1968 - ) ,,,,, : ¡¢£¤,guojikun@ usth. edu. cn 。 电气工程、信息与通信工程·155· $3 # 0 261 "÷!,:(·'+*)±²³´ !"# $%&' $%() *"+, ( UWB) , 、 , /0 [1 - 2] 。 UWB , 、、 12 3, ¡¢£¤¥¦§¨。 © ª、«¤¬®、 ¯°、 ±²³´µ¶ -.+, Fig. 1 1 04 56 9:;< 78 Basic principle of UWB sigal in mine ·´¸¹º»¡¼ UWB ½¾¿À¹Á [3] Ã。 ÄÅÆ ÇÈÉÊË ÌÍΤϺ 1 2 »ÐÑÒ¤º»ÓÔÕÖר·´。 ò,'(·'¾¿, À&ÁÂÎ, ìà ÄÅ。 ? ;:±²¥, ÆÇÉÈ( [4] ÙÚÛ ÜÈÝÞßà²áâãäåæ °Ðçè鯰귴, ëìí Ðçèîï±ðñ¿Àà²êï±ðñ¿ [5] Àòà²óôõâã°。 ö÷ø ù úûüý·´þÿÉ~}|{[\Ì Í§¨。 ]^_, ÌÍΤ © þÿ¡`¾@? æ ©>=],<Ë UWB ?;:±²¸¹þÿ Ô¸¹,ݺ<»,?¦(·¼½ ·¼½óÉßÊËÌ, ªÍ?( ·', ªÀÀÎ。 à 1 ^,ÏÐà[ÑÒÓÞ×Ô(·': ÕÖ、×Õ、 Ø、 ÙÍ、 ÅÚ、 ÛÜ。 Ò 1 ¸¹ÝÞÎßà。 (·'¼ ]_Þ± ±, ˳á' /î.。 ÝÞÎ,,â(·'Þ« [7] ¨ ÝÞã± äå , æâ(·'á'Ò Ôé-«, ¼ ±¸üô, Τ © %、ÕÖ、×ÕØãÞßʱΠç'。 ³èé é(1) ^。 ü®, ñ, ,。 ë, ±² ¾Ý}, §¨ 1 。 , þÿ UWB ? Table 1 ±²³´¼±¹Á ^?,×¾ 。 ,ÜÈÝÞß Born º» ¼ [6] °µ¶ Î+*)±²³´,~ ;:, ³´: ;:。 1 1 1 à 1 ^,UWB )Í)Τ; ,(·'¼Þ± ã¥,¦§Î¤À¨ ( ©), ª)* )«¬) 。 ®Í¯®¥¦Ý°£ ¤, ò;®±;:ù²,³ìí¿À º»Ü´êµ、 [¶Î¸¹ , ¯<ìí UWB ¸¹;:·。 ·156·电气工程、信息与通信工程 © Typical dielectric properties of cinder body dielectric parameters σ / S·m - 1 % 0 ε / F·m - 1 êë 10 - 3 ~ 10 - 2 2 ~4 çìÕ 10 - 3 ~ 10 - 2 4 ~ 10 íÕ 10 - 3 ~ 10 - 1 2 ~6 ÕÖ( î) 10 - 4 ~ 10 - 2 4 ~6 ÕÖ( ï) 10 - 2 ~ 10 - 1 15 ~ 30 × 10 - 4 ~ 10 - 2 10 ~ 30 ð 10 - 6 ~ 10 - 5 5 ~ 10 ±,± Îâ㢡¢Î¤ © ¦£â,^¤(·'Φâ 1 m v ε x + ( p - m v ) ε a + (1 - p) ε r , ¤ m ≤m , v i εs = m i ε x + ( m v - m t ) ε w + ( p - m v ) ε a + (1 - p) ε r ¤ mv > mi , (1) ÕÖà'ñòóæ,m i ÕÖ ôõ'ï,p ÕÖñð ,ε a %Î× é(1) ,m v 262 ° ± ² ³ ,ε r , ε w , εx = 2 { εi + ( εw - εi ) mv β, mi m v ≤m i , ε i + ( ε w - ε i ) β, mv > mi 。 (2) 1 , , , ε0 μ0 , , ε s σ s , μ0 。 , r t = ( x t ,y t ,z t ) r r = ( x r ,y r ,z r ) , r r = r t + r Δ ,r Δ = ( Δx, Δy, Δz) 。 p^ t , ,I( ω) : [8 - 10] ∫ p· p^ r ·E( r r ,ω) = p^ r ·E b ( r r ,ω) + k2s v ^ r G( r r ,r′,ω) ·E( r′,ω) x( r′) dV′, (3) (3) ,Eb (rr ,ω) , , p^ r ·E s ( r r ,ω) = k2s ∫ p· v ^ r G( r r ,r′,ω) ·E( r′,ω) x( r′) dV′, (4) (4) ,k s UWB ;x( r′) ;G( r r , r′, ω ) ;E( r′, ω ) V′。 : k s = 槡ω2 μ0 ε s + iωμ0 σ s 。 (5) σ s ,k s ≈ω 槡μ0 ε s , ¡¡(6) [9] : ∫ ∫ F( u ,u ,ω) e +∞ i G( r r ,r′,ω) = 2 -∞ 8π du x du y , +∞ -∞ x y i( k0 ·r - k s·r′) z > 0,z′ < 0, , F( u x ,u y ,ω) 2 · F( u x ,u y ,ω) = ( γ0 + γ s ) ( u2x + u2y + γ0 γ s ) (6) [ x^ ( ( u2y + γ0 γ s ) x^ - u x u y y^ - u x γ0 z^ ) + y^ ( - u x u y x^ + ( u2x + γ0 γ s ) y^ - u y γ0 z^ ) + z^ ( - u x γ s x^ - u y γ s y^ + ( u2x + u2y ) z^ ) ] , (7) ´ µ ¶ ¶ 27 ¸ · (7) ,x^ ,y^ ,z^ ¢£¤¥¦§ ,k0 = ω 槡μ0 ε0 UWB ¢, 2 2 2 γ0 = γ0 ( u x ,u y ) = 槡k0 - u x - u y , (8) 2 2 2 (9) γ s = γ s ( u x ,u y ) = 槡k s - u x - u y 。 z 。 γ0 γs - £ ,¨©ª¤ ¥。 (6) : k0 = u x x^ + u y y^ + γ0 z^ , (10) k s = u x x^ + u y y^ + γ s z^ , } « ε eq ( r′) = ε( r′) + j σ( r′) , ω σs , ω (10) ,k0 ,k s , ¬ x( r′) ®¯: ε eq ( r′) - ε eqs x( r′) = = ε eqs ( σ( r′) - σ s ) - iω( ε( r′) - ε s ) = σ s - iωε s O( r′) Δσ( r′) - iωΔε( r′) = 。 (11) - i σ s ωε s σ s - iωε s ¦ O( r′) § x( r′) °。 , ¨ ± , © ª ² Born ³´µ«¬®。 ©, ¶¯ E( r′,ω) · E( r′,ω) = iωμ0 I( ω) G( r′,r t ,ω) ·p^ t = (12) iωμ0 I( ω) p^ t ·G( r t ,r′,ω) 。 µ(6) ¸± (12) , ¹µ (7) (11) (12) ¸ ±(4) ,º: 2 2 ω μ0 I( ω) ^ p r ·E s ( x r ,y r ,z r ,ω) = · 16 π2 ε eqs = ε s + j ∫ ∫ ∫ ∫ ∫ p ·F( u ,u ,ω) ·[ p · v ∞ ∞ ∞ ∞ -∞ -∞ -∞ -∞ ^ r x y ^ t F( v x ,v y ,ω) ] ·exp{ i[ ( u x + v x ) ( x r - x′) + ( u y + v y ) ( y r - y′) + ( r0 + r′0 ) z r - ( γ s + γ′s ) z′] } ·exp{ - i[ v x Δ x + v y Δ y + γ′0 Δ z ] } · (13) dv x dv y du x du y O( r′) dV′, : k0 = v x x^ + v y y^ + γ′0 z^ ; k s = v x x^ + v y y^ + γ′s z^ ; 2 2 2 γ′0 = γ′0 ( v x ,v y ) = 槡k0 - v x - v y ; 2 2 2 γ′s = γ′s ( v x ,v y ) = 槡k s - v x - v y 。 (14) 电气工程、信息与通信工程·157· µ3 ¶ (13) ( x r ,y r ) , p x = u x + v x ,p y = u y + v y ,: 2 2 ∞ exp[ - i( p x x′ + p y y′) ] exp{ i[ γ0 ( u x ,u y ) + γ0 (px - ux ,py - uy )]zr }·exp{ - i[(px - ux ) Δx + (py - uy ) Δy + γ0 (px - ux ,py - uy ) Δz ]}· exp{ - i[ γ s ( u x ,u y ) + γ s ( p x - u x ,p y - u y ) ] z′} du x du y O( r′) dV′。 (15) , [10] z′→ ∞ , (14) 。 1 1 ( u x ,u y ) = ( p x , p y ) , 2 2 c s ,(15) 1 1 p r ·E s ( u x ,u y ,z r , ω ) ≈ iωcs μ I( ω)pr ·F( ux , uy , 2 2 2 0 ^ ^ 2 2 2 ω)·(4ks - ux - uy ) / {64πexp[i((1 / 2)ux Δx + (1 / 2)uy Δy + ( Δz - 2zr ) γ0 ((1 / 2)ux , 1 1 (1 / 2)uy ))]}·[ p r ·F( u x , u y ,ω) ] · 2 2 (16) 2 2 2 θ1 ( u x ,u y ,u z ) = θ1 ( u x ,u y , 槡(4k s - u x - u y ) = ∫ O( r′) exp - i( u x x + u y y + u z + z) dV′。 V z , : Step 1: ( ) 。 Step 2: GPrMax , 。 Step 3: Born £,¤¢¥。 3 0. 1 m。 ª « ¬ § 4 π ( t - t0 ) 2 τ (17) (16) , θ1 ( u x ,u y , 槡(4k2s - u2x - u2y ) ) 。 Δε ( r’ ) = ε ( r’ ) - ε s 。 Δε, ¦£§¨¤¥¦§©。 ª«¬ ¨®( y,z) = (0. 5 m,0. 75 m) , ¯ 0. 3 m, © ^ 2 2 2 θ1 ( u x ,u y , 槡(4k s - u x - u y ) ) , 4k2s - u2y - z r 槡 4k20 - u2y I ] } du y dω] 。 Δ2 Δ y ) + z 槡 (19) 。 Step 4: ¡ ¡, ¢ : ,k s ≈ε 槡μ0 ω s 4k2s - u2y ) 2 (槡 4k20 - u2y + 槡 ·exp{ i[ u y ( y + 2 2 3/2 ωI( ω) (4k s - u y ) ∫∫ ∫ ∞ ω μ0 I( ω) ^ p r ·E s ( p x ,p y ,z r ,ω) = -∞ -∞ p r · v 16 π2 F( u x ,u y ,ω) ·[ p^ t ·F( p x - u x ,p y - u y ,ω) ] · ^ 2 64z 2 2 3 π μ0 c s ∫ ¤¼, ωmax u2 + u2y < 4k2s ω min x (4k2s - u2x - u2y ) 2 / 3 ) ·du x du y dω] , ∫ ∫ p· ^ , ω min E( u y ,z r ,ω) · ·158·电气工程、信息与通信工程 。 r Fig. 2 (18) , ω min < ω < ω max 。 ΔσωΔε ,O( r’ ) ≈Δσ。 (18) ω ∫ 58. 93% ,³ 1 1 1 u ,ω) ·[ p^ r ·F( u x , u y ,ω) ] · 2 y 2 2 ω max 1 ~ 2 GHz,±¡²© ωΔε( r′) ≥Δσ( r′) 4k2s - u2x - u2y - ( z r - Δ2 Δ y ) ] } ·exp{ i[ z 槡 1 4k20 - u2x - u2y ] } / ( ωI( ω) p^ r ·F( u x , Δ2 Δ z ) 槡 2 8z Δε ( y,z) = Re[ 2 3 πμ0 c s t - t0 exp [ - τ °©ª«。 ´µ¶·±²³´ª«, ¸ 30 ns,¸¹ 3 cm。 FDTD º» E s ( u x ,u y ,z r ,ω) ·exp{ i[ u x ( x + Δ2 Δ x ) + u y ( y + : E i ( t) = ] ,® t0 = 1. 596 ns,τ = 532 ps, - 20 dB °©¯ 。 ,O( r′) ≈ - iωΔε( r′) ,(16) (17) : Δε ( x,y,z) = Re[ 263 ·¸¹,£:°©º»¼ 3 1 2 Theoretical model section ¦ ε s = 8. 1 ε0 、σ s 。 σ s = 0. 001, μ s = μ0 ; ε object = 8. 2 ε0 , σ object = 0. 001。 264 Á Â Ã Ä , 3 。 4 。 3 , 。 , , , 。 ³ Å Å Ç 27 È Æ , ,。 Fig. 5 Fig. 3 5 3 Reconstruction result of weak scattering targets in loss medium Synthetic scattering data 4 Fig. 4 3 2 6 Fig. 6 Reconstruction result of weak scattering targets in lossless medium 4 Imaging results of target in a lossless background medium ¡, , ¢ £ ¤ ¥ £ σ s = 0. 01, (5) k s ,, 5 。 , , , 。 3 3 , 。 , 6, ,, 。 σs , 6 , 。 , Born 。 Born ¦§¨©ª«, ¢¡ - ¢¬£ ,£ Born ®¤¥¦§¨¯°± ©ª²,¥«¨¬®³´¯ª° ±µ²。 «¨¬® ®««¨¬®¶³´«¨¬®, °· ,°´¸,µ¹ ´。 º¥ FDTD( »¼ ½) 。 ¶ , ·¤ ´À。 ¾¿, ( 292 ) 电气工程、信息与通信工程·159· 292 face using neuroadaptive control [ J] . Automtica, 2007, 43: 1281 - 1288. [11] [12] [14] , , . [ J] . , , [ J] . , [19] [ M ] . : tainties feng [ J] . IEEE Transactions on Systems, 2004, 34(1) : 255 - 262. [20] [16] . [ M] . , . : , 2015. , 2002. Karayianidis Y, Rovithakis G, Doulgeri Z. Force position tranking for a robotic manipulator in comliant contact with a surface using MATLAB [ M] . : . Tao C W, Taucr J S, Chan M L. Adaptive fuzzy terminal mode controller for linear systems with mismatch time - varying uncer , 2016, 26(6) : 681 - 686. [15] [17] 2159 - 2167. , . . , 2015. , 2012, 16(12) : 78 - 86. Feng Y, Yu X H, Man Z H. Nonsingular terminal sliding mode control of rigid manipulators[ J] . Automatica, 2002, 38 (12 ) : , . [ J] . , 2012, 34(1) : 190 - 196. , [13] , , 2014. : [18] , ½ 27 ¾ neuroadaptive control[J]. Automtica,2007,43(10):1281 - 1288. . RBF MATLAB [ M] . ( ) 檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪 ( 264 ) , 、 [5] 、。 , , ¡¢£ [6] [2] [3] [4] , Sarikaya S, Weber G. Combination of conventional regularization Å Æ, [ J] . ¥¦ [9] , ¡. §¢ Ç. º±£¶¥ÈÉ Ê ³ ´ , 2014, 39(3) : 537 - 542. ËÌÍ, ÎÏ, ÐÑ, . ÁÂÒÓÔÕ £¢ª«¬ ³, . ¢ [ J] . §¥¦ , 2013, 34(4): 46 - 53. Haarder E B, Binley A, Looms M C, et al. Comparing plume Vadose Zone Journal, 2012, 11(4) : 2344 - 2344. ®¯£[J]. §¥¦, 2012, 38(9): 28 - 31. °±, ², ® º±Ö×° characteristics inferred from cross - borehole geophysical data[ J] . £¨© , 2014, 39(1) : 19 - 25. , , §¨. ©¬ Ã Ä , 2003, 18(2) : 62 - 65. Ø·[J]. §¸Â ¤ª«[ J] . ¥¦ ¿. µÀÁ  ( HIBIT) , 2010: 13 - 20. [7] [8] [1] , electrocardiography [ C ] / / Health Informatics and Bioinformatics £¦。 : ½¾ , 2005, 27(7) : 1065 - 1068. ¼ methods and genetic algorithm for solving the inverse problem of 。 ¤, 。 ¥ » [ J] . [ J] . [10] Ù ¨, ¹ºµ, ÚÛ, . Üݤ®»£ ³´[ J] . Þ ¼ ©, 2014, 29(1) : 255 - 260. ´¯©¬£ , 2013, 25(3) : 63 - 67. µ¶, ·°¸. ¹®£º±² ·160·电气工程、信息与通信工程 ³´ ( ) 27 5 Journal of Heilongjiang University of Science & Technology 2017 9 Vol. 27 No. 5 Sep. 2017 , , ( , 150022) ": 、 , CSDCSK , Nakagami ! ¡¢£¤¥¦¢。 §¨©ª:CSDCSK «¢£¬ Nakagami ®¯、°¯±²³´µ¶·¯¸。 、 ¹º±²³´µ»¼½¾, CSDCSK ¢£¿ FMDCSK ± CDDCSK,ÀÁÂÃÄ·¯ÅÆÇÈÉÊ¢£Ë ÌÍ¿。 #$%:ÎÏ; ; ; doi:10. 3969 / j. issn. 2095 - 7262. 2017. 05. 021 &'()*: TD76 +,-*:2095- 7262(2017)05- 0555- 05 +./01:A Research on communication model and performance of ultrawideband chaos shift keying in coal mines Wang Juan, Li Jinfeng, Na Yu ( School of Electronics & Information Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China) Abstract:This paper is aimed at achieving an effective integration of lower cost and lower power consumptionan integration unattainable for the receiving delay circuit of traditional differential ultrawide band chaos shift keying. The paper proposes the application of CSDCSK ultrawideband chaos shift ke ying with orthogonal code domain to realize the ultrawideband communication in coal mine. The research is validated by simulating and analyzing the communication performance and propagation characteristics of CSDCSK in coal mine roadway based on Nakagami multipath fading channel. The simulation shows that the BER performance of CSDCSK is related to the fading index of Nakagami channel, multipath number and spread spectrum factor; and given the same channel, signaltonoise ratio, and spread spectrum fac tor, CSDCSK gives a better the communication performance than FMDCSK and CDDCSK, and can ob tain an optimal system performance by a reasonable selection of parameters. Key words:coal mine wireless communication; coal mine; ultrawideband; chaos shift keying 2345: 2017 - 04 - 23 6789: (61471158) ;(20132301110004) :;<=>?: (1981 - ) ,,¡¢£,¤¥,¦§,¦¨©:ª«¬®¯°±²³,Email:76115347@ qq. com。 电气工程、信息与通信工程·161· 556 0 ) ( ' & ó é 、 % # 27 " $ Ù; 2 ; Walsh W O. N ¥«¬¨<¨ ©, Ë í É ¨ © , ¨ < ¨ © Ò æ Walsh ¹º\ 。 , 、 、 、 、 、 % 、 [1] 。 、, [2] ¡¢、£¤¥¦§¨© 。 ª [3] £Ê 。 ËÌÍÎϰÐÑ Ò¨ÅÆÓÔ, ÎÕÖר¶ FCC ¨©«¬®¯,°± ²³´µ¶·¸¹º» ¼½¾,£¿ÀÁÂÃÄÅÆ、ÇÈ É Fig. 1 ÐÙÚÛ´,ÜÝÞÐßàáâãä,å 1 CSDCSK CSDCSK ultrawideband chaos shift keying trans mitting model ÒæÙÚçÝ èé êë。 ìí,îïÎðñòÐ Walsh û¦§Ì;¨¤©+ª Ò¨óôõö÷ãøùúû, åüý¬þÿ~ [4] }|{Ò¨[\]^_Êóô 。 «ª , û¬Òæ*®¯°± n 。 ²á¨<¨©³´¬ N = 2 , µ N ¶* îï`@³ø?ε>¬Å Å,ÍÌÅ@³>îïËÌ Þ¨â®¯µ, Üß࣠。 CDDCSK、FMDCSK à>î ïÒæ¶=¹ºÉ ¨©¨<¨©°¶\ , ñò¸ Ú»¶= ¹ º 、 , Ò æ Walsh ¹ºÉ ¨©¨<¨©°\ [5] CSDCSK Ø; 。 [6] CSDCSK °:¨}£>, ° þÿ~}¨Ò¨£ ÇȨ/.~} Î , ËÌÖ× à ¨/. ÐÌþÿ~}Ò¨ßàΣ±-, ~}ÇȨ/., õö CSDCSK °~}Ò¨£ ,¬þÿ~}¹ºÒ¨Á Â。 1 1 1 ®¯°±¬: H2 n = H2 n -1 H2 n -1 [H 2 n -1 - H2 n -1 Ë?(1) À, ²á H1 = [1 ] , µ 2 ¶、4 ¶、8 ¶ 16 ¶*®¯°±>·¬ H2 = [ 1 1 1 1 ,H4 = 1- 1 1 1 ] W N,i [ W N,j ] T = 1 , Walsh Ù; 2 ; Walsh 。 °û¡¢£ T b ¤,¨©, 1 -1 1 -1 -1 1 - 1 , - 1 1 {0,N, ii ≠= j,j, i = 1,2,…,N 。 *®¯°±ûºÀÁû¡ Walsh , ²Â à ġũÆÇ, æ CS - DCSK ÙÚ/.³´ÈÙ¨©¬ a ¨©á¬ x( t) , ¨< b æ];¨<¨©á¬ a,Walsh Ù; -1 1 (3) 1 *®¯°±¸¹º W N,i W N,i » û¡ ù¡¼,½¾¿}ªß: S CS -DCSK ( t ) = CSDCSK ÙÚ/. 1 , ¨©Ù; ] , n = 1,2,…,N , (1) 1 2 ΣW N -1 k =0 ΣW N -1 k =0 Q,k +1 P,k +1 x( t - kT b ) + x( t - kT b ) 。 (4) ~},Ö×ɤε, ¬Ê ùÕÛË¢¨ÌÍÎÏ,ÐÑ ÒÓÔ´, Walsh Ù; 1 ; Walsh W P. N ¥« ϰé¡ÕÚ、 ÖÚ×Ú。 ØÙ ÎðÚÛ¸ ¨©éܯÝ, åªÇ ¬É Þ÷¢ÅÆ ¨©,¨©、¨<¨© Walsh ·162·电气工程、信息与通信工程 [7] 。 ß:>à£Ð~ È5 É Ë,:»¼ Ê , , mi [8] Nakagami , m 2 Z= ΣW k =0 N -1 Σ k =0 m ≥ 0. 5, 2 ; kT b W P,k + 1 r ( t) W Q,k + 1 r ( t) dt = ~ P,k + 1 W Q,k + 1 W P,k +1 W Q,k +1 · ^ m = 1 ,Nakagami m > 1 , Nakagami ; 2 ~ ( k +1) T b kT b [ ( W P,k +1 + aW Q,k +1 ) · {1,0, ZZ ≥< 0,0。 (8) 0. 5 < m < 1 , ; r 2 ( t) dt = kT b °·¸±¹²·¸, ¥³ b = m = 0. 5 , Nakagami ; ∫ £º Nakagami m , ( k + 1) T b (7) m———。 。 ∫ ~ x( t - kT b ) + n( t) ] 2 dt 。 (5) σ ——— k =0 ( k + 1) T b N -1 。 , :Γ( m) ———; Σ∫ N -1 2 m mr ( 2 ) r2m -1 exp( - 2 ) , Γ( m) 2 σ 2σ f( r) = Nakaga , 557 ·¸¹ºÌ ´µ¶ ·¸¹º CSDCSK ¤»¼ , ¤ Matlab / Simulink ° ½ ¾ Nak ,; agami CSDCSK »¼½, ³ 。 , Nakagami ¨¿° ¾¿, · ¸¹º FMDCSK、CDDCSK À。 m = ∞ , Nakagami [9] 1 3 。 CSDCSK ¡ 2 ¡。 ƨ,¤Ã¦ÇÈ, ° CSDCSK Áª ¾¿Ä; Àɦ ÊÅ£, CSDCSK ¤Áª ËÆ¾ Nak agami , m ÌÍ´ Nakagami Ç,m ÎÇÎÏ。 À 3 ¡。 »¼Â T = 3 000 s,Á M = 8,Walsh ª«¬Ã N = 4,Ä L = 3, ©¢ Å m = 1、m = 3,S SNR = E b / N 。 »¼ CSDCSK Áª CSDCSK CSDCSK ultrawideband chaos shift keying re ceiving model Fig. 2 2 ¢¢£¤ ¥£¤¦§ n( t) ¨©,¥¦ª§ r ( t) = ~ Σ N -1 k =0 ¨£ W P,k +1 x( t - kT b ) + a kT b ) + n( t) 。 Σ N -1 k =0 W Q,k +1 x( t - (6) r ( t) © Walsh ª«¬§ 1 ® Walsh ª«¬ ~ § 2 ¬¯ Walsh ª«¬®, ¯®°§± ²³§´µ¶,¥´§ ¨£ Fig. 3 3 CSDCSK BER performance of CSDCSK under different fa ding channels CSDCSK Áª ÀÄ 4 ¡。 » ¼  T = 3 000 s、 Nakagami 电气工程、信息与通信工程·163· 558 m = 3、 M = 32、Walsh N = 4, L = 1、2、3、4。 16 dB ,CS - DCSK , e ; 16 dB ,CS - DCSK 。 , L = 3 , 。 27 CSDCSK Walsh 6 。 T = 3 000 s、Nakagami m = 3、 M = 128、 L = 3、Walsh N = 4、8、16、32。 10 dB ,CS - DCSK Walsh ; 10 dB ,CS - DCSK Walsh 。 M , Walsh , 。 4 Fig. 4 CSDCSK BER performance of CSDCSK under different multipath numbers CS - DCSK 5 ,Nakagami m = 1、 M = 32、Walsh N = 4、 L = 1、 T = 50 000、100 000、200 000、 300 000。 15 dB ,CSDCSK ; 15 dB ,CSDCSK , T = 100 000 , ,CSDCSK 6 Fig. 6 CSDCSK Walsh BER performance of CSDCSK under different Walsh code lengths CSDCSK FMDCSK、 CDDCSK 7 , T = 3 000 s、 Walsh N = 4。 4 dB , CS DCSK CDDCSK FMDCSK; 4 dB ,CSDCSK CDDCSK FMDCSK, ,CS DCSK 。 。 7 5 Fig. 5 CSDCSK Fig. 7 BER performance of CSDCSK under different chaos sequence lengths ·164·电气工程、信息与通信工程 CSDCSK、FMDCSK、CDDCSK BER performance comparison of CSDCSK, FM DCSK, CDDCSK CS - DCSK 8 。 T = 3 000 s、 Walsh N = 4、 L = 3, Î5 Ï Å,: ¶ M = 32、64、128、256。 m = 1 m = 3 , , , CSDCSK M = ( m = 1) CS DCSK M = 64 , ( m > 3 CSDCSK 128 1) a b , Nakagami Walsh ¡ , 。 , 、 , ¨ ©ª FMDCSK CDDCSK, , CSDCSK ¢ FMDCSK、CDDCSK £¤¥¦§ m =1 «¬®¨¯°± ³´¡µ。 ² : [1] [2] [4] c m =3 ¡. °±³´ [ J] . , ¶ , ¢£, ¤, ¥. ¸ Costas ¸¦¹º ·, 2015(12) : 1483 - 1489. »¼[ J] . ¤·½¾, 2015, 37 (6) : 1483 - 1489. [3] 。 Nakagami CSDCSK ,、 。 , CSDCSK M = 256 559 ¤Á½½¾( ÂÃĽ) , 2013, 33(2) : 29 - 33. ¶ Å, , , . Æ ª [J]. ÇÈÉijÁ½½¾, 2016, 26(5): 581 -585. Ë [ J] . ¤Á½½¾( ÂÃĽ) , 2013, 25 [5] ,¢ , ¿. µ§¨©ªÀ[ J] . , ». CS - DCSK UWB Ê (2) : 259 - 264. [6] and Chaos, 2011, 21(3) : 799 - 814. [7] [8] 8 Fig. 8 d m =4 CSDCSK BER performance of CSDCSK under different spreading factors Xu W K, Wang L, Kolumban G. A novel differential chaos shift keying modulation scheme[ J] . International Journal of Bifurcation [9] Ì, «. [ J] . Í Ä³Á½½¾, 2010, 30(2) : 241 - 244. ¶. °±[ D] . : Á½, 2009. ¿ Nakagami M. The m - distribution - a general formula of intensity Distribution of Press, 1960. Rapid Fading [ M ]. ( Oxford: Pergamon ) 电气工程、信息与通信工程·165· 29 2 Journal of Heilongjiang University of Science & Technology 2019 03 Vol. 29 No. 2 Mar. 2019 , ( ": , , 150022) , 。 , ! SVD ¡¢,£¤¥¦。 § db4 ¨©£¤ª «¬ 7 ®¯°±²³´,µ¶ 7 ·¸¹°º²¶ 6 ·»¹°º¼½¾ ¿À、Á ÃÄ, FFT «¬Åº°Æ。 ÇÈÉ, Ê¡¢ËÌÍβ°Ï ¿À、ÁÂÃ,ÐÑÒª«¬ #$%:; ; SVD; ÓÔÕÖ×。 doi:10. 3969 / j. issn. 2095 - 7262. 2019. 02. 011 &'()*:TD65; TN925 +,-*:2095- 7262(2019)02- 0179- 05 +./01:A Algorithm for life signal detection with ultrawideband under mine collapse Guo Jikun, Huang Zichang ( School of Electronics & Information Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China) Abstract:The paper is aimed at addressing the failure to effectively extract human body life sign as occurs when ultrawideband used to detect life signs is subjected to clutter interference under a mine col lapse. The study drawing on the doppler effect theory consists of developing the model of ultrawideband echo detection under the mine landslide; producing a novel joint algorithm of SVD and wavelet transform, combined with the characteristics of multiple singular values of life signals; thereby filtering out the clut ter subspace; decomposing and reconstructing the echo signal after filtering the clutter using the wavelet basis function of db4; ultimately extracting the waveform information of the target living body's breathing and heartbeat from The 7th layer low frequency component and the 6th layer highfrequency components; and FFTtransforming the waveform information for quantitatively analyzing the spectrum. The results show that the joint algorithm capable of accurate and effective extraction and separation of the respiratory and heartbeat waveforms in UWB echo signals could provide a theoretical basis for effective life search and rescue after a mine collapse. Key words:mine collapse; ultrawideband; SVD; wavelet transform 2345: 2018 - 12 - 16 6789: (51474100) :;<=>?: (1968 - ) ,,,,,:¡¢£¤,Email:gst1994@ 163. com。 ·166·电气工程、信息与通信工程 180 0 $ # " ! ¸ À 1 29 2 0 φ( t) = d ( cos( πf r ) ) , :U———ú; n 、 , , 。 θ0 ———; θ ———¡¢¥¦§¨ Þ; ′ f r ———( Þ; ¹º,¾¿À»Á¶¸Ã,ÄÀ»Å ÆÇÈÉÊË ÌÍÎÏÐÑÒ [1] ÓÔÕÖר 。 ÙÄ Æ FMF ½ÚÛÜÝÞßà áâ,ãä å æ ç è é [2 - 4] [9 - 10] 。 ïþÿ¿ÿ ~}Ò|èéÿ{ûðÓÿ[\ð¤。 ]½^_, `Ñ ¿@?>¥¦Øåæç ¸= <;,:»ÅÆ SVD ½ßà åãäáâ,Å/Ä.- ,Þ,+, db4 +*í½ à 7 û+Ë, ½© à FFT , ó - ú, Ï,è、 。 (3) l0 ( t) = 2 ', 'Ï饦§¨ (。 Ø ïþâ, ô Ó ,*¿ É: S( t) = Ucos(2 πf0 t + θ0 + θ ′ + φ( t) ) , (4) SVD · á â ô ¸ , ° ¹ ã ä ¦ Ø å 。 ` Ñ [13] ¿@?> 、 º»¼ 、 º¢> , : »ÅÆ SVD ²½å , ¾È¿ , SVD ÅÔÀ%,Þ/ĸ°ó Å - , Þ Ô À , Þ ß à Í Î 、 ¿Ï 。 Ä ¯'µ, Ò( ½ 1 dUcos( θ ′ + ρ( t) ) 。 2 ¥¦ Ø = < ; , } Ò ¸ µ å , ½ ´ µ ¶ ¸ æ ç 。 Ò 。 ( ÞÝ ¥¦§¨ ½¯Ä° ,±,ǰ²³©, [ 12 ] íÈÉóøÊËÌ> , ½ SVD ¥¦Ø *¿ [11] âÅ , ¥¦Å駨©, -(¯ 1 dUcos( θ ′ + ρ( t) ) 。 2 , ¶Á  ¢ ÷ à ² Ä Å , ÆÆ+ , Ç ) n———©ªí«¬®。 ρ( t) ) + , ÷Äøù Åúûüý ó,§¨ 0. 2 0. 5 Hz 1 dUcos(2 ω0 t + 2 θ0 + θ ′ + 2 ,ÒÝîïëìíðñòë [5 - 7] 。 ÄóîÓôõö [8] l( t) = dcos( ω0 t + θ0 ) × Ucos( ω0 t + θ0 + θ ′ + ρ( t) ) = 。 êÄÀ»Æëìí Ø φ( t) ———¿£¤¥; d———( ¯¦& úû; ¡ ¢£¤¥¦§¨©ª«¬®¨¯°±, ² ³´µ¶·¸¹º»¼。 ½ (2) f0 ———ó; , , 1 À (1) Òϸ, ÐÑ>Ò>ÓÔ [14] @?> , è, Ò SVD , ½ ÒÝîÕô, íÖ>ר Ò>,íÒ>ר ÐÑ>。 Ù ψ ( t) = ′ dx( t) 。 dt (5) (5) ψ ( t) Ú++í ½ l0 ( t) ßàáâ, ÛÒ ′ >ÐÑ>ÒÇ+©+Üè 电气工程、信息与通信工程·167· Ó2 Ô ÕÖ×,Ø:ÀÁ¹ ′ 。 WT l o ( a,t) , , 。 , SVD , 181 ÙÚÛ§ª 3 §ª l o ( t) , α ( t) , ¡¢ , £ ¤«¥¦§¨, ¬©®ª« { h( t) ,g( t) },, ¯®,¬® °¢ «±² ,¯³«,© ,。 , ψ ( t) , ′ α ( t) 、 ψ ( t) ′ : α( ω) = ∏ H(2 p =1 -p ω) , (6) } (7) ( kω) = H( ω) α( ω) , β( kω) = G( ω) α( ω) , :α( ω) 、β( ω) ——— ; { H( ω) ,G( ω) }——— ; k——— (5) (6) , ,, [15 ] , c ( j) b , 。 : = ∑ h0 ( n - 2b) c n ( j - 1) n ,c = f( n) , 0 n d (b j) = ∑ g0 ( n - 2b) d (n j - 1) , d on = f( n) 。 n h0 ( n - 2b) g0 ( n - 2b) G ; c ,d ,c ( j) b j ( j) b (0) (9) ( j) b j , ¦ cj = d j + 1 + d j + 2 + … + d j + p + cj + p 。 ½¿¾ , ¿ÀÁ¹ ¸Â , ®ÀÁ³ï®¿¾ , Ä , ©Ã ÐË , ,ÌÑÉÎÍ ÎÏ,Ð。 ÐÑ» Fig. 1 Ý g1 ( t) , : (10) Principle of joint algorithm of SVD and wavelet ·168·电气工程、信息与通信工程 h1 ( t) c (b j - 1) = ∑ c (b j) h1 ( b - 2n) + ∑ d (b j) g1 ( b - 2n) , n∈Z (11) ,h1 ( n) 、g1 ( n) ±² , Þ h1 ( n) = h0 ( n) , g1 ( n) = g0 ( n) Ä,¤ß±²。 Ä,£¤àá ,â§ ¨¦±ã, ¢ (12) , © d j + 1 + d j + 2 + … + d j + p + cj + p = cj 。 SVD transform ¯Ð ÔÒÕ±²¶Ö× [18] Ø,ÙÚÓÛÜÏ 。 ½Ò, ÐÒ 2。 1 ÄÅÃÅ¥ÆÇÈ 、 É Ìͱ²Ä, ÆÇÈÉÎ [17] ÃÏ ÊÌͱ² 。 n∈Z ¨, (9) 。 © 1。 ·§ SVD §¾ ¡。 ¢£¤¥ ,§ (8) ,d ; c b ( j) b ® , ·§ª¸¸¹º , »¹°¼º» 。 ¼½ ÒÍÐÓ, H , µ¶ · ® 。 ¶ ® ¿¾½± , ÊË 。 。 °±,´¤«¥²,µ³´ [16] ±²§ª 。 Fig. 2 2 Principle of reconstruction (12) 182 4 Ì Í Î Ï Ð Ñ Ñ ¬ 29 Ó Ò ¤®, ¬ 6 ¤ «ª¶¥, ·¸¬ 4 ¬ 5 ¢。 £´µ ¦¬ 6 ¬ 7 ¤ §¹。 ¤ , l0 ( t) 3, 3 , 。 , º¨»©ª¦, ¢ª«¤ FFT , ¬¼¥®³, 5 6 。 5 ¬¯¼® ¤ ®,¼´, 0. 299 Hz, ° 17. 989 / min, ª½ ±²¾¬ 16 / min ¡³´; 6 ¬¦¯¼ ® ¤®, ¼´, 0. 867 Hz, ° 52. 044 / min,ª ½£ 60 / min µ¶·。 Fig. 3 '3 MNOPBQ* Ultrawideband echo signal , SVD 。 16 ~ 20 / min, [19 - 20] , 60 ~ 100 / min 50 Hz, , , 1. 5 Hz , db4 ¡¢£¤ 7 ¥, ¢ 7 ¥¤¦¤§, 4 ¨,© ª 。 Fig. 5 Fig. 4 :VWXYZS[\] Seventh layer low frequency coefficient ampli tude spectrum 。 Fig. 6 '4 '5 db4 AB6RS 7 TUKL db4 wavelet basis function 7 scale reconstruction 5 «,¬ 7 ¤, 。 , ,®, ¯¤° ±,²³,¡ '6 :^W_YZS[\] Sixth layer high frequency coefficient amplitude spectrum ª¿ÀÁÂà ¾Ä£ ¿¡¸¹Å² ,º¿Æ »¼½¾¿,¢ À£Áµ´Â,ª ´Â Ç «Ä£。 ²ªÈÉ, »¼½¾¿ÊË»¼½¾¿º Ã。 , «Ä£ Ë 电气工程、信息与通信工程·169· ¤2 á ÁÂÃ,¿: ,。 , 7 。 183 ©ª ¯³©ª[ J] . ÅÆÇȹÉÊÊË, 2017, 27 、 (1) : 73 - 76. [2] [3] [4] [5] [6] , , , ¿. ¼ Ì , , . ¼ Ì ª Ì [ D]. : Ç É Ê, [ J] . ÍÊË, 2013, 42(11) : 1370 - 1375. ιº[ J] . ÊÊË, 2014, 34(3) : 280 - 283. . 2013: 9 - 43. ̪ÏÐ[ D] . : Ç ÉÊ, 2017: 31 - 40. , , . Ì´[ M] . ¤ 5 . : Ñ ÍÒ [7] . ¼ , 2014. Hu P,Dai W. Enhancing fault tolerance based on Hadoop cluster [ J] . International Journal of Database Theory and Application, 2014, 7(1) : 37 - 48. [8] Zhang Z, Li Y. Analysis and study on under cloud computing mul tiple sets of fault tolerance strategy architecture of MapReduce[ J] . Microelectronics and Computer, 2014, 31(1) : 52 - 55. [9] , , . ¼Ó» © ª [ J ] . Ô É Ê Ê Ë, 2013 ( 7 ) : 952 - 956. [10] , , . ¼ WA - EMD ÌÕ 2017, 41(2) : 198 - 206. Fig. 7 5 7 Reconstructing breathing and heartbeat wave forms [11] . ¼ [12] Ö ×, [13] ¡ ¢. Õ¡Ø¢£Ú©ª¤ K Ü ¦. [14] SVD , , 。 db4 , ¡¢ £ , ¡ ¤ 7 , ¡¤ 6 。 ¥ FFT ,¦ - § ¨ ©ª, « 、,¬® ¯°±² ¯³©ª´ µ¶ 。 · ¡ 。 ¥ SVD µ¶ ¸, ¹º»¼½¾、 ª¿À´。 ³ © ª [ J] . ´ Ò É Ê Ê Ë, [15] [16] ÑÎÏЫ [ D] . : ÑÉÊ, 2016: 44 - 47. , , ¿. UWB ¾ÌØ ª«[ J] . Ù, 2015(11) : 18 - 21. TR £Û¥ÏÐ[ D] . : ÇÉÊ, 2013. ³Ìª¤¤¥[ D] . : ´ÒÉÊ, 2014. . ¼ÝÞß ÏÐ[ D] . : ´ÒÉÊ, 2015. ³à´ Zhang Y. , An interference suppression technique for life detec tion using 5. 75and 35GHz dualfrequency continuouswave ra dar[ J] . IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters, 2015 , 12(3) , 482 - 486. [17] Ishihara S, Kobayashi H. Development of a distributed disaster data and human life sign probe system[J]. IEEE International Confer ence on Industrial Technology, 2016, 16(5): 1878 -1883. [18] Stephane G, Mallat. A Theory for multiresolution signal decom position: The Wavelet Representation[ J] . IEEE Transactions on Pattern analysis and Machine intelligence, 2014, 25 ( 7 ) : [ 19] 674 - 692. Jiang Sh Y,Gao T Ch,Liu X CH. 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": , OFDM ,。 ( SNR) , ¡ ¢,,£¤¥ ¦ §¨©, ª« ¬ ®¯°±²³´µ ¶,·¸ ²¢。 ¹º»¼§½:¾ ¿ÀÁ£ ÂÃÄ SNR ¥¢,Å£¤ÀÆ ¾ ;ÇÈÃÄ SNR ²É,ÊËÌÍÎÏÎÐÑ, ÒÃÄ SNR ¨¸ 17. 5 dB , Ó Ô¿Õ¨¸ÖרÊËÌÙÚ²µÛ。 ¦ #$%:OFDM; ; ³×ØÊËÌ; ¢; doi:10. 3969 / j. issn. 2095 - 7262. 2016. 03. 016 &'()*:TN914. 5 +,-*:2095- 7262(2016)03- 0311- 05 +./01:A Proportional subcarrier allocation algorithm for OFDM system with imperfect channel estimation ZHAO Zhixin, LI Jiajun, JIANG Xiaolin, XIE Yupeng (School of Electronic & Information Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China) Abstract:This paper proposes a proportional subcarrier allocation algorithm in a response to OFDM TDD system downlink—an effort to maximize weighted sum rate while meeting bandwidth access de mands. This study consists of applying MaxSNR subcarrier allocation strategy to introduce the user weights and thereby producing proportional subcarrier allocation strategy; achieving the expression of probability of bandwidth access of users based on the proposed strategy, and finally realizing the user weights meeting bandwidth access demands by solving nonlinear optimization problem with constrains. Simulation results shows that proposed algorithm is capable of adaptively providing corresponding user weights according to user’ s bandwidth demand coefficient and average SNR and allocating the required bandwidth for users based on the previously achieved weight; decreasing the variance of channel estima tion error depending on the increased average SNR; and working with almost the same performance as SAPCE( subcarrier allocation under ideal channel estimation) algorithm, as results when the average SNR is 17. 5 dB. Key words:OFDM; subcarrier allocation; imperfect channel estimation; user weights; probability of bandwidth access 2345: 2016 - 04 - 28 6789: ( F2015019;F2015017) :;<=>?: (1979 - ) ,,,,,¡¢£:¤¥¦§¨©ª,Email:zhaozhixin0830@ 163. com。 电气工程、信息与通信工程·171· 312 0 $ # " ! , [1] LTE [2] 。 ( WiMAX) OFDM ,¡¢£¤¥ ¦、 ¢ [3] §¨©ª、 «¬®¯°± ²³´, µ¶· ¸¹( ±º» ) ¼½¹ ( º» ) ¾ ¿«ÀÁÂÃÄÅÆ ( Ç È ) , ÉÊ« ÀÁ Ë Ì。 Ë Ì Í OFDM Î Ï Ð Ñ 。 ÒÓ¡, ÔÇÕ Ö×ØÙ ÚÛ。 Ü, ÝÞß ¹ à áâãä¿ åæçèéêë ìí,îØïðåÏÖ×。 ´ñ, Ç «ÀÁä, òóôõöÏ÷øù á úû¦¾¿ðüýÇþÿï。 Ç È«ÀÁä,~} [4,7 - 9] Í OFDM / OFDMA ä|{[\]ð^_`|@òó。 ~ }[4] ?>=<ö;¾¿、: á ð üý,Â: ©ª/.ö- googput ,+äö Ï÷øù goodput 。 ~}[7] ?>=<ö ¾«( Ú¾¿¶) : ;ð üý,Â: ©ª/.ö-á ,+äöÏ÷ øùá 。 ·¸¹«¬® ¯Ê°±ä,ÄÛ¾«ð、á úû¦/. CSI ä,~}[8] Í OFDMA `|@òó, @ CSI °± Í ÐÑ。 ~}[9] öÏ SNR ¾«ð ä, @«ÀÁËÌ、CSI °±、CSI ÷* â «Ë* Í OFDMA - FDD ÐÑ。 ),ÍÄÛÖרÙÄ ^_, ?>(*Üðúû¦¾¿ðü ý。 öÏ SNR ¾¿ð '), ,ãñ¢ ù,?>(*Üúû¦¾¿ð >Ö× ,ö Ù,+ Çö÷^_,ôõÖ×ØÙ ù,öÏ÷øù á 。 1 1 1 Ï 0 0 & 26 2 1 «,ɫ⾿)Ã,= ± ( TTI) Ã Ä 。 u & n ( OFDM) , 。 , [4 - 6] ±º» OFDM ä|{[, U ,k ¾¿,¾¿« ·172·电气工程、信息与通信工程 TTI & k ¾¿)â H u,k ( n) Ã= 。 u ,,Ì 1 & n TTI & k ¾¿)*(SNR) γ u,kln (n) = [9 - 10] γ u · | Hu,k (n) | ,γ u u SNR。 - - 2 ±º»)ä| «, TTI ,' Í)|¾¿«`|À Á,ä|¾¿«âÀÁ,Ôã Ö×ØÙ´¾ λ u ( u = 1,2,…,U) `|úû¦ ¾¿ð,λ u u ØÙÖ×%ÂÖ U ×*, Σ λ u = 1。 1 2 u =1 ¡ TTI ¢£ n, ÄÛ ¾¿«âä¥Û¦, §¨ ¡ ,ä~ ¾¿¢£ k。 © H u u ¾¿« â H u ÀÁ,«ÀÁËÌ ^ Eu = Hu - Hu , ^ ,E u σ 2 E,u σ 1 -σ 2 E,u (1) H u Ú¤¥, Ã、 ̪ ^ 2 E,u [9] 。 «¢£Í¾¿«`|À Á,E u Ì [ 9] σ 2 E,u = 1 / (1 + N r,u γ S,u ) , (2) ,N r,u = TTI u ¢£Õ¬ OFDM ®£â;γ S,u u ¢£ SNR。 )~¯°,«ÀÁËÌÌ%= TTI u ¢£Õ¬ OFDM ®£â/.¢ £ SNR ¶*, Ï-± ² ³ 。 © - [9] γ S,u = γ u ,´ σ E,u = 1 / (1 + N r,u γ u ) 。 - 2 2 2 1 (3) ÄÛÖרÙ, öÏ SNR ¾¿ ð ' ), ù w u ( u = 1,2,…,U) ,?>(*Üúû¦¾¿ð ,ɾ¿ k µð¶·¾¿)øù SNR ÀÁöÏ u ( k) = argmax w u ·γ^ u,k , (4) ´ u ¾¿ k )á R u,k = log2 (1 + γ u,k ) γ u,k ¸¹º»â,ã(4) `|¾¿ ð¯öÏ÷øù á 。 øù á ³ ÃĹ,§:±Åƹº OFDM 3  w u R u K ,R u = Σ ρ u,k R u,k , k k =1 , P u ( w) = λ u , u∈{1,2,…,U} , ¬®¯° ±² u, ρ u,k = 1, ρ u,k = 0; (4) ,w u , « w u , w u ( u = 1,2,…,U) , , P u ( w) = λ u , u ∈ {1,2,…,U} , , w = [ w1 ,w2 ,…,w U ] 。 SNR , , k UVWXYZ[\] 。 u SNR - γ E,u , γ E,u = E[ γ u ] = γ u (1 - σ E,u ) 。 P γ^ u ( γ^ u ) u - γ^ u 2 - ^ SNR ( PDF) 。 SNR ,U ³´ U -1 w = arg min Σ | P u ( w) - λ u | , u ( u P u ( w) ) , u 2 2 313 ǵ w u =1 s. t. 0 < w u ≤1,u∈{1,2,…,U - 1 } , } (8) 。 µ ( ¶ Matlab Fmincon ) ³´ ,£¤¡¢。 3 OFDM ¤ 3. 84 MHz,256 ¤¥ 15 kHz, ¦§¨, TTI © u ·¸¹ OFDM ª N r,u = £ , 1,u ∈ {1,2,…,U} , ¹º»¼¼ σ2E,u ¡ ½«¬。 - ® SNR γ u = 10 dB, u ∈ {1,2,…,U} , γ^ U ) = p γ^ 1 ( γ^ 1 ) ·p γ^ 2 ( γ^ 2 ) ,…,p γ^ U ( γ^ U ) , ¬ 1 w1 , 2、 3 4 ¯ 1、0. 4 0. 3,° 1 ±¾ 1 , ^ u ) ,γ u 1 w1 ³³, ´ SNR PDFp γ^ 1,γ^ 2,…,γ^ U ( γ^ 1 , γ^ 2 , …, u( γ^ u > ( w i ·γ^ i ) / w u ,i≠u, u w uγ^ u w1 Pu (w) = ∫γ^ u = 0 ∫ γ^ 1 = 0 … ∫ ∞ w uγ^ u wu w uγ^ u wu - 1 γ^ u - 1 = 0 ∫ w uγ^ u wu + 1 γ^ u + 1 = 0 (5) w1 ¡¿À。 ° 1 ², µ¶Á。 ·¸¹º¢, ® SNR » ©, , ¼。 … ∫ γ = 0 p γ ( γ^ 1 ) ·p γ ( γ^ 2 ) …p γ ( γ^ U ) d γ … ^ ^ U ^ 1 ^ 2 u ^ U γ^ 1 d γ^ u + 1 d γ^ u - 1 …d γ^ 1 d γ^ u = ∫0 - exp - - u · γ E,u γ E,u w u γ^ u 1 - exp ∏ i = 1i≠u w i γ- E,i ( ( ( ) U ∞ ) )d 。 γ^ u U P u ( w) = Σ( - 1) j =1 ¢£¤ j -1 ( i = 1i≠u ,¥ w u γ E,u - w i γ E,i - ) -1 , ' 1 UV 1 bc w1 dUVXYZ[\]Wef Fig. 1 Impact of weight w1 of user 1 on bandwidth access probability of users (7) :θ = [ θ1 ,…,θu - 1 ,θ u + 1 ,…,θU ],θ i ∈ {0,1} i ≠ u。 | θ | = j - 1 ¦ θ 1 §¨ j - 1 ©,¦ θC j -1 U -1 | θ| = j - 1 ª ; Σ 1 + Σ θi | θ| = j - 1 U (6) ¡(6) , Σ f( θ) ¡¦ θ C jU--11 ª ¡ f( θ) £¤。 2 3 IJKLMNOPQ(R^_`a «, w U = 1。 2 ~ 4 ® SNR ¯ 5、10 15 dB, - w u = 1,u∈{1,2,3,4} ,¬ 1 ® SNR γ1 ,° 2 ±¾ 1 ® SNR γ1 ¡ ¿À。 ° 2 ², 1 - - γ1 ³³,´ µ¶Á。 ¹º¢,» ©,® 电气工程、信息与通信工程·173· 314 ¿ À Á ½ ¹ ¾ ¾ à 26 Ä Â SNR , channel estimations,§¨©ª« ) ,。 ,©ª«¬® 。 ¯ , 2 Fig. 2 Impact of average SNR γ1 of user 1 on bandwidth - access probability of users 3 。 SNR - , 。 4 Fig. 4 SNR , 。 SNR Normalized weighted sum rate of systems vs. aver age SNR of users SNR , ¤ ( £ ¤ ¡¢£ °) SA - PCE , SNR 17. 5 dB , ¡¢£ ¤ SA - PCE 99. 44% 。 , SNR , ©ª«¬®® ±,¡¢£ ¤¤ SA - PCE , SNR 17. 5 dB , ² SA - PCE ¢£ ¤。 4 , λ1 = 0. 4, λ2 = 0. 3,λ3 = 0. 2 λ4 = 0. 1, γ u = 10 dB ( u = 1, 2,…,U) , 3 , SNR , 1 SNRγ1 - ³´,° 4 3 Fig. 3 SNR (1) Bandwidth access probability under different aver age SNR of users , { M0 , BPSK, QPSK,8PSK, 16QAM,32QAM,64QAM,128QAM} ,M0 [8] [0,5. 30,11. 30, , 23. 18,49. 67,102. 65,208. 62,420. 55, ∞ ] 。 SNR 。 SNR (2) ¯ SNR , 1 ~ 4 , SNR 。 0. 2、0. 4、0. 3 0. 1, , 4 SA - PCE ¡¢£ ¤¥ ¦。 SA - PCE ( Subcarrier allocation with perfect ·174·电气工程、信息与通信工程 。 , µ¶ SNR , ©ª«¬® ®±, SNR 17. 5 dB , (3) ² SA - PCE ( §¨©ª« ) ³´,°¢£ ¤。 [1] [2] : , , ¡¢, . ·¸ wimax £¤¹º» ¥¦§[ J] . ¼©½¾, 2007(7) : 26 - 32. 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( [ D] . ) 电气工程、信息与通信工程·175· 26 5 Journal of Heilongjiang University of Science & Technology 2016 9 Vol. 26 No. 5 Sep. 2016 WSN , , , ( , 150022) ! ": , WSN( ) 。 , ¡¢,£¤ shadowing ¥¦§¨©ª «¬®¯°±²¬, ³´µ¶ ·¸¹ º»¼½¾¿À½ÁÂÃ; ÄÅ, ÆÇ½¾È±²¬°ÉÂÀ½¾ È,ÊË´ªÌ;Î,ÏÐÑÒ´ªµ¶ ·ÓÔ。 ÕÖרÙÚ, ÛÜ ÝÞº 1 m ßà,º áâã ·äåæçè éå,êëìíÄÓÔî ïð,ñ êèéò´ªó。 ; #$%:; ; ; doi:10. 3969 / j. issn. 2095 - 7262. 2016. 05. 022 &'()*:TN914. 5 +,-*:2095- 7262(2016)05- 0577- 04 +./01:A Improved WSN node centroid localization algorithm in long and narrow space environment Zhao Zhixin, Li Jiajun, Jiang Xiaolin, Xie Yupeng ( School of Electronics & Information Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China) Abstract:This paper proposes an improved node centroid localization algorithm based on WSN as a solution to insufficient accuracy of sensor node positioning due to signal multipath effect result in narrow space. The study consists of providing a strategy of node deployment in narrow space, converting received signal strength value of anchor node to distance value, and leaving the unknown node primarily mapped in a triangle consisting of the nearest three anchor node; and then taking the three anchor node as the center and a radius of distance value to form three circles and dividing the position estimation of unknown nodes into four cases based on the number of effective cross points. Simulation results show that the im proved algorithm working with a positioning error of around 1 m, boasts a higher positioning accuracy and stability than the maximum likelihood estimation method and the centroid algorithm. Key words:multipath effect; anchor node; positioning; narrow space; centroid algorithm 2345: 2016 - 09 - 02 6789: ( F2015019;F2015017) :;<=>?: (1979 - ) ,,,,,:¡¢£¤¥¦§¨,Email:zhaozhixin0830@ 163. com。 ·176·电气工程、信息与通信工程 578 0 ' & % $ # ( 26 ! " *ä, ) { ID ,{Ååæ ç # ÆÃÄã, , øþÆ, îþ。 èÝ , , , [1 - 3] 。 WSN 。 ¡¢£ ¤ WSN ¥¦§¨¤©ª«¬,® ¯°±²³´µ«¬¶,·¸¹º»¼½。 ¾¿ÀÁºÂ£ÃÄ, Å ÆÇ È É Ê ¥ à ( rangebased ) Ë Ì Ã Ä ( rangefree) ÍÆÇ。 ÍΣϥ 1 Fig. 1 1 2 Development model of anchor node çèÝ, åæ çèÝ, ç¡¢, ¾¿£¤¥¦ çì ÀÁºÐÑ£ÂÃÄ。 ʥà ÆÇÁºÒÓÔÕÖר, ÙºÚ¥Ì þÆ ÃÄÆÇ,ÛÜÝÌÞßà,áκ â¥ãÎ。 £ÃÄ Ê¥ÃÆÇä, Ê¥åæ [4] ê( RSSI) , åæëåæ çèÝé  ¡ ¢ £ ¨© ª  n——— ç«ì±ð。 p r ( d) [ dBm] = p0 ( d0 ) [ dBm] - 10n1g( :Þ©õöÜÝï, Î , WSN <;ÆÇ。 ¡¢ À。 üú{ú û;+ã®ú{É;ÃÄÉ 2 2 1 ä:X σ ——— ¸ ¹ Þ © º » ¼ ½ È ¶ ¾ ¿ ) ä, ÆÇ· ©@ , äÆÇº¡¢£ ¤ 。 ÉÙ, ®ø { ¡¢£, Å{ ¡¢£Í,ÃÄж, ¥ ¼。 { 1 òê。 d ) + Xσ , d0 (2) ¤{,@ shadowing Å{ åæ çèÝ ÉÃÄ, çèÝ; ç´ÚµÈ¶,· åæ 1 1 (1) Shadowing (²È,³êÃÄà þÆ{:/<; .-Ö。 ¡¢£ ¤ ç , shadowing È É Í p r ( d) ———ÃÄ d 忝°ß; 1 ä, shadowing ä:p r ( d0 ) ———¬®ÃÄ d0 åæ [6] p r ( d0 ) / p r ( d) = ( d / d0 ) n , úû, ¥[ÆÇº\] ¥}|^ä, _`©@äï?>=。< ·Þð,È îþ。 {Ì È,(ÈÉ«¡¢: ïÁºÃÆÇä, úûüýî [5] þÇ( APIT) ÿ~}|À{ ú,¾¿ 。 [7 - 9] çìíî £ §ÉÃÄ。 íÅ¡¢ Æ£ÃÄ,Û¥ ï,ìíðñ ·òóô,õö÷øùó。 ;ÆÇ { shadowing Ååæ ÉÃÄ,ÁÃÄ b、c( © ç, { çèÝ üú{ a、 ÃÄÈÏÉ r1 、r2 、r3 ) 。 ® {É;,ÃÄ r1 、r2 、r3 Éú, ¾ ¿ ·Þ( ¥ ) ð, ÈÉ®¤: (1) ^ðÉ 1 , ®`ÃÉ .-; (2) ^ðÉ 2 , ÂÄÍÅä 电气工程、信息与通信工程·177· ÂÃ,Ä:¯°±¼½¶¬ WSN ¢ À5 Á ; (3) 3 5 , 3 , (4) 4 , D、E、F、G (5) : X= 5 ; 579 x1 + x 2 + … + x i , i y1 + y2 + … + y i Y= , i 2 DEF GEF, DEF } :i———; ( X,Y) ———; , 2 。 ( x i ,y i ) ———。 ( d) 4 , : ¥ , , 。 Positioning principle of algorithm with effective in D D = | y0 - k × x0 - b | / 槡1 + k2 , tersection four points :y = kx + b———¥¡; : (1) : (3) : [ p0 ( d0 ) - p r( d) - Xσ] / 10n 。 ( x0 ,y0 ) ——— 3 (2) : , 。 : 3 , 3 , (4) (3) ( x j - x) 2 + ( y j - y) 2 = d j 2 , :( x,y) ———; ( x i ,y i ) 、 ( x j , y j ) ——— i d i 、d j ——— i 1,2,3,i≠j。 } 5 m ¯°± 9 , shadowing ²,³ 0,¡ ´ 0. 5 µ³。 , 10 ¬®, 3 ¶¬¢ 10 ·。 ¸ 3 (4) j j ,i,j = (4) ,。 ¡¢ £: ( a) 1 , ¤ ; ( b) 2 , ¥ ; ( c) 3 5 , 3 5 ·178·电气工程、信息与通信工程 §¨。 ©ª Matlab R2014a «¬®。 ª 30 m × , ¶¬ ¢¹´。 , ( xi - x) 2 + ( y i - y) 2 = d i 2 , (6) (3) ; 4 d = d0 × 10 , ¦ 2 2 Fig. 2 ¦ , 2 (5) Fig. 3 3 10 Distribution graph of ten unknown nodes 4 ¹´, ¹´ e ª± 。 4 , ª ¹´º»。 ¡¢£¤, ¶¬¢ª¯°± ¼½, ¥¾¦§µ¿ ©¾。 ¨ 580 Ð Ñ Ò Ó Í ¾ ¾ Ô 26 Õ É 。 , 1 m,ª«¬ ®¯,§°± Fig. 4 '4 ,² ^_`aKLbcdVefTUVgh Location error of improved centroid algorithm in different position ³°, ´, µ ²§¨。 mn+.: , , 10 1 000 , ev , model [ J] . 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School of Electronics & Information Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China) Abstract:This paper is a response to a problem involving cooperative spectrum detection, the differ ences in signaltonoise ratio received by different cognitive users and interferences in channel control have a direct effect on the final decision result. The paper building on the traditional hard decision detec tion algorithm derives a clusterbased diversity cooperative spectrum detection algorithm by combining clusterbased mechanism with the auxiliary judgment of other users using the local maximum value of sig naltonoise ratio; and presents an analysis of the detection performance under the conditions of equal false alarm probability and unequal alarm probability. The simulation results demonstrate that the cluster based diversity cooperative algorithm could provide a better spectrum detection performance than the con ventional hard decision detection algorithm. Key words: cognitive radio; multiuser; cooperative detection; clusterbased diversity; false alarm probability 2345: 2017 - 04 - 03 6789: :;<=>?: (12531572) (1980 - ) ,,, ·180·电气工程、信息与通信工程 ,,:,Email:sy_hit2004@ 163. com。 312 0 2 3 4 5 â ^ 6 6 " 27 8 7 )¡âã¡, ¢£¢±²; ¨©ª« ¬¤¢¥¿À, ±²¦ , 。 , ( Second User, SU) ( Primary User,PU) , ¡¢ SU £¤、 ¥¦§ [1] ¨©ª« ¬® PU ¯°±² 。 ³´µ ¶·¸¹,º»¼½¾¿ÀÁÂ、à ÄÅÆÇÈÉ,ÈÊ, ËÌ SU ´µ¶· §ÍÎÏÐÑÒÓÔ±²Õ, Ö×ØÙ ,ÚÅÛÜÝÞß ,àᱲ⠧Ш©ª«±¬: H0 :g i ( t) = w i ( t) , H1 :g i ( t) = s i ( t) + w i ( t) , :g i ( t) ———" i Ë SU u i )º; w i ( t) ———®, ¯Ö°± 、 í σ2wi ²'³; s i ( t) ——— OFDM º。 IFFT ´µ¶£^,^´· 2 ¸¹üÍ,s i ( t) ¯Ö± °、 í σ si ²'³。 ´µ OFDM º¸»¿À, ¼è ½æ¾´À ± T d ~Ú¿° À\,ý 2 Tc σ si , ρ i = R( ± T d ) = T d + T c σ2si + σ2wi (1) ãäå æçâã, èéêëæ [2] ì 。 Ààá ±²íî,SU ï½ðñ òóôõ»ö÷§±²ø, ³ðñòùú :T c 、T d ———º¸» OFDM ÁºÂ。 {¿À,, ρ i °,¥, ρ i °。 ûü,ýþÿ~À¸¹, }¿ÀÁ|ÈÉ 。 ÈÊ,{[÷§±²ø»öê¼Ú ÈÊ,Ðö\;¢¥Ä( ¬。 ´µ ρ i ¢ËÅÆ_, ^Ç>ÈÉ! Å\,]}Ñ¿À^_ø`@。 ?>»=<; Üàá±²íîÐ:Ôðñòùú/, ý í.。 ³Èþ SU ~µ§ÍÎÏ þ,-¸¹þ, ,+*)é þ,¨þ( ¬¯°±²,Ë [3 - 5] 。 À»=àá±²í ±²Ðþ ¸¹üÍ'Ê,èé^Ç>ÈÉ ρ^ i ǯֲ'³Ë。 ÌÍÎ - Ï0б² ¤,,Ñèñ²íî±²ÕÒÓÕ: P d,i = P ( ρ^ i > η i H1 ) = (2) î, SU ÷§±²Ð, Ú±²þÇ, )º Ó^ [6] ,SU ) ,àá±²\ÐÑ:Ô 。 òþ, òæ\Ðàá±²ù [7] 。 ÈÊ, À»= “ OR” àá±²ô® àá±²íî, ÷§±² )ºþ, ÷§ SU ¯°Ú Ò'& %§,Ààáþàá [8] ±²\ 。 ¸¹ðñò» ÷§;ÜÑÒÇß , ' $ ÷§)^¯ °;Ü, èé|$'&àá ±² íî,#=±²\。 1 槡M · ( η i - ρ i ) 1 erfc( ), 2 1 - ρ2i P f,i = P ( ρ^ i > η i H0 ) = , erfc( x) = 1 erfc( 槡M ·η i ) , (3) 2 ∫ e dx ¢ÔÕ¾´, η 槡π 2 -x2 x i ¢±²;ÜÖü,M ¢) OFDM ÁºË´。 2 ר¦§¢ôµ IEEE802. 22 Ù¤, ÚÛá(( PU) ,á´Ü¸ ôõ( SBS) á Ý ( u i ,i ∈ 瓔 + ) ,ý u i ÀܸÞßàᤠÅ'³,SU ½âàáã( ¬¤ º±²,ܸäÒ;ÜÜ¢¥Äà ¬。 2 1 %,OFDM âãÈ 、 Á Ç,äúù=æç »=<;Üàá±²íî±² -: =Ú SU ÷§±²_ 1 bit âã 。 È Ê, ± ² OFDM ºÚ \。 ±²¢ ø»öé=© ôõ, ôõµ¨<;Ü1!ä Ò+;Ü, å “1” PU ¿À,“0” 电气工程、信息与通信工程·181· ß3 à á , : µ¶â [8] PU 。 :“ K” 、“ AND” “ OR” 。 “ K” , N SU k SU PU “ ” , PU “ ” ,, “ ” 。 k 。 k = 1 ,“ OR” ; k = N ,“ AND” 。 SU 1 Fig. 1 , 、 , SU 3 ,, “ OR” 。 “ OR” ¡ 3 1 { N Q d = 1 - ∏ (1 - P d,i ) , i =1 ,¥¦§¨。 ©, «¡¬® ¯°± ²,³°±²´µ¶²,¥ , ´·¡¯¸ 。 ,SU , ¥ SU ´·¡¤¹, ¡º »¼½¡¹»,¾。 ¿, ¼À ÁÂÃÄ¡。 2 2 ÂÁ± “ OR” , ÅÁ SU ¡, ¼ÀÁÂá ,¦ 1 。 ¡: ¯¢£¤Á¥¦§ Hk , ƨ© SU ªÇÁ«È¡«¬,®Á C k ; (1) (2) Á C k SU ¯°´·Ä µÊ±² SU ´ ·¡,ÆÁ¶ SU ¡ “OR” ,Ë·¸Ì¡¹»; (4) Á¥Í“ OR” ¹º, º , Î ¤¹, ¼Ï½Ð Á¥Ò °±²¾¿, ÓÁ » SU ÔÀ²Õ¡。 Ñ ·182·电气工程、信息与通信工程 Ê® u max ,Ê® R max 。 ©, u i ÃÄ - ÅÖÆ±Ç¯° ´·Ä¡, Ó¢£ P f , ȹ (3) ×À¡ η i : η i = ( 1 / 槡M )·erfc -1 ( 2P ) 。 (4) f Ø(4) ¤ÉÊËÀ, ¡Î P f M , M ÙÚÇ, ¡ 。 (1) (2) ,¤ËÀ Ç,̽, ρ i ÌÊ。 ÛÎ ρ i < 1, P d ÜÊ, Ý ½ ¡ ¤ ¹ Þ ½ Í。 ¶ ,Í´· u max ¡Î·¸ ÉÌ SU ¡。 ÎÂÏ ¤ Æ u max ¡¢£Ê, ® P d,m 。 Á¶ SU “ OR” , Á¾Ò N - 1 : P d,i,m = 1 - (1 - P d,i ) (1 - P d,m ) , P f,i,m = 1 - (1 - P f ) 2 , ¡ (3) Hk « ´ “ OR” 。 ½Ð Á N SU u,ÂÇ L Á,® C k ,k = 1,2,…,L。 Á C k SU Ë ¡ ¡,ɱ²,º ³±²«´ H k ; detection u i ɱ², N Q f = 1 - ∏ (1 - P f,i ) 。 ¡ Diagram of clusterbased diversity collaboration N k , u i , i = 1,2,…,N k , ∑ N k = N 。 i =1 SU ª ,“ AND” ; , “ OR” 。 [2] ¡¢£ Q d ¢£ Q f ¤ 313 ÁÂÃÄ¡ Ð, } (5) Ý N - 1 ¾Ò·¸ “ OR” ,¾Ò C k Á¥¹»: { P d,C k = 1 - ∏ (1 - P d,C ,j ) (1 - P d,C ,m ) , j∈N k,j≠m k k P f,C k = 1 - (1 - P f,C k,j ) 2N k -2 , : P d,C k,j ———Áß j ´· ¢£ ; ¡ P d,C k,m ———Á´·Ê u m ¡¢£; 314 Æ Ç È É P f,C k,j ———。 , “ OR” , : Qd = 1 - ∏ k = 1 ∏ j∈N ,j≠m (1 - Pd,Ck,j )(1 - Pd,Ck,m ), L k Qf = 1 - ∏ k = 1 (1 - Pf,Ck,j ) 2Nk -2 。 L 3 2 } (6) SLMNOPQR , , SU N, L , C k ,k = 1,2,…,L, N = 2L。 , Q f = 1 - (1 - P f,C ) L , Q d = 1 - ∏ k = 1 (1 - P d,C k ) , L :P d,C k ——— k P f,C ——— } ¸ Ë 4 1 , - 12、 - 15、 - 18 ³ - 21 dB, ¦ ´ ,¡ 2 ¢£。 µ¡ 2 ¶ ¤¥·,¦©ª©¢¸,“ OR” ³“ AND” ¸©§ ¹, ©º· ª»。 «¬, ¦ SU ©, ¦ “ OR” ¨ “ AND” ®¼。 (7) 。 P f,C k,2 = P f,C k + Δ , 。 } (8) : ¡¢, £¤ SU , erfc -1 ( 2( Qf - Δ ) ) - 槡M·ρi 1 Pd,i = erfc ,i = 1,2 。 2 1 - ρ2 i '2 Fig. 2 4 2 TUVWXE?: ª «(1981 - ),¬,®¯°¤,±²³,´µ,¦§¶·:¸¹º»¼½¾¿À,Email:76115347@ qq. com。 电气工程、信息与通信工程·185· _4 ] 0 @,:[\ WALSH àî¥ï - ¤ - á¹×Ø?ÄÇ ` 1 , [1] , ( Dif ferential chaos shift keying, DCSK) [2] ( Transmission - reference,T - R) , ,¡¢£¤¥¦§¨ ©ª«¬®¯°±、¯²³ ´°,µ£¶· ¸¹º»¹¼¹º½¾¤¿ÀÁ, ÂÃÄ [3 - 5] 。 Å Æ DCSK Ç È É Â Ã ,ÊË [6 ] Ì Í ¤ - ( Fre quency modulation - differential chaos shift keying, FM - DCSK) Î,Ï DCSK Ð [7] ÏÓÇÈÔÃÕÖ CD -FM -ODCSK 1. 1 479 CD - FM - ODCSK µ£×Øû 1 ø 。 ¹ºµÍ¹º x( t) , õ¤Ü x′( t) 。 ¹¼õÄ Á°¹¼¹º a, õçÁ ¨¹º a1 » a2 。 ¸ Ï Ó ½ T b x′( t - T b / 2) 、a1 ^ WALSH ൠ1 ° ^¹º x′( t) s1 ( t) ,x′( t - T b / 2) 、a2 ^ WALSH ൠWALSH à W P,K 2 ° WALSH à W Q,K ^¹ º x′( t) s2 ( t) , s1 ( t) » s2 ( t) õ çÁµÍ。 ÑÒ , T - R רÙÚÛܯ、 ÝÞÄÇ [8] 。 DCSK ²³ß, ÊË [9] ÌÍ à ( Code shifted - differential chaos shift keying,CS - DCSK) á¹×Ø, âã ä¡¢¥¦å, æàÄÇ ¸ [10] ç èéêÌë 。 ÅÆ FM - DCSK ¯Û Ü ì í, Ê Ë [ 11 ] Ì Í î ¥ ï - ¤ - ( Correlation delayfrequency modulationdifferential chaos shift keying, CD - FM - DCSK) á¹Î,ðî¥ï¦ 2 ¨¹¼ñ ÌßÛÜ,òóôõö¹º [12 - 13] È,ÙÚæàÄÇ øùú ûüý ÷ 。 1 Fig. 1 CDFMODCSK chaos shift keying transmit ting model ߤ c( t) = A c cos ω c t, é ¹º x( t) õ¤ÜÍ x′( t) = A c cos( ω c t + k f ÷ÄÇÿ、 æàÄÇÕ þ á¹~¡¢}åá¹|{ À [14] î¥ï - ¤ - [\ ω c ———¤Ü; k f ———¤; ¤¹º。 WALSH à¸ÏÓ] òµ¹º ¹¼ ¹º, Ñ [\Ä,« ¹ ú¯ ÷, Ìßþ ¹º ¸_ l ÏÓ½,CD - FM - ODCSK N s1 ( t) = x′( t) + a1 ∑ W P,K x′( t - T b / 2) , K =1 ( l - 1) T b < t ≤( l - 1 / 2) T b , N (2) s2 ( t) = x′( t) + a2 ∑ W Q,K x′( t - T b ) , K =1 ( l - 1 / 2) T b < t ≤lT b , ÷ÄÇ;¦,¸òáõ[\ WALSH ମàö²Ç, Ç ÷¹ºÈ, áõ ú¯æ à Ü , ÄÇ。 ·186·电气工程、信息与通信工程 c :A c ———éê; orthogonal differential chaos shift keying, CD - FM - ¹º»¢É 0 x′( t) ———éÔÃ¤Ü ( Correlation delay - frequency modulation - ODCSK) × Ø。 × Ø ¸ ò ð [ \ ∫ x( τ) dτ) = A cos φ( t) , t (1) ¶·,ÌÍ [\ WALSH à CD - FM - ODCSK ¹ºÈ ÅÆæà :x′( t) ———¹º; 480 ² ³ ´ µ ¶ · ¸ W P,K 、W Q,K ——— WALSH K ; y′1 = a1 、a2 ———。 , a1 a2 “ + 1” , ; a1 a2 “ - 1” , , 。 WALSH , ( Hadamard) 。 WN,i W N,j , W N,i [ W N,j ] = { 0, N, i≠j; i = j; ∫ ( l - 1) T b N K =1 N a21 ∑ W P,L W2P,K K =1 x′( t - T b ) dt, y″1 ( t) = ∫ ( l - 1 / 2) T b ( l - 1) T b CD - FM - ODCSK 2 。 ¡¢ £¤¥¦§, WALSH ¨©, ª ¡¢£¤¦§«¬。 ®¥ ¯°¦±, §¨ N0 / 2 ²©ª³´µ n( t) , ¦ «¡¢ r1 ( t) = s1 ( t) + n( t) , r2 ( t) = s2 ( t) + n( t) 。 } (4) y1 ( t) = ∫ ∫ ¸®° ( l - 1 / 2) T b ( l - 1) T b r1 ( t) ·r1 ( t - T b / 2) dt·W P,L = ( l - 1 / 2) T b ( l - 1) T b ∫ ( l - 1 / 2) T b ( l - 1) T b ( l - 1 / 2) T b ( l - 1) T b [ x′( t) + a1 x′( t - T b / 2) ∑ W P,K + K =1 W P,K + n( t - T b / 2) ] dt·W P,L = ∑ K =1 ∫ K =1 x′( t - T b / 2) dt, ∫ x′( t - T b / 2) · (l -1/ 2)Tb (l -1)Tb n(t)·x′(t - Tb )dt + x′( t) ·n( t - T b / 2) dt·W P,L + N y1 ( t) = (5) x′( t - T b / 2) n( t) dt·W P,L + a1 ∑ W P,K W P,L ( l - 1 / 2) T b ( l - 1) T b ∫ ( l - 1 / 2) T b ( l - 1) T b n( t - T b / 2) · n( t) ·n( t - T b / 2) W P,L ·dt。 ±,¬£¤® L ¶¯ a2 ,·« y2 ( t) = ∫ ∫ lT b ( l - 1 / 2) T b lT b ( l - 1 / 2) T b ¸®° r2 ( t) ·r2 ( t - T b ) dt·W Q,L = [ s2 ( t) + n( t) ] [ s2 ( t - T b ) + ∫ n( t - T b ) ] dt·W Q,L = lT b ( l - 1 / 2) T b [ x′( t) + a2 x′( t - T b ) W Q,K + n( t) ] × [ x′( t - T b ) + a2 x′( t - 2T b ) W Q,K + n( t - T b ) ] dt·W Q,L = a2 ∑ W Q,L W Q,K K =1 ∫ lT b ( l - 1 / 2) T b x′( t - T b ) 2 dt + y′2 ( t) + y″2 ( t) + y2 ( t) , y′2 ( t) = (6) ∫ lT b ( l - 1 / 2) T b x′( t) ·x′( t - T b ) dt·W Q,L + N a2 ∑WQ,L WQ,K K =1 N a ∑WQ,L W2Q,K 2 2 N n( t) ] × [ x′( t - T b / 2) + a1 x′( t - T b ) · N ( l - 1) T b K =1 ∫ [ s1 ( t) + n( t) ] [ s1 ( t - T b / 2) + n( t - T b / 2) ] dt·W P,L · x′( t - T b / 2) 2 dt + x′(t)·x′(t - Tb / 2)dt + ( l - 1 / 2) T b N ¬£¤® L ¶¯ a1 , ·« ∫ (l - 1)Tb N 。 ∫ (l - 1 / 2)Tb a1 ∑WP,K WP,L WALSH ,, ( l - 1) T b x′( t) ·x′( t - T b / 2) dt·W P,L + a1 ∑WP,K WP,L (3) , WALSH ( l - 1 / 2) T b y′1 ( t) + y″1 ( t) + y1 ( t) , ( l - 1 / 2) T b i, j = 1,2,…,N。 CD - FM - ODCSK 1. 2 ∫ a1 ∑ W P,K W P,L K =1 N———WALSH ; T 29 º ¹ N T b ———; , ¸ y″2 ( t) = ∫ K =1 lT b ( l - 1 / 2) T b N ∫ ∫ lTb (l -1/ 2)Tb lTb (l -1/ 2)Tb x′(t)·x′(t -2Tb )dt + x′(t -Tb )·x′(t -2Tb )dt, n( t) ·x′( t - T b ) dt·W Q,L + a2 ∑WQ,L WQ,K ∫ (l - 1 / 2)Tb n(t)·x′(t - 2Tb )dt + lTb K =1 电气工程、信息与通信工程·187· 4 ¹ º ∫ lT b ( l - 1 / 2) T b N »,»:¼½ WALSH ¾¿ - ¦ - x′( t) ·n( t - T b ) dt·W Q,L + a2 ∑WQ,L WQ,K ∫ (l -1/ 2)Tb n(t - Tb )·x′(t - Tb )dt, y 2 ( t) = ∫ K =1 lT b ( l - 1 / 2) T b n( t) ·n( t - T b ) W Q,L ·dt。 z′1 = { z2 (t) = { 2( k - 1) β ∑ x2i - β + z′1 + z″1 + z1 , N ∑ i = 2( l - 1) β + 1 x i - β ·x i ·W P,L + a1 ∑ W P,K · K =1 2( k - 1) β N ∑ i = 2( l - 1) β + 1 N x i - β ·x i + a21 ∑ W P,L · 2( k - 1) β ∑ i = 2( l - 1) β + 1 K =1 x i - β ·x i - 2β , z″1 = a1 ∑ W P,K W P,L K =1 2( k - 1) β ∑ i = 2( l - 1) β + 1 2( k - 1) β ∑ i = 2( l - 1) β + 1 x i - 2β ·n i + x i - β ·n i ·W P,L + 2( k - 1) β ∑ i = 2( l - 1) β + 1 N 2( k - 1) β K =1 i = 2( l - 1) β + 1 W P,L + a1 ∑ W P,K W P,L + 1,y2 (t) > 0, - 1,y2 (t) < 0。 i = 2( l - 1) β + 1 W2P,K “ + 1” ; y1 ( t) 、y2 ( t) < 0 , “ - 1” , z1 ( t) 、z2 ( t) 。 : + 1,y1 (t) > 0, z1 (t) = - 1,y1 (t) < 0, K =1 W P,L , , y1 ( t) 、y2 ( t) , 。 y1 ( t) 、y2 ( t) > 0 , 2( k - 1) β (7) (5) (6) , 。 N z1 = a1 ∑ W P,K W P,L lTb 481 ÀÁÂÃÄ z1 = 2( k - 1) β ∑ i = 2( l - 1) β + 1 ∑ x i ·n i - β · x i - β ·n i - β , n i ·n i - β ·W P,L 。 E b ©ª«, CD - FM - ODCSK £¬¤ 2 ª« ,¥ E b ¢ N Eb = ∑ K =1 ∫ lT b ( l - 1) T b x ( t - nT b ) dt = N 2 ∫ lT b ( l - 1) T b x2 ( t) dt, (8) 2 Fig. 2 2 CD - FM - ODCSK CDFMODCSK chaos shift keying receiving model CD - FM - ODCSK CD - FM - ODCSK AWGN( Additive white gaussian noise) ,:(1) x(t) Lo gistic 。 (2) n(t) 、 N0 / 2 。 (3) 、AWGN WALSH 。 (4) P ≠ Q ≠ L ,WALSH WP,K 、WQ,K var(WP,K ) = var(WP,L ) = var(WQ,K ) = var(WQ,L ) = 1。 , 2 , x i FM x′( t) ,n i n( t) ,¡¢ R t , ££ ¤¥ β = R t T b / 2, ¦¡§ M = Nβ, (5) ¨ z1 ¢ ·188·电气工程、信息与通信工程 (8) ®¨¢ E b = NβE[ x2i ] 。 (9) ¦§¨©¯ ª, ¤¥ n i «¬®, (7) ¯ ®。 (7) 、 °®± ²³ x i ®。 (7) ´«¬ ° Nβ µ®。 ¡¥, ¶· «¬®,¸±¹² z1 ,: E[ z1 ] = a1 NβE[ x2i ] , var[ z1 ] = N2 βvar[ x2i ] + 3NβN0 E[ x2i ] + (10) 1 NβN20 。 4 (11) ºª¬¤° “ + 1” “ - 1” »¼ ³,, ½ (10) (11) ´(12) , µ¶· CD - FM - ODCSK ª« a1 ¼¢¸: ¢ p( z1 ≠a1 ) = 1 1 p( z1 < 0 | a1 = + 1) + p( z1 > 0 | a1 = 2 2 - 1) = 1 erfc 2 (槡 E[ z1 | a1 = 1] 2 var[ z1 | a1 = 1 ] ) = 1 erfc( NβE[ x2i ] / sqrt(2( N2 βvar[ x2i ] + 2 482 ¯ 3NβN0 E[ x2i ] + ° ± 1 NβN20 ) ) ) 。 4 ² (12) ,erfc( ·) ———。 , CD - FM - ODCSK , a2 。 AWGN , P b ( e) = CD - FM - ODCSK 1 erfc( NβE[ x2i ] / sqrt(2( N2 βvar[ x2i ] + 2 1 3NβN0 E[ x ] + NβN20 ) ) ) , 4 2 i N -1 1 1 E[ x ] = lim ∑ x2i = , N→ N i = 0 2 2 i var[ x2i ] = E[ x4i ] - E2 [ x2i ] = , (14) (15) P b ( e) = 1 erfc 2 , 3 1 。 8 1 erfc 2 ¶ 29 · µ ¨ N = 32 , T = 10 000 s,WALSH M 8、16、 32、64。 ©, E b / N0 < 10 dB , CD - FM - ODCSK 。 10 < E b / N 0 < 20 dB , CD - FM - ODCSK ¢ £ , ¤ (16) § , ¥« , ª ¡ ¥ « ¦ ¬。 ¨© , ¤ª «¤¤¥¬¦¥®¦ ¥« 。 , , ¯°± ²³ CD - FM - ODCSK ´ µ®¶ 。 (15) ( 槡( N0 MN20 1 +6 +2 2 Eb β Eb ) )。 -1 (16) ( 槡( N0 MN20 1 +4 +4 2 Eb β Eb ) )。 -1 (17) CD - FM - ODCSK , CD - FM - ODCSK 、 WALSH 、、 , CD - FM - DCSK、CS - DCSK CD - FM - ODCSK , CD - FM - ODCSK ´ b , 。 (14) ´ CD - FM - DCSK P b ( e) = « (13) , CD - FM - ODCSK (13) ³ 3 , N = 32, 3a , WALSH M = 128 , CD - FM - CD - FM - ODCSK ODCSK 3 Fig. 3 。 M = 32 , 。 , ¡¢£¤¥¦§ different spreading factors WALSH ; BER performance of CDFMODCSK under WALSH CD - FM - ODCSK ´µ 4 , N M = 32, 8、16、32、64。 ©, E b / N0 < 12 dB ,CD - FM - ODC SK WALSH ¤ª WALSH ¥®¦¬。 ·; 12 < E b / N0 < 20 dB ,CD - FM - ODCSK 电气工程、信息与通信工程·189· 4 ,: WALSH - - 483 M = Nβ ( 16 ) , , WALSH N β 。 , WALSH FM - ODCSK 。 , CD - 4 CD - FM - ODCSK WALSH Fig. 4 BER performance of CDFMODCSK under different WALSH code lengths CD - FM - ODCSK 5 。 CD - FM - ODCSK、CD - FM - DCSK CS - DCSK 6 。 5 , WALSH N = 8 、 T 50 000、100 000、300 000、500 000。 , 10 dB , CD - FM - ODCSK ; 10 dB ,CD - FM - ODCSK 5 CD - FM - ODCSK Fig. 5 BER performance of CDFMODCSK under different chaos sequence lengths ·190·电气工程、信息与通信工程 6 Fig. 6 Comparison of three kinds of chaos shift keying under different spreading factors 484 â ã ä Ù Î Ò Ò ç 29 è Ú , T = 100 000 , ,CD - FM - ODCSK ¡¸¹,CD - FM - ODCSK ¡ CS - DCSK § CD - FM - DCSK ½ 。 FM ¾§Ç ¥ÂÉÀ。 , , 。 WALSH N , , , , , : [1] CD - FM - ODCSK BER 6 , T = 10 000 s, M 8、16、32、64。 ,, M = 8, 14 dB ,CS - DCSK CD - FM - ODCSK, ODCSK ¡¢ CD - FM - ÁÊÂ, à , Ã. Ä· [3] . · DCSK ËÌÐÑ[ D] . : [4] à , Ó¬, Ã. · WALSH ¬¤ ¡ª«, ¤ , ® ¯ ¥ , ° ¢ £ CD - FM - ODCSK ¬¤ ¦§±¨ ¥², © ³ ° ´ µ。 ª « ¶ ¬, CD - FM - ODCSK ¡ CD - FM - DCSK § CS - DCSK ¥®。 [ J] . ÍÎÏÂ, 2012, 38(7) : 103 - 106. ÍÒ, 2014. 2017, 19(3) : 157 - 158. ª« WALSH ¡¢¸¹ - - º »¼( CD - FM - ODCSK) ½¾, ¯°¿À± 、WALSH 、 ¸¹,µ Å ¢, CS - DCSK、CD - FM - DCSK º»。 Ƽ½, § , method for chaotic communications [ C ] / / Proceedings of The IEEE International Symposium on Circuits and Systems, 1998, 4: 477 - 480. . ÄØ¾ FM - DCSK [7] à [ J] . Í ÙÒ, 2015, 31(1) : 59 - 63. [8] צ, , . ËÌÎÏÐѺ , Ó , Ó ÍÒÒÚ( ÛÜÙÒ [9] ) , 2016, 36(1) : 1 - 7. [ J] . Xu W K, Wang L. A novel differential chaos shift keying modula tion scheme [ J] . Int Journal of Bifurcation and Chaos, 2011, 21 (3) : 799 - 814. [10] , , Ý. CS - DCSK UWB Þ ÈÐÑ[ J] . ÉÍÒÒÚ( ÛÜÙÒ [11] Ó ß, à [12] [13] ) , 2013, 25(2) : 259 - 264. · ²³Á´µ² CD - FM - ODCSK ¿À¶ ¡,· ¡ÂÃÄ。 ר Kolumban G, Kennedy M P, Kis G, et al. FM - DCSK: A novel , à, Ê. ¡¢¸¹º»¼ ½ ¾ á [ J] . â ã ä Ù Î Ò Ò Ú, 2016, 26 (5) : 581 - 585. ª«ÅÆ¦Ç DC FM - DCSK Ö ³ [ J] . ¦. · 4 SK µ[ J] . ÔÕÍÎÏ, 2017, 39(2) : 431 - 436. [5] ,¡¢¤ ¥ CS - DCSK ¦ ; ¨¡¢ § ©£ , CD - FM - ODCSK ª« DCSK ËÌ [2] ,CD - FM - ODCSK CD - FM - DCSK § CS - DCSK , keying: a robust coding for chaos communications[ C] / / Proceed Electronics Systems Seville, 1996: 87 - 92. [6] £ Kolumban G,VizvariI B, Schwarz W, et al. Differential chaos shift ings of the 4th International Workshop on Nonlinear Dynamics of 。 È, ¿»¼½¾ , Óå, [ J] . . ؾ CD - DCSK »¼ Ó ß, , Ë . ÒÚ, 2012, 33(5) : 169 - 176. æ Þ » ¼ ½¾á [ J] . âãä ÙÎ Ò Ò Ú, 2017, 27 ( 5 ) : 555 - 559. [14] Lee J H, An C, Kim B J, et al. Analysis of boss map according to delay time in CDSK system and proposed chaos system[ C] / / 2015 IEEE International Conference on Consumer Electronics ( ICCE2015) , Las Vegas, USA: IEEE Press, 2015: 521 - 524. ( ) 电气工程、信息与通信工程·191· 27 5 Journal of Heilongjiang University of Science & Technology 2017 9 MIR UWB , ( Vol. 27 No. 5 Sep. 2017 , 150022) ": MIR UWB , 。 , , 2 / ! 3 / 4 / 8 ,L = 15、r = 2、K = 8 bits , MIR UWB ¡, ¢£¤¥ ¦§¨©ª,«ª¬®¯¬ 。 °±²³: ´µ¶·, ¸¹ MIR UWB ,º»¹ MIR UWB , ¼½¦ ¾¿。 #$%:; MIR UWB; ; doi:10. 3969 / j. issn. 2095 - 7262. 2017. 05. 023 §¨ &'()*:TN911. 22 +,-*:2095- 7262(2017)05- 0565- 04 +./01:A Research on multiuser performance of pulse selection MIR UWB communication system Zhang Hongquan, Zhang Hongwei (School of Electronics & Information Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China) Abstract:According to the characteristics of pulse select MIR UWB communication system can flexi bly select the transmit subband pulse, a multiuser system model based on time hopping was proposed. The system model was given and the BER performance was simulated. When the number of users is 2 / 3 / 4 / 8, L = 15, r = 2, K = 8 bits, compared with the conventional MIR UWB system,the data transmission rates of the two systems are the same, and the simulation is divided into synchronous and asynchronous. The results show that in the case of high SNR, multiuser model of MIR UWB communication system based on pulse selection, and its BER performance is better than the conventional one, and it can realize the flexible adjustment of the system transmission rate. Key words:pulse selection; MIR UWB; BER; multiuser 2345: 2017 - 03 - 24 6789: (51474100) :;<=>?: ( 1979 - ) ,,,,,: ·192·电气工程、信息与通信工程 ,Email:daqingzhq@ 163. com。 566 0 ' & % $ # ( ( Impulse radio ultra wideband, IR UWB) , , 、 , 。 2004 ,Paquelet , ( Multiband im , ¡ ¢ £ ¨©ª, «¬ [5 - 6] L ÿ r ÅÆ~ 。 ëì, \ó]^ ,_ôö÷øù a i TH - 2PAM `æ,Á³ r ó]^`æ@?。 `æ PSWF ,Á p i ( t) >Ý= i óÁô= i ó¶。 [7] <ì,ã\]^`æì s i ( t) ;:/.<·® S( t) ,>,ß Σ 槡ε Σ a ? j / N 」 p ( t - jT - C T ) , L S( t) = +∞ i =1 s i j= -∞ s i s i,j c (1) ï: 槡ε s ———·ä; N s ——— C i,j ———= i ó]^ÍÎØ= j óØø; 。 ÇÈɧ T c ———ÍÎØ。 ÊË, Ę̈ÍÎÏ ror rate, BER) ¾Ù。 ; T s ———+; ¹º»¼½¾¿À¾, Á¬®¯ ,ÐÑÒÏÓÔÕÖÎר ( Bit er ; óÜ a i ———`æ ,±²³©ª´µ¶·®,¸ °ÃÄÅÆ ß 。 2016 ,¤¥ [4] ¦§ ®¯° r }, |{[ pulse radio ultra wideband, MIR UWB) [2 - 3] = 27 0 ! K = r + [ logC L ] ýþ,õ§ñ [1] " ¡ç·ä, ±²·ä " 1 2 ©ª MIR UWB ÀÚ Û 2 ÜÝ。 ;*°。 1 1 1 à,ú¨ PSWF Î / ¹ ©ª MIR UWB ·®ÀÚ Û 1 ÜÝ。 ¬®¯°, ±²¿À©ª´µ ¶Þß·®, ¹º» þ¾, Å µ\ó¶。 õ§, r( t) áâ) L ó]^ v i ( t) ¡ ç;,Òï,)·à;Æ PSWF ¬®¯°û, ³ r ó]^ 。 ú·®à ·®,;ì,«<(} ;ô}<( r ó]^。 ì, ¼½¾。 [5] « 1 Fig. 1 ¬®¯° ·ä Transmitter model ¡ç ß ai { - 1,0, + 1} ( i = 1,2,…,L) , Òï L ß©ª ñ 。 。 ·®à, áâã·ä塿 è é ê, ë ì ä í ¬ ® î, ð èéê ¬®¯°, ±²ò L ó頻 r ó ( ±óô¢óÅÆ¶ ) Þß·® 。 õ§, a i ï³ r óö÷øù。 ú¬® ¯°û,ò L ó¶ï©ª r óü¾ 2 Fig. 2 2 Receiver model ©ª MIR UWB Ï· ®àÚÛ 3 ÜÝ。 Ï,= n óÏ·ä ïÔó D ( n) áâ Âè / 电气工程、信息与通信工程·193· 5 Î Ïв,Ñ: MIR UWB ¹¡ ( n) ,, a , [8] TH - 2PAM , ; n MIR UWB , S ( n) L ( t) = Σ 槡ε s i =1 : 槡ε s C i,j ( n) ( n) ( n) Tc ) , (2) ——— n ; a ( n) ——— n ; C (i,jn) ——— n i j 。 ,, 2 , 。 Nu ¡, n ¢, n £ ¤ , ¥,¦ § 。 ¨© R( t) = An S ( n) ( t - τ n ) + n mui ( t) + n( t) , (3) :A n ———, τ n ——— n ; n mui ( t) 、n( t) ———¦ ¤ 。 ª«, 2 ¬,¨® n 。 L1 Table 1 IJMNOPQR System simulation parameter settings ¹¡ º» / GHz N u +∞ a ( n) ? j / N s 」 p i ( n) ( t - jT s - Σ j= -∞ 567 ¶ 3. 1 ~ 10. 6 3. 1 ~ 10. 6 MIR UWB MIR UWB T s / ns ¹¡ 2/3/ 4/8 2/3/ 4/8 L r K / bits 15 2/4 8 / 14 15 8 8 T c / ns ¼ / ns 15 2. 9 3 5 TH - 2PAM 15 2. 9 3 5 TH - 2PAM MIR UWB MIR UWB MIR UWB ¹¡ 2 / 3 / 4 / 8 ½ ¾ , ¡ BER ¶ ,¡Á¨Â ¸Ã , ¿À , ¡ Ä » 。 L = 15, r = 2 ,K = 8 bits,L = 15,r = 4 ,K = 14 bits, 4 ޾¡ BER ¶°¸Æ( ¥ ½¾) 。 ª 4 ¨£,Ǹà / Ä»( vEN ) È,¡ BER ¶É。 Ê, ¸Ã¡¢Á ¿À r , £¤¥¦ Ë» É,§¨¡¶ ©ª。 Fig. 3 3 FGHIJ@AKCD Multiuser system transmitter model , ,¯° ± ² ¥。 ³ 3 ¡´µ, °¡ ¤ ¶ 。 ¡ PSFW ·, § © 1 , UWB ¡ ®°¸¡ MIR 。 ·194·电气工程、信息与通信工程 '3 Fig. 4 '4 STUVWXYIJ BER Z[\] BER performance curve of different transmission rates , 2 / 3 / 4 / 8 ½¾, ¡ BER ¶ , L = 15,r = 2,K = 8 bits ½¾, Ì MIR UWB ¡¸Í, ¸Í«¬ ¡ Ä» 。 ¥¤®¥Å ½¾,¯ 5。 568 Ä Å Æ Ç ¯ MIR UWB a UWB [2 ] £ MIR L r ¤ 。 Win M Z, Scholtz R A. Impulse radio: how it works[ J] . IEEE Paquelet S, Aubert L M. An energy adaptive demodulation for high data rates with impulse radio[ C] / / IEEE Radio and Wire less Conference, Atlanta: IEEE, 2004: 323 - 326. [3] Dehner H U, Figielek D, Jakel H, et al. High data rate coexis tence - based channel coding for noncoherent multiband impulse 5 ,¢ Communication Letters, 1998, 2(2) : 36 - 38. ,¥¦§ [1] : BER , 。 ,¡ BER , , MIR UWB b radio UWB[ C] / / IEEE International Conference on Ultra - Wide BER Multiuser system BER performance curve 5 ,, , BER , , MIR UWB BER , MIR UWB 。 4 È 27 É ¬ , L = 15,r = 2,K = 8 bits , Fig. 5 « 。 2 / 3 / 4 / 8 , « band, Syracuse: IEEE, 2012: 120 - 124. . MIR UWB [4] , [5] . ® ¨, ©[ J] . ª««¬, 2016, 3(1) : 74 - 78. ¯°±²³[ D] . ´µ¶: ´µ¶·¸«, 2007. [6] , , , ¹. °±²³ ®[J]. ·¸ªº¯, 2016, 38(7): 1654 - 1659. [7] », , . PSWF TH - PPM ¨¼½ [ J] . ¾· ¸ «¿ « ¬, 2012, 27 (6) : 618 - 622. MIR UWB , , [8] À, Á, , ¹. ¨¼½Âê¯[ M] . : ªº·¡¢, 2005. ( ) 电气工程、信息与通信工程·195· 28 4 2018 ¾ 7 V ] Journal of Heilongjiang University of Science & Technology Vol. 28 No. 4 July 2018 WXYcZ[\ò]^ 1 , 2 (1. ] êÉ®cd)*_, `ab 150022; 2. ] êc®01)*_, `ab 150022) , ^ _: 。 , , , , ¡¢£¤¥¦¥。 §¨ ©ª«¬§® ¡ ¯°±£。 ²³ ´ `ab: µ¶·¸ ¹º。 ; ; ; §¨ doi:10. 3969 / j. issn. 2095 - 7262. 2018. 04. 007 c&1de:TD65; TN957 Zf\e:2095- 7262(2018)04- 0389- 04 Z[ghi:A Numerical simulation of UWB signal penetrating doublelayer collapse body Guo Jikun1 , Wang Xiaomeng2 (1. School of Electronics & Information Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China; 2. School of Electrical & Control Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China ) Abstract:This paper attempts to investigate the characteristics underlying the UWB signal penetrat ing the collapse body. The targeted research building on analyzing the characteristics behind the UWB signal penetrating the collapse body is focused on employing finite difference time domain method for nu merical simulation of the characteristics of UWB signal penetrating the double collapse body with ideal conditions. The simulation results demonstrate that the UWB signal which penetrates the double layer col lapse body exhibits a great wave amplitude attenuation and an increased signal time delay due to the in crease in the number and thickness of the penetrated collapse body; and the peak signal of the reflected wave is found to reflect the number of layers of the collapse and the severity of the collapse. This study may provide a reference for the research of ultra wideband signal penetrating multilayer landslide. Key words:doublelayer collapse body; UWB; finite difference time domain method; reflected wave jklm: 2018 - 03 - 21 nopq: Ñ·Dnd(51474100) rGstuv: %ÄH( 1968 - ) ,e,fge,hi,jk,ÂÃ: 01Eäl®01,Email:guojikun@ usth. edu. cn 。 ·196·电气工程、信息与通信工程 390 0 ´ µ ¶ · Þ Þ £ 28 ¹ ¸ ¯ µ § °±。 , 、 、 , , [1] 。 、、 、X ,, , [2] 。 , 。 [3] ( FDTD) §² ,³Å ´ , , [7] , ¿ ¶·¡ ¶· 。 Ç , ¶·¡ ¶·¢¸¹£ µ 。 ¤ 1a ºÀ¸ , »,¸ 、©¼ ¸ º¸ ±,¦¥±。 ¤ 1b º¹¸ , ¸ ¼, ¦¥±, , ,¸½¾¸ ,, 、 、。 ¥¡ 。 Ì¿ ¸¦§¨,¶·¡ ·ÅÀ , , 、 、 、 、 Á, , ©Â«ÍÎ ÃÄ,°¸ ,ª±Å«¢ , , 、¡¢, Ï [8] £。 « 。 ,¸ ¥ ÐÑ。 ¤¥¦, §¨ [4] © £, £ ª«, ¬®ª« 。 §¨[5] ¯°¬ª ( EMD) ( ICA - R) ±£ 、², ³。 ´µ¶·¸ , ¹ º¸。 »¶¼», ½¾ ,¿·ÀÁ, À¸ , º ¸ ¯ÀÁ。 1 ¡,´Â ¡¢£,´º¤¢£, »¥ ¦。 § ¿¤¢£ , », è Ä Ã ¨ ± , § ¨ [6] Ŭ®。 ©, è± ,Æ: Ƶà ¨,°Ã¨, Ǫ ; ©Æµ ,Çè。 ÆÈ ¢«µ , Fig. 1 , , ñ 2 1 Structure of a doubleayer collapse body µÒ¬ÓÆ®Æ ,µÆ ªÇ,¶©¯µ È É Ô ® , Ê Ë Ó Æ Õ [9] Ö 。 ׿¶© Maxwell ØÙ°, ±Ì ©Ø« Ú²Ø。 ´ ÛØ , ± ÆÜ ,¤¥Æ ,§¨[5] ʱ¬。 è , ²Ø, ®«µ¡Ë¢£。 ³±¦, « É ¦ÍÝΦު«ÏÐ。 ׫µÊ , ßÌÑà ªÇÆáâ。 电气工程、信息与通信工程·197· 4 £ ¤¿¥,¶:« 391 ,, , [ 10 ] 。 FDTD , , 。 FDTD , , 。 Yee , 。 2 ( N x × N y × N z ) Yee 。 Fig. 3 3 3 Model of twodimensional wall through wall (1) ± t0 = 2. 5 ns, 2 ns ® 4 。 3 a b ² , §® 5 。 5 2 Fig. 2 Threedimensional FDTD computing space , Yee ( , σ , ¡ , ¤ ε r 0. 01 S / m。 4. 2 m,¥ 3. 0 m, △x = 1 cm, y 7. 51, ¤ 10. 0 m。 Yee ¦ 100 cm § 200 cm , Yee ¦ y ¦ y ¨©ª ,·¦。 ° 1, « ¸ 0. 735 4,« 0. 433 6。 1. 0 ~ 1. 5 m , ) 。 ¢£[11] , 。 500 × 500 , ,¦ ³´µ ( ¤ , 、 ¶ ) , « FDTD 100 § 200 cm , 260 § 360 cm , 100 cm。 4 ««¨©ª。 ¬ ® 3 。 ¥¯ °: E( t) = sin(2 πf0 t) exp[ - 4 π ( t - t0 ) :f0 ———,f0 = 1 GHz。 ·198·电气工程、信息与通信工程 τ 2 ], (1) 4 Fig. 4 Signal source ¦ , ¹º» ²。 5 ,¼ «, ² , ½, ,¡¡ , ¢, ¦² ,² «, £¢¾。 , 392 , , 150 cm,, 6 。 4 ± ± 28 § , , , , 。 , , 。 , , 。 , 。 , , , ,, 。 , , , 。 ¡¢£¤。 : [1] . ¦§¨© ¥, , §ª¨ : «[ J] . ¬ , 2017(1) : 54 - 57. [2] Fig. 5 5 collapse body [3] [4] [5] ¯¦° [ J] . ±±, 2015, 25(3) : 328 - 332. Reflection and penetrating signal waveform of a ®, , . . ²[ D] . : ³ . ¦[ D] . : ±, 2012. ±, 2016. ®, , ´µ, ¶. ¦ ·¸¹[ J] . ±±, 2017, 27 (1) : 73 - 76. [6] [7] . ¦º¡¢ £» ¼ ½ [ M] . ¤: ¦¥±, 2012. Mu Q A , Safaaij A. Characterization of wall disper - sive and at tenuative effects on UWB rada rsignals[ J] . Journal of the Franklin Institute, 2008, 345(6) : 640 - 658. [8] Fig. 6 6 ®, . ¦² [ J] . ±±, 2017, 27(3) : 260 - 264. Reflection and penetrating signal waveform of a doublelayer collapse body 6 , , , , 。 , , , , 。 , ,, , 。 [9] , , [10] [11] . ´³¡ ¼¢[ J] . ¾¿¦, 2017, 42(1) : 155 - 156. . Matlab [ J] . À³Á¦, 2003(11) : 61 - 63. Adhikari A, Dev K, Asundi A. Subwavelength metrological chra cterization by Mueller matrix polarimeter and finite difference time domain method[ J] . Optics & Lasers in Engineering, 2016, 86: 242 - 247. ( ) 电气工程、信息与通信工程·199· 28 5 Journal of Heilongjiang University of Science & Technology 2018 9 Vol. 28 No. 5 Sep. 2018 1,2 , 2 , 2 (1. , 150022; 2. , 150022) ] ^: 。 , , , , Matlab ¥ ¦, §¨ 。 © ª« 。 、 , 。 ¡,¢£¤ , _`a:§¨; ; ; doi:10. 3969 / j. issn. 2095 - 7262. 2018. 05. 020 b%cde:TN911. 7 Yf[e:2095- 7262(2018)05- 0587- 05 YZghi:A New type energy detection double threshold joint spectrum sensing algorithm Jiang Xiaolin1,2 , Zhang Guangzhou2 , Cui Jingyan2 (1. School of Electrics & Information Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150022, China; 2. School of Electrics & Information Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China) Abstract:This paper proposes a new type energy detection dualthreshold joint spectrum sensing al gorithm—an algorithm designed for improving the sensing performance of the energy detection method The algorithm works by performing adaptive adjustment of the decision threshold value depending on SNR and obtaining the utilization of spectrum resources by the integrated decision of the fusion center. The study involves deriving the performance expressions of detection probability, false alarm probability and detec tion number of the algorithm and performing simulation verification using Matlab software. The results show that, the novel method offers a higher detection probability than the traditional singlethreshold en ergy spectrum sensing method could provide a significant improvement in the spectrum sensing perform ance of cognitive wireless network. This study could serve as a reference for the accurate sensing of spec trum utilization. Key words:congnitive wireless network; false detection probability; energy detection; detection prob ability jklm: 2018 - 07 - 10 !nop: qrstuv: (1978 - ) ,, ·200·电气工程、信息与通信工程 ( F2015019) ; ,,, ( LBH - Z16054) : , Email:jlTnner@ 163. com。 588 0 £ ¤ ¥ ¦ Ô à à á 28 ¨ § ¾,Ñ ,Ò 。 ÓÔ [3] 。 , 。 , , 。 , Fig. 1 , , 。 1 Principle of energy detection , ÉÊ , [1] 。 , 、 , ¢ £ 。 ¡ ¤¥¦, §¨, ©ª « ( Cognitive radio,CR) 。 ,¡ £,¬®¯ ¥°¦ [2] ,« 。 , ¥ ¦ ±²。 ³²´³ 、µ§¨¶·。 ±²µ, ¸¹ H1 :x( n ) = s( n) + w( n) , n = 1,2,…,N, Õ:H0 ——— ; H1 ——— s( n) ——— 。 , ËÉÊ 2 H0 ¾Â×, Ç x ~ N(0,σ2w I) , Ñ H1 , ¾×Ç x ~ N[0,( σ2w + σ2s ) I] 。 ÑÛ, Ì T Ç T = ∑ X( n) 。 2 N (2) ɯ¡¯ λ ,Ñ,ÜÇ N λ Γ( , 2 ) 2 2 σw , Pf = N Γ( ) 2 ¿À·¦,, ¦,Á½½ , 1 。 Õ(3) ,Γ( ·,·) ¢ÝÞÁ, ±²¶, ÃÄÅ Æ 1 °Ç。 ³ÇȦÉÊ §¨Ì; Í N FFT, ¨,˧¨。 ,ÂÆ 1 ¨,³ÃÄ ¯ÎÏ¥¦ , Ê ¾¦、, ¯ , ;ÅлËʯ ∫ t exp( - t) dt , Γ( a,b) = 。 £ y( t) , ˦ , A / D , ¾Ë、 , ¦ (1) ¾ÌÚ×, 2 [4] ,ؾÊ, σ w 。 ·¦±²。 ¼ ½±², ¾ } ÂÖ×,ؾÊ, σ s ; w( n) ——— 。 ÙË, ÉÊ · ,®º», 。 °, ¼ H0 :x( n) = w( n) , (3) a -1 b ,Ü N λ ) Γ( , 2 2( σ2w + σ2s ) 。 Pd = N Γ( ) 2 ∫ (4) (5) ÉÅÜ×ßÇ Q x2N = p( t) dt,t ≥ 0 , t (6) Ñ 电气工程、信息与通信工程·201· ²5 ,:¸¤©P 2Q(槡x ) ,N = 1, 1 exp( - x) 2 2Q(槡x ) + , π 槡 Q x2N ( x) = ( N -1) / 2 1 ( k - 1) !(2x) k - 2 , ,N even, ∑ (2k - 1) ! k =1 1 ( N -1) / 2 1 ( x / 2) k - 2 , ,N odd, ( - 2 x) ∑ k! k =1 (7) ²³ λ ), 2 σ2w (8) λ )。 2( σ + σ2s ) (9) P f = Q x2N ( P d = Q x2N ( 2 w λ0 λ1 。 ,, a, , σ w ∈( σ w , aσ w ) , 2 ∧2 1 < a < , σ w , ∧2 2 -1 λ0 = [ 槡2 N Q ( P f ) + N] σ , ρ 2 w -1 2 λ1 = [ 槡2 N Q ( P f ) + N] ρσ w , ∧2 1 2 , ρ = σ w / σ w ,ρ∈( ,a) 。 a P, 。 1 · a (10) (11) λ0 ,! ,¢; :! T ¦ λ0 λ1 ( λ0 < λ1 ) , ¬!。 ,¸ 、 !; ?¹¦ K, ¸, [5] ! 。 , [6] 。 2 £¤, ¥º ¦§» , ¨ A B [7 - 8] 。 ©£¤, ©¦6§K ,ª« λ1 K、 λ0 - λ1 K, λ0 K ·202·电气工程、信息与通信工程 P H11 、P H12 、P H13 。 H0 : ! T ¦ λ1 P H01 = Pr{ T > λ1 | H0 } = Q χ2N ( λ1 )。 2 σ2w ! T λ0 λ1 P H02 = Pr{ T < λ0 | H0 } = 1 - Q χ2N ( λ0 )。 2 σ2w ! T λ0 λ0 λ1 )。 2 ) - Q χ2N ( 2 σw 2 σ2w !, H0 ²³, ¥ P H03 = 1 - P H01 - P H02 = Q χ2N ( ®¯: (1) ¸, » °¦± λ1 K; (2) ¸,» , ; ¦± λ0 λ1 ¦ λ1 K !, » λ0 λ1 K,¹ ¦ λ1 K; !, » ?(3) !¹¦ λ0 λ1 K , !。 , ! n0 ¼23µ, ´ ,! ¢!, ,+,¥¬ H0 H1 ¦+K ,H0 P H01 、P H02 、P H03 , H1 (3) ?² (2) !, ²³!¹¦ : ?! T λ1 , ! , ·¡; ! T ? n0 ¡ 589 ²³ Pf0 = PH01 + PH01 PH03 + PH01 P2H03 + … + PH01 Pn0 H03 = n0 P H01 ( 1 + ∑ P nH03 ) = n =1 n λ1 λ0 λ1 0 Qχ2N ( 2 ) 1 - Qχ2N - Q 2 χN 2aσw 2aσ2w 2aσ2w λ0 λ1 1 - Qχ2N - Qχ2N 2 2aσw 2aσ2w { [ ( ) ( ) ]} 。 [ ( ) ( )] H1 (12) , ¶·! T λ1 λ1 P H11 = Pr{ T > λ1 | H1 } = Q χ2N 1 2 2 。 2 σ + σs a w ( ) ! T λ0 (13) λ0 P H12 = Pr{ T < λ0 | H1 } = 1 - Q χ2N 1 2 2 。 2 σ + σs a w ( ) (14) 590 @ T λ0 λ1 ,A P H13 = Pr{ λ0 < T < λ1 | H1 } = 1 - P H11 - P H12 = Qχ2N ( λ1 ) - Qχ2N ( ), 1 2 1 2 2 2 2( σw + σs ) 2( σw + σs ) a a (15) 3 n0 a, uv。 uv, cbùú& n =1 λ1 λ0 Qχ2N ( )·(1 - (Qχ2N ( )- 1 1 2( σ2w + σ2s) 2( σ2w + σ2s) a a λ0 Qχ2N ( )) ) / (1 - [Qχ2N ( ) - 1 2 2aσ2w 2( σw + σ2s ) a Q χ2N ( 28 (19) ,cùú P d0 = P H11 + P H11 P H13 + P H11 P2H13 + … + P H11 P H13 n0 = P H11 (1 + ∑ P nH13 ) = 1 。 λ0 λ1 1 - (Qχ2N 1 2 2 - Qχ2N 2( 1 σ2 + σ2 ) ) s 2( a σw + σs ) a w λ0 λ1 n0 λ1 )])。 2aσ2w 1 000,n0 20,9 1 0. 1 , cùúh , a = 2, 2 P x。 3 U - 10 dB , ù ú ? 。 (16) ,ùú : N = p( H0 ) N H0 + p( H1 ) N H1 。 :N H0 ———H0 ,ùú (17) ; N H1 ———H1 ,ùú 。 H0 ,,ùú n0 -1 NH0 = ∑ {i × P(iH03-1) × [PH01 + PH02 ]} + n0 PH(n030 -1) = i =1 n0 -1 {i × [Pr{λ0 < T < λ1 | H0 }] ∑ i =1 i -1 × (Pr{T > Fig. 2 λ1 | H0 } + Pr{T < λ0 | H0 })} + n0 [Pr· λ {λ0 < T < λ1 | H0 }] n0 -1 = (Qχ2N Z 12 + 1 - 2σw 2 Comparison of signaltonoise ratio and detection probability performance ( ) λ λ λ )∑ { i × (Q ( -Q ( ) + Q ( ) ) 2aσ 2aσ 2aσ ) } λ λ n [Q ( -Q ( ] ≈ ) 2aσ 2aσ ) χ2N 0 0 n0-1 2 w 1 - ( Q χ2N n0 -1 i =1 0 χ2N ( 2 w 0 χ2N 1 χ2N 1 2 w χ2N 2 w H1 ,,ùú ( i-1 2 w n0 -1 λ0 λ1 - Q χ2N ) 2 2aσ w 2aσ2w ) 1 ) 。 (18) 3 Fig. 3 NH1 = ∑ {i × P(iH13-1) × [PH11 + PH12 ]} + n0 PH(n130 -1) = i =1 n0 -1 {i × [Pr{λ0 < T < λ1 | H1 }] i -1 × (Pr{T > ∑ i =1 λ1 | H1 } + Pr{T < λ0 | H1 }) } + n0 [Pr{λ0 < T < λ1 | H1 }] 0 ≈ n -1 Comparison of signaltonoise ratio and detection probability performance 4 õ, 1 / 2 ,ùúbù ú P e U?x。 3 '¡, 电气工程、信息与通信工程·203· ²5 。 , , ¡¢ £¤ , ¡¢¥ ¦。 Matlab §¨ , 、 ¨, ¡¢ ,¨© ,ª , , 。 [1] 4 Fig. 4 591 ,: : Liu X, Jia M, Na Z, et al. Multimodal cooperative spectrum sensing based on dempstershafer fusion in 5Gbased cognitive ra dio. IEEE Access, 2018, 6: 199 - 208. Signaltonoise ratio and average number of detection performance curves 4 , , , - 4 [2] , . ¦ « ¬ [3] Vladeanu C, Nastase C V, Martian A . Energy detection algorithm [ J] . ®, 2010, 30(9) : 2519 - 2521. for spectrum sensing using three consecutive sensing events[ J] . IEEE Wireless Communications Letters, 2016, 5(3) : 284 - 287. . [ J] . [4] 。 , , [5] Liu X, Li F, Na Z. Optimal resource allocation in simultaneous [6] Farag H M, Mohamed E M. Improved cognitive radio energy detec [7] Jiang X L , Gu X M, Adaptive double - threshold joint spectrum dB 0 dB , , 2 4 , - 2 dB 3. 5 , 1, , , 。 4 ¯¯ , 2013, 47(7) : 1009 - 1005. cooperative spectrum sensing and energy harvesting for multichan nel cognitive radio[ J] . IEEE Access, 2017, 5: 3801 - 3812. tion algorithm based upon noise uncertainty estimation[ C] / / Ra dio Science Conference, 2014: 107 - 115. , sensing based on energy detection [ J ] . Journal of Computers, 2013, 8: 2565 - 2569. , , ·204·电气工程、信息与通信工程 [8] , , . ° [ J] . ¯¯ ( ±¯) , 2011(2) : 77 - 81. ( ) 28 6 Vol. 28 No. 6 Journal of Heilongjiang University of Science & Technology 2018 11 Nov. 2018 , , ( P , , 150022) Q: 。 ,¡¢ £¤¥¦,§¨©ª«¬® ,©ª«¯°±²³ ´¯。 µ¶·¸:,¹º»¼½´¯ ¹¾¿, ÀÁ®Â ;,»¼½ Ãݱ¨²³ ÑÂÒÓ。 ´¯。 ÅÆÇ ÈÉÊËÌÍËÌ ÎÏÐ RST:ËÌÍËÌ ÎÏ; Ð; ; £¤¥¦ doi:10. 3969 / j. issn. 2095 - 7262. 2018. 06. 021 U!;VW:TP929. 5 #XYW:2095- 7262(2018)06- 0706- 06 #Z[\]:A Improved spherical signal detection algorithm for multiple input and multiple output systems Jiang Xiaolin, Cui Jingyan, Zhang Guangzhou ( School of Electronic & Information Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China) Abstract:This paper proposes a novel radius selection method as an improved alternative to the spherical detection algorithm with minimum mean square error filtering matrixan algorithm which suffers from a higher detection complexity at low signaltonoise ratio. The improved detection algorithm works by presetting a convergence factor capable of the adaptive change with the signaltonoise ratio, and provi ding a greater reduction in the detection complexity at low signaltonoise ratio and obtaining a better per formance at high signal to noise ratio. The results show that the improved algorithm provides not only a significant reduction in the detection complexity while ensuring the basic original detection performance at low signaltonoise ratio, but also a superior detection performance while maintaining the complexity of the original algorithm detection at high signaltonoise ratio; and the algorithm proves really effective. The research could provide a reference for improving the signal detection of wireless communication multi input and multi output system. Key words:multi input and multi output systems; signal detection algorithm; maximum likelihood detection algorithm; spherical detection algorithm; convergence factor ^_`a: 2018 - 07 - 26 bcde: ( F2015017) ; Nfghij: ( 1978 - ) , , , 163. com。 ( LBH - Z16054) , , : 、 , Email: jlynner @ 电气工程、信息与通信工程·205· 6 Î 707 ª¿À,:¯ 1,2,…,N T , j = 1,2,…,N R ,H 0 h1,1 H = h N R,1 ( Multiple input multiple out put,MIMO) 。 h1,N T 。 h N R,N T … … (1) , , 。 MIMO , 。 ( Minimum mean square error,MMSE) 、 [1] ( Succes 1 sive interference cancellation,SIC) 、 Fig. 1 ( Maximum likelihood, ML) 。 , ML [2] 、 , , MIMO Spatial reuse MIMO system n = [ n1 ,n2 ,…,n N R ] T , ML , Viterbo Biglieri ( Sphere decoding, ,¸¹、 º , SD ( Sig nal to noise ratio,SNR) , 。 £ N R × N T MIMO SD) ML ,SD ML , MMSE ( Sphere decoding minimum mean n ¼ , n i »。 ½¾º i ¶ y = Hx + n = h1 x1 + h2 x2 + …h N T x N T + n, , square error,SD - MMSE) ¡, ,SD - MMSE ,¤[3] ¥ 。 ¢£ £¡ SD , ¦ §,¨ 。 :h i ——— H £ i n———。 (2) ; 2 SD -MMSE SNR -SD -MMSE 2. 1 SD - MMSE ©ª«¬ SD - MMSE , £®¯( Snr sphere decoding mini mum mean square error,SNR - SD - MMSE) , ¯ SNR - SD - MMSE ¥ £ °±², ¯£ , SD - MMSE ³ « SD - MMSE、SD 。 1 , x k 、 y L k ¶ L ¶ [4] 。 H ,H £ H ji i j ·, i = ·206·电气工程、信息与通信工程 ¦,Á y ÂÃÄ Hx · §¨,¨Â y Ŧ x^ ML , © x^ ML = argmin‖y - Hx‖ , X∈C N (3) T :C———¡¢¿; N T ———。 ª¤¥,«ÆÇ £¤¥, y £ MIMO ,、 N T 、 N R , ´ µ 1 。 , X = ¡¢¿£À¤¥ SD ¢¡¢¯ MIMO [ x1 ,x2 ,…,x N T ] T 、 Y = [ y1 ,y2 ,…,y N R ] T ML § ¬®, R SD È,SD ¯¤¥¦, ¡°± £¢¤¥²£,³ £¢ R SD ,¤¥ ¤´¾, ¦¡³¤¥¤´ µ¥¤¥,¶·É£¦¤¥¸ ¹º,¦¦¢³ [5] ÊË 。 2 È»。 SD ļ½¾ § Ìͨ©ÆÇ¤¥ 708 R2N T = αnσ2 , ∫ n λ -1 2 e -λ dλ = 1 - ζ, Γ( n / 2 ) ( ) (4) ¸ £ ¹ ¹ 28 :「 ? ———; ? 」 ———。 ( 11 ) - - - x NT , d NT -1 = d2 - (Y NT - RNT,NT x NT ) 2 , YNT -1 = (Y NT -1 - R NT -1,NT x NT ) 2 , :Γ( ) ———Gamma ; n———; (10) - - α———, ζ = 0. 1 。 Y N T -1 - R N T -1, T -1 x N -1 2 ≤ d N T -1 。 2 T (12) - 「 - - d N T -1 + Y N T -1 R N T -1,N T -1 - - d N T -1 + Y N T -1 ? ≤ x N T -1 ≤? (12) R N T -1,N T -1 」。 (13) (13) x N T -1 , Fig. 2 x N T ,x N T -1 ,. . . ,x N1 。 MMSE G = 2 ( H H H + σ2 I N T ) -1 H H , Spherical algorithm geometric schematic 2 2 (5) ‖y - Hx‖ ≤ R SD 。 R SD d,QR H R = QR , (6) H = Q0 R0 = [ Q1 Q2 ] 0 :Q———; R0 、 R——— N R × N T ; Q1 、 Q2 ——— N R × N T 、 N R × ( N R - N T ) 。 (6) H (3) , 2 Q1 R 2 2 x‖ = y - d ≥ ‖y - Hx‖ = ‖ Q2 0 H 2 H 2 ‖Q1 - Rx‖ + ‖Q2 y‖ 。 H 2 ‖Q2 y‖ , d - ‖Q y‖ ≥ ‖Q y - Rx‖ 。 2 - H 2 2 - H 1 2 NT 2 2 H 2 2 i =1 (9) - (YNT -1 - RNT -1,NT xNT - RNT -1,NT -1 xNT -1 )2 + … 。 - 「 - d + Y NT R N T,N T (10) - d2 ≥ ( Y N T - R N T,N T x N T ) 2 ?4 ≤ x N T ≤? H [ σI ] NT - ,y = , R N T,N T 」, [O ] , NT 2 I N T ——— N T × N T - 。 - - y = Hx + n ,(5) , SD , SD - MMSE 。 (9) R SD 。 ¡¢, R SD , ,SD 。 , £¤ ¥ NT 1 p = 1 - e σ2 ∑ n j! (- R 2SD ) (11) R2SD j (σ )。 (15) 2 n ,¦§ R SD ¨ SD ©。 ª[3] «¬ ® ¥ 。 ¯ °,®, α = e -β ×n SNR ± α ¤ - d + Y NT y :σ ———; j =0 d2 ≥ ( Y N T - R N T,N T x N T ) 2 + - H = (14) ,SD R SD (9) (10) - x = Gy , (8) NT j =1 2. 2 2 d ≥ ∑ ( Y i - ∑ R ij x j ) 2 , - (7) d , d ≥ d - ‖Q y‖ , Y = Q y, (8) H 1 2 SD , , [6] 。 SD - MMSE , [ ] [ ] [] SD SNR k + ( 1 - e -β ×n SNR ) k 。 α = (1 - e SNR ²³ 0 , α ¤ -β ×n SNR ) (16) k , , ´µ¶©· 电气工程、信息与通信工程·207· 6 ¢ ,¬:®¯°®¯©± SD - MMSE、k - SD - MMSE , SNR , k - SD - MMSE, SNR , SD - MMSE, SNR , SD - MMSE K MMSE 1 , 。 k k - SD - 。 ,SNR - SD - - d = αd 。 (18) - d (9) , f ( L i ,U i ) ( U i ,L i ) SNR - SD - MMSE k k - SD - MMSE Table 1 MMSE , SNR , k - SD - MMSE 709 。 ,k - 。 , 3 , , U i 、L i , N , N i i 。 Relationship between k and complexity of kSDMMSE algorithm / dB k 0 2 4 6 8 0. 05 2 816 2 816 2 817 2 820 2 829 0. 10 2 816 2 816 2 817 2 821 2 831 0. 20 2 817 2 818 2 820 2 814 2 839 0. 30 2 818 2 822 2 826 2 831 2 848 1 , k ≤ 0. 10 ,k - SD - MMSE SNR , k = 0. 10 SD - MMSE , , k - SD - MMSE , SNR SD - MMSE 。 , 1。 β SNR - SD - MMSE 2 , SNR , SD - MMSE k a 5 6 ~8 。 SNR 。 Fig. 3 β SNR - SD - MMSE Table 2 Relationship between β and complexity of 2. 3 SNRSDMMSE algorithm / dB β 3 , 2 。 2 4 6 8 0. 02 2 816 2 816 2 817 2 818 2 820 0. 04 2 816 2 816 2 818 2 820 2 832 0. 10 2 817 2 818 2 821 2 827 2 850 0. 50 2 822 2 836 2 869 2 890 2 923 2 , β ≤ 0. 04 ,SNR - SD - MMSE SNR β = 0. 04, -0. 04 × n SNR , α = 1 - 0. 9e ·208·电气工程、信息与通信工程 , (17) Flow of SNRSDMMSE algorithm ¡[7] 0 SNR - SD - MMSE , £¤¥ ¢ , M c( m,σ2 ) = ∑ E p ε。 ka = 1 (19) :k a ——— ¦,k a (1,m) ; ε———FP k ¦§ ¨ ; E p ——— ¢; s t ©, y = Hx + v ε——— ,ε = 2k a + 17。 ª, v s α 0, «¬ σ2 , 710 γ( ∫ 0 λ k 2 -1 k Γ( ) 2 ¡ ¡ 28 MMSE ,, k r2 ) = 2 2, σ + ‖s α - s t ‖ 2 r2 σ2 +‖s α -s t‖2 k 0. 10。 Matlab e -λ , , α - SD - MMSE SD (20) :γ ( p,q ) ——— p, q Gamma ; b———。 , 、 16QAM, , 2 × 2, ,α 1、 1 - 0. 9e -0. 04 ×n SNR 6 ~ 8 。 、0. 1。 M x - PAM DL = ( - L -3 L -3 L -1 L -1 ,- ,…, - ,- ), 2 2 2 2 DL m = ( DL ) m , , D L ———。 x 2、4 ,SD : k am n k , C1 (m,p) = ∑ (2k + 17)∑ γ 12ρL 2 , 1+ L =0 L =1 L m(L2 - 1) NT () (21) am n , C2 (m,p) = ∑ (2k + 17)∑ gkL (q)γ 12ρL 2 , 1+ L =1 q m(L2 - 1) NT (22) ,g kL ( q) x (1 + x + x + x ) (1 + 2x + x ) 。 q , 4 9 L 4 16 - PAM , , SNR Fig. 4 4 β 5 k Comparison between different β values ,。 3 Matlab , α β、k 、 SNR - SD - MMSE , α , , ,SNR β , 2 dB 。 : 16QAM,, 2 × 2, , β1 、 β2 、 β3 、 β4 0. 1、0. 04、0. 02、0. 50; k1 、 k2 、 k3 、 k4 0. 05、0. 10、 0. 20、0. 30。 4 5 。 4 , SNR , β , SNR - SD - MMSE SD - MMSE , , , β ≤ 0. 04 ,SNR - , α β = 0. 04 。 5 SNR , k = 0. 10 ,SNR - SD - Fig. 5 Comparison between different k values 电气工程、信息与通信工程·209· 6 ¬ ,®:¯°±¯° 711 6、8 α - SD - MMSE SD 、 , 7a、7b 3 dB 、 21 dB 。 7a、8 , SNR , 0. 1,SNR - SD - MMSE α k - SD - MMSE 、 , SD、SD - MMSE ,SNR - SD - MMSE ,, α , (15) 8 。 7b、8 , , Fig. 8 SNR , SNR - SD - MMSE SD - MMSE , , α SD - MMSE, k SD、SD - MMSE 1, SNR - SD - MMSE SNR , k - SD - MMSE , 。 8 , 。 Fig. 6 6 4 SDMMSE algorithm and SD algorithm Comparison of detection complexity between SDMMSE algorithm and SD algorithm (SD - MMSE) , SNR - SD - MMSE。 , , k - SD - MMSE , SD - MMSE、SD 。 ,,SNR - SD - MMSE SD - MMSE , ,,SNR - SD - MMSE SD - MMSE , 。 α - SD - MMSE SD Comparison of detection performance between α - SD - MMSE SD [1] [2] : . MIMO ¡ ZF - OSIC [ J] . ¢£¤, 2017, 34(4) : 165 - 168. Men H, Jin M. A low - complexity ML detection algorithm for spa tial modulation systems with PSK constellation[ J] . IEEE Commu nications Letters, 2014, 18(8) : 1375 - 1378. [3] [4] , . MIMO ¦, 2016, 35(8) : 123 - 126. [ J] . ¥ Yong S C, Jaekwon K, Won Y Y, et al. MIMO - OFDM wireless communications with Matlab [ M ] . : , 2013. [5] Nguyen V H, Berder O, Scalart P. On the efficiency of sphere de coding for linearly precoded MIMO systems[ C] ∥ Wireless Com munications and Networking Conference ( WCNC ) , Shanghai: IEEE, 2013: 4021 - 4025. [6] Sonoda Y, Zhao H A. Improved sphere decoding algorithm with low complexity for MIMO systems[ C] ∥ 2014 IEEE / CIC Inter national Conference on Communications in China ( ICCC) , Shang hai, IEEE, 2014: 11 - 15. [7] Fig. 7 7 §. MIMO ¡ : «, 2014. ¨ ©ª[ D] . Magnified view of simulation ·210·电气工程、信息与通信工程 ( ) 29 2 2019 03 (1. 2 , 2. ": , Mar. 2019 1,2 , ! Vol. 29 No. 2 Journal of Heilongjiang University of Science & Technology 2 , 150022; , 150022) , 。 ,¡¢£¤ , 。 ¨©ª: ¬®¯°¢,±²³´,µ¶·¶¸¹º 3 dB; µ ¶³´,±²§¹,»¼½¾。 ¿ÀÁ  ÃÄ Å ¥¦ § « ÆÇ。 #$%: ÃÄ; ; ; µ¶; ±² doi:10. 3969 / j. issn. 2095 - 7262. 2019. 02. 012 &'()*:TN911. 7 +,-*:2095- 7262(2019)02- 0184- 06 +./01:A An improved low bit error rate signal detection algorithm in MIMO systems Jiang Xiaolin1,2 , Zhang Guangzhou2 , Cui Jingyan2 (1. School of Electrics & Information Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150022, China; 2. School of Electrics & Information Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China) Abstract:This paper highlights a reliable algorithm underlying multiinput and multioutput signal detectionan improved detection algorithm building on the minimum mean square error detection algorithm in order to achieve an improved accuracy of signal detection. The improved algorithm works by introdu cing into the detection process the ordered successive interference cancellation algorithm of the sorting mechanism; providing a preferential estimate of the highly reliable detection component; correcting the low reliability component combined with the maximum likelihood detection algorithm; and thereby achie ving the better detection. The results demonstrate that the improved algorithm exhibits little improvement in complexity; given the fixed bit error rate, it provides an about 3 dB higher signaltonoise ratio than the original algorithm; and given the fixed signaltonoise ratio, it offers the lower bit error rate than the original algorithm, ensuring an optimized performance. The study could serve as a reference for the de tection of signals in MIMO systems. Key words:MIMO systems; detection algorithm; ordered successive interference cancellation; sig naltonoise ratio; bit error rate 2345: 2018 - 12 - 20 6789: ( F2015019) ;( LBH - Z16054) :;<=>?: ( 1978 - ) , , , , , ¡ ¢ £: ¤ ¥ ¦ § ¨ 、 © ª « ¬, Email: jlynner @ 163. com。 电气工程、信息与通信工程·211· '2 ( 0 185 $#",:*ãò²ËÌÍ!ÀÚ× ;Ë,s i )]' i Ó, ' i Ó ¿;Ë。 , , , MIMO( Multiple input multiple output, MIMO) 。 MIMO , ,,¡ [1 - 2] , ¢£¤¥¦,§¨©ª«¬®¯° ±², £³§¨ 1 [3 - 5] 。 ´ª«, µ¶·¸¨¹± [6 - 7] º£³, »¼ MIMO MIMO ½¾ ¿ÀÁ±², Âà ÄÅÆÇÈ。 MIMO ÉÊËÌÍ MIMO Î ¼Ô, ÕÌÍÖר Ù¸ÌÍÚ×Û¸ÌÍÚ×ÜÝ。 ¸ ÏÐÑÒÓ Fig. 1 ÌÍ ( Maximum likelihood, ML) 、 ï ð ñ ò ( Sphere decoding, SD) 。 MMSE óô éê ¬õö÷ø,½ùâÖãäàáú½¾¿,ûü ¸ýþÿ~,}|ãò¸Ö{ ù ZF。 MMSE ZF [ÉÊË\Ó]^_`[ §ü|@,?Àè>=,<]^_`éê, } MIMO systems model }ÉÊÉʹË])] x = ( x1 ,x2 ,…,x N r ) T ,x i )]' i Ó ,' i Ó¿ÉÊË。 -: x = Hs + n, h11 H= h N r1 ÌÍÚרÙÞßÌÍ ( Zero forcing, ZF) , àáâ ÖãäÌÍ ( Minimum mean square error, MMSE) 。 Û¸ÌÍÚרÙåæç è é ê ë ì ( Ordered successive interference cancellation, OSIC) 、àíî MIMO … … h1N r , h N tN r :H———N r × N t ÿ~,H Ó, ;¹ÐÉʪ«; s———ÓË(;Ë]; n———]¢/ ,â` 0, Öä σ ÷ø,n = ( n1 ,n2 ,…,n N r ) 。 2 n | 2 MIMO MMSE .-ÌÍ;Ë, ,ÉÊË+ÌÍ 2. 1 MMSE ± MMSE ¶·¸, ¶|åæçèé êë ì OSIC, ë ì ; Ë : ¢ / é ê, Ë]ì,î@?Àè¦ÁËÌÍ, ¶|ëì¿ÓÉÊ]^_`¦ÓÉ ÊËéê,µãò²¢ù MMSE *。 º½¾¿, ML .-ËÌ ÍÀèÀÁ, Ñ ML .-_Ú ¨ , OSIC ½¾¿¶·¸à*ÌÍ ]Àè, |*Ú×ãò², ±Ú×ÌÍ ¸。 1 T àáâÖãäÌÍ MMSE ù¸Ú× ZF ¢,MMSE ëìéêÑÒóô [8] , õö÷ø ,。 ZF óô ëìéê, ëìéêÑÒ£³ õ ö÷ø。 MMSE ѸÚ& G µÎÏÉʹ %ò¬ÉÊâÖãäàá, E[ ( s - Gx) T ( s - Gx) ] àá。 MMSE Ú× MMSE .-¦ à¸Ú&, M( G) = E[ ( s - Gx) T ( s - Gs) ] 。 ûüÓ; N t , ÉÊ Nr 1 } 。 MIMO , , N t ≥ N r ¼ ð Ó N r × 1 )] s ÓË( ·212·电气工程、信息与通信工程 ãä)]Öäÿ~ cov( s - Gx) = E[ ( s - Gx) ( s - Gx) T ] , dcov( s - Gx) = 0,-¶µ M( G) àá d( G) 186 ÷ Go = ( H H + σ I ) H 2 n Nt -1 ø ù ú H 。 o = σ n ( H H + σ n I N t ) 2 s o s ^ MMSE H 2 -1 ü ü Î 29 þ ý :s———ª¢£; ‖ ‖———Õ£§¡; H argmin( ) ——— x = Hs + n : s^ o = G o x = ( H H H + σ2n I N t ) - 1 H H x, û ¨¡。 Å©¯ ML Öͪ« , ¡¬®«¯ , , ® ¯ , ×°¬ ¯ ° , ª « ¯ ¯ ° Ø Ù , ɪ« 。 ÈÂÆÇ s t ±§¡ , N , , G, , ²³´µ±¡®ª¢¶·¸¡»¡ Ú , ²Û¹¡ , ¡Åܺݻ¡Ð¤Þ , ɲ³´µ±¡»Þß , ¡Åà¼áâ ð٠。 ã´¯¯°® È© ,ML ½ 。 2. 2 ML ;® ª ¢ Æ Ç , Á ¿ À ª¢Á ³ ä å ½ , æ ¥ ¦ Ê ç è ,  é ML MIMO [9] 。 ¡ ¢£¤¥¦§,¨¥¦©ª¢ z «, ¥¦¬¡§¢£®ª¢ z ,¯¡° z 。 ²³,¡´µª¶· ª¢, ± ³,¸ ¹º»³, p( x | z) ,± , ³¼。 ½, ¼ ML 。 Éãóà¼á Äáêë , ¡ £ ¸ ¹ ß Ë Ì ½ ,ML Á Å® ì°Í 。 2. 3 MMSE - OSIC MMSE , º»Ê£ ¦Ó ¯Å¾íÆÇî, ï SIC À»Ê£ ©Ä«¤î¯ s^ i , ðà ñÆ ¯ s ¡Ê£。 Éǰé È, È »Ê£¯É,ÀʯÉÒË,¿À ±ÌÍÌÊ£。 é«, ò·Î· OSIC ÏÈáÐÑ ¿À, ó ØÙ [10] z ML = argmax p( x | z) 。 Ω Ê£ÆÇ, ¥¦ª¢Ê£ÆÇóò·。 ¾³¿ À,Á ª¢³¤ÃÄ ÅÆÇ。 ¾È [ ln p( x | z) ln p( x | z) + = 0。 z z z ML ] ɨ£ ÊÁË̽, Á , ¡ÅÍÎÏ ¥Í p ( x | z) ÆÇ, £。 [ ¡° z Nt ,¥¦¡ Nr MIMO , ¥¦ ¡ Ð ¢ Ã Ñ £ ¤, ª ¢ £ s = x = (x1 ,x2 ,…,x Nr ) T 。 ª¥Ò´ H ¦Óª¶Ô Ë̽, ML ¯ s : s^ = argmin‖x - Hs‖2 , s∈s N t C o = σ2 ( H H H) - 1 = σ2 H ( H ) H , x = H s + n ôõ½ ZF 2 (s1 ,s2 ,…,s Nt ) , ¥ ¦ ª ¢ £ s^ = G o x = ( H H H) - 1 H H x, ±°Í© MIMO ,»¡ T ÈÓ, ÜÔÐ G o ÇÕ£ ò·¯°ó。 ] z∈Ω W o §¡ ¡Å ,( ) ———( ) ÕÖ×。 é« x = Hs + n ôõ½ MMSE z = argmin‖x - Hz‖ 。 ^ :C o ———Õ£Ò; G o ———。 ln p( x | z) = 0, z z ML C o ≠σ2 G o G Ho ,  ÄÛ ,ÔÐÇÕ£ W o §¡ ò·¯°ó。 ²Åů s ºÊ£ ® G o ÇÕ£ w o ö¸,¡ÅØÊ£,Ø Ø,° Ê£ÆÇ。 ñÆÇ½: (1) k1 = argmin w k1 »Ê£ÆÇ。 1≤k1 ≤N t (2) î s k1 = w k1 x,¥Ùª¢£ x (1) = ^ x - h k1 s^ k1 。 (3) Ú Û H k1 , ¯ Ü 电气工程、信息与通信工程·213· 2 Ø H (1) , s s^ k1 , s 187 ÙÚÛ,»:À§ÜÀ§ª«ÇÝÉ (1) = ( s1 ,s2 ,…,s k1 - 1 ,s k1 + 1 ,…s N t ) 。 T (1) (4 ) G (1) o , Go k2 = argmin w k2 1≤k2 ≤N t x (1) , s (1) k2 Âà ÄÅ r max = min( N t ,N r ) Ư² °±Ä¦Ä, ÇÈÉ,ª« Ê。 。 (5) s 。 , MMSE - OSIC , , 。 , 。 3 MMSE - OSIC - I MMSE - OSIC , 2 ,, , ¡。 MMSE - OSIC - I , ML ¢£ MMSE - OSIC ¤¥ MMSE - OSIC , ¦ §,¨。 © QPSK 4 × 4 V - BLAST ª«, x = ( x1 ,x2 ,…,x N r ) T ¬®¯°±¯, s = ( s1 ,s2 ,…,s N t ) T n, ²³。 £ x = Hs + ´: (1) MMSE - OSIC ¨®¯, 4 × 1 s^ i = ( s1 ,s2 ,s3 ,s4 ) 。 (2) µ s4 ¬ , QPSK ¶ · s4 ,: © s1′= [s1 ,s2 ,s3 , - 1 - i]′, s2′= [s1 ,s2 ,s3 , - 1 + i]′, s3′= [ s1 ,s2 ,s3 ,1 - i] ′,s4′= [ s1 ,s2 ,s3 ,1 + i] 。 (3) ¸, ML ¢£ ML ¹ º, ¬: ‖x - Hs1′‖ ′, ‖x - Hs2′‖ ′, 2 2 2 ‖x - Hs3′‖ ′, ‖x - Hs4′‖ 。 (4) (3) © 2 Flow of MMSEOSCII algorithm ´Ë MMSE - OSIC Ì MMSE - OSIC - I ML ÈÍ¡。 ½¾ ,s n ¬ n °±²³,¿¢ ²³£¤¥。 Q m ¬ m · ¶ 。 ¸ ML [Q m ] ¨¹º© [ Q m ] 2 2 [ ] ª ¶ « MMSE - OSIC - I ¦, ¬ °± ²³°± ¦, § Î ÈÍ ( µ )。 ¸ ML , µ®®¯ ¯Ï MMSE - OSIC , °§Î [ Q m ] 2 ¨¹ º © Ì [ Q m ] 2 È Í。 ȸЫ MMSE - OSIC, ѬÀ [ Q m ] ¨¹ 2 º© , Ä Ò , ¿ È ¸ ML,£ ±²[ Q m ] ³。 ½²³° 2 ±ÍÀÓÔ´,MMSE - OSIC - I ´ ¸ ML,¾¸ MMSE - OSIC ¦, µÒ,¿。 » ¬。 ¼®¯ ²³ 。 MMSE - OSIC - I 2 。 ½ QPSK 2 × 2、8 × 8 V - BLAST ª «,¾,§ 。 ¿ ½ ¯ ² ° ± À, MMSE - OSIC - I ¡。 ·214·电气工程、信息与通信工程 Fig. 2 MMSE - OSIC - I Á¸ª« 4 ¶· 4 × 4MIMO ª«, ²³°± QPSK ¸,¶·ÕȬ 0 ~ 20 dB, ®¯¹ MMSE - OSIC Ì MMSE - OSIC - I 。 Öº¶·×¡È Í,¶· 3 。 188 À Á Â Ã Ä Å Å 5 Fig. 3 3 MMSE - OSIC - I 。 Performance simulation comparison of two algorithms 5 3 , , Fig. 5 MMSE - OSIC - I MMSE - OSIC 3 dB; OSIC - I , MMSE - , OSIC , MMSE - 。 4 QPSK 2 × 2、8 × 8 MIMO 。 MMSE - OSIC - I Performance comparison of MMSEOSICI under different transceiver antennas 5 , , , 8 × 8 MMSE - OSIC。 , MMSE - OSIC - I Ç 29 È Æ , , MMSE - OSIC - I MMSE - OSIC 4 dB, 4 × 4 1 dB, 2 × 2 2 dB。 , MMSE - OSIC - I , 。 5 MMSE - OSIC - I MMSE - OSIC ,¡¢£¤¥ OSIC ¦§¨© ML ª¢,« 。 ¬® ML ¯° MMSE - OSIC ±§ ²。 ³´²µ, MMSE - OSIC I , ,¶·, MMSE - OSIC , ¸ § ML。 ¹ , MMSE - OSIC - I µMMSE - OSIC ± 。 ¶ , MMSE - OSIC - I,º 4 Fig. 4 MMSE - OSIC MMSE - , ,«º ¼½¾® MIMO ¿。 OSIC - I Performance comparison of MMSEOSIC and MM SEOSICI in different transceiver antennas 、±», · : [1] Zhou S, Zhao M, Xu X, et al. 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ATOA prediction model error cor ·216·电气工程、信息与通信工程 ( ) 29 5 Journal of Heilongjiang University of Science & Technology 2019 09 Vol. 29 No. 5 Sep. 2019 VB , , ( , 150022) ":, 。 VB , , ! ,,, ,¡¢£¤¥¦§ ¨ VB ©ª¨。 «¬®¯, °¢±, °¢²³ 16 dB, ¨´ 。 ¢,¥¦ ¬µ¶。 ©ª·¸¹,º 10% ,»¼ #$%:; ; ; doi:10. 3969 / j. issn. 2095 - 7262. 2019. 05. 019 &'()*:TN911. 7 +,-*:2095- 7262(2019)05- 0627- 05 +./01:A Improved VB algorithm behind effective complexity reduction in MIMO system Jiang Xiaolin, Qu Susu, Tang Zhengyu (School of Electronics & Information Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China) Abstract:This paper builds on an insight that in MIMO systems, the effective reduction in the com plexity of signal detection is of vital importance to improving the detection of MIMO systems and proposes an improved VB algorithm as an alternative to VB spherical detection algorithm with a higher complexity. The proposed algorithm works by reducing its complexity using a convergence factor; and accelerating the search speed using convergence factor to quickly limit the search range and thereby find effective grid points; and ultimately completing the signal detection. Comparing and analyzing the performance and complexity of the improved algorithm and VB algorithm shows that,at SNR lower than 16 dB, the im proved algorithm provides a better effect than the existing detection algorithm and could enable an effec tive signal detection thanks to the fact that a lower performance inherent in the algorithm is outweighed by a 10% complexity reduction. Key words:MIMO system; spherical detection algorithms; convergence factor; complexity 2345: 2019 - 07 - 28 6789: ( Hkdqg201806) ; :;<=>?: (1978 - ) , , 163. com。 (12543062) ¡, ¢ £, ¤¥, ¦ §: ¨ © ª « ¬ ® ¯ °、 ± ² ³ ´, Email: jlynner @ 电气工程、信息与通信工程·217· 628 0 . - , + * * ( 29 ' ) MIMO ¡¢, ,°¥®ª« <,´®ª«ù,,Êþ, þ°ø¨©;á,®ª ,, µª«, ¬£¥¨©¬£¥ 。 ®,®ø¬£©; ¬£¥, , , ,¦Ê, ¦Ìµ;, , ¬,ª«®ÈÉ; Û, ¬£¥Ðø MIMO ( Multiple input multiple 。 ¨© output) ¡¢,£¤¥¦§¨©ª«¬£ ®。 ®¯°®,±²³´µ¶·, ¸¹, ¥¨©, £¤¥¨© ØÌ̺֡, Ê 。 º MIMO ¡¢»¼, ½¾¿À ÁÂÃÄÅÆ,Ç,®ÈÉÊ˹Ì ÍÎ。 MIMO ¡¢, ÏÐÑ Ò,ÈÉÓÔÕÖ。 ×ÈÉÔØÙÚ ®\:,¥Ê}, ®: ( Max likelihood, ML) â。 ºãäåÔ²æ, ç¤ ¿。 ML ôõöºë쪫 íî÷,¬£¥ÐøùúÒÛ,ML È [1] ɽ¾Ûû 。 ê ML üýþÿ~}ú|¯ ©þ{ØÖ,üý[þ\]^,Ã_Ç`Óð ñò@。 ö ML ÓÔðñò, üý[þ。 ÈÉÓÔ ( Sphere decoding,SD) ÈÉ®,ÈÉ?¯ ML Ì,ðñò ã ML ÓÔÜ。 SD ÓÔ¤å,VB ÓÔ¯ CL Ó Ô。 ¤åÓÔã,Èɽ¾Ì,ðñò,CL Ó ÔÑ。 VB ÓÔ÷Êðüý, [ , ÷, 。 º VB ÓÔ Ìå£Ã>³ô, =ª VB ÓÔÈɽ¾û。 1 h ij ———£¤¥¨©µÒ,Ê ð£¤¹,Ê,¥ù¢; s———®,s = [ s1 ,s2 ,…,s Nr ] T ; °¥ 1 ²³ N t ©, ±, ¬£¥ ,©ÂþÊ N r 。 1 Fig. 1 MIMO MIMO system model ·218·电气工程、信息与通信工程 n———¦§,̨£©¦§ [2,3] , Ý 0,ß σ 。 2 2 VB VB ÓÔÊ Ûª FP ÓÔ», FP ÓÔ«òøÂ«ò, Ę̂¬®ÓÔ, Ûª E. Viterbo ¯ J. Boutros ÓÔ¯°Ê“ [2 - 3] 。 ±, ²³üý ” [4] 。 ´ d, ³¬£® r ¸¹}Ì µ}̶· Âüýº»,¼½¾ ¿ÿ r Û,Ê üý¿¼½ÀÁ r Û。 üýº»¿ ØÂÂ/¹,ÃÄÜüý d, Åøüý ØÂ/¹,ÃÄüý d, ±íü º»Ø¥ÆØÌ ML Â/¹; üýº»¿ MIMO 1 Ê MIMO ¡¢。 (1) T H———µ,õ¡ù¢,H = [ h ij ] Nr,Nt ; èé,êǬ£¥ºëìíîïÓ,ðñò ,¬£¥½¾ó r = Hs + n, :r———¬£®,r = [ r1 ,r2 . . . r Nr ] ; ÈÉ( Zero forcing, ZF) 、 ÛÜÝÞßÈÉ ( Mini mum mean square error, MMSE) 、ÛàáÈÉÓÔ Ö。 ¬£¥¬£ø ýº»ØÌ ML Â/¹ , [5] 。 2 Ê VB ÓÔ ÇÈÉ。 ¨© 2 Fig. 2 Model of algorithm 5 ½ 3 :§Á§¼ÂÃÄÅÆ VB Ǥ ¾¿À, d″2 = d′2 - ( y M - r M,M x M ) 2 , VB d″2 ≥( y M - 1 - r M - 1,M x M - r M - 1,M - 1 x M - 1 ) 2 + … + ( y1 - r1,1 x1 - r1,2 x2 ) 2 , ‖Hx - y‖≤d , 2 (2) :H———; x———; : d″ ≥( y M - 1 - r M - 1,M x M - r M - 1,M - 1 x M - 1 ) 2 , , Q2 ] H = Q0 R0 = [ Q1 x M - 1 1 (3) ; 「 ( N - M) R = [ r ij ] M × M ——— M × M 。 Q2 ] d2 ≥‖Hx - y‖2 = ‖[ Q1 Q1 R [0 ] : y M - 1 | M = y M - 1 - r M - 1,M x M ,(12) : ; Q1 、Q2 ———M (11) yM -1 -rM -1,M xM -d′2 yM -1 -rM -1,M xM +d′2 「 ?≤xM -1 ≤? 」。 rM -1,M -1 rM -1,M -1 [ 0R ] = Q R, N R0 ——— (12) y M - 1 | M - d″2 y M - 1 | M + d″2 ? ≤x M - 1 ≤? 」。 r M - 1,M - 1 r M - 1,M - 1 (13) ; x , [6] , x1 。 , x - y ‖2 = ,, , { x M ,x M - 1 ,…,x1 },, 。 , ,。 [ 0 ] x - [ Q ] y‖ = ‖Rx - Q y‖ + ‖Q y‖ , x , ,,, R 2 1 2 (4) 2 2 (4) : Q1 、Q2 ———Hermite 。 , d2 - ‖Q2 y‖2 ≥‖Rx - Q1 y‖2 , 2 ¥¦,£¤¥。 §, ¦,£ ¨,¥§, ∑(y - ∑r x ) = ©¥,£¤¦。 , ¢¡¢。 ¨©ªª« 2 2 d′2 ≥‖Rx -y‖2 = ‖y -Rx‖2 = M M i i =1 j =i i,j j 2 (yM -rM,M xM ) +(yM -1 -rM -1,M xM -rM -1,M -1 · 2 xM -1 )2 +… +(y1 -r1,2 x2 -r1,1 x1 )2 。 , ,, , d′2 ≥( y M - r M,M x M ) 2 , : 「 , x M , , y M + d′ y M - d′ ? ≤x M ≤? 」, r M,M r M,M :「 ·? ——— ; ? ·」 ——— 。 x M - 1 x M - 1 ,。 [9] ,®¯®¯°±°²³´。 µ, ¶ ¬«¬ (6) (6) [7 - 8] 。 ¡ , ¢¡¢。 £¤, (5) , d′ = d - ‖Q2 y‖ ,y = Q1 y, 2 d———。 ‖ (10) , y———; :Q0 ———N (9) , , H 629 (7) : d″2 = [ d′2 - ( y M - r M,M x M ) 2 ] α。 ·¸ α,α ±²³¤£, ¤£¹ ,°º¦£¤´¤。 », α ¼: α=k ×e β - × r SNR _ (8) (14) - + (1 - e - β × r SNR ) k , (15) :k、k、β———½©; r SNR ———¾µ。 ¿¶½© α VB ¤ ( α - VB) 。 ·,¨©À¸¹¤º» p Á d ü: 电气工程、信息与通信工程·219· 630 ° ± ² ³ ´ µ ∑ Nt 1 d2 j d ( 2) , P = 1 - exp( - 2 ) σ n j = 0 j! σ n 2 Table 2 ∫ 0 n λ 2 ( - 1) n Γ( ) 2 (17) e -λ dλ = 1 - ε, (18) :Γ———; σ ———; n———; 2 0. 01。 ε———, (16) , , p 4 , , d , p 。 。 , , ( α - VB) 。 , · 29 ¸ ¶ 2 β r SNR Relation between β value and r SNR r SNR / dB β (16) d2 = αnσ2 , αn 2 µ 0 4 8 12 16 0. 02 2 849 2 859 2 861 2 867 2 893 0. 04 2 847 2 859 2 877 2 886 2 922 0. 1 2 894 2 891 2 918 2 964 2 946 0. 5 3 010 3 026 3 021 2 969 2 948 ¡ Matlab ,MIMO ¢, ¡¢ 2 × 2,£¤£ 16QAM, 0 ~ 20 dB,n ¤ 0, σ2 ¥¥¦[10] 。 § 3 ¦§ 4 § K - VB ¨¢。 , 。 0 < k < 1 , k 。 1。 1 。 ,k = 0. 01 , CL , , k = 0. 01, ( K - VB) 。 Table 1 k _ 1 3 k r SNR Fig. 3 Relation between k value and r SNR r SNR / dB 0 2 4 6 8 10 0. 5 3 072 3 023 2 945 2 946 2 940 2 900 0. 3 2 994 2 941 2 929 2 880 2 869 2 878 0. 2 2 983 2 914 2 877 2 881 2 876 2 864 0. 08 2 876 2 862 2 856 2 848 2 859 2 853 0. 05 2 858 2 846 2 846 2 852 2 847 2 844 0. 01 2 839 2 841 2 842 2 843 2 851 2 849 , β k 1, α = 1 - 0. 98e β - × r SNR β 2。 2 , α - VB α , 。 (19) 。 , β < 0. 04 , 。 K - VB 。 ·220·电气工程、信息与通信工程 4 Fig. 4 VB CL Detection performance of traditional VB algo rithm and CL algorithm K - VB Detection performance of improved KVB algo rithm and traditional algorithm § 3、4 ,K - VB © ¨©,ª«¦¨¢ª ¬。 ®¯, ,K - VB ª«°±«¨¢²¬ 。 § 5 ®ª³´µ ¯。 ½5 ¾ ¿ÀÁ,¨:ÂÃÄÂà , 16 dB ,K - VB VB CL , K - VB 。 Å VB 10% 。 16 dB, , α - VB CL 。 , , VB , α - VB , VB 。 β < 0. 04 ,α - VB 。 5 5 Fig. 5 Comparison of computational complexity 0. 10、0. 50。 MIMO , ML ,,, VB ¡ ¢£。 VB ,¤ 6 7 α - VB ,β , 631 0. 02、0. 04、 VB , K - VB α - VB 。 ¤ ¥¦, , VB , , CL 。 ¢£ VB 。 : [1] , ¡§, ¢£¤, ¨. © MIMO ¥¡ª «¦§ [ J] . ¨©¬¬®( ª¯°¬«) , 2011, 32 ±¬, ® ¯. ©²³ MIMO ´ (4) : 493 - 495. [2] [ J] . °±µ¶·¬¬®( ª¯°¬«) , 2013, 5(2) : 167 - 170. [3] Fig. 6 6 β VB [4] Detection performance of VB algorithm with different β value pairs ²³, ´, ® µ. © MIMO ¶· [ J] . °¬¸¹, 2013, 35(8) : 28 - 33. Ngo H, Larsson E, Marzetta T L. Energy and spectral efficiency of very large multiuser MIMO systems. IEEE Transactions on Wire less Communication, 2012, 61(4) : 1436 - 1449. [5] [6] , , . ¸ MIMO ´ ¢£[ J] . µº, 2017(1) : 32 - 34. Lee H J, Kim D. A Hybrid zeroforcing and spheredecoding method for MIMO Systems[ C] / / International Conference on Wire less Communications, NETWORKING and MobileComputing. IEE, 2006: 1 - 4. Fig. 7 7 β VB ¯¯. V - BLAST [8] HughesHartogs D. Ensemble modem structure for imper - fect trans [9] Sun Dawei, Zheng Baoyu. A novel multiuser low complexity bit Computational complexity of VB algorithm with , mission media: USA, 4731816[P]. 1988 - 05 - 15. allocation algorithm in cognitive OFDM networks based on AMGM β 2010: 217 - 220. 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": ( EMD) ( ICA - R) , ( UWB) 。 ICA - R , ¡ , ¢ EMD £¤ § IMF ,¨©ª«¬¡®¯°±, ©² §³´µ ¶·¸¹º»¼ ¿ÀÁÂÃ:ÄÅÆÇÈÉ¡ÊË Ì,ÓÔ ÕÖר¡。 ¥¦ 。 ½ ¾ Ì,ͪÎÏÐÑ¡¸¹、 »¼Ò ; ; EMD; ¡®Ù; #$%:; doi:10. 3969 / j. issn. 2095 - 7262. 2017. 01. 016 &'()*:TD326; TN925 +,-*:2095- 7262(2017)01- 0073- 04 +./01:A Research on detection method of life under mine based on ultrawideband signal Guo Jikun, Wang Baosheng, Hao Weilai, Zhang Hongwei (School of Electronics & Information Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China) Abstract:This paper introduces the propagation process model for ultra wideband( UWB) signal in underground mine developed by using an algorithm combining reference independent component analysis ( ICAR) with empirical mode decomposition( EMD) , as a way to address the greater fluctuation in the signal clutter of ultra wide band( UWB) in underground mine. The algorithm works by filtering the clutter component with ICAR method to detect the body signal under the landslides, decomposing the echo sig nal into several IMF components using the EMD algorithm; and analyzing the characteristic curve of life in the time domain to realize the separation of respiration and heartbeat signal in the case of high signal tonoise ratio. The study demonstrates that the algorithm able to estimate the distance information of the body under the landslide while reconstructing the time and frequency waveform information of breath and heartbeat of the target life works better for the noncontact life detection under the landslide body. Key words:mine; UWB; landslide; mine EMD; life characteristics; wave filtering 2345: 2016 - 12 - 06 6789: (51474100) ; ( QC2016093) :;<=>?: ( 1968 - ) ,,,,,¡: ·222·电气工程、信息与通信工程 ¢£¤¥¦ ,Email:guojikun@ usth. edu. cn。 74 0 ) ( ' & % * $ $ " 27 ! # τ v ( t) = 。 , 、 , ¡¢£¤¥、 ¦£,§¨©ª«¬¢£®¯, d0 / v,τ r = A r / v,τ r = A hb / v,½、 Ï, ,_ « τ res <。 \] ® ^_Ïô _, p( τ ) , ç[ R( t,τ) = p( τ) ·h( t,τ) , ³。 ´µ¶·¸ ¹º»¼½¾, ¿ÀÁÂà (6) R( t,τ) = Σa i p( τ - τ i ) + a v p( τ - τ v ( t) ) 。 (7) °±² ÄÅÆÇÈɦ。 (4) τ v ( t) = τ0 + τ r sin(2 πf hb t + Δ ) + τ res ( t) , (5) (4) (5) þ,v , τ0 = ( UWB) , , , 。 2d( t) , v i τ t Ïô, ÊËµÌ ÍÎÏÐ, ÑÒ ÓÔÕ, Ö × ICAR , Ø£ R( m,n) = Σa i p( nδ T - τ i ) + a v p( nδ T - τ v ( mT s ) ) , ÙÚªÍÛÜ, ÝÞßàáâãä®åæ çèé, ê EMD ë ICAR ìÒíæ (8) ¾,¤ÃîÝïðñòÉ 。 óô,õö² EMD ,«、 ͺ÷ ø, Ø Ð ù ¨ É ú û ü à IMF Ü,ýþÿ~ï }ÜÆ|{[。 1 i (8) þ,T s δ T «ë«× ,´ýÉ R( m,n) þ¤¥, _`@Û+。 2 EMD ICAR Ê˾*, Ë`@_ÉÁ Ä, Ï, ¾íæ, ¹ \]^_`@_?> Ù d0 , c( t) =<;Ù:/û.- _+。 ^_Ë_É¡ § ø, ;¢, £Ë_ɤ« ?>,°/û,_。 ï ,_ùÙÂ, ¯,Ø¥Ò¦¾_É Ü§ ¨_ ø+,§¨©,¹© ,,_<;:<Ù: d( t) = d0 + c( t) , (1) c( t) = A r sin(2 πf r t) + A hb sin(2 πf hb t + Δ ) + res( t) , (2) A hb ———_; ; ; ; Δ ———ÛËÀÛ res( t) ———,_ /û \],_ë[ Ü, ¬ û ç ¾ í æ。 ê EMD ë ICAR ¾ í æ ë Æ | ® ù ¯ ° 1 ±。 þ:A r ———; f r ———_ f hb ———_ ICA ^_¾ë_ 。 ýÉþ¤¥ë© }ª« 。 ϡٱ, h( τ,t) = a v δ( τ - τ v ( t) ) + Σa i δ( τ - τ i ) , (3) Ȳ٠Fig. 1 i 1 Clutter suppression and signal reconstruction theory µÌ²Ú`@Éþ, ³¼½ (3) þ, τ <«, ´<é ´µ¶[ø×,,ê« +,t ç ¸ «, Σa i δ ( τ - τ i ) ®< i ÛË`@_,,_ a v δ ( τ - τ v ( t) ) <, þ ¯· ¹。 Ê˺», ´× EMD ,ú¼_É£。 ² EMD « ¯,´Ø¶º÷、¶[øÉ£ 电气工程、信息与通信工程·223· Â1 â , 、 。 EMD , , ; ;, , , EMD 。 IMF , , , , , , 。 , , , 、 ¡¢ ¡。 £¤¥ SVD ,¢¦§ ,¨£© ª¦§¤«, ¬®¯ °, ®¯¥ ±。 °, ¦²¡¢ EMD , ³´ IMF 。 ¢§µ, ¨¶£ IMF ,©ª«¬®¯° 。 · ¸¹±²,³,º¯ r1 ( t) , r1 ( t) = r( t) - IMF1 ( t) , ¦ r1 ( t) ÏÙ , ¿ÂÚ IMF IMF2 ( t) , ÛÜ n ¼,ݹ n IMF «。 Þß r1 ( t) - IMF2 ( t) = r2 ( t) , r n - 1 ( t) - IMF n ( t) = r n ( t) , } r n ( t) Ãà¾ÊËáÌ,³, n r( t) = ΣIMF j ( t) + r n ( t) 。 (10) j =1 Ê(10) ,r n ( t) âã¾, º ä。 ÄȽ´ ɽ´ , Äȸåæç, Äȧèç ¼³ IMF , Äȧè§çéê ëìíî±ï,·Ä¤È。 ÍÎ( UWB) ÏÐѺ³ðÒÓ, Ô °Õº, ñ ÆÃ¬®、 ¯°Ö×, ³, ØÙ ì ¹¤。 EMD ò§óôõ´ IMF , ñ, Éö÷µøù, Úöúµ øù。 ¦È É IMF ( Û ¡¢ ) ,¦Ô ¹, ¯°、¬® 。 ÜÝ, º EMD ¦ »¼。 3 75 ãä,å:à³ÍÎØÙæçÙ ½´ r( t) EMD ¾¨¿ ,Àµ ¶·Á½´Âà ĸ。 ʽ´ r( t) Æ ¥, º»¼Ç½¾ ¹ r( t) ¿。 ÈÇ, Ž´ r( t) ØÙ °ô´Ã N IMFj ( t) , ñ,j = 1,2,…,N, Þß, ûÊü n1 , s rp ( t) ( n4 - n3 + 1 ) IMF ©ý,¬® s hb ( t) ( n2 - n1 + 1) n2 ,n3 ,n4 , ¯° IMF ©ý,³ K2 s hb ( t) = Σ IMF j ( t) , ÀÁ, ¹ r( t) ¿。 ¹ ¿º m1 ( t) É, ³, ½´Â j = K1 Æ IMF Ê(9) ¹: h1 ( t) = r( t) - m1 ( t) , ¸,h1 ( t) àIMF, ËÌÄà IMF ÍýÅ。 Æ, h1 ( t) Î ¿ k ¼,ÏÐÑ£ IMF ¯Ò Ó, Ô«Õdz。 ¿« IMF ,Ö IMF1 ( t) ,½´Èɧ , h1( k - 1) ( t) - m1k ( t) = h1k ( t) , IMF1 ( t) = h1k ( t) 。 IMF1 ( t) ½´ r( t) ×¹, ÉØ½´ ·224·电气工程、信息与通信工程 K4 s rp ( t) = Σ IMF j ( t) , j = K3 (9) (11) (12) Ê(11) 、(12) ÿ Éåæ , þ ÙÊ。 þÙ ~Á, , }|¼« {ÄÞß[Ä¿¸¸。 4 à³ , à \ ] 。 Í Î (UWB) ÏÐѽ´Û r(t) , r(t) à³ EMD á ICRR ¿, Ø Ù Ú Û 。 ,( EMD) , 、 , 。 , r( t) 。 EMD ICA - R Ü ° 、 ,¡, IMF ,¢ 4 。 Fig. 4 IMF Empirical mode decomposition obtained for each IMF component Fig. 2 4 2 Radar echo signal containing clutter a È Fig. 3 3 ß 27 à Þ EMD , , IMF , Ý °Ä RES ,ÅÆ« 。 ÂÇ£, È « 。 , , 2 3 。 Ý 76 Fig. 5 5 b È Reconstruction of respiration and heartbeat signal Echo signal and separation of interested informa tion £ ,¤ ¥¦ IMF3 ,§¨©。 ª« ¬®,ª« ,¯ IMF3 IMF6 、IMF7 ° ±², , 5 。 £ IMF , ³´µ ©¨, §¶·¸ ¹º »¼, ½«¾ ³ EMD ICAR ¿À, IMF1 ¥½©, ³©Á。 ¥ Á IMF2 Â。 ,à ºÂ£Æ, ICAR EMD É ,º 、 ,°Ê©¡ÊË 、 ¢。 EMD º ,§£¤¥¢,ª¡ÌÍÊ ¦À§¨©。 , Î Ï,¦³ÐÑÒª°Ó。 Ô ¡£ «¬Ä®, SVD Õº Ö ¯Ö。 5 °±´µ ײ, ( 96 ) 电气工程、信息与通信工程·225· 96 Õ Ö ¤ EMMA 。 , [6] , , [7] [8] Simcik M F, Offenberg J H. 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( ) 24 3 Journal of Heilongjiang University of Science & Technology 2014 5 Vol. 24 No. 3 May 2014 , ( , ": ( BPSO) , 150022) , , 。 BPSO ! ,¡¢£¤¥¦§¨©ª«¬,®¯°±² ©ª,¥¦ ³´。 µ ¶·¸ ¹º »¼½,¾¿À Á ùÄ,ÅÆÇÈɲʴ。 »¼ÇËÌÍ,γ´§ÏÐѪ¨ , ÒÓÔ ÓÕÖ×。 BPSO ØÙ Ú´Û。 ; ; ; Ö× #$%: ; doi:10 3969 / j. issn. 2095- 7262 2014 03 012 &'()*:TM711 +,-*:2095- 7262(2014)03- 0277- 05 +./01:A Application of improved binary particle swarm optimization for fault location in distribution network with distributed generation ZHAO Jinxian, TU Zhan, XIE Yang (School of Electronics & Information Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China) Abstract:This paper is focused specifically on seeking a solution to the fault location in distribution network by improving the traditional binary particle swarm optimization( BPSO) algorithm, as a part of our efforts to fulfill the requirement of fault location in distribution network with distributed generations. The improved BPSO algorithm operates by initializing random number using uniform distribution, introdu cing the constriction factor and the inertia weight of linear transformation for improving algorithm’ s ability to keep convergence on the optimal solution, and thereby improving the accuracy of fault location, thanks to the prevention of local optimum. The improved BPSO is validated by the ultimate diagnosis due to a simulation analysis of a variety of faults, including fault information distortion, occurring in distribution network. The simulation shows that the improved algorithm is superior to the conventional BPSO in terms of accuracy and convergence speed and thus demonstrates a greater effectiveness and fault tolerance for the distribution network fault location with distributed generations. Key words:distribution network; fault location; traditional binary particle swarm optimization; im proved binary particle swarm optimization; fault tolerance 2345: 2013 - 07 - 18 6789:;: (1970 - ) ,,,,,:,Email:zjx5579@ 163. com。 电气工程、信息与通信工程·227· 278 0 1 2 3 4 " " $ 24 6 5 ( v i1 ,v i2 ,…,v in ) 。 ýÄÅ i 0 (, ¶Æ,'&ÄÅ (,¶ ? p best ÊË g best 。 (1) (2) , 。 , [1 - 2] [3 - 8] , , FTU 。 FTU ¡¢£¤¥¦§, ¨©, ÄÅ»¼ (。 v tin+ 1 = ωv tin + c1 r1t ( p tbest. in - x tin ) + c2 r2t ( g tbest. in - x tin ) , ª«¬§¤®。 ¯° ±°²³ ´, µ¶¤¥¦· ¸¹º,·¸»¼½,«¬§¾。 ¿À [3] [4 - 8] , à Á¡ à x à ¢£ï禧。 ðñ òÄÅ Ãç¦ßà°ÇÙ Î, ó¡ôÄÅà ¯õ,ö÷øö。 ùúøö è òÄÅÃÊËÌÍ Î,Öß໼ ½, ûâãËäÇÙ, üýøöÄÅÃÆ° Ùþÿ ~}。 1 1 1 ÄÅÃ( Particle Swarm Optimization, PSO) | Kennedy Eberhart óà ¯õ, ´ {。 PSO [\]^_ (2) t +1 in t best. in t +1 in Î;r1 r2 $ t , ÇÄÅ (。 óÆ, ~}|µö !Ó。 [ PSO ~}, ¨©, [10] ´ö! ÄÅ Ã ( Binary Particle Swarm Optimiza tion,BPSO) 。 BPSO ÄÅ (|¼ ( x in @ 0 1, »¼ ,´=ÄÅ v in x in @ 1 , ¡»¼ v in @¤,x in 1 ¢¤,£,x in 0 Ó。 ¨©, ° BPSO,ÄÅ ( ¤: x tin = 1,r tin+ 1 < sigmoid( v tin+ 1 ) , x tin = 0,r tin+ 1 ≥sigmoid( v tin+ 1 ) 。 } (3) ,r in $ t ¥ [0,1] ¦§¨{ ;sigmoid |© ´\ª,« {0, 1} , « @ ¬ Ä Å » ¼ 。 (v t +1 in ) ¯°±, ý»¼ v t +1 in ® sigmoid ²ó [ - 4,4] ³;, t +1 0 98,v in > 4, 1 , - 4 ≤v tin+ 1 ≤4, sigmoid( v tin+ 1 ) = 1 + exp( - v tin+ 1 ) - 0 98,v tin+ 1 < - 4 。 ´ `÷,@?>ÄÅ, ó=<;ë: “ Ä ÅÔ ,ÄÅÃóÙ<;/.-,+*), (û¸Ó。 ['&Ƽ, ¦ [9] ÄÅÇ ( 。 , ¹%ÃÇ" 0 1 ;{;g t +1 (1) ?Ç#ÊËÇ;c1 、c2 > 0 "¨Å, ÙÚÛÜ;ÄÅä¡ ÝÞ,ßà »¼ ½,á§¾, Ï«âãËäÇÙ, åæ t +1 in t =<;»¼ (;p best. in ÄÅ i ó t , ?ÇÄÅ (; ω §, ÄÅ èéê¹ëì Ó,Ö íîÓ¶ ÛÜ, =x +v t in ,n = 1,2,…,N, N <;=;v ,x Ã$ i ÄÅó$ t + 1 ° N ÄÅÃÆÇÈÉ。 ¡¢£ÊË ÌÍ Î,ÏÐÑÒÓÔÕ, Öר, Ù禧。 t +1 in (4) ó PSO ,ÄÅóÙ<; ( ~}Ù, ÄÅ¢£»¼ 1 2 ,þÄÅ÷%。 Ã[ Ç (ÄÅ ÇÙÌÍ。 , µ。 Ï|ª«âãËäÇÙ, × ¥¼û。 Ùþ ´~},ý BPSO ö÷øö, Ö ÄŠŠǾ ( p best 。 ÊäÄ g best 。 ? ÊË ÌÍ<; N =, $ i ÄÅó<; Ǿ ( (»¼ x i = ( x i1 ,x i2 , …, x iN ) v i = ·228·电气工程、信息与通信工程 BPSO ¢£ÚÝÞ, ß໼½, á§ ¶° ö·¸µ¹º»。 ¥¦¼。 ø (1) {¼@。 BPSO ÃÄŽ¾ {, [11] ¿ , ÀÁÂÃÄ Ó3 Ö çèé,ß: 279 ¡¢°±²³´¿ N N , 。 , F = ∑ | I i - I ( S B ) | + μ∑ | S B ( i) | 。 (7) ,。 (2) 。 c1 、 c2 (7) ·, Ƥ。 (7) Ó i ¶·¸ ,N ²µ · ¸ ¢ ¶ ;I i , Clerc ·¸½¸³´±, §Õ³´± ¦Õ³´±;I ·¸¹ºÖפ, § i ( SB ) , c1 ,c2 , ( 1 ) v tin+ 1 = φ{ ωv tin + c 1 r1t ( p tbest. in - x tin ) + c2 r2t ( g tbest. in - x tin ) } , , φ= 2 | 2 - C - 槡C2 - 4 C | (5) i i =1 i =1 FTU Ô¬³´±,I i = 0、1、 - 1, ©¹ 0、1、 - 1;S B °±²º»¤,S B 0,غ»§Å,S B 1 º»³´, ¼½ N | S B ( i) | ∑ i =1 ³´º»¢;μ ¾Á Ù¿®À, 0 5。 , C = c1 + c2 。 ¡¢£¤,C ¥ 4。 (3) ¦§。 ω ¨¥ , [6] ÚÛÜÍ , § ϱ°±²®Á¤°±²³´¿ Ý©ºÁ,·¸ FTU ó´±Ä ÅÆ,ÇÞÛ±«Õ。 È 1 , ω ©¡¢ 。 §ª, ɱа±²。 ¡¢ «¢, ω ω max ω min , ω ω = ω max - ¬ t( ω max - ω min ) , t max (6) ,ω max 、ω min ω ®,t ¯ ,t max 。 2 2 1 BPSO °±²³´, ²µ¶·¸¹º» FTU ¬³´±, ¼³´½ ¾,³´¿À ³´,¿³´, ³´¿。 ¥°±²³´Á, BPSO °±²³´¿。 BPSO ² µÃ¡¢; , £Ã¡ ¤, ±²¶¤。 Ķ §¥ 0 ¦ 1, §Å¦³´¤。 À (7) ÆÇȨ,¶É pbest g best , ©。 Ê¡ª«¬®¯°, ± £ á¤,ư±²¶¤。 2 2 Fig. 1 1 A simple doublesource distribution network È 1 ,A、B ±ÐÊ,CB1 、CB2 ÛË Ì,l1 、l2 、l3 、l4 、l5 、l6 °±²º»ÍÎ,S1 、S2 、 S3 、S4 ·¸,K ϵ·¸,K = 0 ¦ 1 Å·¦ÅÐ,§ÅÊß,K Å·。 Ķ·¸ º¨ FTU ³´±。 ࿱РA Ñ Ò±Ð,±«Õ §«Õ, ϵ·¸ÐÓ, ¥Á ÔÈ 1 l2 Äų´,CB1 S1 §Õ³´ ±,¤ 1;CB2 、S2 、S3 、S4 Õ³´±, ¤ - 1。 Æ¥ S1 Õ, l2 、l3 、l4 、l5 、l6 ³´,S1 ¨§ «Õ±, l1 ³´,S1 ¨«Õ±, ( ∨ Öד ¦” ,& Öד ®” ) S1 §«Õ¤ :l2 ∨l3 ∨( K&( l4 ∨l5 ∨l6 ) ) , «Õ¤ :l1 &K; S1 ·¸á : I ( S1 ) = l2 ∨l3 ∨( K&( l4 ∨l5 ∨l6 ) ) - l1 &K。 ©Ø, á â ¬ I ( CB1 ) 、 I ( S2 ) 、 I ( S3 ) 、 I ( S4 ) 、I ( CB2 ) 。 ½Ù·¸ ¬ (3) , á â¬Ú°±²³´¿。 ¼½, ËÁÌÍ¿³´¸ ²,³[4] ³´¿Î´, µ«Æ¥Ï ·¸ FTU 㬳´ (7) , (7) §â¤, ÛÁܰ±²³´ ±Ð°±²³´¿Ñ¨ª¶Ò: äÝ,³´¿åæ£Þ £¤Ã 电气工程、信息与通信工程·229· 280 Î Û Ü Ý Þ Ä 24 à ß ÂÁ¤¶Ã, ¡¨ ¶。 ©, ÄÅÆ 。 2 3 M, 1;ĢƱ£ ¾¤: ¥¶ Ǧ», - 1;§¦», , , ¶,K1 、K2 ª·, ¥Éʦ¶Ë Ì,CB1 、CB2 、CB3 «Í¬; ©®Î¯°± 。 (1) 。 max C, c1 、c2 , ω max 、ω min , p best , g best , t = 0。 (2) 0;¨», 1。 2 ,V ©È¶,DG1 、DG2 ¦ 。 ²( ³´ S1 ~ S17 ) ,°Â«µ« ( ³´ l1 ~ l20 ) , V ¶¶, ½· niform distribution) ¨º»·¸°²。 ¥ÏÐ BPSO,´ 2 ¹ ¾¿³ (3) 。 ( U x i = ( x i1 , v i = ( v i1 ,v i2 ,…,v in ) 0。 x i2 ,…,x in ) , , p best ,¡ p best ¢ ,£¤ g best 。 (4) ¥¦(3) ~ (5) §, ¥¦(6) §。 (5) § p best g best 。 ¨© ª«,¬¢¤ª, ® © ¯ ¢ ; « ° ± p best g best ,§ g best 。 (6) ² , ® 。 ®, (4) , 。 ¢ 3 ,: 20, 80,Ѻ φ 4 1, c1 = c2 = 2 05,»¼ w max = 0 9, w min = 0 4, 100, ¼ Ì 20 [ CB1 ,CB2 ,CB3 ,S1 ,S2 ,…,S17 ] 。 ¾¿ K1 、K2 ¯Æ¾ ,[ K1 ,K2 ] ¦¶©,K1 = 0 ¿ 1 À±² ¦ ¶ DG1 § Ë Ì ¿ Ë Ì ; K2 = 0 ¿ 1 ±² DG2 §ËÌ¿ËÌ。 ¾ ¿ÁÂà 2 , ıÅÒ ÆÓÇȳ, ÉÊËÔ³ 50 , ¬± 1 °²。 。 1 Table 1 [K1 ,K2 ] 2。 2 ³ 。 Fig. 2 2 Distribution network for test exmple ´¤µ¦¶·, ³ ¸¹º»¼, ½ ¾¿· À,Á¤¨¶ ·230·电气工程、信息与通信工程 ½ l2 [0, 0] l2 [0, 0] l6 , l15 [1, 0] l6 , l15 [1, 0] l3 , l14 [1, 1] l3 , l14 [1, 1] Test results of various faults FTU ÃÕ ÆÓ Ì [1,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0, 0,0, ¨ 0 5 ¨ 2 5 ¨ 1 0 S14 ÆÓ ¨ 4 0 0,0,0, - 1,0,0,0,0,0,0,0,0] Í ¨ 1 0 [1, - 1, - 1,1,1, - 1, - 1,0,0, S5 、S8 ¨ 3 0 0,0,0,0,0,0,0] Í [1,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1, 0,1, S8 、S10 0,0,0,0,0,0,0] ÆÓ [1, - 1, - 1,1,1,1,1, - 1,0,0, 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0] Í [1, - 1, - 1,0,1,0,1, - 1,0,0, S1 、S3 、 0,0,0,0,0,0,1,0,0,0] [1, - 1, - 1,1,1, - 1, - 1, - 1, 0, 1, - 1,0,0,0,0,0,0,0,0] ÆÓ ÁÖ l6 l15 ,ı S1 、S3 、S14 ÆÓ¾¤,ÊËÔ³ 50 。 ÎÏÐ BPSO ѱ ÅÒÓ×Ì¡¢, ÔØ¥ BPSO Ù² ÚÍÌ¡¨。 ¨Ó«± 2。 È3 É 281 ÊÀË,: 2 Table 2 Comparison of accuracy of algorithms / % BPSO 48 2 96 BPSO 50 0 100 BPSO ,¬®,¯ [1] : , , . °±² , ¨ [ J] . ³´, 2004, 18(9) : 60 - 63. BPSO BPSO 3 。 BPSO BPSO。 , BPSO BPSO, [2] , . µ [ J] . [3] ¶·, 2012, 40(5) : 34 - 37. , , . ¸ °± ¹ [ J] . º³´, 2009, 35(2) : 255 - 259. 。 。 [4] , , [5] , . ¸ »[ J] . . »¼ [ J] . ³´, 2011, 35(1) : 224 - 228. · ½¾, 20, 24(6) : 39 - 43. [6] , ¿, À, . ¸ [7] , , , . ·¾ Âà (7) : 30 - 34. [8] 4 3 , , , . ¸ 35 - 39. Convergence tendency of two algorithms [ J] . [ J] . Fig. 3 ¶ ·, 2013, 41(4) : 33 - 37. Á¾ [ J] . [9 ] ¶·, 2009, 37 · ¶·, 2009, 37(7) : KENNEDY J, EBERHART R C. Particle swarm optimization [ C] / / Proceedings of IEEE International Conference on Neural Networks. Piscataway: IEEE Press, 1995: 1942 - 1948. BPSO 。 BPOS ,, BPSO “ ” 。 , ¡¢£¤£¥¦ §¨©ª , « 。 [10] MAURICE C, KENNEDY J. The particle swarm explosion, sta bility, and convergence in a multidimensional complex space [ J] . IEEE Transactions on Evolutionary Computation, 2002, 6 (1) : 58 - 73. [11] º , . ¸ ¾ ) ÄÅ[ J] . ÆÇ, 2006, 55(2) : 577 - 582. ( 电气工程、信息与通信工程·231· 24 5 2014 9 Journal of Heilongjiang University of Science & Technology PSO - LSSVR , Vol. 24 No. 5 Sep. 2014 ( , 121000) ! ": , C - (FCM) , ,; ¡¢£¤¥¦§(LSSVR),¨©ª«¬(PSO) ®¯ °±°²,³ ®、¯ ´µ¶·。 ¸¹º»¼½¾¿ÀÁÂÃı,ÅÆÇÈÉ ,ÊËÌÍÎÏÐÑÒÓ,³ ÔÕÐÑ。 ³Öרµ³ÖÙÚ,ÛÜ ÝÞßàáâãÒäåæç»¼ OTL èéêëìíî¡ïðÀÁ,ðñ PSO - LSS VR ©。 ¨òóô:õ´µö÷æøùúûüý,° ®»¼ LSSVR 、ε - SVR ,àþÿàáâãàþÛ~},|´¬Õþ° °{。 [\³Ö]^Ö_` PSO - LSSVR ´µ。 #$%:PSO - LSSVR; ÌÍÎÏ; ; doi:10 3969 / j. issn. 2095- 7262 2014 05 024 &'()*:TP183; TN710 +,-*:2095- 7262(2014)05- 0546- 07 +./01:A New PSO and LSSVM regression based on clustering weighted to evaluate analog circuit performance online ZHANG Aihua, WANG Yongchao ( College of Engineering, Bohai University, Jinzhou 121000, China) Abstract:This paper features a novel PSOLSSVR building on clustering weighted scheme as a via ble alternative to the analogy circuit which suffers an inherent drawback in performance evaluation online, namely the inevitable production of the wrong values and interference due to onsite date collection. This alternative strategy involves firstly dividing the circuit model into multiple submodels via fuzzy clustering mean ( FCM) according to data features, and weighting the samples of the submodels simultaneously; secondly, effectively inhibiting the wrong values and disturbance parameters by combining the norm LSS VR with PSO superior in terms of parameters optimization; and thirdly, introducing the incremental or re duced learning interaction to update the model online in response to the traditional offline evaluation mod el incapable of realtime adjustment to the changing samples. The strategy is validated by the experiment drawing on the college analog circuit experiments, the construction of the training set using the traditional OTL performance eight indexes, obtained via precision instrument evaluation in recent two years, and the realization of evaluation online by developing the PSOLSSVR model. The results reveal that the proposed method PSOLSSVR capable of effectively dealing with the regressive deviation caused by the wrong val ues shows a performance superior to that of the traditional methods, such as LSSVR, and εSVR, an e valuation accuracy approximate to that of the precise instrument, and a better operation speed. The simu lation verifies the reliability and validity of PSOLSSVR evaluation method. Key words:PSO - LSSVR; incremental or decremental interaction; analog circuit; online perform ance evaluation 2345: 2014 - 07 - 10 6789: (61304149) ; (2013020044) :;<=>?: (1977 - ) ,,,,,,:¡¢£¤¥¦,Email:Jsxinxi - zah@ 163. com。 ·232·电气工程、信息与通信工程 &5 ¿ éêë,¡:¸¹º» PSO - LSSVR ¼½¯ , 。 , , , 。 , [1 - 3] 、¡ ¢£¤ 、( SVR) ¥¦§¨,©、ª«§¨£ ¤¬®¯°±²³´µ。 ¶°· ²¸¹º» PSO - LSSVR ¼½¯ ,¾¿ÀÁÂÃÄÅÆÇÈÉÊ Ë,ÌͬÎÏ,ЦΥ。 1 ¹Ðº, »¼½¾ÇÈâ¿。 2 C - FCM ÀÁ C - Âû ( é HCM) Ä ,ÅÆ。 Ç X = { x1 ,x2 ,…,x n - 1 ,x n } © _É,u ik (1 ≤i≤c,1 ≤ k ≤ n) & k ÛÒ& i n ¹ÎÇ, | 0 ≤ u ik ≤1 0 < ∑ u ik < n, k =1 FCM Ç© ÑÒÓÔÕÖ×,2002 Ø,Suykens ¡ ÙÚÒ Ûº»°·²º» LSSVR, ÜÝÞº²ßà, m———κ»ËÇ,m > 1,ÌÍ© c u ik = 1,1 ≤ k ≤ n。 ∑ i =1 u ik = â©ÔÇ,á>?Îãäçè,ÒúûÉÊ Ë=<。 ]^[7] ; RBF :/ßà LSSVR, (1 / ‖x k - v i ‖2 ) 1 / ( m -1) c (1 / ‖x k - v j ‖ ) ∑ j =1 2 1 / ( m -1) 1 ≤ i ≤ c,1 ≤ k ≤ n, vi = /¯Ã_。 @ FCM ð Î @Û,©ÔÇ,¾ u mik x k ∑ k =1 n u ∑ k =1 m ik ,1 ≤ i ≤ c。 PSO - LSSVR ÇïÉÊ,ö ,áÕ¼@á 3 1 µè¦Î° µïμ [9 - 10] 。 ,Chen Zhen ¡ ö ² LSSVR æÇïÉÊ,ïÕ¼@Ö×ÉÊ @Ö×Ç'>, Õî¯ µè¦Î{³。 PSO © `@ïÃ, ¾ ïÇ´µ_¡¢,£ïË© ö ©~}, | ¤·,|{[¦Îï,î¥:/]_,¾ö æ ,]_:/Þ¦§Å ¨² Çãä。 ©ª½'«Ò@Û§¬ >®¯°Ö×,¾±Û²Ç¼ ³´µ。 Þ¦§Å :/,¶·¸ÛÇÈÚ (4) ÇÑÒÓ·*)ÃÔ, ÙÚÊ (3) 、(4) Õ Ö×,ÇÊ(2) ÀØÙ。 3 (3) C - Âû¸¹, `@ÎÏÐà | ª, µ¡。 ÑÒ¥¦ µè [8] ,¡ ÃÒ LSSVR æ ² , n ÜÝÞº²ßà, á.-,+»û*)ãä( ®~}¡Ö×。 ÑÒ,¶; FCM : >Ûº», ( FCM ܰϲÌͬÎ,á.¼ÿ (2) ÌÍÊ(2) ïÊ(1) , öÖ×, îþÿö ~}, |{[¦Î\。 ]^[6] _, °·`@?κ» PSVM Ã, Ü» ð (1) v = ( v1 ,v2 ,…,v c - 1 ,v c ) ; ¡ ¾© 。 n i =1 k =1 Ê_:U = { u ik } ; ¯Ã,îÃÜÝį¬Îï、 ðÛñ¡ï Õ,áòóôõö÷ÇÈøùÓÔÕ ( úûüý ) >, c J m ( U,v) = ∑ ∑ u mik ‖x k - v i ‖2 , á»âãä©ÔÇ, å LSSVR æÇãäç [5] è。 2008 Øéêë¡ °· SVR ìªí FCM ð LSSVR Û,X R ,c ©¹ÈÇ,v i (1 ≤ i ≤ c) ©& i ¸¹ p [4] 547 þ S = { s i | s i = ( x i ,y i ) } ÚÛÃÜÆÛÇ È,_ x i ( x i ∈ R ) Ú Û & i Û Ý / û; n y i ( y i ∈R ) ÚÛÝ/ÛÒÝ·û。 Ñ ÒÃÜÛ S = { s1 ,s2 ,…,s n - 1 ,s n } ÌÍÖ ×,;Ý/ûÙÚñÞÏÞ´µßà ( x) :R → d R d ,îáâ´µÌÍÇ 珔 ÚÛ© y( x) = ω( x) + b, Ê_:( x) ———áâÇ; ω、b———ÌÍæÇ。 (5) LSSVR ©ãäåæ(äåçÙ ,çÙäåÇ© 电气工程、信息与通信工程·233· 548 Ú R( r) = Û Ü Ý 1 1 2 ‖ω‖ + γ∑ L( y i ,y( x i ) ) 。 (6) 2 2 i =1 N (6) ,, 。 , [11] : 1 1 min J( ω,e) = ‖ω‖2 + γ∑ e2i , 2 2 i =1 s. t. y i = ω·( x i ) + b + e i ,i = 1,2,…,N - 1,N, N (7) :γ——— ; J( ω,e) ——— , ; e——— ,e = ( e1 ,e2 ,…, e N - 1 ,e N ) T 。 LSSVR (7) y i = ω·( x i ) + b , 。 , ( x i ) , , (7) [ 0 0 1T b = , y 1 A a :A≡Ω + γ I; Ω ij = k( x i ,x j ) ; -1 ][ ] [ ] (8) 1 = [1,1,…,1,1] T ; y——— ,y = [y1 ,y2 ,…,y N - 1 ,y N ] T ; a——— , a = [ a1 , a2 , …, a N - 1 ,a N ] T 。 (8) n b、a LSSVR y^ = ∑ a i k( x i ,x j ) + b, ,k( x i ,x j ) Mercer ( RBF) i 2 j 2 (10) :σ——— 。 σ、 γ LSSVR ¡ ¢£, LSSVR ¤ [12] [13] 。 ¥¦ §¨ ( σ,γ) 。 3 2 PSO ,u i = ( u i1 ,u i2 ,…,u im - 1 ,u im ) § i ©ª,p i = ( p i1 ,p i2 ,…,p im - 1 ,p im ) i ¡§«¬ ®©ª, ¯¡§ v i = ( v i1 ,v i2 ,…,v im - 1 ,v im ) , °¨«§ ¬ ®©ª p g = ( p g1 ,p g2 ,…,,p gm - 1 ,p gm ) ,§ i 、©ª¡± ·234·电气工程、信息与通信工程 { 24 à ß v kim+ 1 = ωv kim + c1 r1 ( p im - u kim ) + c2 r2 ( p gm - u kim ) , u kim+ 1 = u kim + v kim+ 1 , :r1 、r2 ———²¢£¤¥[0,1] ; ω———³¦§¨,´¥µ ·¸ / ¶¹·¸ ω ©¶ 。 º »ª¼½¾¨£, ¥«¦¿À¬®³¦§¨ ω ¬® ,¯Á° iter , ω = ω max - ( ω max - ω min ) iter max :ω min 、ω max ———³¦§¨ ® ®; iter———±ÃÄ; iter max ———®ÃÄ。 PSO ,c1 c2 ÅÆ§ ¤Ç ¤Èɤ, ²Ê³ 2 。 ´,§½¡·¸µ¶Ë,§ ·¯ÌÍ ¤Ç¤ ̸ Èɤ ; Î, ¹§Ï¥©¶®, к£ §¯Ì¸ ¤Ç¤ ÌÍ ÈÉ ¤ 。 ¥ÑÒº, «»¯Ó ¼½¦,¤ c1 、c2 »ª¼½¾¿, { c1 = ( c1e - c1s ) iter + c1s , iter max iter + c2s , iter max ,c1s 、 c1e 、 c2s 、 c2e Å Æ c1 c2 ´ À ® Ô ,ÕÖ c1s = 2 5、c1e = 0 5、c2s = 0 5、c2e = 2 5 c2 = ( c2e - c2s ) Á×®。 4 PSO - FLSSVR 。 ( ‖x 2-σx ‖ ) , k( x i ,x j ) = exp - (9) i =1 Þ Âà ثÄž¿Â ÙÚ ÛÆÜ ,ݼ½,ÞÞº£ ½¡ÙÚÇß àÈÙÚ。 ¥É [14 - 16] » Ê ¤,ËÌáâÅ ã¬äÇ,ÍÂÙÚ ÇßÎ,ÉåÏ Ã ÙÚ ,£Â ¶æÎÉ®ç , ç èé ¥ÐÑ,ÉåÏ ÒÓÔ 。 PSO - LSSVR ÊÀ¤ê롱。 ±ÇÕ,¥Ê¤Ö׫ ¬¡±,±ÇÛÊì V ,¥À¤, PSO - LSSVR Ø Ù¦。 4 1 í PSO - LSSVR M ¡ îï,  M + 1 ¡ Õ, º£ÙÚ« Û ± 。 ´À ß 5 ¯ PSO - LSSVR ¤¥³¦§´µ °±²,¬: Y k +1 :Y = [ Y k = Yk [y ] k +1 y1 0 = yk ] ; T … x1T X k = [ X0 ,X k +1 Xk [x ] } T k +1 , (11) T k ,PSO - LSSVR D( D > M) , k + 1 , PSO - LSSVR pD + 1 ΦD [p :ΦD = [ cD + 1 T D +1 0 1D bD + 1 0 ] [ a ] = [ Y ], 1 (12) k +1 D +1 T D K + ( C μD ) - 1 ID ] ; c D + 1 = ( Cμ D + 1 ) - 1 + k( x D + 1 ,x D + 1 ) ; a D + 1 、b D + 1 ——— HD + 1 = H D + 1 [17 - 18] : HD [0 T D 0D 0 :H D = Φ ; -1 D hD + 1 hTD + 1 ] +β [ h 1 D +1 Q = (α 珘i,j ) ,i,j = 1,2,…,k - 1,k + 1,…,ζ - 1,ζ, T D +1 hD + 1 1 ζ - 1 PSO - LSSVR T (15) αζ - 1 = [ b α ] 。 , ζ - M PSO - LSSVR 。 4 3 PSO - LSSVR PSO - LSSVR 1: c, ζ, ξ。 ] , (13) 2:FCM , c , γ σ, c PSO - LSSVR 。 3:, MSE, ¡ ξ, , ¢ PSO - LSSVR ; 4。 4:£ M ≤ζ, , 2; , 2。 ,0 D = [0,0,…,0,0] ; hD + 1 = - HD pD + 1 ; 0 D ——— T β D + 1 = cD + 1 - pD + 1 HD pD + 1 。 T 4 2 ζ , 。 ζ - k , D A ζ - 1 。 , [ 0 1ζ 1 Tζ (14) K + ( Cμ ζ ) - 1 I ζ ][] [] } , b a = αζ , 0 y = Y 。 (15) αζ - 1 = A ζ - 1 Y ζ - 1 。 -1 (16) [18] -1 A ζ--11 = Q - α 珘k,k q1 q2 , (17) , T q1 = [ α 珘1,k ,…,α 珘k - 1,k ,α 珘k + 1,k ,…,α 珘ζ,k ] , q2 = [ α 珘k,1 ,…,α 珘k,k - 1 ,α 珘k,k + 1 ,…,α 珘k,ζ ] 。 T A ζ - 1 , ( x k ,y k ) , PSO - LSSVR 。 PSO - LSSVR A ζ αζ = Y ζ , Aζ = , 1。 PSO - LSSVR , p D + 1 = [1,k( x1 ,x D + 1 ) ,…,k( x D ,x D + 1 ) ] T ; 。 , (19) x Tk ] 。 … k 549 } 1 Fig. 1 PSO - LSSVR Flow chat of PSO - LSSVR 5 5 1 ¤¥ OTL ¡¢¦§。 £ (18) 珘i,j ) ,i,j = 1, A ζ - 1 = ( α 2,…,ζ - 1, ζ。 Q A ζ--11 k Multisim120,OTL ¡¢¨ 2 ©ª。 、® ¡¢¤¥¦§ «¬¨ ¡¢ ¯°、¥、±、、¢¡ ©² ±ª«¢¡©² ±ª¬® 电气工程、信息与通信工程·235· 550 ¹ º » ¼ 。 , U i - t、U o - t、U N - t A u - f , 1 ms , [ 1,2 ] ms, A u - f f MHz , A u 200 Hz , , [ 0,1 ] kHz, f L ,, [1,25] MHz , f H 。 5 ",- " ,-- . (/ , , 0 <&= 89:;* Fig. 2 $ [0,1] , 50 ,20 ,30 。 PSO - LSSVR , LSSVR 、 ε - SVR ¡ 。 ´µ¶³ ¡¢£·,¡ 1 ~ 3。 OTL power amplifier with bootstrap circuit 1 ¢£ A u 、 f H 、 ( σ,γ) «, ®¯°± ² c, ³³ V,¬ ξ。 ª OTL , 100 , ¡, y i ∈{ - ε,ε } , ¡。 ª PSO «¬ !)*+"% !)2+%" Table 1 , 。 ¤ ¥ U om 、 ¤ P om 、¥ U S U N ¦§¨© / ! " /'/ 0 ,-- ,-- . 2 3 150% 3 350% f L 、 , --- . (! % &'! ,- . ¿ 24 À ¾ f BW 、 % 1 ½ , , 100 , 100 !)2+%" 3, + ,4%--567 ,- 0 89:;* <&= (, , ½ 5 2 ! "# / <&- ¨ Result of data feature and comparative error of training sample MAE MSE ¡¸ Au U om Us UN Au U om Us UN 50 PSO - LSSVR 0 058 4 0 110 4 0 072 4 0 135 7 0 012 9 0 060 3 0 012 1 0 068 8 50 LSSVR 0 090 6 0 312 8 0 307 2 0 760 2 0 078 0 0 093 8 0 073 4 0 308 3 50 ε - SVR 0 613 2 0 276 8 0 268 1 0 687 7 0 293 4 0 271 2 0 252 8 0 274 4 Table 2 2 Result of data feature and comparative error of testing sample MAE MSE ¡¸ Au U om Us UN Au U om Us UN 20 PSO - LSSVR 0 046 6 0 099 7 0 098 9 0 143 6 0 009 2 0 062 4 0 010 6 0 074 5 20 LSSVR 0 545 3 0 250 8 0 129 3 0 579 4 0 240 2 0 159 9 0 076 5 0 359 4 20 ε - SVR 0 130 1 0 328 4 0 142 1 0 603 9 0 260 5 0 267 6 0 249 2 0 305 2 Au f BW / MHz LSSVR 51 475 7 3 970 9 46 000 0 ¡¸ PSO - LSSVR 46 026 3 ε - SVR 56 364 4 Table 3 f L / Hz 3 Result of comparative assessment f H / MHz U om / V P om / mW U s / mV U N / pV 3 801 7 199 526 2 3 751 9 0 463 6 24 984 7 10 098 7 6 883 7 2 280 6 336 735 9 2 290 9 0 647 2 51 081 4 16 367 9 16 45 8 3 793 9 ·236·电气工程、信息与通信工程 173 780 1 203 092 1 3 981 1 3 794 1 0 498 3 0 460 0 20 330 4 25 804 9 10 523 9 10 666 1 10 000 0 6 384 0 CPU ¤¥ / s 0 008 3 0 606 8 0 529 6 — »¼½,¾:³´µ¶ PSO - LSSVR ¹5 º , γ = 1 000, c = 6, ξ = 0 10,V = 30。 ( MSE) ( MAE) 。 K (20) 槡 ,Y i ; Y i ; K 。 3 ,PSO - LSSVR , (21) ¥ A u ¤ , ¦§ ¨¦§ , © , 1、 。 。 2 ,PSO - LSSVR LSSVR ε - SVR。 ,, ¡ ¢, ¡。 4 £ MAE = max | Y i - Y i | , 15 551 ±¿À 1 ( Yi - Yi ) 2 , K∑ i =1 MSE = ° 3 OTL , , 。 3 U O 。 Fig. 4 6 4 A u Regression effect comparison curve of Au without abnormal point Fig. 3 3 ª«¬®¯ ° ± PSO - , © ² ³ ´ µ ¶ U O Local regression effect comparison curves of UO LSSVR ° ± 。 LSSVR, ±, ¥ FCM µ¶ ·¸ 电气工程、信息与通信工程·237· 552 Æ ¿ Ç ³ 。 , , , 。 , PSO - LSSVR 、 、 。 [2] 。 [4] [6] [7] È 24 É ¬ 689 - 693. [9] CHEN ZHEN, AN YIHUANG. Modeling and simulation of the GALSSVMbased soft measurement for torque [ J] . AppliedMe chanics and Materials, 2010, 44(7) : 733 - 737. [10] [11] BEZDEK J C. Pattern recognition with fuzzy objective function algorithms[ M] . New York: Plenum, 1981. ¶, , , . ®·«¢ £¤¥ ² ¸ ¹ [ J ] . º » , 2010, 25 ( 8 ) : VAPNIK V N. The nature of statistical learning theory[ M] . New , . BRAZAIL P, SOARES C, COSTA J. Rankinglearningalgorithnm: [13] ¿ York: SpringerVerlag, 1995. UsingIBL andmetalearningonaccuracyandtimeresults [ J ] . M ing, 2002, 46(1) : 131 - 159. [15] dleast squares support vector machines: robustness and sparse ap [16] multiple parametersforsupportvectormachines[ J] . Machine Learn SUYKENS J A K, BRABANTER J D, LUKAS L, et al. Weighte ¡, . ¢£¤¥¦§¨©ª [ J] . ª «¬, 2008(3) : 618 - 622. , , ® bot motion based on a learning method[ J] . IEEE Trans on Sys ´ , ¡, ¡, . KPCA - LSSVM µ [ J] . ª ·238·电气工程、信息与通信工程 «¬, 2010(3) : [ J] . , ¾À , . ¢£¤¥²¥[ J] . ¡ À¾©««¬: Á³«, 2006(8) : 989 - 991. , . ¢£¤¥²¥«[ J] . ², 2007(8) : 48 - 49. Ã, . SVM ¥«[ J] . ½ ÄÅ, 2006(5) : 160 - 162. WILSON A, FEM A, RAY S, et al. Multitask reinforcement learning: a hierarchical Bayesian approach [ C ] / / Proc of the 24 th international conference on machine learning. New York: . ¯°±¢£¤¥²[ J] . KAWAMURA S, MIYAZAKI F, ARIMOTO S. Realization of ro [17] ²³«, 2012(1) : 182 - 184. , , ¿, . PSO - LSSVM 2013(1) : 243 - 248. [14] ¢£¤¥²º» ª¸¹[ J] . ¼½²¾«¬, 2007(8) : 76 - 80. CHAPELLE O, VAPNIK V, BOUSQUET O, et al. Choosing tem, Man and Cybernetics, 1988, 18(1) : 126 - 134. [8] « 1169 - 1177. prox - imation[ J] . Neurocomputing, 2002, 48(1) : 85 - 105. [5] « [12] achineLearning, 2003, 50(3) : 251 - 277. [3] © 、 : [1] Ä ACM, 2007, 1015 - 1022. [18] , , . ¥«®· ¢£¤¥¦§²[ J] . 21. º»«¬, 2011, 33(11) : 14 - ( ) !" ÅÆÇÈ £¤¥¦§¨©ª«¬ ¡¢ ®¯°±²³´µ¶·¸ ¹º»¼½¾¿¯À¯ Á·ÃĶ ÉÂÊËÌ ÍÎÏ ½Éм½ÑÒÓÔÕÖ #$% &'()* +,-* +./01 2345 6789 :;<=>? ¡¢ £¤¥¦§¨©ª«¬ ®¯°±²³´ 电气工程、信息与通信工程·239· :/.-,ÛÛ+> * üÑ ¡¢£ ¤ ¡ ¥ ¦ § ¨ © ª « ¬ ® ¯ ° ±² ³ ´ µ ¶ ·¸¹¸º»¼½¾¿ÀÁÂÃÄÅ ÆÇÈÉÊË ÑÒÓ ÌÍÎÏÐ ÏÐ ÔÕÖ ØÙ ÚÃÛÜ ÏßÁ¡àáâãäåæç è ס¥ ÝÞ éêëìíîïðñ òòêëßÁó¬ôõö ´µ³ Ю ¬ ¯[Ѱ ûüÏßÁ ]õ ?ñ¬ ã±ë^ÁÓßÁ²¬ Þñ³Ï ´µ¶·¸ñ¹º?ñùúûüß Á ã Þñ~}° ¬ Ãû ¥@» ²ÞñÏ®´µ¼½ ¾¿ÀÁ ÕÂñù úûüÁ ûü ¬ û >à ü?ÄÅÆÇùÈ®ÉÊ ÷øùúûü ýþñ ÿ ÷øùúûü~}Ë|{[à ȰËÌ ÐÑͯ® ûü ~} ²Ò¾Ã \ Ì ñÏ]õ ñ÷øùú ÿÒ ÎÏÐÓ ûüÑÖ>îúûüõ =ú èô~} à ûü^ Ì _ _ ûü ûüõ ãà ûüÆÇÕ< ÒèÓ}ÖÔ Ã Ò Þó¬ ²`±ÏÃõ ûüÖ× Íùúûüô ľ³ÏßÁ ËÙäåà àáó¬ôõö _ÃËØ¥@ Þ^ _Í ûüÚÛÑ >Ã÷ø \Ò¾ ÝÞùúûüô ûü Ñúûü Ãûü ûü ì Ñ Ü Ý ; Þ ß à Ñ ã ì 槡 áÆ¥@ âáÆ¥@äåà [ ] Ñäåæç± ô é~} é¡¢£¤ Þñ¥@Î ìæ¥@ ë\èé \èéïê } ( ) _ª«§@û ·240·电气工程、信息与通信工程 æ¥@ Ñ¡¢£¤ íú §@ Ñú §@ ¨Þ©ú ûüãÏìÏ Ì ÷ø ûü¥@íèñ_ ÖÔ ûü Ì ¤î ï Ô @ ® ð °± «¬®¯ º »ª ¨¥¤ ¥¦¤§ © £ ¡¢ ¤ ¥¦¤§ ¨¥ £ ¤ © ª «¬®¯ °±²³´«¡¢£¤¥µ ¶· ¦§¸¨ ©¹ 电气工程、信息与通信工程·241· ¯°±¢§¤ ² ¡ ¢ ¡ ¢ £ £¤¤ ¥¥ ¦¢§ ¦ ¨ © § ª«¢ ¬® ·242·电气工程、信息与通信工程 27 1 Journal of Heilongjiang University of Science & Technology 2017 1 BP Vol. 27 No. 1 Jan. 2017 , ( , 150022) , ": BP , 、。 , ! 、 ¡,¢£ ¤¥¦§¨©ª«, ¬®¯°± ³´ 。 µ¥¦§¨©ª¶·¸¹ º»¼½。 ² #$%:¥¦§¨; ; ©ª; BP doi:10. 3969 / j. issn. 2095 - 7262. 2017. 01. 019 &'()*:TP242. 2; TP183 +,-*:2095- 7262(2017)01- 0087- 04 +./01:A Genetic algorithmbased ultrasonic sensor ranging compensation algorithm for optimization of BP neural network Xu Jie, Hou Xudong (School of Electronics & Information Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China) Abstract:This paper describes an effort to overcome the limitation of the ultrasonic sensor in the ranging application aspects using an optimized backpropagation( BP) network based on genetic algorithm for the approximate prediction of function and an insight into humidity and temperature compensation for ultrasonic sensor ranging. The simulation shows that the algorithm enables a more accurate prediction of the ultrasonic velocity following the combination of the compensation temperature and humidity, thus im proving the precision at which the underground robots avoid obstacles and providing a greater stability and security. This study may provide a reference for designing obstacle avoidance system for pit robots. Key words:pit robot; ultrasonic ranging; obstacle avoidance; BP ¥¦§¨©ª«¬®¥¯, °±®²³´µ ¶·¸¹º»。 ¥¯¬®¼¦½¾¿ÀªÁ ø ù Ú û ð ü Î、 ý þ ÿ ~ Ï } , |¦½ ¾ ¿ À ª Á  。 å { [ Í « \ ] ¥ ¦ [1] Â,ÃÄÅÆ、ÇÈÉÊ、 ËÌÍÎÏÐÑ 。 ÒÓ ÔËÕÖº», רÙÚÛ½¦ÜÝÞßà。 á ^Í_` @ _ ` , ? Í > « ë Ò = Æ < ; : / [2] . 。 -, + * ) ( ' , Ä [ Í å . & % ⦽ãäåæ,çèéê,ëáרÙÚìí îïðñçòó,òóïôõö÷ ®øùÚú。 2345: 2016 - 12 - 13 6789: :;<=>?: ½ , ?ÍÄ0 ~ 5% $ä , #Í«ð 55 m / s " [3] !01 。 ¦ ½ Ù Ú 2 ¾ ¿ å 3 4 , 5 6 ( F200921) (1964 - ) ,,,,,:¡¢¡£¤,Email:xujie640101@ 163. com。 电气工程、信息与通信工程·243· 88 Ø Ù Ú Û Ü 。 , BP 2 , , 2 1 BP(Back Propagation) ¡¢£¤ [4] 。 ¦¤£, ¤。 ¨©ª«¬®¯°,¢、¢、 § [5] 。 ¢¢±²,³ ´ ( Genetic Algorithms,GA) µ Holland ¨ 1962 ¶ ·¸ ¹ º、 »。 »³¨¼½ [6] ¾¿¹½ 。 GA BP ÀÁ 1 ¨ GA ¦ §¨µ©Ê², ª ¬®¯, ¿、 。 ½ , , °½ ± q a =1 µ :q———; w a ———BP È a ¶·; S———¸¹Í。 º GA ¾ÎÀ¡», [7] 。 ¾» ¼½。 ǽƥÀ, ³ ¦ ¸¹ m ¾Î¾¿ r m ¹: lm = rm = ,³Ç½È GA ¢,£ ¥ 。 Ë̵¹ I = S ( Σ | wa - fa | ) , ¢¹§。 §É ¤ GA Å, ( ) ¿ ,ª¿« ²³ ²´¦ ¥ Ä ; 、 Ä , ÂŽ 。 Æ ¡ ,¨ [9] 。 À¹:、à ±, ; 、 GA 、 , È 27 ß Þ [8] Ê© 、 。 GA ¿«É, ±, ³ BP ¥ Ý 。 1 Ý S , Im lm Σm = 1 l m N , ,I m m ¥, ¨ÀÁ°ÏÃ¥ к¾¿Ã, ¨ GA ¾Î ÀÄÑÒ £Å。 N ¦ £ Æ。 ¹§¨µÇ©Ê², GA ÈÉÀÈÉ,ÏÈ p ÊË U p È o ÊË U o ¨ f ÌÍÓÈÉ,Î U pf = U pf (1 - b) + U of b, { ¾ È k È e ÊË U ke ÔÏÕ,£ À¹ U ke = ¡ Fig. 1 1 ¢£ BP Optimization algorithm of BP neural network based on Genetic Algorithm ·244·电气工程、信息与通信工程 µ { U ke + ( U ke - U max ) ·d( h) ,c > 0. 5, U ke + ( U min - U ke ) ·d( h) ,c≤0. 5 , :U max ———ÊË U ke Æ; U min ———Ö U ke °; d( h) ———Õо¿,d( h) = c2 (1 - h / H max ) 2 ; U of = U of (1 - b) + U pf b, c2 ———; h———ÑÒ; H max ———¿Ñ; c———[0,1] ×。 ¾1 ¿ 2 2 Á,Â:¥ BP À 、 , ,v v′, 1 。 。 , , 。 Table 1 θ/ ℃ v / m·s - 1 - 30 1 Data required for experiment v′ / m·s - 1 0 20% 40% 60% 80% 313. 2 410. 5 351. 7 292. 9 234. 1 175. 3 - 20 319. 3 415. 8 357. 9 300. 3 242. 1 184. 2 - 10 325. 3 421. 1 364. 2 307. 3 250. 4 193. 5 0 331. 4 426. 5 369. 4 312. 3 255. 2 198. 1 10 337. 5 431. 8 374. 6 317. 4 260. 2 203. 0 20 343. 5 437. 2 379. 9 322. 6 265. 3 208. 0 30 349. 6 442. 5 385. 6 328. 7 271. 8 214. 9 40 355. 7 447. 2 391. 1 334. 3 278. 6 219. 8 2 3 89 °» Fig. 3 3 Network training process ¢ £ 20 、 £¤¥, [ - 0. 728 6, 0. 750 6] , £ 10 [ - 0. 681 1,0. 750 6] , 10 [ - 1. 684 2, 1. 801 2 ] , ¦ 0. 914 5。 £§¨, © 30 ℃ , ª 2 。 2 , ¡, vy «¢。 2 , 10, ” tansig” , “ purelin” 。 2 。 0 442. 5 442. 3 20 385. 6 386. 9 60 271. 8 40 BP 80 BP network structure ,p ,W1 , H1 ,W2 ,H2 , b1 [10] v y / m·s - 1 Fig. 2 , b2 。 : net = newff( p,t,10) ; 329. 9 214. 9 215. 4 271. 7 ¬, ¤® ¦, °± ¥§¯ 3。 ² 3 ,¨± ¦© ª´«µ ¶¬。 net. iw{1,2} = W2 ; · net. b{1} = b1 ; ®§¨ GA ¥ BP ¯¸£¹º net. b{2} = b2 。 30 ℃ , 30 ℃ ¡ 3 。 3 328. 7 , §³± net. iw{1,1} = W1 ; , humidity environment v′ / m·s - 1 2 Ultrasonic velocity at 30 ℃ in different £ª / % 2 Table 2 30 ℃ 。 、 , ª , ¢°±»²£°¼, 4 。 4 ³,¸¢ 3 ´µ½¢ « ¶±·。 电气工程、信息与通信工程·245· 90 ¸ W3 Table 3 º ¡ ¡ » 27 ¼ ´ 。 , , mhdengoepqHrst Downhole measurements of same distance at different depths , 。 / m / m / m 300 5. 00 3. 90 yz+.: 500 5. 00 3. 55 [1] 700 5. 00 2. 90 900 5. 00 3. 03 [2] . 1 000 5. 00 2. 79 [3] , ¡, . ¢£¤¥¦ , , . BP §¨© W4 Table 4 4 ¹ [4] ijkrprstuOvtwx Comparison of actual value and meas ured value after adding BP network / m / m 1 0. 5 0. 491 2 0. 7 0. 703 3 1. 0 1. 016 4 2. 0 1. 979 5 3. 0 3. 002 6 5. 0 4. 990 [5] . , 2015, 4: 86 - 87. [7] [ J] . [ J] . , 2015, 10: 66 - 66. [ J] . , 2015(05) : 24 - 26. [ J] . ¥ª, 2012(05) : 20 - 24. ¡¢, £¤, ¥¦¦. © [6] « BP §¨ §¬®¨ [ J] . ¯, 2014(05) : 116 - 119. ª«, ¬, °®¯, ±. « GA - BP §¨ ²³[J]. ¡´, 2013(01): 153 -160. Gamal Eimasry, Sergio Cubero, Enrique Moltó. Inline sorting of ir regular potatoes by using automated computerbased machine vision system[J]. Journal of Food Engineering, 2012, 7(112): 60 - 68. [8] [9] °±², ³´µ, ¶ . § , 2009, 30(1) : 164 - 167. [ J] . § Cai Wenbin, Zhu Qingbao, Hu Jun. Path planning based onbi phasic ant colony algorithm and fuzzy control in dynamic environ ment[ C] / / 2010 2nd International Conference on Intelligent Hu manMachine Systems and Cybernetics Hangzhou: IEEE Press, 2010: 333 - 336. [10] 。 , 、 , GA ·246·电气工程、信息与通信工程 BP , , ¶µ. µ¶· BP §¨ [ J] . ¸¹º¡¡´, 2012, 22(06) : 589 - 592. ( -{ ) 28 4 Vol. 28 No. 4 Journal of Heilongjiang University of Science & Technology 2018 7 July 2018 RBF 1 2 , , 2 2 , 150022; 2. , (1. , ": 。 ROCK600 - 50 ! 150022) , , , RBF , BP 。 0. 005 0、0. 014 2 0. 006 2, 。 。 ; RBF doi:10. 3969 / j. issn. 2095 - 7262. 2018. 04. 006 #$%:; ; &'()*:TD324 +,-*:2095- 7262(2018)04- 0383- 06 , , +./01:A Information fusion of rock burst detection based on RBF neural network Wu Junfeng1 , Zhou Yu2 , Liang Yanhua2 , Cui Huaipeng2 (1. Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China; 2. School of Electrical & Control Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China) Abstract: This paper introduces a novel information fusion technology designed to optimize the com bination of homologous multichannel detection information methods in an effort to address the incomplete ness and inaccuracy of original detection information of rock burst. The targeted research involves obtai ning homologous multichannel compression strength information using the ROCK60050 triaxial test sys tem; fusing the compression strength information detected using the weighted average method and RBF neural network; and thereby comparing the result of fusion and maximum fusion error based on RBF neu ral network with that based on BP neural network. The results show that the selected method could ensure a better fusing of the homologous multichannel compressive strength information and with a higher fusion accuracy; and the three samples exhibit the maximum fusion error of 0. 005 0, 0. 014 2, and 0. 006 2 re spectively, with an improved prediction accuracy. This study could provide a reference for the accurate prediction of rock burst. Key words:rock burst; triaxial test; data fusion; RBF neural nrtwork 2345: 2018 - 03 - 10 6789: (51674109) ; :;<=>?: (1959 - ) , (2017RAQXJ114) ,,,, wu_jf@ hrbust. edu. cn。 :、 ,Email: 电气工程、信息与通信工程·247· 384 ¢ £ ¤ ¥ Ö Ö ¨ 28 © § 100 mm 0 。 ¯ ROCK600 - 50 èT¨.。 ¦ , , ¨.Ê2` 5 MPa, ` 1. 5 MPa / min, ` 1 s。 ¨ . Ð 1 。 [1] 。 ,¡¢£¡¢¤¥,¦§¨ ©ª。 «£¡¢¤¥¬®¯°±²³ ´£¡¢,µ ¶·¸¥¹º»¼,¨ ²©ª。 ½¾¡¢©ª¿ÀÁ´ÃĪũ ªÆÇÈÉÊËÌ,Í©ª²ÎÏÐÑÒ。 ÓÔÕÖר,Ù¡¢ÚÛ¤¥,Ê [2] ÜÝÞ²³。 ßàáâ Ýãäåæç èé¡¢, D - S êë¹ìíî ¡¢ÚÛ¤¥, ¨É©ª, ÝÞ©ª²。 ¤¥ «ÔÕÖ¿ÀïðÊñò,óô õ,Ñ äåæçïðöÖ÷§øùúÅ。 ö 20 û ü 90 ýþ§ÿ,~ÓÑäåæçÚÛ¤¥ [3] }| Çó{ã。 [\]â ÝãÞÓ 1 Fig. 1 1. 2 $[5 - 7] #Ó RBF äåæç,"!Â012"3 ª¡¢、45678ª8¡¢§ø9òABCD¡ ¢ÚÛÞ¤¥。 «%$EÂFGHÚÛ¤ ¥, Â3ª¡¢>¹ôIJK、 ²³Î, Â= ¤ ¥ L © ª M ð N O P。 Q R S ROCK600 - 50 èT¨.Éó´UÞ 20 ¨.,ɬ®Ü, S RBF äå æçÂë"ÚÛ¤¥, ±¸ÃI` ²³¤¥ë,^Ó Matlab Âô" Triaxial test platform Ù 2 5 MPa / min ¸ 5 MPa,Ê` 1. 5 MPa / min, ,=,¨.,Ýë, ¡"¨.ëÐ 1 。 1 äåæç^Û_æ `@?>¹, êë¹ì [4] =?¤¥<¹¿À。 ;:/â Ù D - S êë¹ ìí BP äåæçÚÛ¤¥, .êÞ<¹¿À。 [5] ,+â }|ÞÔ*)(¡¢¤¥'&。 % Table 1 t/ s 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Some experimental data σ / MPa 1 2 … 19 20 0. 024 5 0. 031 0 … 0. 152 4 0. 170 8 0. 031 9 0. 035 3 0. 040 8 0. 046 6 0. 050 5 0. 054 8 0. 062 2 0. 064 7 0. 036 0 0. 038 6 0. 042 0 0. 042 1 0. 046 2 0. 049 6 0. 048 7 0. 051 5 RBF äåæç¤¥ ë í BP ä å æ ç ¤ ¥ 10 0. 068 1 0. 055 4 ë。 1 191 31. 101 0 30. 155 0 1 1. 1 1 192 1 193 1 194 ¨.ö, 1 195 å Êïð 。 `Þê¨.Uó´, M ãö´,`Þ¨, 。 ÉL ¹Öª Ê@Ý, 50 mm, ¹ ·248·电气工程、信息与通信工程 1 196 1 197 1 198 1 199 1 200 31. 102 1 31. 102 8 31. 102 8 31. 102 8 31. 102 8 31. 102 8 31. 102 8 31. 102 8 31. 102 8 30. 754 8 30. 192 2 … … … … … … … … … … … … 30. 211 5 … 30. 244 9 … 30. 231 3 30. 260 2 30. 276 9 30. 288 6 30. 298 3 … … … … … 0. 150 7 0. 150 6 0. 152 9 0. 151 8 0. 154 1 0. 159 3 0. 158 9 0. 161 1 0. 180 7 0. 194 0 0. 204 3 0. 218 4 0. 230 0 0. 243 7 0. 258 1 0. 271 6 0. 160 7 0. 285 9 29. 631 7 29. 882 9 29. 633 1 29. 645 0 29. 897 0 29. 907 9 29. 662 0 29. 919 1 29. 681 8 29. 941 2 29. 673 2 29. 688 1 29. 693 3 29. 699 3 29. 706 0 29. 930 7 29. 949 5 29. 957 0 29. 964 4 29. 968 1 ÈÉÊ,Ó:ª« RBF ¬®¯°ÔÕÖ 4 , , 1 200 , 20 , 。 σ = ( σ1 ,σ2 ,…,σn ) = σ11 σ 21 σ m1 : σn ——— 2,…,20; σ mn ——— 2,…,1 200。 σ12 σ22 … … σ m1 … 2. 2 385 Ë RBF RBF ¬®¯°¬®¬±²Áª 3 «。 ª 3 σ1 ,σ2 ,…,σn ¦§¡¹;ω1h ,ω2h ,…,ω nh ¦§ ®»Â¢; ‖ d ‖¦§¡¹À¢ ¡¹¯°;b ®»ÂÀ¦Â±¢;y σ1n σ2n , σ mn ¢。 (1) n , n = 1, n ,m = 1, m s Fig. 3 3 RBF Neural network model of RBF neural network ê 3 Ä,RBF ¬®¯°, ²³´ 2 2. 1 RBF ‖d‖ºÅ¹,µ R ‖d‖ = e - ‖d‖ 。 2 (2) ,、 , ,, £¶´ R( σ p - c i ) = exp( - 1 2 ‖σ p - c i ‖ ) , 2s4 (3) ,, [8 - 13] ¡ ¡ 。 ¢£¤¥ ¡,¦ § ,¨©¡,ª « RBF ¬®¯°±²,³´ µ 。 ¶·, , ¸ σ , ¡¹ M = ( m1 ,m2 ,…,m1 200 ) T º¢, £ :c i ———RBF ¬®¯°Æ·; s———¸Ç。 RBF ¬®¯°È¡²¬®¯°É, ¹Ê æ§Â、®»Â¦ÂË。 ɬ®¯° ªº»¼¸½Ì¾¡Í£Ì¾¡, ¥ ¾¡ªË®»Â, ¨Â¦§Â ¿¹,¸½ÌÀË£Ì。 RBF ¬® ¯°Áª 4 «。 ¤ 9 , 3 RBF ¬®¯°, ¬®¯°»¼ 3 ,¥¼ 3 ¦§¨½, ¦©¾, ¥¦¨½ 1。 ¿ ´À¢,±²Áª 2 «。 Fig. 4 4 RBF RBF neural network structure ÁÂ,RBF ¬®¯°Í¦§Â®»Â Fig. 2 2 RBF Fusion model of RBF neural network ¢,Φ¦¾¡,ÏÐà ĿÑÅ,ÆÒ»。 ¦ÂÇ: 电气工程、信息与通信工程·249· 386 Ê Ë Ì Í Î Ä Ä Ð 28 Ñ Ï 3, M y = ∑ ω ij φ j , ¸ j =1 (4) ,ω ij ———。 ¨§¹¨º。 © 。 1, 。 » BP ª¼«¬®,BP RBF 。 3 3. 4 3. 1 RBF 4567A2BCD ¯ Matlab , newrb , , [ net,tr ] = newrb ( P,T,G,v,N,n ) , :P——— v——— °±²½ 5 ~ 7 ¼。 ; ; ; n——— 。 23CE#FGH M = ( m1 ,m2 ,…,m1 200 ) T , 9 , RBF , 2、 RBF BP ; N——— 3. 2 Matlab ¼ ¶ ·, ; T——— G——— ?K1L 3。 1 σ4 ~ σ6 , σ1 ~ σ9 。 σ1 ~ σ3 , 3 2 σ6 ~ σ9 , 3 。 1、 1 , 。 , 1 200 3. 3 Fig. 5 ,§ X im - X imin X im = 。 X imax - X imin ®½ 5 ~ 7 ³,RBF BP ,RBF À¹ ·º»。 ¨,, ©ª。 , P、T,G ©²³ ±£, , ¤, ´µ¥,¶·¦, © 10,n 1。 ·250·电气工程、信息与通信工程 k, 0. 000 01,v « ¬¡«®«¢¯° , 10,N ·¸¾ ¿±。 , 67I2B$J Fusion curves of sample 1 ¤´¹¨ºµ¶ (5) MN 1 B89OP 。 ¡¢£¤, ¥¦ &5 , 1 200 , , 800 , 400 ®¼,¤ À¹ª 1 ¤ BP À¹ÁªÀ¹Ã 2 3 ¤ BP ´µ ¼Ä。 ½ 5 ~ 7 ½¾Å¿ÆÇÀÈÁ 8 ~ 10 © ´µ, ½ À¹。 ½ 8 ~ 10 ¼,Âôµ¥ RBF BP ,°±É 2。 1 ³, ´µ¥,RBF ¤ 4 ,: RBF 387 , RBF 。 6 Fig. 6 2 Fusion curves of sample 2 Fig. 8 7 Fig. 7 8 1 9 2 Fusion error curves of sample 1 3 Fusion curves of sample 3 BP 。 ,RBF 。 , , Fig. 9 Fusion error curves of sample 2 电气工程、信息与通信工程·251· 388 ¤ ¥ ¦ ª ª § 28 ¨ 0. 005 0、0. 014 2 0. 006 0。 (2) BP , , 0. 100 0、0. 024 0 (3) : [1] . 0. 023 0。 RBF , , ¡。 ¢£¤¥¦§ ¨[ D] . : ©ª, 2017. [2] «¬®, . Dempster - Shafter ¯°±²[ J] . ¯ª, 2003(1) : 86 - 90. [3] ³´µ, , , ¶. ¦[ J] . ª [4] ¹º», . D-S¼ ·¸ ©, 2003(4) : 412 - 415. BP ¸¾ ¤½ ¿À[ J] . ÁÂÀÃ, 2011(1) : 22 - 24. [5] Fig. 10 2 Table 2 4 10 [6] Comparison of maximum fusion error RBF BP 1 0. 005 0 0. 100 0 2 0. 014 2 0. 024 0 3 0. 006 2 0. 023 0 [8] , . RBF ¸¾¿À , ´, ¶. ݯÞÖ ßÇÈ[ J] . °¡àª©ª, 2016, 35 (10) : 1954 - 1964. , , « . RBF ¸¾¿À £Ø£ÙÚÛÜ [ J] . ª ª , 2016, 36(2) : 271 - 274. [11] 20 , , 1 200 。 20 , 。 9 , 3 RBF 。 (1) RBF , ·252·电气工程、信息与通信工程 , , « 2016, 36(2) : 271 - 274. [9] , RBF ÒÓÔ £Ø£ÙÚÛÜ[ J] . ªª, , , , ¶. §¨[ J] . ¢£ª, 2013, 9(3) : ROCK600 - 50 , , , Ñ», , ¶. 126 - 130. [10] RBF ËÌͧ , ÕÖÖ§¨[ J] . Í×ÍØ, 2015, 46 (1 ) : . ¨[ J] . ΣÏÐ, 2011(6) : 103 - 107. [7] between two algorithms ÇÈ[ J] . ÉÊ, 1997(5) : 585 - 588. 3 Fusion error curves of sample 3 ÄÅÆ, . 40 - 45. [12] Zhang L C. On proxy variables and categorical data fusion[ J] . Journal of Official Statistics, 2015, 31(4) : 467 - 470. 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School of Electrical Engineering & Automation, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China) Abstract:This paper presents a threedimensional reconstruction method based on color square pseu dorandom coded structured light and designed to enhance the surface information of objects in threedi mensional scene. The study involves projecting a color structured light pattern on the target object and then extracting the corner points of the image captured by the camera; describing the corner points using the FREAK feature description; matching the feature points by finding the minimum value of hamming distance under the epipolar constraint; and obtaining threedimensional information of the object using the principle of triangulation and ultimately completing the threedimensional reconstruction. The results indi cate that projecting only one structural light pattern means a 0. 36 mm RMSE for threedimensional recon struction of the planar objects. The experiment proves that the proposed method with a higher precision could work better for threedimensional reconstruction of noncolored objects. Key words:threedimensional reconstruction; coded structured light; FREAK; feature matching CDEF: 2018 - 04 - 11 KLMNOP: (1980 - ) ,, ,, , : ,Email:wanggx1980@ 126. com。 电气工程、信息与通信工程·253· 416 0 · ¸ ¹ º 28 » Ñ , 。 , 。 , 。 , ,Z. Song , , 。 , [2] T. Z. Sun , 3 × 3 , , [3] 。 J. Pagès De Bruijn , 、 , 、 。 ¡ De Bruijn ¢£ , ¤ [ 4] ¥¦ ¥, § ©, ¨。 ª, , « ¬, S. M. [5] Tang ® ¨ , , ¯°±²,³ ´µ Structured lightassisted binocular stereo vision system ²Å、¹§、 Ƨ¹ºÇ»[7] ,¼½¾¿。 ª°¨À©´Á, , Fig. 1 [ 1] 1 «¬¢£ ±¤»°¨À¥§À ²µ¶·¸。 ¢£ Á ¯ , Ƕ Âê Æ : (1) ³È Ä Å,¢É。 (2) ÊÆËÁ¯, ¢ ®, ǨÀ©´ª ,ÈÅ,ÉÊ Å。 É Ç´§、、、、  2 ¥Ã, ¶ ·Ì 50 × 50, ËÌ 2 × 2 ̶ ·Äµ¶·¸。 [6 ] 。 ® ¡¢£¤¥¦ 。 ¶¡§·¢¨·¢£ ,©¦¢£©§ª« £¬¸¹,º¤»ª« ®¼¥´µ 。 ¯°±, ½´²¸,¦³¾¢£ § , ,¿ FREAK 、¨À©´Á ,ª«´µ 。 1 Fig. 2 ¹¬ ,  1 ¥Ã。 ¢£®µ¶·¸, ¯, ,´µÄ ·254·电气工程、信息与通信工程 。 2 2 Color squares coded structured light image µ¶ ²Í, ͵¶ ¦,ÎÏ 3 × 3 ζÐ, ³ 4 417 ¯°»,:±¼½¾²¿À³ 3 × 3 RGB 。 3 , : (1) 、 、 , 3 × 3 。 3a 3 × 3 , C R 、C G 、C B , (2) 3b C b , C a C a , Cb T (3) , 。 3c、d、e、f 3 × 3 , (3) (2) , C c 、C d 、C e 、C f , T 。 (4) , (2) 、(3) , (5) 3 ×3 。 Fig. 4 。 , 3 3. 1 4 Down sampled image corner extraction Alexandre Raphael FREAK [8] 。 ¡¢ £,¡¢£¡¤¥, ¤¦§, ¨©£¡ª ,¥¦ ¤§,«¬®¨ ¯, °©。 5 ±®¨², 、ª³。 FREAK ®¨ ´ Fig. 3 3 Gradient operator template , 4 。 , 。 , 3 × 3 , , 。 F = T( P a ) = 4 , , µ«,: { 2 a T ( Pa ) , ∑ 0≤a < n 1, 0, I ( P ra1 ) - I ( P ra2 ) > 0, ¶, :P a ———·; n ———«; I ( P a ) ———¬ª³ 。 FREAK ¸ ¹ ® , ¹® º , 43 电气工程、信息与通信工程·255· 418 5 Fig. 5 FREAK FREAK sampling pattern 512 , , , 。 3. 2 , , , 。 FREAK , , 4 ½ ½ Fig. 7 1 000 。 ,, , 。 MER - 310 - 12UC, 2 048 × 1 536 ; computar M1614 - MP2; XR - D255XA。 28 Ç 7 3D reconstruction image of plane ¤ 0. 36 mm。 7 ¥, ¦§ ¨ , ,© ª «¬。 5 ¥ ®§¯° £ , § 2 × 2 , 。 ¬± ¬ , FREAK 0 « 1 , ,£²³,¯ ´© 。 § ,µ¶ ,· ¸¹º。 : [1] [2] Song Z, Chung R C K. 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FREAK:fast retina keypoint [ C] / / Proceedings of the IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition, Rhode Island, USA: IEEE, 2012: 510 - 517. ( ) 29 4 Vol. 29 No. 4 Journal of Heilongjiang University of Science & Technology 2019 07 July 2019 1 , (1. , 2 , 2 , 2 150022; 2. , 2 , 150022) ": , , , ¡, ¢£¤¥¦§¡¨, ©ª ! «¬®,¯°±, « £¤¥¦§。 ²³´ µ,¶·¸¹º、»¼±°½¾¿ÀÁ 97. 16% , ÃÄ ±°«ÅÆÇÈÉÊË。 ÌÍ «¿ÀÏÐÑÒ。 , Î ; ; ; ; #$%: doi:10. 3969 / j. issn. 2095 - 7262. 2019. 04. 020 &'()*:TD324 +,-*:2095- 7262(2019)04- 0496- 05 +./01:A Particle swarm optimization support vector machine based on acoustic emission rock burst characterization Wu Junfeng1 , Cui Huaipeng2 , Liang Yanhua2 , Zhou Yu2 , Cheng Yanfeng2 (1. Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China; 2. School of Electrical & Control Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China) Abstract:This paper is an attempt to effectively prevent the occurrence of rock burst disasters and address the poor generalization of artificially selected support vector machine parameters. This is rendered possible by introducing the particle swarm optimization algorithm to support vector machine using emission characteristic signal and compressive strength of coal as input and comprehensive hazard index as output, establishing a model behind theprediction of rock burst, optimizing the parameters of support vector ma chine by particle swarm optimization, and predicting the comprehensive risk index of rock burst using the model. The results show that compared with support vector machine optimized by grid search method and genetic algorithm, the proposed algorithm features the accuracy of 97. 16% . and fewer system errors. The algorithm with a stronger generalization ability could provide a reference for the accuracy of rock burst prediction. Key words:rock burst; acoustic emission; compressive strength; support vector machine; particle swarm optimization 2345: 2019 - 06 - 10 6789: (51674109) ;( LH2019E084) :;<=>?: (1959 - ) ,,,,¡,¡¢£¤,¥¦§:¨© §,Email:wu_jf@ hrbust. edu. cn。 、ª« ¬®¯°± 电气工程、信息与通信工程·257· '4 & 0 497 %$#,:(òÑ"Õ,+*-¾;:_Ä/)? 1 , , 1. 1 ;:_Ä/ ( SVM) Corinna cortes ÌÍø 。 , , [10] ,εϽ¾Ð·¶° ,£¾ÃÉ¥øù,ÑÅз¬ÒÖÓ¥¶ ¡¢,¡£¤,¥¦ §¨©ª«¬®¯¤°, °,°,[àáë:³´ÔÕÃÉ。 ÖòËר, Ù(òâ«Ú=<Ûô ±²³´ µ¶£¤· [1] ° 。 ¸¹ º», ¼½ \©ªÖò°,ÀÜ,Ó;:_Ä/àáè é³´ÔÕäå。 Ý ( x1 ,y1 ) ,( x2 ,y2 ) ,…, , ¹¾, ( x n ,y n ) ,…,x n ∈ R i ,y n ∈ R,( n = 1,2,…,i) , ¼( ÑÔÕÖרÙ、 ÚÛÙ、 Ö×ÜÝ、 ÃÄ ¬ ÞßàáâÍãäå, ÓéËÔÕ¥ f( x) = ωφ( x) + b, ¿ÀÁÂÃÄÅ«ÆÇ [2] ÈÉÊËÌÍÎÏÐÑ ( AE) 。 ÒÓ ÞßÒÓËàÑ φ( x) àÑ¥ùáâ,Ò (1) æ°ç,ãµÉèéäå,êàáë ìí,ÅïðñòðóãËôäõö÷, ã:ω———ÔÕäå_Ä; b———§áæçÒ。 ðÒòøù ˺»§Ô±èéê, ë Ëà ,ìí ܱ°ò 1, ÀÜ, ÿ~îï¹Ä [3] úûüýþ 。 1870 , ¨© ÿ~Ñúû,Í}|Ñúû¡{å É,[\ÈÔÕ æ, ÔÕ, èéäå。 ©] äå ^ ¥ ô ¢ ¦ , M. Khandelwal ã [4] ç Ö , ζ i , ó-¾ä¹§ ð s. t. [5] ç_üäå。 ½ ÓÑÔÕ, á` Ø、Ø、ß°。 @ç,{å^?ð: ?、 [6 - 7] 。 äå^ å?、>Ñ? =<ð:?、BP ü?、;:_Ä/ [8 - 9] ? 。 òˬË, Ó?¼?¯,BP ü? .~¶-,?,;:_Ä ¶-ð,ñò§ ωφ( x) + b≥1 - ξ i , (2) N 1 min ‖ω‖2 + C ∑ ξ i , ω,b,ξ 2 i =1 (3) y i ( ωφ( x) + b) ≥1 - ξ i ,i = 1,2,…,N, ξ i ≥0,i = 1,2,…,N, ã,C———ñòôõÃ。 öÓ Lagrange ÷+, ÑÅ Lagrange ä, ÿ~øä k( x i ,x j ) ,¥ SVM ÔÕä§ N f( x) = ∑ ( a i - a i ) K( x i ,x j ) + b, i =1 ã,ai 、a ———Lagrange ÷+(ai ≥,a i ≥0,a i × a i = 0)。 i ;:_Ä/¨,©ªâ«\, äå¬Ã®;:_Ä/¯°、 Ë 2 øä¡ôùøä(K(xi ,xj ) = exp( x -x′ / 1 2 σ ),g = 2 ), í§¡ôøä¢ g á`ñòô σ õà C £¾ÃÉ©¤, Å,+*)?ð Ô±,²ÃÒÓ,+*)?³´µ-ÃÉ-¾ ;:_Ä/¢, ¶·¸ ³´µ-ÃÉ,ùÓ,+*)?-¾;:_Ä /¢。 /?òí§¡ô¢Å.£¾Ãɤ, § ä奦£ÒÓ, §,+*)? ¥¹ºäå。 »¼äå½½¡ô¾ ¢,¿ò ÀÁÂÃÄÅ,. äåÆË, ¡ô¾ÔÕ¢äå àÇËù。 â«(ÈÉ, Ê˨ Þß, ;:_Ä/äå。 ¢ ¢` ·258·电气工程、信息与通信工程 ,+*-¾ 1. 2 ,+*-¾)? ( PSO) úáè¾§(È Ù)úû,¡·òãû*üýé§=<。 ,+ *-¾)?(Þß|*þ [11] ÿ~Ь}|Ö ¡µÏ¶- 。 PSO -¾) ?ÌÍã*,+èé{[¾, ¼þ ,+\ 498 Ö × Ø Ù ,、 。 , x = ( x1 ,x2 ,…,x n ) , i Ì X i = ( x i1 ,x i2 ,…,x in ) T 。 ³ ³ 29 Ü Û 1 μs,¿À¼½ 40 dB。 2. 2 、 、 ( P best ) ( G best ) ,。 D , n D Ú ²®¤¥¦§¹ÁÈÉ,¨ , °¸¹ºÂ©¤¥¦§, ʤ¥¦§¢ ,̸¹º¨©¤¥ Ë© ¦§£Í。 ÎϤ¥¦§¨©Ð, ¸¹º( ÃÄ 、 ¼½Å ) ²®¾§ 。 i v i = ( v i1 ,v i2 ,…,v id ) , ÆÇ。 ÃÄ ( p g1 ,p g2 ,…,p gD ) T 。 ¼½¿ÀÌÃÅ,¿Ð、 T P i = ( p i1 ,p i2 ,…,p iD ) , P g = T , (4) 、(5) 、 v kid+ 1 = ω v kid + c1 r1 ( P kid - X kid ) + c2 r2 ( P kgd - X kid ) , (4) X kid+ 1 = X kid + v kid+ 1 , (5) :ω———; C1 、C2 ———; [0,1] 。 [ - X max , X min ] ,[ - v max ,v min ] 。 , 。 g C, 、¡, ¡ ;²®¾§ÒÓ¶¤¥¦§¹ © ,ÔÕÖÒÓ¤¥¦§× ¼Ø。 Í g Î C, 、 ¨ © , Ù¥ÚÍÛ , ¹ Ü Ý ¥ Ú Ï Þ Ö ß à v id ———,i = 1,2,…,n,d = 1,2,…,D; 、 ¢ k———; r1 、r2 ——— Ê,¤¥¦§ËÊ,¼½Å¶È Á ; ¶ÈÑÉ , £ Ö , 、 ¡ Î Ï PSO - SVM ¤ ¥ ¦ § ¨ © Ð , Ðá â Ç ¡ Ý ã Ð , ¢£ , ¡ g Î C, ¢£¤¥¦§¨©¢ , ¨ ©Ð ä 1 ³ , ä : (1) åæ,¹ T max 、 N、åæ t = 1 s。 ÑÁ N x1 ,x2 ,…,x N ,åæ X( t) , ,¢£¤¥¦§¨©¢。 åæ V1 ,V2 ,…,V N ,åæ V( t) ,¹ 2 2. 1 ¢Ë g、C (2) X( t) , 。 , Ö, äÝÖ³ ,ç, ä,y i ª«¬£¤¥¤¥ ¦,¡ª«§®¥, ¯¨© ,¥ ^ è,y i ¥Ú ±±²¢, ³®¥°´´ «µ 50 mm,£ 100 mm ¶·¸µ。 ¹º»¶· ROCK600 - 50 ¼½¾ ¿·¯¸³ÀÁ SH - II ¸¹ºÂÃ。 » ¼½¾©¸¸µ¼½§Ä ¸ ¹º¼½²®¾§, ŧ 5 MPa,¼½¾¬ 1. 5 MPa / min, ¸ ¹ºÂùư 20 ~ 110 kHz , °Ç N F = ∑ ( y i - y^ i ) 2 。 ¦°ª«±¬。 ²®®¯³°© (6) i =1 (3) Í (4) 、(5) Á, Ñ Á X = ( t + 1) ,V = ( t + 1) 。 (4) é¶ ê¡ÒÓµ, ç t = t + 1,ß ¡ 2 ,«¡ê¡Ì T max 。 (5) ¡ g C 。 (6) Ã Ä 、 ¼ ½ Å 、 ¾ § Ô Õ 电气工程、信息与通信工程·259· 4 ª 499 «¬®,:¯°±²³¡¢£¤´µ¶·¥ ,, 。 :、、、。 W z ( t) , 、、、 , [0,0. 25] 、(0. 25,0. 50 ] 、(0. 50, 0. 75] (0. 75,∞ ) 。 1 1 Fig. 1 2. 3 M / dB σ c / kPa W z ( t) 1 10 35 204. 46 0. 078 2 14 35 233. 15 0. 029 3 62 35 285. 96 0. 022 4 23 35 250. 27 0. 038 5 10 36 280. 51 0. 274 6 29 35 271. 31 0. 040 7 13 40 276. 48 0. 037 224 12 46 276. 10 0. 993 225 14 41 208. 06 1. 004 226 17 43 195. 20 1. 009 227 21 35 267. 13 1. 017 228 34 43 207. 12 0. 996 229 17 42 266. 90 1. 029 230 13 37 269. 69 1. 011 σc ,, , , 10 。 23 , 230 , 1 , 1 ~ 200 ,201 ~ 230 , 。 , 、 、 W( t) A( t) - A0 , A max - A0 W( t) = [12] (7) 1] x′ = a + b × A0 ———; A max ———。 i =1 :W i ( t) ———t i ; (8) 。 1 (7) , 2. 4 , 1 x = ( x′ - a) ( x max - x min ) + x min 。 b ¡¢£¤¥¦§¢ C1 = 1. 5,C2 = 1. 7, (8) [0,0. 25] 、(0. 25,0. 50] 、 0. 511 9,¨ (0. 50,0. 75] 、(0. 75, ∞ ) ·260·电气工程、信息与通信工程 (10) :[0,0. 25] 0. 25,(0. 25,0. 50] 0. 50, ( 0. 50, 0. 75 ] 0. 75, ( 0. 75, 1. 00 ] 1. 00, (9) :x max ——— ; x min ——— ; x———; f i ( t) ———t i x - x min , x max - x min x′———。 3 W z ( t) = ∑ W i ( t) f i ( t) , , (9) , [0, 。 :A( t) ———t ; Partial data list N Predict model flow N、 M、 Table 1 100, £ 20。 2 ¡¢£, ¤ g 0. 93, ¤ C 15. 51, ¤ 0. 010 8。 3 2 。 © 500 Ê Ë Ì « © Í 3 ¬ ¬ Î 29 Ï ¶ (1) , 、, '2 Fig. 2 , 。 (2) , , , ¡。 klmnKop Fitness variety curve (3) 、 , PS0 - SVM ¢ , , 。 ¡ yz+.: [1] [2] , , £, . ¤¥ ©ª[ J] . , , ®, . ¯ ° ± ¦ ² ³ [ J] . ¬ ´ µ ¬ ¶, 2015 ( S1) : 3249 - 3255. [3] Fig. 3 Table 2 '3 qrXYVWstuv Comparison of prediction results of three models c2 [4] qrXYwxstuv e R2 / % 0. 000 114 82 97. 16 0. 000 919 50 87. 10 0. 000 932 84 86. 51 , Khandelwal M, Singh T N. Prediction of blast - induced ground vi bration using artificial neural network [ J]. International Journal of [6] . ¬, £, , . ¼½ ¿²³[J]. [7] [8] , , , 2 e R , , 。 2 , , 。 , [9] §¿Á[ J] . [11] ¾ ¬¶, 2008, 33(8) : 866 - 870. , , , . ²³[ J] . , ¡¢£, ¤ § [10] ¬¶, 2011, 36(2): 239 -243. ¥, , ¸·, . À¦ »²³[ J] . ´ µ«¬©ª, 2010, 42(2) : 82 - 87. 41 - 45. ©ª§[ J] . ¦·¸ . ¹º, 2003, 30(4) : 12 - 15. Rock Mechanics & Mining Sciences, 2009, 46(7): 1214 -1222. [5] Comparison of performance results of three models ¦§¨ «¬©ª, 2011, 39(1) : 11 - 15. BP  ¦ «¬©ª, 2017, 45 (10) : ¥. ¡¦ [ J] . §«¬´µ, 2010, 26(3) : 46 - 51. Cortes C, Vapnik V. Supportvector networks [ J ]. Machine Learning, 1995, 20(3): 273 - 297. Yao C. Dynamic topology multi force particle swarm optimization algorithm and its application[ J] . 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School of Information & Communication Engineering, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China) Abstract:This paper proposes an effective algorithm of piecewise stage backtracking weak orthogonal matching tracking ( SCWOMP) to address the lower reconstruction accuracy of stage weak orthogonal matching pursuit( SWOMP) algorithm in compressed sensing, and to overcome the inaccuracy of index selection. The algorithm, improved on the basis of SWOMP algorithm works by firstly improving the pre cision of the selected index by applying the arithmetic threshold strategy and maximum correlation column and selecting different criteria according to specific stages and then achieving a better reconstruction per formance with a lower complexity by introducing a backtracking step to flexibly delete some wrong indexes in the previous processing. The simulation results show that with the same conditions, SCWOMP algo rithm boasts a better reconstruction effect and higher accurate reconstruction probability than SWOMP al gorithm. Key words:compressed sensing; SWOMP; stagewise backtracking; signal reconstruction 2345: 2019 - 06 - 08 6789: ( Hkdqg201806) ;(12543062) :;<=>?: (1978 - ) ,,,,¡,¢£:¤¥¦§¨©ª«¬®¯°±,Email:jlynner@ 163. com。 ·262·电气工程、信息与通信工程 502 : / . - , ý ó ó OMP à 0 ,÷¹è¦^ÄÏ 。 , , »ÇÈ CoSaMP `@ ²É¢ëÉ, Á=ÊË SWOMP ëÉ Ì§ ÍÎϲ³, ÎÏ ìÅÆÃ * 29 ) + ± ÆÐÑ。 。 , 1 ¡¢, £¤¥, ¦§, ¨©ª« [1] ¬®¯° ±²³´。 µ³´¶·¸ ¹ 1. 1 º»¼½。 ¾¿½ÀÁÂà ÄÅÆ³´ÇÈÉ。 ÈÉÊËÌ Ñ¿ÒÓ¨ªÔý¤ ¥ÃÕ,Ó¨Ö×ýÃÕ。 ØÀ ÓÔÕÖ, ר Þ。 ¦ß ÙÑ,ÚÛÆÁ³´¶·ÁÜÂà ݳ±² Þ。 ÍØÞ Èàáâãäå,æçÐèéê。 ÞëÉ¿³´¶·¸ìíîï, ð ÙÑ,¶ÆÁèßÝàáØàáâã ÞÈÉ,ÄÅ。 ¾ÆÁèä¤Ã ¯,ñòóôõö÷¹øùÀúÃûü Þë É。 ¼ÝëÉý¤ÆÁïýþ, ½þ¿ÿà L1 ³´©ÄÅ,åæÂç, µç°öà N ¥Ë^。 ä¤èé ÍÎÏÐÑÒ ÙÚÛܼÝÒ ~}ÿ|{ëÉ ( BP) , [½þ¿\]ëÉ。 \]ëÉÃß|{ëÉ ,¦§,éê。 ¡\] ëÉâ|{ëÉ ( OMP) 、 | [3] {ëÉ ( ROMP) 、 ³ ´ | { ë É ( Co [2] SaMP) [4] 、ï^ |{ëÉ( SWOMP) [6] ï^|{ëÉ( StOMP) 。 ÿüÝëÉ [5] , ó ô ÷ ¹ ø ù À _ ± ë É。 [7] `ø, [8] `@×ÈÉ。 Ê Ê ïÎϱ²_±, ¼Ý ¿_±。 ëÉø CoSaMP Á 。 ¦§, ¹ , Ü µ  ø ò`@ [9 - 10] 。 StOMP ëÉè^_¡ ¢Ø StOMP ? OMP á⣤¥ÑÄ, ¦§ £¨²Ë© £¢Ñª 。 ¿,StOMP «¬áâ½®Ñ。 ¦ [5] §,T. Blumensath Ê ÷¹¯ StOMP Á°±¼Ý²³,´ SWOMP ëÉ。 SWOMP ëÉ áâ¡¢、 µä³,¶ Ö È à ¨ ½ Ý ² ³。 ¦ Þ > SWOMP ëɿط¸©¹ «¬,µ¿Øÿ÷¸~ý¬ ³«¬。 >Èà,ëɺ» OMP ëÉ ¼ø¡¢,¿,½¾>¿±µ ¡ÕÀ,Á¤¥,> Áý。 §, ÂôÕ SWOMP «¬Ã êë x N,ÅÆ x[ N] , N x = ∑ s i ψi = Ψs, i =1 ì,s———íîï N × 1 ¿<ð, s i = 〈 x,ψi 〉 = ψTi x。 ×»,x s ¿ÊçÄÅ,ß,x ¿ ÞªñÞÄÅ,µ s ¿ Ψ ÞÄÅ。 ܽòÐÑ;ðó©ô, ³´¶· M ¿ x õðö { j }j = 1 ®Ë M ÷ ë。 øÍ y j = 〈 x,j 〉 , ;ð¬ y j Í M × 1 <ð y ½ÅÆ,;ð<ð Tj éù M × N ÚÛ Φ ²。 ÚÛ y ÆÁúû y = Φx = ΦΨs = Θs, ì,Θ———½ M × N ÚÛ,Θ = ΦΨ。 ;ð¿ÎÏ,¼ûü Φ ¿ý× þÿà x。 ÚÛ~}Øì(1) (2) |Å。 0 0 y1 y 11 … 1N ψ11 … ψ1N s1 2 = × × s2 。 ψ N1 … ψ NN s3 y … M - 1 M1 MN yM s4 0 (1) ì(1) ¿{[¢;ðÚÛ Φ êë\] àá( DCT) ÚÛ Ψ ³´¶·;ð,ï s i <ð¿, K = 4, Íâ s1 、s2 、s3 、s4 ^ 电气工程、信息与通信工程·263· Õ4 â ãäå, :ÄSWOMP «ÁØÙ¢¡ ,, 0。 ,x = Ψs, Ψ , ( FFT) 、 。 0 0 y1 y Θ11 … Θ1N s1 2 = × s2 。 s3 y … Θ Θ M - 1 M1 MN yM s4 0 (2) Θ = ΦΨ À«¬³ ´。 SWOMP ¡ Ñ É Ä StOMP, È Ê Ñ É Th = αmax | ΦT r | , α ∈ ,¦ÒË´µÆÇ,´µÓÔ¬ÌÍÕ u (2) ¨ A r t - 1 ÇÏ T h ¼¼½¾¿。 ¡¸Ö×: T (1) Ø,θ t = 0,ÓÔ r0 = y,½¾¿ÙΛ0 = ,½¾¿ A0 = ,t = 1。 s K = 4 , y «¬³´«ÁÅÈÉÆ¡ OMP ¡¥Ç Ä,ȱ²³ дµ¡» ( 0,1 ) 。 Ï ´ µ Æ Ç ¥ Ç Í , T »,u = A r t - 1 ,ÚÇÏ T h ÛÜÆ,ÎÝ¿ T a 。 (2) ¡Í (3) ¼¼½¾¿Ù,Λ t = Λ t - 1 ∪T a 。 。 (4) y = A t θ t ¥ Φ, K [1] 。 ¡¢。 1. 2 min‖x‖0 subject to y = Φx, ¦,¦§ L1 ¤¥ ¢ (3) ,‖·‖1 ———«¨¬。 ©® £ ª ¯ , § ¥° 。 ±²¡«¬³´ ¡ ( MP) µ , ®¶·¸¡¯°± ²³´µ¶¹¥° , ·¸¹º , º »´µ » ´ µ » £ ¼ ¼ ½ ¾ ¿ , (6) ³²Þ K »ß¯³。 «à, Í¢¡á »´µÆÇ â¢,OMP â¸Ö (2) ã´µ¥ÇÍ SWOMP ¸å·¸¹º¯°, ÄÆÇ: ÆÇ, ºÅÑÉ, 。 min‖x‖1 subject to y = Φx, -1 ÄǸ幺、 (3) , ©ª¡£¤, ¥ T (5) ¼¼ÓÔ r t = y - A Λ t θ t ,t = t + 1。 2. 2 ,¦ ,‖·‖0 ———¤,¦§¨。 ,L0 ¤¥ ¡ § ÀÁ, θ t = ( A Λ t AΛ t ) »。 ÏÆ´µÆÇ, ¡À«ä Á´µ ÄÆÇ¢。 £ L0 ¤¥ A TΛ t y。 N , x∈R y∈ R M , 。 503 ¥ ÀÁ½¥° 。 «¬³´¾¡¿ Ä 。 ´µÅ´µ »´µºÆ Th = αmax ΦT r ,æ α∈(0,1) 。 ÆÇÀ,ºÈÉ «¬³´´µ¥ÇÍ »。 [5] Ðç ÑÉ´µ,è α = 0. 5 Ñ,é¥ê。 º α = 0. 5 À¡»´µ,¹º K Ñ» º ¸å¦º¥ÇÍÒ»,ÓëÔç³ ² ,ìÑ¿,íÔçîº K Ñ ´µ。 ºÆÇÆÇÀÀÕ²´µ Õ²´µÌ A Ù¿ J。 ïðñ, ǸåîºÑÖ´µ òó»ô×õö。 ØÙ¯°À²´µ¥ À Á÷ÏéøÇÑÉ Tg ,òó´ ÆÇÀ¢ 。 µ»£ùú。 À²´µ½¾¿ ¢¿ £®Ç¼¼×²³ÓÔ。 ®, ØÙÏ 2 SCWOMP ´µÚ。 ùúÑ, ®¶¥ ÀÁ÷ À»À²´µ, û´µÆÇ ³² SWOMP õö,Ý ¸åÑ¢½¾»¡Í ,®,üÚ¡ÛÏý¢¼¼。 Âû´µ 2. 1 «ÁÅÈÉ«¬³´ Ê«ÁÈÉ«¬³ ´¡( StOMP) K ËÌ¢¡。 á λ,ºÏ »¿´µ¬³«¬»。 «ÁÈÉ Äů° ,®¶Í µ ·264·电气工程、信息与通信工程 ±²³¼¼ÓÔ ´µËþüÚ¸Ý。 , Ü®Ñ ´µÞ²´µÇÍß ´µ ¤à,ÿ¥á¯» 504 ¹ º » ¼ ½ θ t ≥T g = gmax Φ r , , g∈ ( 0,0. 5 ] 。 , , ,,, 。 SCWOMP SWOMP 1 SCWOMP , Λ t ¡¢(4) 。 (7) £¡, ¡, θ t ;¡,£¡¤ 。 ¡¤¥¤ F = 1,(2) ; ¡¥¦ F = 0,(2) 。 ¤ , ‖ r t ‖2≥‖r t - 1 ‖2, ¤。 ¥ ¥§ ¨§¦,©ª«§¦, ¦ M, ¡¥¬®。 ¯ §: §, ‖r t ‖2≤ε1 , ε1 ¨° ;§, (5) 。 29 À ¿ (6) ¤,r t = y - A Λ t θ t ,t = t + 1。 (4) ,。 , OMP、SWOMP 2. 3 (5) Tg T ¾ (4) y = At θt ,θt = ( ATΛt AΛt ) -1 ATΛt y。 。 , , 。 ¾ © , ± ª, ² A ³´,±¬®; M。 ¨ §, µ¡¶·µ¥ ¸,。 3 3. 1 ¹º¡«»¼, ¯«½ N = 256, 5 ©¾。 © Φ M × N « ¿¬, ¹º¡ SCWOMP , ® ®¯° 。 » ¼ ½ K = 20、 © M ∈ [ 50, 1 000 ,®¯, ®¯ 1 × 10 - 6 100] ,© , 2a 1 Fig. 1 θ t 。 , 2b SCWOMP y、 A; x (1) ,θ t = 0, r0 = y,Λ0 = (2) ( F = 0) ,¡ A r t - 1 , T , u = T h = 0. 5max A r u T ¢, £ j a ; ( F = 1 ) , u = AT r t - 1 , ¢,£ j a 。 (3) ¤,Λ t = Λ t - 1 ∪j a 。 M M = 128, »¼½ À»¼½ K 。 2a Á, À M SC WOMP  ±, Flow of SCWOMP algorithm , A0 = ,t = 1,F = 0。 。 © K ∈[10,70] ,© : À© g = 0. 5、M = 80 ®¯Ã, 0. 4、 0. 3 。 SCWOMP OMP、CoSaMP ² SWOMP î¯Ä M 。 2b Á, ¿³»¼½, ® ¯Å´½  , ¬Ã K = 70 Ƶ ®¯,®¯¶·。 3. 2 f = cos(2 π / 256t) + sin(2 π / 128t) , »¼¡ÇȲɤ ( DCT) ¸ , g = 0. 5。 ¡ SCWOMP , ÊË ÊË 3 。 电气工程、信息与通信工程·265· ³´µ,:¡SWOMP ¶ ±4 ² 4 505 OMP , SWOMP 。 , SWOMP OMP , CoSaMP , SWOMP , SCWOMP 。 , ,。 , 。 SWOMP 。 , ,。 : [1] 2 Fig. 2 Recovery probability under different measure [2] ments and sparsity Donoho D L. Compressed sensing[ J] . IEEE Transactions on In formation Theory, 2006, 52(4) : 1289 - 1306. Tropp J A, Gilbert A C. Signal recovery from random measurements via orthogonal matching pursuit[J]. IEEE Transactions on Informa tion Theory, 2007, 53(12): 4655 - 4666. [3] Needell D, Vershynin R. Signal recovery from incomplete and inac curate measurements via regularized orthogonal matching pursuit [ J]. IEEE Journal of Selected Topics in Signal Processing, 2010, 4 (2): 310 - 316. [4] Needell D, Tropp J A. CoSaMP: iterative signal recovery from in complete and inaccurate samples[ J] . Appl Comput Harmon Anal, 2008, 26(3) : 301 - 321. [5] [6] Blumensath T, Davies M E. Stagewise weak gradient pursuits[ J]. IEEE Transactions on Signal Processing, 2009, 57(11): 4333 -4346. Donoho D L, Tsaig Y, Drori I, et al. Sparse solution of underde termined systems of linear equations by stagewise orthogonal matc hing pursuit[ J] . IEEE Transactions on Information Theory, 2012, 58(2) : 1094 - 1121. [7] 3 [ 8] Fig. 3 Comparison of improved algorithm recovery and original waveform [9] [10] 3 , SCWOMP , , 。 ·266·电气工程、信息与通信工程 , . SAMP ( , , [ J] . ) , 2018, 54(3) : 538 - 542. , . ¡¡¢£¤ SAMP [J]. ¢£¤¥, 2018, 35(4): 1084 - 1087. ¦§. ¨©ª¤¥[ D] . , 2018. : « , ¬, ¥¦. ¡ CS £¤§¡¢ ®£¨©¯°[ J] . 43(10) : 2109 - 2117. ª , 2017, ( ) 24 1 Vol. 24 No. 1 Journal of Heilongjiang University of Science & Technology 2014 1 1 2 , Jan. 2014 , (1. , 150020; 2. 3 300019; , 3. , 150001) ! ": , SIFT , ¡¢£¤¥¦§¨©ª«, ´¬®¯ µ¶ ·¸¹º» ÃÄÅ,ÆÇÈÉÊË 。 ¬®¯° ,, ¯ ,± ¦¼,½¾¿ÀÁ,¥¾ ²³ 。  ,ÌÍÎÏ。 #$%:; ÐÑ; Ò doi:10 3969 / j. issn. 2095- 7262 2014 01 022 &'()*:TP391 +,-*:2095- 7262(2014)01- 0099- 04 +./01:A Research of detection system for fatigue driving based on head pose estimation LI Rong1 , LIU Kun2 , GAO Wenpeng3 (1. School of Automobile & Traffic Engineering, Heilongjiang Institute of Technology, Harbin 150001, China; 2. School of Control Science & Engineering, Hebei University of Technology, Tianjin 300019, China; 3. School of Life Science & Technology, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China) Abstract:Aimed at preventing traffic accident due to the subjective factor of drivers, this paper is focused on identifying drivers’ head gesture, a reflection of drivers’ intention and proposes an algorithm for dynamic head pose estimation based on computer vision. The algorithm consists of firstly estimating the relative pose between adjacent views, using ScaleInvariant Feature Transform ( SIFT) descriptors to match the corresponding feature points between two adjacent views, estimating the different frames within different pose range, and using the time of the pose range to judge the drivers’ behavior consciousness for preventing traffic accident. The experiment shows that the algorithm capable of accurate estimation of drivers’ head gesture can aid an improvement in driving safety. Key words:driver; fatigue detection; head pose estimation 2345: 2013 - 01 - 10 6789: :;<=>?: (12511454) (1977 - ) ,,¡¢,£¤,¥¦,§¨:©ª¢、«¬®¯°,Email:mizzle0929@ 126. com。 电气工程、信息与通信工程·267· 100 0 ! 0 1 2 + ^ ^ ç 24 3 & ñ¡øÏÐÑ,©ÆÇòÊË,èß#% :Ò=ò~±)=', µëÓÊË , 。 Ô°±~±@º»×, ×§ ¡¢ÕÕ»Ö, °±È¡ ר ̺ÙÚ。 ÛÜ÷`ïò 1 ÝÞ。 , 、 。 ,2012 ¡¢ 4 6 £¤, 1 1 £¥ 、5 £¦。 §¨© ª«¬®¯, °± Fig. 1 ªØ³ ñò、 óñò、 ôõö÷øùú。 °±ûáâ ,ëü¼ýþ,ÿÕÖï~、ó}|{、[\| 、ö]ø。 ³^_èßéê°±ëÊì [1 - 3] , ?äå åí«¬°±áâ`@ áâ>éê,³ Á, ßå,。 äàÙåæ , éê°±°±, Þ°± = Õï<、~、@Þ° [4 - 6] 。 ? ±å; 、 ® 、 øÖ åæ : / ò å æ . , íéê , °±Þ , ¦ - ö 、 ¡ 、 、 ø  。 ?éê× ³,üÅ ë , Âà , ¡¢£¤ 。 ¾ 90% 。 ÂÃ,Ä«¬¼ÅÆÇÈ ¡ÉÊË,ÌͰ±,ÎÏÐÑÇÒÓÔ Ý·,ÞßàÙáâ°±³ãäåæ。 ç äåæ,èßéê°±ëÊìåí,îïð ² ³´µ¶ 0 5 s ·¸¹ “ º» ” , ¼½¾ 50% ´µ。 ¿ 1 s ·¸¹ “ º» ” , ÀÁ½ ½¾ÕÖ¶´µº»×, «¬ÙÚÛÜ。 2 '1 @ABCDEFGHIJ Flow of detection system for fatigue driving °±°±`, ~±)=`@ª ßÞ àáâ,ÂÃÁÔ ã䰱忽 ~、ç~、è~Ô~ø?¶ÞÐ, °±`éêëÎáâ。 ìÁÔí, °±î·åï,®¯ àáâÍ,à:· åÈ¡,¿ ~±åæð ñÎò@ ,À®¯°±ÃêëÎ_áâ,³ó õÌÍ»Þ。 2 1 ô KLMNOPQRSTUV6W'X ~±)=ðÐö÷øùÏÌ@, Ôú û þÿð ( Pitch) 、 x、y、z üðÐ,ÕýÐú ~}( Yaw) |{( Roll) 。 ~±)='[Õ© °±Þ°±`~±¿)\], ^? ¥¦+*§ , ¨©ª«¬Ü , ®_«¬è )=_`#@ò。 ?,æ, Ñß ÐÏ ¹åí,Ô°±>ßÉ×, Ù=°) ߯٥¦°~©°±~±)= §ÆÇ ² ³ ë ( , ´ , æ © ~ <,Ý:·å,µÃò#@ò, ; ^Ã:"×"@:"×,ïò 2 ÝÞ。 ±)=' , µ¡¢¶·&»¸¹ , ´°± %¶ ° ± ) = Ì º » & , ÿ » @ ¼ 。 1 «¬ ¨©½¾Ù¿Àß, è ßÙÁ½¯¥¦°~Ï«$¼ò ÃÄ,ÅÆ$¼°±×ø¸¹,°±± `ÇȰ±¶ 。 É× ÊÄ¡Ë Ì¥¦°~、 òÑÍÎ、 ,ü、 ·268·电气工程、信息与通信工程 '2 Fig. 2 UV6WMN Frontal head’ s pose 1 ° 2 2 ± ²,:³ , 。 , 0°。 101 ;C1 、C2 ³¡;l′ , x1 , - , ¡ ¡ 。 l′ = Fx1 。 、 、 。 , 。 (2) [4] , , , , 3 。 SIFT ¡¢£ [5] ¤¥ , ¦§ ¨©ª«¬, ®¯°, ¤¥。 ª,70 × 80 ±,² 150 ³。 Fig. 4 4 Ultimate geometric relationship of two images , ¢£. 8 /& '。 ¤Á, ¥/± ½。 " K, &' P = K[ P | t] , (3) x^ = K (4) x = PX ±, ¹¥ X ¨© ª« ¬ ®¯ °± . -1 K ,à -1 x, .&' x^ 。 &' ¡/&' '¿&'#¦: ¿0& E = K T FK。 (5) ¿0&'Ä12Å+Æ34§¨,: E = [ t] × R。 (6) ©(6) 5¿0&'2Å&' R。 2Å&'Ū6, ÇÈÉ z、y、x 2Å § α、β、γ,2Å&'7 0 0 cos α sin α 0 cos β 0 sin β 1 0 cos γ sin γ 。 0 1 0 R = sin α cos α 0 0 0 1 sin β 0 cos β 0 sin γ cos γ ¡ ¢£¤ ¡ ¢£¤ ¥¦£¤ 3 Fig. 3 Frame of image feature’ s matching 2 3 , 8ʶ¡¢£¤¥É2ÅË x、y、z [6] ® ·³«¡ 。 RANSAC , ´ µ¶¤¥。 ·¸¹ ¥º X,»¼ ³ , x1 、x2 ,! "¡¥ ¡ #, ½,$%½ ¤¥¡ ¾,: x2T Fx1 = 0。 ¤¥/&'¿0&', (1) F ¿&', ()*À。 4 e1 、e2 , + 9Ì, # ¥/&':Í。  3 ÃΦ½¬, ® ±¯§Ï¦, Ð;Ï<。 =£, 电气工程、信息与通信工程·269· 102 ¿ À Á  , RANSAC ,, , α、 β、 γ 5 。 , 5a , , » » Ä 24 Å , ( ) 。 5b ,, ( ) , , 5c 。 ( ) , 120 , 。 ,。 4 à 5b 5c , , ¡ , 。 ¡ ,¢£ , ¤¥ 。 ¦§, , © ª,¡«¬®¯¢°±。 ¡¨ : [1] lumbus. 2003: 444 - 449. [2] [3] ² ¡, ³, , ´. ¢µ¶·¸ ¹[ J] . º£», 2007, 33(10) : 1014 - 1022. VIOLA P, JONES M. Rapid objects detection using a boosted cas cade of simple features[ J] . Computer Vision and Pattern Recogni tion, 2001, 31(6) : 511 - 518. cle surround estimation using omnidirectional video stream[ C] / / Proceedings of IEEE Intelligent Vehicles Symposium. Ohio: Co [4] [5] DAVID G, LOWE. Distinctive image features from scale invariant 5 Head pose estimation of driver ·270·电气工程、信息与通信工程 , , . ¼½. ¾¶·¸¹[ J] . 2005, 42(9) : 1612 - 1621. key points[ J] . International Journal of Computer Vision, 2004, 60(2) : 91 - 110. Fig. 5 HUANG K, TRIVEDI M M, GANDHI T. 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The targeted research consists of reducing the differences between the left and right face images due to light shading using the gradient descent process in the approximate axisymmetric face preprocessing method; extracting the wavelet illumi nation invariants of the face image, and thereby recognizing the face illumination invariant features using the sparse representation classifier; and ultimately comparing and analyzing the accuracy of face recogni tion in the Extended Yale B and CMU_PIE face databases using four kinds of algorithms. The results demonstrate that the proposed algorithm capable of effectively eliminating the effect of light shading on the false contour generated by wavelet illumination invariants boasts a better recognition accuracy than the other three algorithms. The algorithm with a better face recognition effect under the different illumination conditions may provide a reference for an accurate face recognition. Key words:face recognition; wavelet illumination invariants; approximate axisymmetric face prepro cessing; sparse representation CDEF: 2018 - 05 - 01 GHIJ: Íï ( F201436) KLMNOP: ýÔ((1968 - ) ,, 126. com。 ,,,:GGô、ÚßÙÚÖ,Email:gqwyx@ 电气工程、信息与通信工程·271· 420 § ¨ © ª · · 28 « à t 0 :x ———´; x t + 1 ———´; η———· 。 、 , ´ x, ¸ 2 ©µ L( z1 ,z2 ) = ‖ z1 - z2 ‖2 , 。 , 、 , 2z1 ,¸¹ z1 z2 º [1] 。 , 。 , , 。 , [2] : , , [ 3 - 5] , ; , ; , [6 - 12] , 、 、 Retinex ; z1 L( z1 ,z2 ) = 2z1 - 2z2 z2 L( z1 ,z2 ) = 2z2 - z1t + 1 = z1t - η( z1t - z2t ) , z t +1 2 = z - η( z - z ) , t 2 :η———· ,η = α / t; α———µ´; t 2 t 1 (2) (3) t———µ。 · η » t ¡¢£, ² z1 z2 ¼½, 。 °¾ 1 ¿³。 2a 2b Ex tended Yale B CMU_PIE ¤ 。 ( HCLWT ) , [13] , , 。 , ¡ ¢ 。 £¤ [14] ¥¦, § ,¨ 1 ©ª«¬® 。 1 1. 1 Fig. 1 Face original image 2 , ¯, ° F、 F j ( j = 1, 2,…,j) ±, ² , z1 z2 ³ 0 0 , z1 z2 ´。 F1 F 2 , z1 = Fj / 2 Fj F j -1 。 z2 = F j / (2 + 1) µ f( x) ¤¶ x t + 1 = x t - η f( x t ) , ·272·电气工程、信息与通信工程 Fig. 2 Preprocessed face image 1 2 ° 1. 2 (1) ¡, ¤¶ 。 ¥¦ ÀÁ。  L L 4 ÆÇÈ,É: L H 、H L 、H H 。 , ,。 I( x,y) R( x,y) : L( x,y) I( x,y) = R( x,y) ·L( x,y) , (4) :I( x,y) ———; R( x,y) ———; L( x,y) ——— (4) , 。 : I′ = R′ + L′, (5) :I′———, I′ = ln ( I ( x, y) ) ; y) ) ; y) ) 。 R′——— , R′ = ln ( R ( x, L′——— , L′ = ln ( L ( x, R′, 2 ©ª« 3 ¦。 «: (1) ¡¬ t t t t +1 t t t ® z = z1 - η ( z1 - z2 ) ,z2 = z2 - η ( z2 - z1 ) 。 L′, (5) 1. 3 R′。 , L L H L 、L H H H 。 (3) λ i (0 < λ < 1) ,, L′。 (4) (5) ,I′ - L′ R′ R′′。 (5) y = Ax , , st. ‖Ax - y‖1 ≤ε, ε≥0 , ; } A ¨°。 (7) 。 x1 = argmin‖x‖1 ,st. | | Ax - y‖1 ≤ε。 :d i ( y) = ‖y - Aδ i ( x) ‖2 。 (9) ·µ ¸ ¹: θ ( y) = argmini( d i ( y) ) 。 (7) 3 Fig. 3 。 δ i ( x) ¡ i ¢,¡ 0 。 £ min d i ( y) ¤ ¥, ¥ ¦§ : min d i ( y) = ‖y - Aδ i ( x1 ) ‖2 , :δ i ( x1 ) ———x1 ¡ ; ¦³ R′′1 ´ A = [ A1 ,A2 ,…,A k ] ∈ R mn , µ¥ ε, :y——— ε———; x1 ——— (1) ~ (8) ¶ y , L1 : x1 = argmin‖x‖1 , R′, , ±¬² R′′ PCA , R′′1 。 ©, (5) °。 [15 - 16] A, t +1 1 , 。 (2) ¯° (6) (6) ¨§。 min R′ = min ( I′ - L′) 。 (6) min d i ( y) ——— 。 421 © (8) i ¢ 3 Algorithm flow º»¼ ©³½, Extended Yale B CMU_PIE »¾¿, ¯°©À © , ¤¬ ÁÂ, º ©,¸Ã»¸ ¹, Ä 30 , Å 电气工程、信息与通信工程·273· 422 db1 , 50 。 3. 1 Extended Yale B Extended Yale B ¶ ¶ 28 · ¬®, MSR SQI ¯, °±,¡ Extended Yale B ²。 , 38 , 64 。 , , , 3 , 。 4a 4b 1a [ 9 ] HCLWT 。 HCLWT ,, , Fig. 5 。 , , HCLWT , Table 1 1 Recognition rate comparison Extend Yale B w/ % , , MSR SQI HCLWT 5 84. 046 79. 990 87. 851 88. 297 10 85. 941 89. 894 94. 104 94. 664 15 84. 694 93. 474 95. 274 96. 160 20 87. 949 93. 388 96. 023 98. 385 25 92. 612 94. 211 94. 566 98. 381 30 93. 073 95. 474 95. 053 98. 568 88. 053 91. 072 93. 812 95. 743 。 3. 2 Fig. 4 4 Wavelet illumination invariants ,¡ 。 5 ¢ ( SQI) 、Retinex ( MSR) 、 ( HCLWT) £ , Extended Yale B ¤。 ¥ 1 ¦, 5 § , ¨ w 88. 297% , n 20 § , ¨ 98. 385% ,© ª, «。 7 ¥ 1 ¤ ¦, HCLWT ¡ ·274·电气工程、信息与通信工程 Extend Yale B face database experiment results 5 CMU_PIE CMU PIE 、 ¥ 。 68 , 21 ³, , , , 3 , 。 6a 1b HCLWT , 6b 。 6b ¦, 。 CMU_PIE , ( SQI) 、 Retinex (MSR)、 ( HCLWT) £ ´µ。 7 CMU_PIE 4 423 µ¶·,¸: 。 2 CMU_PIE 。 。 7 2 , 。 8 , 。 , k 30 , , 30 。 Extended Yale B , 30 Fig. 6 6 。 Wavelet illumination invariants 8 7 Fig. 7 Table 2 2 Fig. 8 Recognition rate comparison 4 CMU_PIE CMU_PIE Curve of number of iterations on CMU _ PIE face database CMU_PIE face database experiment results w/ % ,, MSR SQI HCLWT 2 56. 510 82. 687 86. 630 90. 305 3 69. 226 85. 454 91. 594 93. 421 4 69. 041 84. 217 94. 495 96. 749 5 72. 615 85. 774 96. 217 98. 109 6 73. 684 85. 316 96. 842 97. 809 7 75. 470 92. 549 98. 102 98. 590 8 86. 480 95. 387 98. 754 99. 190 § 9 84. 759 96. 085 98. 544 98. 794 10 84. 339 96. 378 98. 760 99. 045 74. 680 89. 316 95. 549 96. 890 , 。 ,、 ¡¢£。 Extended Yale B CMU_PIE ¤¥¦,§ ,¨§, ©。 : [1] Moses Y, Adini Y, Ullman S. 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[ D] . : [16] , [ J] . , 2005 , . , 2012, 32(8) : 2313 - 2315. , 2012, 38 (4) : ( ) 檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪 ( 414 ) ¦ [ J] . 32 - 34. : [1] , , . [ J] . , 2014, 40(11) : 3424 - 3429. [2] [3] . , 2014. [4] [5] [6] [8] [J]. , 2016, 36(23): 6570 - 6578. , , , 2008, 29(10) : 2034 - 2040. , . § ¨, 2009 : 120 - 121. [ M] . , . ©ª¦« ¬ ® ¢ ¯, , . ©ª¦«¬® ¡°±¢£[J] . ¡², 2017, 23(3) : 131 - 135. . [ J] . , 2013, 23(3) : 305 - 309. [9] , , , . [ J] . [ D]. : [7] , 2016, 39 ( 6 ) : [10] , , . RBF ¡¢£¤ [ J] . ( ) , 2016, 49 (1) : 88 - 93. , , , . ¡¢£¤ [J]. , 2010, 46(5): 14 - 17. , . BP ¡¢£¥ ·276·电气工程、信息与通信工程 ( ) 29 6 Journal of Heilongjiang University of Science & Technology 2019 11 1,2 , Nov. 2019 1 , 1 (1. , , 2. Vol. 29 No. 6 150022; 150001) ! ": , 。 Yale , ,¡、¢£¤¥ ¦,§ ¨© , ª«¬ ® ¡ª, ¯°±² ¢£¦。 ³´µ, ¶·¸¹ Yale º¹¨ ©,»¼½。 #$%: ; ; doi:10. 3969 / j. issn. 2095 - 7262. 2019. 06. 022 &'()*:TP391. 41 +,-*:2095- 7262(2019)06- 0757- 06 +./01:A Face recognition based on local graph structure and convolutional neural network Jiang Xiaolin1,2 , Xiang Yu1 , Gao Sheng1 (1. School of Electronics & Information Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China; 2. School of Information & Communication Engineering, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China) Abstract:This paper aims to enhance the ability of the convolutional neural network to extract more local features in image processing and proposes a new method able to improve the accuracy of face recog nition, based on the combination of local graph structure and improved convolutional neural network. The study consists of firstly extracting the features of Yale face database using local graph structure; and then using the processed images as input data of convolution neural network and verifying the correct rate of the model after training and testing; extracting the features of our own face database through local graph structure, and sending the processed pictures and the original pictures into the network for training and testing; and finally, randomly selecting samples to verify the correct rate. The results show that the meth od could provide a better recognition accuracy in both Yale and selfbuilt database. Key words:face recognition; local graph structure; convolutional neural network 2345: 2019 - 09 - 27 6789: ( Hkdqg201806) ; (12543062) :;<=>?: ( 1978 - ) , , , , ¡, ¢ £: ¤ ¥ 163. com。 ¦ § ¨、 © ª « ¬, Email: jlynner @ 电气工程、信息与通信工程·277· 758 ) ( ' & ¨ ° * 29 ^ % ,, 。 、 , ,。 ¡¢£,¤ 20 ¥ ¦ 90 §, [1] ²³´ ¨©ª«, ¬®¯°± 。 µ¶·´ ( Eigenface) [2] , ¸¹º» ¼ ½ ¸ ¾ ¾ ¿ ( Principal component analysis, PCA) ÀÁ 1 Â;Fisherface ´,Fisherface ÃÄÅ ÆÇ¾¿( Linear discriminant analysis, LDA) Fig. 1 [3] LGS Sketch map of LGS È Éʵ¶Ë PCA ÌÍÎÏ,ÐÑÒ ÄŽ/| ÓÌÔÕÖרÙÀÁÚÛÜÁÝÞ·´; ß àáâ¡( Local binary patterns, LBP) [4] LDA Ê PCA ÐåÔÕØÙæç,LBP ¼½èé ßàêȵ¶。 ëìÃßàíîï [5] , ðñò ó LBP ôõÖ, öÒ LBP ÷èøã ù,úûüýÌþÿ~}Ê|{¢£。 [\] ^_`±@?Ò~}Ê|{Ì>=<, ð ßàíîïèéß൶, áî =<Ì>èø。 ñ;Ò 1 LGS( x d ,y d ) = , ãä ß à í î ï ( Local graph structure, LGS ) ∑ s( g - g )2 , 7 k =7 d n p ¡ì:( x d ,y d ) ——— C Æ; p———ÇÔ,p = 7, 6,…,0; ( g d - g n ) ———ͰÞÈ。 s( g d - g n ) = s( x) | 1 x ≥0, s( x) = 0 x < 0。 ÉÕÄÅÓÈ,LGS Êí 2 Ã。 C 9, å, ¡ËÌ·,,8 9 Í, Ãñ*áÖ¬Ô 0, ñÎ, áÖ¬: 00100111,Ï¥ÐÖ¬ 39, C LGS â。 LGS ³:Ñí 3。 { Abusham Ê Bashir 2011 èôí êȵ¶èé·´,Í LBP ³:,LGS µ¶è é½/ì,ðñÌ=ÀÜíÝÞ.-。 ,ßà, , ì í .- 2 ¾ãä Fig. 2 . -,ðñ; ¾ ·è。 ,ÍÒ,Ò LGS Instance of LGS , â、 ÒÔ,Ðã。 ,ð ñÒ>ã。 ãä LBP Ó³:,LGS Ó³:> 3 × 4 ì,í 1 Ã。 LGS , ¼½ C â, ¡¢ ¦§ £·,¤¥ C, <¨â+ 3 Fig. 3 ( Íä¨â ) , ©ª¾«áÖ¬ â® 1 §¯°±²³´, µ¶·¸¹â® 0。 í¦º », C ϼ½, ñ¾¿·,( À £·, ) íÁº ÂÍä½/,¤Ã C Ï。 ·278·电气工程、信息与通信工程 , 2 LGS LGS operator ^_ ` ± @ ? ( Convolutional neural networks, 6 æ çèé,:ÑÒÉ CNN) 20 60 , , 。 CNN 4 。 , , 。 [6] Y. Lecun LeNet, LeNet AlexNet [7] , ¡ GoogleNet [8] , ¢ ResNet [9] , £, ¤¥¦。 § ¨© ª LeNet 。 « LeNet , ¬。 º»¾,¼µ½ ° S2 ( feature map) :8 × 64 × 64 ² S2 2. 3 Fig. 4 2 × 2,C1 ± , ¥¦ ¹¢ 64 × 64。 ¿À Á ¡ÃÅÄ Æ 15 ´ÁÃ, °Ä¸Â ÆÇ±Â¡。 4 ½ ÇÃ。 ¿À §º ynl = f( w (lin) + b (l n) ) , ∑x m i =1 ( n - 1) i Structure of CNN y nl ——— ; ; w (lin) ———ÈÉ l ÉÉ i ¶·。 ° 4 C1 ( feature map) :8 × 128 × 128 , ¸ ¡ 8, ¹ ¢ 17 × 17, £¤ 144 × 144,¥¦ fea ture map ¹¢ 128 × 128。 §º ∑ ∑ ∑w D -1 F -1 F -1 d =0 m =0 n =0 d,m,n x d,i + m,j + n + w b ) , w d,m,n ——— d m ± n ¨ a d,i,j ——— d i ± j ¨ª«; w b ——— ¬»; x d,i + m,j + n ——— d i + m ± j + n ¨ª«; f———®¯°。 2. 2 ±²³´«¼µ, ®¯©° ±¶·,¢,½² ·;±¶·, ®¯。 ¼µ ¸, ¹© ¹¾¼µº»¾¼µ。 n ×n b (l n) ———ʪ l ©; ¬»。 3 LGS 3. 1 CNN ®¯ ÊË, °Ì ËÍÌ, ÍÎÏÐÑ ÎÏÍ,±²ÐÒÓ¹ÃÔ¾²³,Õ ÖÑÒÉÓÔÅÕÖפ。 Ø LGS רÙÚÛÜ ÍÝÞ¤ß,Ù ÚàáÛÃÜÝ «,ÎÏÍãä。 ¥¦å¯¸ º:D——— £·; F——— ¹¢; ¹¾¼µ¨¿¼ ´ 1 × ¿À; x (i n - 1) ———É LeNet 7 , 。 ® ¯© ©¦° ± , ²³, ´, µ ©; © m———¼ª; 2. 1 a i,j = f( feature map ´ÆÇ, Ž¡ȿÀ º:n———ÈÉ 4 µ µÀ¾。 ,¼µ¸¡ 8,¼µ¾ n×n µÀ¾。 º»¾¼µ ¼µ½ À 759 áâÚ µÀ ¹¾, âÅ ÌÞ Íßà。 3. 2 æ°¼çÃÅ, «: áâèéã LGS ä½, ê CNN ,ØÍ ¬ë ,ì LGS CNN Áí。 LGS îï ÑÒº Âð²³, Ïñ、 ºò¾ , LGS CNN óô CNN °ÑÒ Ì。 CNN °áâÛÃÜÝ ÚÌ, õö÷ LGS Íø。 °¬ë CNN ±。 © LeNet , ®¯ãù ¤¥,¦ ÑÕåÚÇ。 «¨¬ ë 。 电气工程、信息与通信工程·279· 760 Ê Ë Ì Í (1) LeNet, , , 、 , Drop out [10] , , , Dropout Î ª ´ 29 Ï ³·¸ ( Stochastic gradient de scent, SGD) 。 SGD ¹º ¤,© Adam , , §, ¸ °»¬ ¼ ± ½ ¥ ¦ ¬ ¬ ² ³ , Adam ¬。 。 PRelu( Parametric rectified linear u nit) [11] 。 PRelu Relu( Rectified line ar unit) 。 , Relu , Sigmoid tanh , Relu , , 。 Relu ,Relu ( Zero centered) , ( Dead relu problem) 。 , [12] Relu , Elus PRelu。 PRelu Relu , Relu ¡。 ¢ 5a Relu ,¢ 5b Pre lu 。 £¤¥ f( y) = f( y i ) = { { y, if y ≥ 0, 0, if y < 0 , y i , if y i ≥ 0, ay i , if y i < 0 。 (2) ¦§, ¨© ,¡¢ª, £«¬¤, ¥ ¦¬。 §¨ Softmax ( Softmax Cross Entropy) [13] ,©®¯¨©°±ª 。 ²³: Li = - ∑1{ y( i) = j} log k ∑ j =1 1 L= - M z k l =1 e zj M k i =1 j =1 M y^ log i =1 1{y(i) = j}log ej z k l =1 ek z = 。 ,¶ Adam ¸¿¨À : (1) µ¢¶ÁÂÃ,´¢ 7。 ¢¶Â à ÄÅ ·», Æ, ¸¹±º,¢» ±½ ¼, ½ÄÅ ¢¶ÄŪ¤,¢¶¾®¿ÀÁÇ, à ÈÉ。 ¢»Âà ,ÂÃÉ¥¦ 。 z k 1 M ^ [ y log y i ] , M i =1 i l =1 ek z L———§; M———batch ¬µ®; (3) ¯ ´¢ 6。 6 LGS - CNN Fig. 6 Flow chart of LGSCNN ei i z———Softmax ¸¾» = £:y i ———´ i «¨; y i ———; ^ 3. 3 = y^ i ln y i , [∑ ∑ ∑ ] [∑ ∑ ] 1 - M - ej 5 Relu PRelu Fig. 5 Relu function and PRelu function ·280·电气工程、信息与通信工程 § ¹6 º »¼½,ª:¾ 761 ¿ÀÁ¤¥ª§ Yale , 100 × 100 × 1 64 × 64 × 1, Adam ( Minimize) ,¡ 0. 01, ¢, £¤¥ ¦, ( Batch size) 。 '7 Fig. 7 § LGS LeNet ,¨, `ab Pretreatment (2) LGS © ª § 。 ª § 10。 9 。 (3) LGS CNN 。 (4) , LGS CNN 4 4. 1 。 Fig. 9 Yale cdZefBg '9 hijk\Zlmnop Recognition rate at different training steps Yale , 15 。 11 , 165 。 : 、 / 、 、 、 、 、 、 、 。 ORL ,Yale 、、 , 。 Yale ' 10 8。 Fig. 10 « 9 ¯,© jkqrsmlt Time spent in training 10 ¬®, ¯,© ° ±²³。 ´¦ ¯ CNN ,µ¶。 4. 2 uvcdZefBg , OpenCV «· ³ ¡ 。 Yale ¡¸ , ¢ 600 , ¢ ,£¸ LFW( Labeled faces in the wild) Fig. 8 '8 Yale cdfBC Yale face database instance 600 。 ,¤¥,¦“ §” 1 200 “ ¨©” 。 电气工程、信息与通信工程·281· 762 Ø Ù Ú Ï Ë Æ Ð Ð 29 ¤ × 20 ( Batch_Size = 20) , 。 Yale ·, ÁÂ,«¬§ LGS à CNN Size, 7 ∶ 3, ©²°¨¥ È。 840 / 20 = 42。 : 。 :Num_Batch = Len( Train_X) / Batch_ 1 200 × ( 1 - 0. 3 ) = 840, Num _ Batch = [14] , , “ ” 15 , LeNet LGS [15] , , 。 [3] , LGS , , Belhumeur P N, Hespanha J, Kriegman D J. 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( ) 24 1 2014 1 Journal of Heilongjiang University of Science & Technology Vol. 24 No. 1 Jan. 2014 , 150022) ( : , , 。 ¡¢ £¤¥¦,§¨©ª«¬®¯°±、 ±£¤¦, ²³´ µ¶·。 ¸®¯¹º»¼½¾¿¢ÀÁ©ª«Â®¯« Â,ÃÄÅ£¤¦,ÆÇ´ÂÈÉÊÉË,ÌÍÎÏг。 ÑÒÓ、 ÔÕÖ¦¡,׺ØÙ¶Ú¶Û,Üݵ¶·Þß, àáâãä¬åæ ç。 èé§êëìíî,ï¿àðÒñäåç,òóôõö÷øù úû。 :áüâý; ; ¡; ÀÁ©ª«Â; ðÒñä doi:10 3969 / j. issn. 2095- 7262 2014 01 020 :TM835 4 :2095- 7262(2014)01- 0091- 04 :A Research of high precision measurement method of substation capacitive equipment dielectric loss angle SHEN Xianqing ( School of Electrical & Control Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China) Abstract:Directed at the solution to the leakage current which is weak and more likely to be sub merged by noise, as occurs in the insulation equipment, this paper introduces some steps to extract the leakage current using the differential fluxgate sensor and eliminate the influence due to the angle error and the ratio error of the transformers. These steps consist of using the digital lowpass filter wavelet composed of transform and the adaptive network to filter the resistive leakage current and the capacitive leakage cur rent of the orthogonal signal and thus effectively extract the fundamental harmonic, using the vector multi plier consisting of the signal generator and the four quadrant multiplier to achieve the orthogonal decompo sition of the leakage current signal and the digital filter, and finding a better solution to the spectrum leakage caused by the grid frequency fluctuation and therefore inhibiting the barrier effect. The passage of bus voltage and the leakage current through the same filter network generates the additional equal phase shift, thus ensuring the stability of the fundamental wave phase, hence a greater resolution of the leakage current. Simulation and experiment indicate that this method serves to enhance the precision of the insu lation equipment online monitoring, and provides a more reliable basis for the diagnosis of the insulation equipment fault. Key words:dielectric loss angle; wavelet transform; adaptive network; hardware orthogonal decom position; online monitoring : 2013 - 12 - 10 : (1969 - ) ,,,,,:¡¢¡£¤¥,Email:shenxianqing2001 @ 163. com。 电气工程、信息与通信工程·283· 92 0 % $ # " à ! û ! 1 24 2 0 。 üÍ, ! C0 = U1m cos α1 = 2 " 、 C x C1 = U1m sin α1 = 2 。 ( tan δ) D0 = I1m cos β1 = 2 , D1 = I1m sin β1 = 2 tan δ 。 , ¡¢£,¤¥¦§¨©ª« [ ∫ u( t) sin ωtdt ] / T, T 0 [ ∫ u( t) cos ωtdt ] / T, T 0 [∫ (1) i( t) sin ωtdt / T, 0 T / T , i( t) cos ωtdt T ] [∫ ] 0 ¯,α1 、β1 ;À、 èå。 À 90°, ø ¬®¯,°±¡²³´µ´ ¶·¸¹ º、¨ ¡¬µ»¼½¾ tan δ = tan[90 o - ( β1 - α1 ) ] 。 ¿ÀÁ , ¶·¸¹ ºÃÄÅ、ƽÇ餃 ÊË,ÌÍÎ ¯(1) ½¯(2) Í tan δ = tan [ arctan( C1 / C0 ) - arctan( D1 / D0 ) ] 。 ÏÎ¥ÐÑ;ÒÓ¨Ô¶Õ,ÃÖ× ØÙ( ÚÛÜÙÝ ) 。 ÓÞ, ®Ò° ±²³ßÉàá, âã²ä²åæ ç [1 - 8] 。 êëìí, ²³¶·¯ èéÒ îïðñ¹º, òóôõ ( nT) ö, ÷ª âïøÎùúûº, üýþÿ¡î~ãò (2) (3) 2 23456789:;<=>()?' 2 1 ÊË。 좣}|í, {³¢£[\º]^_ ì¬('& 2 。 {³^_`@Ò D / A .º、 `@Òº?× >=<;:ºã ¢ £;:,ïø/è§.]-,æ+*?× ß) ¢£[\º?× >=<;:º, ã¬À 、 <;¢£ç ïçèº,ã <;¢£ 、ßçè。 è,¿¤ ;。 À、© çè+*,çè \ åå,Ó 1 #$%&'()*+,-./01 δ = 90° - ( φi - φ u ) èå À èå Î,çè \ åïø Î, èå ÐÑ。 1 。 Fig. 1 Insulated equivalent circuit and phasor diagram of capacitive equipment · · U I 。 ²³¬À èå φ, ïø è; Ò é ·284·电气工程、信息与通信工程 2 2 Fig. 2 · tan δ = I R x / I C x , φ ¬À · ; I R x ;×, ï I C x I R x 。 1 üý,; I C x · · 1 2 Online detection system block diagram of high voltage equipment insulation parameter I x ¤¥¦§¨« ¬®¯, ¸ ¹º²³¶·¯¸¹º, ¸¹º TA » ç1 Ú êëì:í 。 TA Z1 , 。 ¡ ¢£¤,¥¦§¨ I t I x U x , tan δ、 I x 。 ©ª ¡ «¬£¤,¥¦§¨¢®, C。 ¯°¨±²³,´µ 3 。 , , '3 c E[\]^_`YZa:VW* eQMf( T = 1 0000 G) Measured data of current signal extracted by fluxgate sensor( T = 1 0000 G) 1 1 358 4 1 244 5 1 101 7 587 6 8 3 1 415 886 143 Measurement principle graph of leakage current extracted by fluxgate sensor 2 Ç 2 186 ¢³ 490 2 108 455 2 151 2 010 1 883 1 700 1 455 968 472 418 372 301 196 49 ÇÙÚ¥×ȹĦ , ÛÜ®§ ¨Ê、©ª«、¬Ý® Þßàá®Ð¯°±²â· 。 ÕÊ¢Ö 4 。 Ç 1 386 1 352 1 337 1 310 1 264 1 205 1 119 947 ÈÉʬ® ¹º [8 - 12] ,¨ ÊÌÍÎ ¥¯ËÊ Ï¡ÐÑÒ«ÄÓÔ ÕÊ ÕÊ¢ Ö。 ÍÎÏ¡ÐÑ£¤Ê×ÈØÄ, '4 Æ 2 [\]^_`YZa:VQFbc ,ª ¡ ¾½³Ã,Á¾ 10 mm。 ¢ÄÅ 1 。 3 。 ® ½¾ ,¶·¿³, , À ®¹º²³ÁÂ。 , ¦§¢ 1 ¶·¢¸, ¢ ¹º, R24 °»¼² ¢³ 1 457 Table 1 Fig. 3 d1 93 °²³£å Fig. 4 ghi< Filtering model 4 ,x( k) ÇÙ,d( k) Ú¥, m -1 ³´µÄ ε = ∑ E[ | e i ( m) | ] ¶·, 2 i =0 2 £¤ÍÎÏÕʸ¹,[ x( k) - d( k) ] → 0, ºÊ×È¹Ä F0 ( k) ,F1 ( k) ,…,F m -1 ( k) 。£ ¤ ã, ÍÎÏÕʸ¹®¹, »½ LMS äå,æ e i ( m) = 珔 d i ( m) - ωTi ( m) μ i ( m) , ωi ( m + 1) = ωi ( m) + 2α μ i ( m) , 2 γ + N si ( m) ¤:N si ———ç i ª¼ ÍÎÏÕÊ ½³; γ———¾¿À¼ ÂèéÄ, Ë 电气工程、信息与通信工程·285· 94 Ú Û Ü Ý γ = 0 01; e i ( m) ——— i ; Þ ß 4 μ i ( m) ——— i ; α———, 0 < α≤0 1。 , F i ( k) ( i = 0,1,…,m - 1) 。 ,F0 (k) ,F i ( k) ( i = 1,2,…, m - 2) ,F m - 1 ( k) 。 Coiflets , , , 。 24 á à , 110 kV , 、 ¡¢£¤、 ¥、 ¦§ ¨©ª、«¬®¬。 6 ¯ °±,², ¡³´。 7 µ ActiveX ¶² ¦¨¢。 · , , , : x( t) = 4 cos(3 pi t) + 0 5 cos(5 pi t) + 0 3 cos(7 pi t) + randn(1,5 001) ,:d( t) = sin( pi t) 。 5 。 Fig. 6 6 Web Web windows of information inquiry result 7 Fig. 7 ActiveX WEB 5 WEB windows of dielectric dissipation monitoring cure based on ActiveX technique ¸¹º, £»¤¥ ¦§²¹ ¨£¼½©ª «。 ¾¿ ÀÁÂ, ¬®ÃÄ Åª®ÆÇÈÉ;ÊËÂ, ̯°±、ÍΤ²³ÏÐ, ´·µ¶Ñ·Ñ, ´·Ñ·¸ Ò¹º,°±Ñ»¼½¬。 ¿ Ó²£ ÔÕ 5 Fig. 5 Simulation diagram based on wavelet transform and adaptive neural network ·286·电气工程、信息与通信工程 ,¾²µ Ö¼ÏÐ ×,¿ÃÍΤ À。 Á ÂÃÄŸ, ÃÁØÆ ÇÙ。 ( 114 ) 114 [5] [6] ¦ , 2004 ~ 2011. , , [ J] . , . [8] , 2012, 42(7) : 89 - 94. , [ J] . , 2008, 21(4) : [9] . Markov © 24 ª . [ M] . : 45 - 48. [7] § [10] [ J] . . . AR( p) , 2011, 15(339) : 52 - 56. [ J] . , 2007, 24(4) : 109 - 112. : , 2004, 26(11) : 63 - 66. , . ( [ J] . ) 檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪 ( 94 ) [7] : [1] , [8] , . [ J ] . 127 - 133. [2] , 2008, 28 ( 9 ) : DJOKIC B, SO E. Phase measurement of distorted periodic signals based on nonsynchronous digital filtering[ J] . IEEE Transactions [9] [10] on Instrumentation and Measurement, 2002, 17(8) : 232 - 236. [3] , , 81 - 85. [4] [5 ] , , , 2006, 20(2) : . [ J] . [ J] . ¡ ¢, £ , ¤ [11] , . ¥¦§ [J]. , 2007, 31(1): 52 -55. , 2006, 30(7) : 51 - 54. ®¯°. ±²¡³¢£ [ D] . ®: ® ´ µ, ¬¶, , 2010. ·, . ¤¥ [ J] . , 2004, 28(8) : 58 - 61. ALLAN D, BLUNDELLl M, BOYD K, et al. New techniques for monitoring the insulation quality of inservice HV apparatus. KIM JONGWOOK, PARK BYUNGKOO. Fault diagnosis of a power transformer using an improved frequencyresponse analy sis. 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Í01 2Ö343567¤89A÷ B CÜDÖ EFã G ]^_ ¸ È ½ ¤¥¦HÄ÷IJÙÛ -Ò ÅK øø%ã LM" յרÙÚÛÜ NOðó-PQÇÅ K LR LRáS , + *È) TU ·292·电气工程、信息与通信工程 ÙÚÛÜ -ÒÅK «ï 26 4 Vol. 26 No. 4 Journal of Heilongjiang University of Science & Technology 2016 7 1 , (1. July 2016 1 , 2 , 3 , 150022; 2. 3. , 611731) , 610000; , ! ": Modbus , ,¡¢£¤¥¦ 。 © §¨ Modbus RTU ª«¬®¯°±,² Modbus ³¡ , ¹º»¼½: © ¢£¤§¨´µ¶¢·¸,¡¢£¤§¨¶¢ ¾¿ ÀÁÂ,¢ÃÄ ÅÆ,¢Ç Èɳ。 :Modbus RTU; ; #$% ¡¢£¤§¨ doi:10. 3969 / j. issn. 2095 - 7262. 2016. 04. 020 &'()*:TM63;TM76 +,-*:2095- 7262(2016)04- 0454- 04 +./01:A Research on implementation of substation intelligent auxiliary control system protocol testing software SHEN Xianqing1 , ZHU Yanlei1 , CHANG Zhengwei2 , XU Tianhao3 (1. School of Electrical & Control Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China; 2. State Grid Sichuan Electric Power Research Institute, Chengdu 610072, China; 3. School of Energy Science & Engineering, University of Electronic Science & Technology of China,Chengdu 611731,China) Abstract:This paper proposes a practical Modbus RTU protocol testing software designed for substa tion intelligent auxiliary control system as an alternative to the existing modbus protocol testing software mostly in the form of message which fails to perform in an intuitive, convenient and specific way. The no vel software based on the model of flexible configuration file works by testing the function of the intelligent auxiliary systemby developing object information model and associating Modbus protocol testing with the specific functions of substation intelligent auxiliary system. Experimental results show that the test soft ware capable of simple and easy operation is adequate for the test requirements and provides an intuitive and specific performance. Key words:Modbus RTU; protocol testing; intelligent auxiliary control system 0 ¥¦,§ ¨, © Modbus ª«¬®¯°,±²³© 2345: 2016 - 04 - 25 ´µ¶·¸,¹º»¼½,¾±²¿ ÀÁ。 ÂçÄÅ Modbus RTU ¬ÆÇÈ, µÉÊËÌ¿À ÍÎ ÏÐÑÒ¬, Ó Ô Ï Ð Ñ Ò ¬ Õ Modbus ÍÎÖ×,ØÙÚ«ÛÜ©»Ý。 6789:;: (1969 - ) ,,,,¡¢,£¤: ,Email:shenxianqing2001@ 163. com。 电气工程、信息与通信工程·293· =4 < ;:/,Û:£¤ , 、 。 Modbus , ¡¢ Modbus £¤,¥ 、¦§¨© ª«¬®。 1 Modbus ¯°, ±,²³ RS - 485 ´µ Modbus 。 ¶ modicon ·¸¹ º»¼½¾¿À Á ¬®±。 Modbus ºÃÄÅÆ,§Ç à ÈÉÊËÌÍÎÏÐ,ÑÒÓÅ RS22 / 422 / 485 ÔÕÖ× ØÙÚÛ[1 - 2] 。 Modbus ³ÜÝ,Þßàáâ ²àÜáâ,ãäÚå,æçèéê¥áâ áâëØìíàîï。 ðàÜáâñçà ò óô,¶óôõöÎ÷¥ l ~ 247,óô 0 ¿ øóô。 ¿øÝù, ç©úéï ñûü ä,ýþÿéï。 1 1 Modbus RTU ASCII ãä~,Modbus çºÅÆÝ, Modbus RTU § Modbus ASCII Ý。 ºÝ  ñØ ÝÅÆ,ðà Modbus ñÞßó [3] ô¾、¾、¾、¾ 。 } ASCⅡ Ý ,RTU Ý Â ,| [4 - 7] 。 , Á ç{ »¼[ñ³ Modbus RTU 。 1 2 Modbus RTU RTU Ý, ùþ\ 1. 5 àÅÆù。 §ùþ\ 3. 5 àÅÆù。 ]± ç\ 1. 5 à ù ,É©^Õþ [8] àáàÕ óô¾ 。 Modbus ( PDU) §_ÁÂà ÏÐ,ê´µÚå~ Modbus [9] ( ADU) ~¾ 。 Á Modbus ` 1 。 2 455 ¢[ Modbus £ ¤ @, Á\?§ ³ Modbus ÁÂ, } 。 ? Ö, É¡¢£, ?Ö} Â。 Á\~\ >,} ¤¥、 ³¦Æ。 £¤´§`¨ 2。 Modbas RTU > 3 。 Fig. 2 2 Overall design structure 1 Fig. 1 Modbus General Modbus frame ·294·电气工程、信息与通信工程 3 ModBus RTU Fig. 3 ModBus RTU test flow 456 Ö × Ø Ù 、、 、、 。 , , , , 。 3 1 Ü Ü 26 Ý ½ µ¶·¸ Modbus RTU ,“ ¹” «« º ´ 。 ,¥§¦»¼ «,ª°»´ Modbus ½ « ¾¿,ÀÁ¨ 。 , «¡¢£ , »Â ¨ Ã Ä , ¥ ¤ ¥ ¦ ¦ §。 XML ¥ ¨、©¦、 ÃÅ、 ¢£Æ¾ 。 3 Û [10] Ú ªÇ«È, XML ¬ 。 « 5 ³。 « Qt , , !" , Libmodbus #$%& Modbus RTU , Qt + Lib modbus ¡¢£¤, ¥ ¦。 Libmodbus §¡¨ API API 。 ª 5672 '(%&)* © %&+,-(./ «¬® %&)*0! ¬, ¯ , °±²。 Libmodbus RTU 4 ³。 %&12+,34 5672 +,8$%&9: ;<12 => 5 Model configuration flow ÉÊ, ®¨¯°±²³»´¼ XML «, «µ¶Ë « Ç。 Ç、 ·、 、 ·¸。 Fig. 5 3 2 4 Fig. 4 ModBus RTU ModBus RTU develop flow ®ÌÍ Î ¼¹º, ½Ï¬。 Ð,»Ä¼ÑÑÎ,¼ÑÑÎ ¯½½Ò¾ÑÎ, Ò¾ÑοÀÁ« ¯½Â¿Ã¥¾。 libmodbus ¥Ó ļÑÑÎÔ struct timeval, Ůկ long tv_sec ǨÈ,long tv_usec ÉÇ ¨È, Ê˼ÑÑÎ 1 000 000 μs。 电气工程、信息与通信工程·295· Î4 Ï , Modbus RTU , Modbus RTU _1 , , ,。 API , modbus_t modbus_new_rtu ( const char ’ device’ ,int ‘ baud’ , char ’ parity’ , int ’ data_bit’ , 0000 ~ 0004 01H 02H 1,0,1,1,1 3 3 _2 Table 2 0, WXYK =<`@Óã¬á`@;:/ þ ¦ ¡ Ü ¥ .- ~,_ =+* )(' ! 9 "#$% ! &'()*+,*+ -,+./,.+*- "#$% 9 :;.#)62*(, /#+/.#, 7'8*2 '< 5+'5'-*8 /'()*+,*+ 电气工程、信息与通信工程·299· :;! # # ! ·¸¦¶ !" ¹º»¼ Ä Â $ ÈÉ ! #! $ ! % *.+%,-. # ! ¦§ « % ¬¯±² ¬ ! ³© ¨ ª # ´® µ¦§ &''() ¨ ª« ¬¯±² ¬ . ³© ! ´® # ´ÕÖÓ¬ »¼ · ¸ »¼×¦¶ ¹º # ÀØ # *$+#,-$ .  ¡ " / ¢¢£ ¤¥ ¦§ ¯° # . ¢ ¦§ ¬® ¬ ! ³© ¨ ª« ¬ # ´® µ¦§ ¨ª« ¬¯±² ¬ . ³© ! ´® ¦¶ ©·¸¹º»¼ ¯±² ¬½¾¿ ¯±² ¤¥ Ä¢£ . ¬¯±² ¬ ! ³© ¨ ª« ! ´® »¼ ·¸ ¹º Ù 56 " 8 # µ ¬ . ³© # ´ÕÖÓ¬ »¼×¦¶ ¢ÅÆÇ ÈÉ ¨ª« # ´® ¬¯±² ¢¢£ ¢ÅÆÇ ÈÉ " *%+",-% . ¡ ¦ § ¦§ #! ÀÁ¯±² ¬ Âà ! # # ! Ä ¯° # ! Âà 56# " 7 ¨©ª« ¢¢£ # Âà ¤¥ Ä Ú ÈÉ 9 # # ! ! 9 # ! ! $ # $ 12 $ # ! ! 9 # # . . 12 $ $ ! . . . ! . . ! # " : ! . % $ # / # $ # 0 ! $ # # # ! ! ! ! 9 9 "#$% ! &'() *+,#-./ 0.1)2'3(4 '2 ,3','4)5 -'61)3*)3 .* # # . 778 ',)3.*#'6 12 . $ 12 $ ! ! *#+!,-# ¯° # ! ¡ . ´¡ ¦¶¯° $ " 0 ¢¢ £ ¬ ¤¥ ¦§ ¨©ª« ¬® ª« . . . ! ! 3 . 7 % # Âà 12 ¯±² # ¬ ! . Ê # ¹º»¼ ¯±² ¬ ! $ ! ËÌ÷¸¦¶ . # ! ! Âà 12 Ä ¡ ! 9 . . $ 12 Í ÈÉ . *!+.,-! ¡ . . ! ÎϮР" 3 ¢¢£ Á¯° . ÑÒÓ¬ ÕÖ #! $!12 ¯±² ! ¤¥ À »¼Ô #  à # 4 ! 8 " 9 "#$% 9 7:33)6*2/'0 ,.*; '2 ',)3.*#6$ ('5)4 5:3#6$ ¬ ! . Ê ·300·电气工程、信息与通信工程 ! ËÌà '6) 40#*-;#6$ ,)3#'5 .* 778 ',)3.*#'6 ¡º»¼½ ¾¿À ,,, , Á ! ! ! ! ",. #"!! # )$, " # $,) " 4, 2$)5 ", #", # +$ " # " *, "! #"! #"!! ", #"!! # +$, " # $,+ " *, 2$+5 ", " $ % % $# # % % / 6/ ÃÄÅÆÇ ÈÉ¿ 6 & / 6/ / 6/ ÊË ÌÄÅ Í '( '( )'& ÎÏÐ ¡Å©ª¼½ ! ÑÒ Ó©ÔÅ ¡ "' #&" $&"' #"*"!! ¢ £¤ ! ! 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": , (APFC) , AC / DC 。 , 20、 24 30 V °®± 。 ¡¢:£¤¥¦§¨¥©§, ª«¬ 85% ®¯, AC / AD ²,³´µ¶, ·¸¹, , , º»¼ ½¾ 。 #$%:; APFC; Buck ¿; STM8S207RB doi:10 3969 / j. issn. 2095- 7262 2014 05 023 &'()*:TP212 +,-*:2095- 7262(2014)05- 0543- 03 +./01:A Application of APFC technology in AC / DC converter JIANG Yanqiu1 , WANG Wei2 , ZHANG Huawei1 (1. School of Electrical & Control Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China; 2. School of Sciences, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China) Abstract:This paper is an effort to improve the performance of switch power supply and ensure the safety of power system operation. This effort consists of designing and constructing the single phase AC / DC converter using active power factor correction ( APFC) ; performing physical production and tes ting of the system and measuring system efficiencies under the input voltage 30 V AC of 20, and 24. Re sults show that the system working with full or light load exhibits power efficiency higher than 85 percent and boasts advantages, such as a greater control flexibility, smaller volume, higher power factor and higher efficiency, than the conventional singlephase AC / AD converter, with a consequent contribution to greatly improving the stability of power system and efficiency. Key words:wwitching power supply; APFC; Buck circuit; STM8S207RB ¡¢ £¤¥。 ¦§ ¨©ª, «¬ ®¯°±²³¡。 ´µ¶·¸¹º»¼½¾¿ ÀÁ STM8S207RB ³ÂÃ, Ä APFC [1] ¸ ,ÅÆ¢ÇȬ®¯ AC / DC , ÉÊË̬、®¯Í,ÎÏ®Ð Ñ 。 1 Ò ¡ Ó Ô Õ Ö、 Boost × APFC Buck ×ØÙ Ö、PWM ÚÛ¿¾ Ö、 Ü ÂÃÞßà, áÆ 1。 âãä 2345: 2014 - 07 - 12 6789:;: (1981 - ) , ·304·电气工程、信息与通信工程 ,, ,,: ,Email:21841934@ qq. com。 Ö、 ÖÝ åæçÙ 544 | { [ \ 24 V ,, Buck , 24 V 。 , , ,,5 s ,。 STM8S207RB ¡¢£¤ A / D [2] ¥,¦§¨©ª«,¬®¯° 。 ± (APFC) ²³´¤µ, ] ^ ^ ` 24 @ _ ë¦ìµ,µ«íî MC34261 ïðññ, ¶«Ã£¤òó ôõÂö,÷ôõÂöøÃùÇí î«,òóñǺ £¤ ï ð ñ Å , ê ë é MOSFET ¨ BUK7520 - 100A, Áà DC90 V,Ì PF à 0 96。 Ü 2 ± ABCD µ ÃöÊ [9 - 10] 。 ö ¶·¸²¹º»¼½¾¿ À,Á AC / DC ÂÂà 2 2 Buck 、Boost ÓÔ Buck - Boost ÏÐÕ。 Ú,ÛÜ 3 ݪ。 Î¡Þ Buck ÏÐ ,À¦ SG3525PWM ÀúûÔàáâ ÄÅÆÇ, ÈÉ ÊË 1, Ì 。 APFC ÍÎÏз¸ÑÒµ, µÃ Buck Buck ÎØ¦ÎÀÙ [11 - 12] 。 ÎÂà ãÙÚ 90 V, ¦ MOSFET ¨、 、 ¨ Ù Ú Buck ÏÐçè«。 Àé êë¦ìµ, µ«íî SG3525 £¤ïðñíÅöñ, ïðñ «ºÙÚ, PWM éêëé MOSFET ¨ BUK7520 - 1 Fig. 1 100 A, System structure diagram DC24 V,¶± 11 14 µ MOSFET ¨ PWM ¯Ç。 à ô 2 2 1 Boost APFC ºÀ ,  é ,ü é MOSFET ¨, Ü 3 ± AB Ãô Boost APFC ö。 APFC Ö×ÎØ¦ÎÀÙÚ, Û Ü 2 ݪ。 Î¡Þ Boost Ïз¸ ß,ÀÎØ¦ MC34261 À 。 äå AC220 V ÓÔàáâãÙÚ æ , Î Â Ã [3 - 8] Fig. 2 Fig. 3 Buck Buck converter hardware circuit 2 3 3 Ïз¸çè«。 Àéê AC24 V,, Boost Boost APFC Boost APFC hardware circuit à À ý,  20、24 30 V þ , ÿ 1。 È 1 ±µ þ , ², 85% , ~} 88 29% 。 ÎØÇ 电气工程、信息与通信工程·305· áÄâ,Ù:APFC ¥¦§ AC / DC ¨ å5 Å 1 Table 1 Power efficiency test data / V / A / V / A 20 11 4 18 24 02 2 98 / % 85 16 545 © , 1( × 1) 2( × 10) ,, , 4 15 24 02 2 98 85 18 24 21 3 40 24 01 3 01 87 80 88 29 £¡¤,¡¢ 1。 4 10 24 51 24 02 3 37 24 74 3 00 24 01 3 34 3 01 24 00 3 04 86 28 87 50 30 11 2 86 24 00 3 10 86 40 30 51 2 77 24 00 3 05 86 61 30 22 2 80 24 00 3 07 87 07 4 , , 4a MC34261 , 1 , × 1, Boost APFC MOSFET, , ; MOSFET , MOSFET 。 4b SG3525 11 14 , 20 25 20 37 , BUCK MOSFET 。 4c , , 0, ¡¢ 4 APFC ¥¦§ AC / AD ¨ ª。 °±,²³ AC / DC ¨ © «¬®¯ , ®¯ STM8S207RB ¢ ¯,¶ APFC、DC / DC ¨、 ·¸¹º »¼¡¤,½®¯ 。 ®¯ ´µ® 、¡¢、»¼¾¿À¤ª, ®¯ÂÀ。 Á 01234 : [1] Ã, Ä, . ÅÆ°ÇÈ ¡¢£[ J] . ÉÊÃË¥ÌÍÌÎ, 2012, 22(6) : 604 - 607. [2] . Ï®¯ÐÑ[ J] . É ÊÃË¥ÌÍÌÎ, 2013, 23(6) : 552 - 556. %)&&& * "#$ %&& '( +,-./&)&&& * [3] . Ò. Boost ¨ APFC ²[ J] . à ÓÔÕÌÌÎ, 2012, 33(1) : 56 - 59. 56789:$ 01;34 [4] ¡¢, £ ¤, ¥¦¤. § APFC ¨´ [ J] . Ö´, 2010(1) : 24 - 27. [5] ©×ª, «¬®, ¯°±. APFC ư² [6] ÐÑ[ J] . ³´¥¦, 2012, 46(3) : 52 - 54. µ¶, ·¸¹, ¯º. » ؼ PID Æ ° APFC [7] ?;7%9% ½¾, ¿ªÀ, ÁÂÃ, Ù. Ú ÄÏÛÜÝÅÞÆ APFC ÐÑ[ J] . ³´¥¦, 2013, 47(1) : 86 - 88. 6<$ %&& '( 6<9)%&& ( %)&&& * =,-./&)&&& * > [ J] . ¥¦, 2012, 34(5) : 23 - 25. [8] ¯ÇÈ, ÉÊË. UCC3818 Õ¡ APFC µ ß [9] ÌÍ, 2013, 32(1) : 51 - 54. ÎÏÐ. ´µ ²°±Ñ[ M] . ÒÓ: ´ÔÔÕ Ö, 2011: 140 - 157. [10] רÙ, × [ J] . Ú. ÛàßµÏÚ ÜÝ[ J] . ÉÊÃË¥ÌÍÌÎ, 2012, 22(5) :521 - 525. [11] áÄâ, Þßà, ¯áã. äâãäåæçè鯰®¯ [12] ! 4 Fig. 4 [ J] . ¾½²ç áÄâ, × ë, çê, 2009(3) : 58 - 60. ì. íîïðñßÝÆ®¯ [ J] . ÉÊÃË¥ÌÍÌÎ, 2010, 20(6) : 457 - 459. System testing results ·306·电气工程、信息与通信工程 ( ) !" ¡ ¢£¤¥¦§¨©ª«¬®¯°± ²³´ µ¶·µ ¸¹ ªº» ¡ ¼½ ¾®¯°± ²¤¥ µ #$% ®¯°± ² &'()* +,-* +./01 ÊËÌÍÎÏ ÐÑ ÇÒÓÔÕÌÖ×ØÙ ÚÛºÜÝÔ ÞÇßàáØÙ âà ã ä ´ å æ ç Ì Í è é ê ë ¿ º ì ¡¢£¤¥¦§¨¤¡ ©ª«¬®¯¢°± ²³´µ¶·¸ £¤ í ¹º»¼ ¡Â ÃÄÅÆ Þ×ØÙ ½¾¬¿ÀÁ£¤ ¡ÂÇÈ É îëïðñòóô ½¾õöÌÖרÙ÷øùú¬ ÝÔ ÷ø ûüº ýìþ ¥ÿ~ 2345 6789:; 电气工程、信息与通信工程·307· ôõö÷øùúúûç ü Þ½ «¬ ß¹ºÃÄ áâκã ä¡ ÙÚÛÜÝÏ à ÌÍåæç ¡ÊËÌÍ «¬¥¦ ÃÄ蹺 ÁÊËÌ͹º äµ¶ ÑÒé Í ÌÍè ÁÊËéÍêë ¯ ç¯ÑÒÌÍì ÑÒ ÌÍÂËç¯æí éÍ ;> /0 » §Ñ Òîï ÑÒîï À» ÌÍð ÌÍ ÑÒîïñ ÌÍëÍ /0 04)%8 ,/0?.# ' * 5& ' )' ,)9!* "( ( , & 7"9!# 92 ' ", )* 5 :, * ' "(* "@7"9, 9' ÑÒîï ÊËÌÍëÍ 槡 槡 槡 槡 槡 槡 槡 槡 ÊËÌÍ /0 1# 23/045( , , 6 75)& ,' 5( , , 6 8 , 2# 9:, ( ' , ( ¡¢£¤ ¥¦ ¡§¨ ©ª «¬ ®¯°±²³´ µ¶ ·¸¹º »¼½°±¾¿¡À§¨ Á ;0 òí ¶íê Á ò ÑÒ 1# 23;045( , , 6 75)& ,< "=( 6 8 , 2# 9:, ( ' , ( ÊËÌÍ ÊËÌÍ ó ÁÊËÌÍ ë ¹ºÃÄÅÆ§ ¹ Õ ¤ ¤»ä éÍ ºÇÈɹº ÊËÌÍκÃÄÏ À» ÊËÌ͹ºÃÄЧÑÒÓÔÕÖר ·308·电气工程、信息与通信工程 ä Í ÌÍð Ì ¿ÀÁ ½ ¾ ;>;0 ¡¢£¤¥¦ § ¨©ª«¬®ª« ¨© ¯ ª«°±¬ ª«°± ®¤¥¦ A0 1# 23A0?7)* ,:"8 ' )2,:, * ' "( ¬® ¬® ¤¥¦ ª« B0 1# 23B0C5"# * ,"<& .# ' * 5# 92 :, * ' "(& , D=, 9* , ³¢ £¤¥¦§¨ ©´µ ¶µª« ¡² ·¬® «·¬®ª ¸§ ¹ º »¯°±¼°¬® E0 1# 23E0?# @=8 )' # "9"<@)# 9* # ( * =# ' °±± ¯²³ ¬®§ 电气工程、信息与通信工程·309· ¯°±²³´µµ¶ · ¢ £¤¥¦ £¤¥¦ ¦ § ¨£¤ ¦© §ª § «£¤¥¦¨£¤¬® F0 01# 23F0G9!, (* "9!# ' # "9"<8 ")!%)8 )9* # 92 ' 5( , , 6 75)& , :"8 ' )2,)9!* =( ( , 9'"=' 7=' H0 01# 23H0G9!, (* "9!# ' # "9"<8 ")!=9%)8 )9* # 92 ' 5( , , 6 75)& ,:"8 ' )2,)9!* =( ( , 9'"=' 7=' ¡ ¢ ·310·电气工程、信息与通信工程 I0 01# 23I0G9!, (=9%)8 )9* , !' 5( , , 6 75)& ,* =( ( , 9' ' ( )J , * ' "( -# 9& 7)* , ÁºÃÄ¢£ ¿! 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[1 - 4] DC - AC 1 Õ 2 2 4 29 5 3 ¾ ,C o °±¾ 。 ^&Ä BOOST å。 Óª õ H4 ,°±Ó&ôõ, %÷ , 、 、 0 、 。 DC - DC ( 。 ³, Ê { , 2 。 。 , , ¡¢£ ¤ ¥¦§ £ 。 ,¨©ª«¬,®¯°± ²³ 2 ´°±µ²¶·, ¸°¹ £º¨ »¼½¾ £,¿ÀÁÂà DC - DC Ä °¹Å Æ 2 ´°± µ²¶· £, Ǩ È©ª«¬,ɨ DC - DC ÅÆÈÊ Ë 2 ´°± [5] µ²¶· £ 。 ¨ÌͲ ÎÏÐѬ,°±ÒÓÈ©ª«,ÈÊË 2 ´°± µ²¶· £ÔÕÖ× ØÕ®¯°±²,¨Ù °±²¬,È©ª« ÉÂà ÚÔÛ, ÜÝ¢£Ö× ¸Þßàá。 â, ãäÊÈ©ª«¬°± ¾åæçèéê ëì, íî òóôõö÷øù°± £Ä [6] ï±ðñ æçè。 úû [7] ü ý±ñòþÿ½¾~}|{½¾[õö ÷。 \] [8] Fig. 2 2 Traditional voltage control model 2 ,L Ó¢£ ,D Ó£», U i ÓÒ°¹ ,U o ÓÒ°± ,L f ,C f Ó°±¾ ,U r Ó ï,G v Ó ôõ。 °±¾ °±' ( Ö 。 BOOST °± Ô Ó G1 ( s) G2 ( s) , (1) L( s) = UM :U M ———PWM ,V。 ¨ôõ, U M ÖÓ 1。 ÓðÊ ôõÄ)( £ôõ·, ;:[9] ,±$ ôõ¬ Boost $ ^_`@?>ôõ=[õ È©ª«¬°± æçè。 <Ê £ÊËéê;:/.,Ó-,,+*Ê °¹ £ÊËçè, ý±ñò)( ôõ¡°±$Ó G1 ( s) ;BOOST °¹ ôõ$Ó G1 ( s) = ôõö÷。 1 A( s) , B( s) A(s) = [(D′(Uo + UD ) - (rL + rds + D′2 rc )IL - ¢£Ò'Ó ,¢Ó°¹ 。 1 。 , ë ,¥¦Û¹¢£ sLIL )(1 + src C)] / LC, B( s) = s2 + s G2 ( s) = r L + Dr ds + D′( r d + r c ) D′2 + , L LC K(1 + s / ω z1 ) (1 + s / ω z2 ) , s(1 + s / ω p1 ) (1 + s / ω p2 ) :U o ———°± ,V; U D ———£Â'ÅÆ,V; D———&Â' D′———& Fig. 1 1 r L ——— Cascaded inverter architecture 1 Ó¢£Ò, C i Ò°¹ ,C b Ò°¹ ,L o °± ; ; ~ ,Ω ; ~ ,Ω ; r ds ———& L———°±¾ ,μH; r c ———°±¾ C———°±¾ ~ ,Ω ; ,μF; K———Ô 。 电气工程、信息与通信工程·313· 5 ,: 2 ,r c = 0. 033 Ω,L = 800 μH,C = 300 μF, r L = 0. 001 Ω,r ds = 0. 2 Ω,r d = 0. 055 Ω , D U D = 0. 4V, CCM 80 ~ 130 V , D 0. 78 0. 63 360 V , LI L 1 -s ( 1 + sr c C ) D′U E - I L ( r E + D′2 r c ) G3 ( s ) = · Δ1 + Δ2 ( 2 - 0. 207 9s - 17 785s + 3. 24 × 10 8 G1 ( s ) = 。 s2 + 200s + 201 000 G1 ( s ) = Δ1 = s + s 2 Fm = 8 , 130 V , s2 ·3. 3 × 10 - 2 + s·3. 34 × 103 + 6. 37 × 105 Z1 ( s ) = 。 s2 + s·5 × 10 + 5. 7 × 105 , , , 3 。 ) DD′T s ( r d + r c - r ds ) , 2L qo = qi = - DD′T s , 2L DD′T s r, 2L c U E = U o + U D + ( r d + r c - r ds ) I L - r c I o , M c = U o / 2L, ,T s ———。 80 V F m = 0. 60 ,q i = - 3. 5 × 10 - 4 ,q o = 1. 07 × 10 - 3 , r E = 0. 174, q c = 0. 999 88, T s = 1. 6 × 10 - 5 , G3 ( s ) = ( r E = r L + Dr ds1 + D′( r d + Dr c ) , ( r L + Dr ds + D′r d + DD′r c + sL ) ( 1 + sr c C ) LC Z1 ( s ) = 。 r + Dr + D′ ( r d + r c ) D ′2 L ds + s2 + s L LC 80 V , s2 ·3. 3 × 10 - 2 + s·3. 34 × 103 + 7. 25 × 105 Z1 ( s ) = , s2 + s·2. 2 × 102 + 2. 01 × 105 ) 1 , ( D′ - D ) U E Ts Mc + 2L qc = 1 + [10] , ( r E + D′2 r C + F m U E q c F m I L q o , - L C D′2 + D′F m ( U E q o + I L q c ) - F m I L q o ( r E + D′2 r C ) , LC Δ2 = - 0. 123s - 7 934. 16s + 4. 58 × 10 。 s2 + 198. 75s + 570 400 2 , 2 ) F m ( D′U E - I L ( r E + D′2 r c ) ) , LC( Δ1 + Δ2 ) 。 80 V , 130 V , 623 ¡¢£¤ - - s ·0. 22 - s·1. 95 × 10 + 3. 28 × 10 8 。 s2 + s·4. 54 × 10 5 + 6. 27 × 10 6 2 4 130 V ,F m = 1. 01,q i = - 4. 8 × 10 - 4 ,q o = 1. 45 × 10 - 3 ,r E = 0. 155,q c = 0. 999 83, T s = 1. 6 × 10 - 5 , G3 ( s ) = - - s ·0. 073 - s·4. 13 × 10 + 3. 31 × 10 8 。 s2 + s·2. 69 × 10 5 + 4. 45 × 10 6 2 3 F m (q i (D′UE - I L (r E + D′2 r c )) - q c I L D′r c ) + Z2 (s) = [ LC( Δ3 + Δ4 ) Fig. 3 3 r E + F m U E q c + s·L (1 + s·r C C) ]× , LC( Δ3 + Δ4 ) LC( Δ3 + Δ4 ) Δ3 = s + s 2 Double closed loop control model 3 G I , G3 ( s) G4 ( s) , H( s) = K ,K———。 ·314·电气工程、信息与通信工程 Δ4 = (2) ( r E + D′2 r c + F m U E q c F m I L q o , - L C ) D′2 + D′F m ( U E q o + I L q c ) - F m I L q o ( r E + D′2 r c ) 。 LC 80 V , 2 -2 s ·3. 3 × 10 + s·4. 83 × 103 + 1. 51 × 109 Z2 ( s ) = , s2 + s·4. 49 × 105 + 6. 25 × 106 130 V , 624 Z2 ( s ) = 3 ¡ ¢ £ s2 ·3. 3 × 10 - 2 + s·1. 2 × 104 + 9. 0 × 108 。 s2 + s·2. 69 × 105 + 4. 74 × 104 3. 1 - - , Mat lab , 4。 4 , - , - 。 ¤ ¥ ¥ § 29 ¨ ¦ 27°, 3 。 4b , 130 V , , 4b 1 2 , , , 。 BOOST , 。 ¡¢£ ¤,¡¢¥ ,¦ § CCM 3. 2 ,¨©ª«。 ¬, Matlab ® 80 V 130 V , 5。 4 Fig. 4 - Controloutput bode diagrams under two control strategies at different voltage levels 4a , 80 V 66. 9 Hz , 70. 6 dB, 4a 1 。 , , 90°, , 4a 2 3 5 Fig. 5 Bode diagram of output impedance of two con trol strategies at different voltage levels , 。 80 V 130 V 电气工程、信息与通信工程·315· µ5 ¤ ¶·,¸:¹®¯ 5 , , 5a 5b 1 , 5a 24. 5 dB, 5b ©, 625 «¬。 70. 6 Hz, 120 Hz, 36. 7 dB, , 5a 5b 2 。 , , 。 - , , BOOST , ,, 。 4 6 。 : 30 ~ 48 V, 2. 7, , BOOST 80 ~ 130 V, 60 kHz 220 V, 500 W。 800 μH ¡ 330 μH; BOOST MUR3060,, ¡ ST26NM60, 25NE50, 1 mH,¡ 4 μF。 Fig. 7 5 7 Nonlinear load waveform in two modes (1) ª ,«¬®¯®¯。 ° °±²,£®¯ ®¯ - , ³± ´µ¶, ¸ (2) ¹ ®¯· 。 ²³,£ 500 W ®¯ ,´ ®¯ º» 50% , ¼, Fig. 6 6 ½¾ Physical of cascaded inverters ¡¡ CH2 ¤ 20 A,CH3 V,CH4 ¢£¤ 。 : [1] tributed power generators : anoverview[ J] . IEEE Transactions on ¡¢, ¢£ ¡¢, 250 ¡¢, Power Electronics, 2004, 19(5) : 1305 - 1314. [2] actions on Industry Applications, 2005, 41(5) : 1305 - 1314. ¦§ ¥¨ 2 ¦。 7b ¡¢, [3] §, ¨©ª [4] ·316·电气工程、信息与通信工程 Kjr S B, Pedersen J K, Blaabjerg F. A review ofsinglephase gridconnected inverters for photovoltaicmodules[ J] . IEEE Trans 20 A。 7a £ ¡¢,¥¤,¥ Xue Y, Cahng L. Topologies of singlephaseinverters for small dis Tao H, Duarte J L, Hendrix M A M. Lineinteractive UPS using a fuel cell as the primary source [ J] . IEEETransactions on Power Electronics, 2008, 55(8) : 3012 - 3021. Kwon B H, Choi J H, Kim T W. Improved singlephaselineinter 626 ® ¯ ° ¦ ¢ 2001, 48(4) : 804 - 811. Kwon J M, Kim E H, Kwon B H, et al. Highefficiency fuelcell power [11] conditioning system with input current ripplereduction [ J ]. IEEE , , [ J] . [7] , . , 2018, 52(7) : 1 - 6. , , . (11) : 2486 - 2495. [8] , , [9] [ J] . [ J] . , . (2) : 1028 - 1041. [12] Zhang L, Ruan X, Ren X. 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Energy Conservation Service Center of Heilongjiang Province, Harbin 150001, China) Abstract:This paper introduces an improved accuracy and effectiveness required for the simulation of wind power system. The targeted improvement is obtained by developing a direct drive permanent mag net synchronous wind system based on the RTLAB realtime simulator, including wind turbine module, the maximal wind energy capture module, power tracking module, permanent magnet synchronous gener ator and the backtoback PWM converter main circuit module, SVPWM vector control module; the tracking of the rotor speed and grid connection thanks to the use of the rotor flux oriented control on the machine side, and the direct power control on the grid side; and analysis of the effect on the grid current by the sharp change of output torque caused by wind turbine fault. Simulation results show that: the sys tem has a total timeout up to the requirement of realtime control, offers the experimental results consist ent with the theoretical analysis and thus proves to be valid. Key words:converter; SVPWM; real time simulation; time stamp 2345: 2014 - 08 - 16 6789: (1160707800) :;<=>?: (1988 - ) ,,,¡¢£¤,¢£¥¦:§¨ ·318·电气工程、信息与通信工程 ©ª«¬,Email:zhangmilu@ 126. com。 628 0 ) ( ' & % % ]ò { , 。 。 , ¡¢£¤¥ ¦§¨©ª, «¬®¯°±。 ²³ ´µ¶·¸¹º,»¼½¾ ¾Âà 。 ψ d = - L d i d + ψ rd , ψ q = - L q i q + ψ rq , øò Tm = Te + , 。 # 24 " $ k J dω r k F + ωr + θ θr , p p p dt Ò:U d 、i d 、L d 、 ψ d ( U q 、i q 、L q 、 ψ q ) ——— d( q) 、,、]ö; ψ rd 、ψ rq ———Ô d、q ]ö; R s ——— ; ¿¨ÀÁ, ω r ———ÔÔ; T m ———Ô; ÄÅÆÇ¶·ÈÉÊË, º¶·ÊË RT - LAB ÌÍ MATLAB / Simulink λ¼ÏÐ, T e ———]Ô; Ñ Simulink ÒÓ¨¶·¸ÔÕÖפ¥Ø ÙÚº¶·¸, ÛÌÑÜ©ÝÚÓ¨ J———ÔÔø; ¶·¸Þß,àÌÑܩᶷ¸ßÞ。 âãÖ× I / O äÍåæ¿¨Äçè, Ìéêë k F ———Ôø p———´; k θ ——— ¿¨Ü©ÝìÜ©áíîÕ,ïð,ñ ̸¹Î ²º¶·ãòÒ²óô´õ ,ðö÷ øùãò。 RT - LAB ÒÜ© ¶·¸úÌèûüýºþÿ~}, | ·º。 ¶ {[\]^_ `\]é [1] @ { è ? ø ^ _ í 。 >é@=<Ã;] :øæö/, [2] à 。 . RT - LAB º¶· , \]^_ í¶·¸, RT - LAB ¶·ÝÒÓ¨^_º¶·é¿¨²ó 1 1 ´。 \], ¡¢£¤ ² Park ¥¦º d ÍÔ\]]â ê,Ψ f \]],§]Ô¨® 3 T e = pψ f i q 。 2 ©Ü©é@ª 1 «¬。 ©¥,ÝÜ© ÔÔý®®。 `å ¤,,¯¤°Ü©©, ©Ø@±¸: { º¶·éíÅö÷, º-È ¶·éºíö÷。 1 ´; [3] 。 ² id = 0 Ü U′d = ω r L q i q , U′q = - R s i q + ω r ψ f 。 ø \]^_ d、q ¸, :(1 ) ; 1 (2) Ò,];(3) , Ä ,。 ´ { ò Ud = - R s id - ωr ψq + Uq = - Rs iq + ωr Ψd + dψ d , dt dψ q , dt Fig. 1 õ \]^_,Ô+² , 、]]ÔòÌÕ: Control of machineside Î d、q ,õ*ݱ¸²^ ³ ê Ü © 。 d , ´ , µ i d ≠0, Ѷ Δ U d · ¸ d 。 d、 q , ¹ · ¸ ± º » ¼, ^ º ½øùãò d、q ¾ ù , ² ø ù ã ò Ò > õ*Ý ¾ù 电气工程、信息与通信工程·319· ¹º»,:¼ RT - LAB ²³±´µ¶ ·6 ¸ { ΔU d = ΔU q = { dψ d di d dψ f = - Ld + , dt dt dt dψ q di q = - Lq 。 dt dt d、q Park SVPWM [4] , SVPWM 。 1 2 , :(1) ;(2) , [5] 。 1 s k ,s k , ,s k 0 , q p i d d q d i q q d q [ ( )] [ ( )] U = U dc (2s - s - s ) , a b c a 3 U dc U b = 3 (2s b - s a - s c ) , U = U dc (2s - s - s ) 。 c a b c 3 2 Fig. 2 2 Control of gridside RT - LAB RT - LAB £¤¥¦§ 3 ¡。 3 RT - LAB ¨©ª PWM Source «¬ PWM ª «,¨©«¬¨©®, ®¯¬ ,® ¯ª«°¯。 :U d 、U q ——— d、q ; C dc ———; L di d = U - Ri - ωLi - e , d d q d dt di q L dt = U q - Ri q + ωLi d - e q , dU dc C dc dt = i be - ( i d s d + i q s q ) 。 s d 、s q ——— d、q d、q (1) (1) ¡ i d i q ¥¦, © d、q ¢£ 。 a、b c。 a、b c ,k ( ks ) ( i - i ) + ωLi + e , k U = ( k + ) ( i - i ) - ωLi + e , s Ud = kp + ,¨ k ki - r + kp + i k + p di q s s = iq + iq , dt L L ki ki - r + kp + kp + di d s s = id + id 。 dt L L ,;(3) 629 ¨© ; U dc ———; e d 、e q 、i d 、i q ———、 d、q ; L——— ; R———; ω———; i be ———。 2 ¡ 。 Fig. 3 3 RT - LAB RTLAB simulator and PWM source ¢ £ [6] 。 ¤¥¦ , PI ±²:(1) 4 ¡, ¬ Simulink °±²³±´µ¶,¯ °³©´µ¬³ [7 - 8] § ·320·电气工程、信息与通信工程 RT - LAB °± ¶¶,· ¶ 630 » ¼ ½ ¾ CPU ;(2) 5 Opcomm ,;(3) , µ,¯§°±³ 1 666 A。 RT - LAB Subsystem of RTLAB 。 7 ¬®, 1 2 s ¯§°±,² 1 1 MW, , ³ 1 200 V, ´ : 400 V, 1 666 A, 1 1 MW。 10 kHz。 7 [9 - 10] 2 ¦§, ¨ ¢©,ª«, Fig. 4  24 à Á ,¡ ,¢£, ¤, ¥ 4 À 4 。 À 3. 5 × 10 kg·m , 1 500 A, 1 250 V。 1 200 V。 µ ¿ 5 Fig. 5 3 7 Fig. 7 opcomm Opcomm module adding in grid transmission Starting process of PMSG system 8 ¢£¡¶¢£ ·¢。 £ 8 ¬®§, 1 200 V 6 RT - LAB 。 SVPWM ¸ ¤, ¹º³¥ ( ¦± ¹º¥) 。 Fig. 6 6 6 Permanent magnet synchronous generator main circuit system , , 。 :: 1 1 MW, 35 m。 : 1 48 Wb, Fig. 8 8 Output voltage and current in machineside 9 ¡¶¢£·¢。 9 电气工程、信息与通信工程·321· §¨©,ª:«¬ RT - LAB ®¯°±² 400 V SVPWM , 。 631 , 11 0 2 3 s , , 12 。 12 , , 。 ¥6 ¦ Fig. 9 9 Fig. 11 Output voltage and current in gridside , 。 Output current waveform in torque step Fig. 12 11 10 8 9 ( RT - LAB ) , , 12 Voltage and current waveform in grid connection 13 RT - LAB , 13 10 μs, 34 29% , 34 29% , 10 μs, 62 51% , 4 , RT - LAB RTE 。 Fig. 13 13 Fig. 10 10 Output voltage and current in oscilloscope ·322·电气工程、信息与通信工程 ,¡¢ 。 Assenssment of realtime simulation , 13 , , , ¤ 。 。 13 4, £ 632 4 ± ² ³ ¤ ¦ [6] º 24 » JIANHU YANA, HEYUN LINA, YI FENGA, et al. 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": , SSCI , STATCOM , STATCOM , ¡¢, £ PSCAD « ¦§。 ¨§©ª: STATCOM , £ ¬®¯°±²¬®³´µ¶·, ¸; STATCOM , £¹ º» ÃĦ ¡¢¤¥ STATCOM ¼½¾¿¯ STATCOM À¼¾¿¾Áµ¶·,Â, 。 ¡¢¨§¤¥Å STATCOM ÆÇĦ È 。 #$%:É ; ; ; Ê doi:10. 3969 / j. issn. 2095 - 7262. 2019. 04. 016 &'()*:TM614 +,-*:2095- 7262(2019)04- 0472- 06 ´ËÌ +./01:A Effect of static synchronous compensator on suppressing SSCI damping characteristics of wind farms Su Xunwen, Lin Jingwen, Chen Songtao, Yue Bing ( School of Electrical & Control Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China) Abstract:This paper is an attempt to address the safety hazard problem resulting from the subsyn chronous oscillation of wind power transmission to the grid. The study involves constructing the STAT COM suppression model by analyzing the mechanism of SSCI; establishing the damping of the doublyfed wind turbine system before and after the STATCOM by the complex torque method; and verifying the sup pression effect of STATCOM in PSCAD using the time domain simulation method. The results show that before the STATCOM is connected, the system damping is negative when the system resonant frequency and the doublefed wind turbine shaft system disturbance frequency are complementary; and after the STATCOM is connected, the system damping is positive and the oscillation is effectively suppressed when the phase of the subsynchronous voltage component in the modulated signal is opposite to the phase of the STATCOM access point system voltage. The simulation results verify that STATCOM could provide an effective suppression of the subsynchronous oscillation of wind farms. sator Key words:wind power; subsynchronous oscillation; damping suppression; static synchronous compen 2345: 2019 - 06 - 06 6789: (51677057) ;、、¡¢( TSTAU - R201805) :;<=>?: £¤¥(1976 - ) ,¦,§¨©ª«,¬®,¯°,±²³:´µ¶·,Email:suxunwen@ 163. com。 ·324·电气工程、信息与通信工程 _4 / .-;,[:×ØÙ±Åΰ < SSCI ÜÝÂ,Ú 473 Þ。 ;¥[6] ùú,SSCI õ¦ 0 ƨ©òʪ , [1] 。 , ( SSO) 。 SSO ¡¢£ ¦§¨©ª [2] <、 § ¯°±àᦸ ÀÁç³ ¯°,øÜÝ«º¬ë。 ;¥[7] ® ,Á ¯°± SSCI ²。 ª , ¬¹^¯ ®, ^ 。 2 : ¤¥ «¬® SSR、 ¯°±¥ ¤¨©ª «¬ SSTI、 ¯°±¥¦§¨©ª ¬ ¯°¨©ª SSCI。 ²³´µ¶·¸ ¬¹ SSO º»¼, ½ ¾¿À ÁÂÃÄ,ÅÆ ÇȪ É, ÊË, SSO ¡ÌÍΰÏÐÑÒº¶ÓÔÍ ÕÖ。 ×ØÙ± STATCOM Ú Û, ÜÝ Þß,ª SSO ΰàáâãäå 。 E. Morsi æçèéÂêë¡Ììíîï 𯰱 STATCOM ΰñ ò。 A. Mohara na ÏÐî STATCOM ΰñ Fig. 1 1 SSCI Current and voltage recordings for SSCI acci dents Íóô© ª õ Æ, Á ö ÷ ø ï ð ¯ ° ± STATCOM ùúûüýþÿ¯°~õÜÝ SSR。 }|{[Ç STATCOM \] ð¯°±Í ^ñ,IEEE _ ÜÝó`。 å ^ ô, È STATCOM ÜÝΰò, Á PSCAD ¸ @ STATCOM æç STATCOM ΰÞ。 , 2 Fig. 2 Mechanism of SSCI generation SSCI ¥^¯³ 1 SSCI ³¶±¬·Å 1. 1 SSCI õ SSCI ¸ SSCI ±¯°´¨µ。 ^¯ ¸¹¯°, Áº»: ¼°¶º½?õ¾¿, À ù。 Â,¨©¥ÄŤ ¥ , ±¯° 3 [8] Á ÂÁ ¡Æµ。 ^¯³ 。 ¸ÅÜ Ýü?,È SSCI Á 。 1 2009 >= Ajo < SSCI ð。 ² 1 , Á 0. 25 s , ûë 3 , ðë ûë 1. 5 , 。 3 s , àá ¸ , ø â ΰ。 1. 2 SSCI ¡>¢,SSCI ÏÐÍ¡̣ü¤ 3 Fig. 3 Rotor side converter control 电气工程、信息与通信工程·325· 474 ¶ · ¸ ¹ 3 ,P ref Q ref ,P s Q s , , i qr i dr ,R r ,X m 、 。 ψ s X s 、X σ 、 , ω s , ω r ,u dr u qr d q 。 ,, SSCI 。 º » » ½ 29 ¾ ¼ m a ———ÐŦ©Çª ; ω0 ———«ºÍÇ; ω m ———¬ÒÓ¡µÇ; θ c ———¶·ÔÍ; γ———ª ÇÕ。 [9] PI 4 ,,i dr d ,i dr d ,Crc ,Cr 。 Crc Cr 。 PI G(s) = kp + ki / s, kp ,ki ,s , i rd skp + ki G(s) = 。 Gi (s) = = 2 i rd G(s) + X′σ s + Rr X′σ s + (Rr + kp )s + ki (1) (1 ) ,G i ( s) k p , ¡ k i ,SSCI ¢£ ¤¥¦§¨,© SSCI PI 。 5 Fig. 5 STATCOM Wind power system with STATCOM ËÌ¢, u s = U s · sin( ω0 t + θ s ) ,Ö× KVL ®¯ L s di / dt = u s - u i , °± ¼ STATCOM m a U dc Us cos( ω0 t + θ s ) + cos( ω0 t + θ c ) + i= - ω0 L s ω0 L s m′a U dc cos( ( ω0 - ω m ) t + γ) 。 ( ω0 - ω m ) L s (3) :U s ———Ð; L s ———²; Fig. 4 4 PI Current inner loop PI control system principle 2 STATCOM 2. 1 STATCOM θ s ———κ¶·ÔÍ。 Æ¥¤³´, «¼ STATCOM Ϩ µ¥Ø 6 Ù。 STATCOM ª« 5。 ¬¢ ®¯¤°, ±²³´ ¡µ ¶ ·。 ¸ ¹ STATCOM § ¨ ¢ º » ¼ ,STATCOM ½¢¾¿ÀÁÂÃÄÅ ( SPWM) , Æ¢ºÇ£¤È¥¾Ç ÉÊ。 ËÌ¢ º, ¶ · ¦ § Í Î º ¶ · Å Ï STATCOM ¨ ui = ma Udc sin( ω0 t + θc ) + m′a U dc sin( ( ω0 - ω m ) t + γ) , (2) :m a ———ÐÅ; U dc ———Ñ; ·326·电气工程、信息与通信工程 Fig. 6 6 Seriescompensated transmission system equiva lent circuit ¼½¾,:¿ÀÁ¶¯¹ SSCI Âñ º4 » 6 ,X 1 ,X 2 , X m ,R 2 ,L g , r g , C g , 。 0. 5Aψ0 ( ω0 + ω m ) sin[ ( ω0 + ω m ) t + θ s ] 。 ω0 + ω m , △φ = Asin( ω m t) , } (4) . △ω = Δφ = Aω m cos( ω m t) 。 , , Aψ0 ( ω - ω m ) cos[ ( ω0 - ω m ) t + θ s ] , 2( R2 / s + r g ) 0 Aψ0 ( ω - ω m ) sin[ ( ω0 - ω m ) t + θ s ] 。 Δi′sβ = 2( R2 / s + r g ) 0 475 Δi′sα = - (7) αβ , αβ dq 7 。 , △T e = △ψ sd i sq0 + ψ sd0 △i sq - △ψ sq i sd0 - ψ sq0 Δi sd , (8) △ψ sd ≈0,△ψ sq ≈0, d α θ0 = δ 0 - π + ω0 t, 2 △T e = ( - ψ sq0 cos θ0 - ψ sd0 sin θ0 7 Fig. 7 αβ dq ψ sd0 cos θ0 Relationship between static orthogonal coordi [10] d( ψ sq ) + ω s ψ sd , u sq = r s i sq + dt d( ψ rd ) - ( ω s - ω r ) ψ rq , u rd = r r i rd + dt d( ψ rq ) + ( ω s - ω r ) ψ rd 。 u rq = r r i rq + dt ψ0 ( ω0 - ω m ) , 2 ω m ( R2 / s + r g ) 2 (5) ,¡ [11] △i′sα a , α cos((ω0 - ωm )t + γ) [ △i′ ] = (ω --mω )L′U(RR // ss +r )[ sin((ω - ω )t + γ) ] 。 a 0 sβ m dc s 2 2 g 0 m (10) ¦(10) § (9) , △T e = K e △θ + D e △ω ¨, △θ u ≈△φ。 ,¦§¤ ¥¨ r s 、r r ———、。 △U≈△ωψ0 , ¢£。 ¡¤ ¢ , £ ¡ ¥ ψ sd 、 ψ rd 、 ψ sq 、 ψ rq ———、 dq 。 ,STATCOM i sd 、i rd 、i sq 、i rq ———、 dq ; (9) De = - : :u sd 、u rd 、u sq 、u rq ———、 dq ; T (8) (9) , △T e = K e △θ + D e △ω, d( ψ sd ) - ω s ψ sq , u sd = r s i sd + dt ψ0 - ψ sq0 cos θ0 - ψ sd0 sin θ0 ) · [ i sα0 ,i sβ0 ] △θ u 。 nates and coordinates dq , ; - ψ sq0 sin θ0 + ψ sd0 cos θ0 ) [ △i sα ,△i sβ ] + ( ψ sq0 sin θ0 - T } (6) De = 2. 2 m′a U dc R2 / sψ0 cos( θ s - r - π) 。 A( ω0 - ω m ) L s ω m ( R2 / s + r g ) STATCOM ©©ªª§«, «¬ STAT COM ©ª¬ , , αβ , °±©ª µ △usα = - 0. 5Aψ0 ( ω0 - ωm )cos[( ω0 - ωm )t + θs ] + 0. 5Aψ0 ( ω0 + ω m ) cos[ ( ω0 + ω m ) t + θ s ] , △u sβ = 0. 5Aψ0 ( ω0 - ω m ) sin[ ( ω0 - ω m ) t + θ s ] - (11) ²¶ ®¯, ®¯°° , 。 dq ²³®¯±´, ·³´,µ´¶¯,·¸¸ £ dq ²³®¯ [12] 。 STATCOM ®¯¹ 8,ω ω ref º » ¹ ¼ ½ , U dc_ref ¾¼½,i a 、i b 、i c º 电气工程、信息与通信工程·327· 476 ³ ´ µ ¶ ,i q i q_ref q q ,i d i d_ref d d ,u id 、u iq dq 。 8 Fig. 8 · ¨ 29 ¹ ¸ 0. 69 kV / 36. 75 kV ® T1 ¯,° 36. 75 kV / 230 kV T2 。 , ±¬ 8 s ²³´ °µ¶,¡¢ 0. 05 s。 10 £¤ 40% ¥ ·, ,¦§¸ Z。 £¤ , ¹º¨©。 » · £ª Matlab §¨,«°¼ 2 Hz ¬ ½³, ¥ ®¯°±©。 STATCOM STATCOM control 8 ,,PI COM , dq STAT , [11] ,PI , 。 STATCOM dq STATCOM Fig. 10 , 。 , [8] , 。 3 10 3. 2 Frequency sweep of system 11a STATCOM ¾¿²。 11b STATCOM ¿²。 3. 1 PSCAD , IEEE 9 。 Fig. 9 9 Doublyfed wind farm system ,¡, ¢£ 5 ¤ STATCOM STAT COM ¥¦§¨。 T1 T2 ©, T1 Y - △, T2 △ - Y。 ª « : S 2. 1 MW, 0. 95, 50 Hz,¬ ·328·电气工程、信息与通信工程 Fig. 11 11 Electromagnetic torque curve ÊËÌ,´:ר¡¢ÙÚ SSCI Û Õ4 Ö 11a ,, (9) STATCOM , , 8 s ,11 s , 。 11b , (11) STATCOM , STATCOM dq , STATCOM 8. 5 s , , STATCOM 3. 3 。 12a STATCOM 。 12b STATCOM 。 477 ÜÝ , 0. 5 s , STATCOM 。 4 , , STATCOM , , ;¡¢£¤ ¥ £¥¥, ,。 ¤¦ SSCI § STATCOM SSCI , PSCAD ¤¦¨©¡ ¢ª«。 : [1] [2] [3] ¬®©. ¯“ ° , 2016. ²³ , , ” ±[ R] . : ¬®© , ´. µ¡¢¥ ¶·¸[ J] . ¹º»¼½, 2015, 30(16) : 154 - 161. 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School of Electrical & Control Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China; 2. School of Electrical Engineering & Automation, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China; 3. Xuji Group Corporation, Xuchang 461000, China) Abstract:This paper seeks to explore an efficient and simple wind farm equivalent modeling meth od. The exploration involves the following process: providing the calculation method of the equivalent pa rameters and equivalent wind in the single machine equivalent model; developing a detailed model of wind farm and a single machine equivalent model using the simulation software DIgSILENT / Powerfactory; investigating dynamic response at point of interconnection of wind farm with doubly fed induction genera tor wind turbines and directly driven permanent magnet wind turbines under wind speed fluctuation. The results demonstrate that, in the case of wind farm with doubly fed induction generator wind turbines, where wind turbine operates at the output power lagging behind the wind speed fluctuation, equivalent wind calculation fails to reflect the actual operating conditions; there occurs a certain error in the single machine equivalent model compared; equivalent wind is better than the average wind for wind farm with directly driven permanent magnet wind turbines; and the dynamic response is basically same between the equivalent model of wind farm based on the single machine representation method and the detailed model of wind farm. The research verifies the validity and applicability of the single machine equivalent method. Key words:variablespeed wind turbine; wind farm; wind speed fluctuation; equivalence 2345: 2017 - 04 - 03 6789: ( SGSDDK00KJJS1500155) ; (51677057) ;¡¢£¤¥¦§ ( ¨©ª) ( RC2015QN007019) ;«¬©¤¥¢®¯°¤±( LBH - Q15125) :;<=>?: ²³´ (1976 - ) ,µ,¶·¸¹º¢,»¼½,«¬,¤¥¾: ·330·电气工程、信息与通信工程 ,Email:suxunwen@ 163. com。 \3 ] 0 [18] ) [ 。 (1) ר·ÐÑ。 , 。 229 ^_¹,:°±²Ï°·¸Ý· ,, ¡ [1 - 7] 。 «¬®¯, ° ¢£¤¥¦£§¨©ª ±²§¨³´。 µ¶ °·¸,¹º[8] »¼, ½°¾¿ ³À,°±²Á¦Â¦ÃÄ Å °·¸ÃÆÇÈÉ ÊËË Ì;。 , ¹º [9] μ °·¸Ï ÐÑ。 µ¶ÒÓÔճϰ·¸ ( Öר·¸¤ÙÚÛÜ·¸ ) , { S eq = NS,X m,eq = X2,eq = Xm X1 ,X1,eq = , N N X2 R1 R2 ,R1,eq = ,R2,eq = , N N N ~:N———ר·¸Ñ; S———Ýר·¸; X1 ———ר· X2 ———ר· ; ; R2 ———ר· ; ; R1 ———ר· X m ———ר·Ü。 (2) ר·¸ÐÑ。 H G,eq = NH G ,H T,eq = NH T ,K eq = NK, ¹º[10] ¼×Ø·¸Ý· ,Þßà·¸Èáâ°ãä²Á ~:H T ———ר·ò£ÀÂÑ; H G ———ר·ò£ÀÂÑ; ¦Ñáâåæ, çÁ¦Ñèé° êëÑçìíµ°îí。 ïÞ Ñ。 ðñßà·ò£。 ¹º [11 - 17] ó ¼×Ø·¸¤ÙÚÛÜ·¸ô ·。 µ¶°±²ô· ,½°õöÏ÷ø, ùúûüÆýÏ÷, ,þÿ~¦ݷ。 Ý ·ñ °、Ýæ。 , K———ר·¸ (3) ·ÏÐÑ。 S T,eq = NS T ,Z T,eq = ZT , N ~:S T ———·Ï; Z T ———·Ï。 (4) ËÌ¡。 ¶|{ÐÑ ,ø|{ÐÑáÏ, ¼°±²×Ø·¸¤ÙÚÛ Ü·¸Ý·, }øÁ¦ Ï÷ËÌñËË̤ÊË ËÌ¡。 ¤ £。 ~:S P ———Ý·ñËËÌ ¡; 1 Ý· Á¦Ï°·¸Ï|{å£, ·¸Ê˼ , áÇÈ °·¸ ª。 1 ¼Ý·×Ø ·¸。 ÊË Fig. 1 1 Singlemachine equivalent model of wind farm with DFIG ~·¸¤ÐÑ« â,²¼ 1 ~ר·¸ÐÑ ( ñ S P,eq = NS p ,S Q,eq = NS Q , S Q ———Ý·ÊËËÌ ¡。 (5) ÏÊËËÌ|{Ðß。 N Q ref,eq = ΣQ ref,i , ~:Q ref ———ר·Ï Ê Ë Ë Ì | { Ð ß。 ~, ² eq É·¸øÐÑ, ² i \ i ר·¸。 ·¸ «â,·ÊË|{Ðß N Ý ·ÊË|{Ðß。 (6) 。 ÐÑñ 、¤,¤Ñ³,¡¢, £ Ö。 ¤¥¦ «,¶ §ý¤。 电气工程、信息与通信工程·331· 230 ± ² ³ ´ µ ¶ · · 27 ¹ ¸ X′2d ——— d ; (7) 。 , ,, X′2q ——— q ; 1 v eq1 = v, n i =1 i X″2d ——— d ; X′1 ———; Σ n :v i ——— X″2q ——— q 。 i 。 , 。 , (2) 。 S D,eq = NS D ,Z D,eq = , , , N, :S D ———; Z D ———。 。 i , P i P i = f( v i ) , 。 Σ N v eq = f - 1 ( 2 (3) 。 ,,: S eq = NS,C eq = NC, :f——— - 1 f( v i ) ) 。 N i =1 N 、 , 2 [18] 。 ZD , N :S eq ———; c eq ———。 、、 、、 、 。 3 3 1 DIgSILENT / Power Factory ¡ 3 ¢¡¢£。 £ %"&'( %")*( !"#$ +"/ *(0 %"3 ,3 12. 012. +" ,-. %"6 %"45 7*8 15. 9:;< 2 Fig. 2 Singlemachine equivalent model of wind farm wind farm with PMSG 2 , 30 ,¤¤¥¦¥¦§ Crowbar ¨ ©, ª (35 kV / 690 V) «¬§¨©ª ( PCC) ®,¨¯(110 kV / 35 kV) °± ²«¬§³´©。 2 MW, 690 V, 50 Hz, 、µ 、¶、 、µ ·¸ «¬ 0. 01、0. 01、3. 5、0. 1 0. 1;® ¯¹°«¬4 . 3 0 . 9 s , º» ( ) 。 (1) 。 Xm X1 S = NS,X ,X1,eq = , eq m,eq = N N R1 X′1 X2 R1,eq = N ,X′1,eq = N ,X2d,eq = N , X2 X″2d X″2q ,x″2q,eq = X2q,eq = ,X″2d,eq = , N N N :X1 ——— R1 ——— ·332·电气工程、信息与通信工程 ; ; Fig. 3 3 Single line diagram of wind farm with DFIG 3 © ÉÊ,: 1,; 2. 5 MV·A, 6% ; 80 MV·A, 11% 。 , PCC 0. 6 km。 ± © 231 ¹º。 ¤¨, ´¤¥ ´¯¾µ¶ª¿。 1 km, 0. 022 1 Ω / km, 0. 113 Ω / km,84. 823 μS / km。 。 , 、 5 。 , 。 5 Fig. 5 3 2 4 speed fluctuations DIgSILENT / PowerFactory ±ÀÁ 6 , 。 묮。 ±,±² , ³´² 6 ± ¯°, , (35 kV / ¹º, » (110 kV / 35 kV) PCC º ·。 Ä 1. 5 MW, Ä 3. 3 kV,Å¼Æ½ÇÆÈ 。 1. 7 MV·A, 6% ; 5 Output characteristics of wind turbine No. 5 4 ,¡¢£¤, Dynamic response of wind farm at pcc under wind 50 MV·A, 11% 。 , 4 90 98 s ¥ 10. 2 m / s,¦ § 1. 69 1. 46 MW,¨, µ¶·, 3. 3 kV) ,¸ Fig. 4 、 PCC 、 5 4 , © ¦ ,¤¨, ª«¬®。 , 5 ¯, ° © ¬®。 ²³ ± « ¬®。 ´µ¶, ·¸¡¢ £ ¹º ( »´¹ º¤¥) ,¼½¦ , §¨© Fig. 6 6 Single line diagram of wind farm with PMSG 6 , , ,, ¾¥ 电气工程、信息与通信工程·333· 232 Î Ï Ð ½ ® ® 27 Ñ ¯ 。 7 ( 1、2、3 1 、 2 、 3 ) , 1 , , ( ) ( ) 。 8 ,。 PCC 、 。 9 1 、 。 9 , , , , 。 , 。 8 , 4 7 Fig. 7 Wind speed fluctuations (1) ¡ , ¢£ 。 (2) ¤, ¦§¨, ©ª。 (3) ¤, ¥ , ; 。 : [1] 8 Fig. 8 Transactions on Energy Conversion, 2011, 26(2) : 532 - 541. [2] Brochu J, Larose C, Gagnon R. Validation of singleand multiple machine equivalents for modeling wind power plants [ J] . IEEE Dynamic response of wind farm at pcc under wind speed fluctuations [3] , , , ¡, . ± °, 22 - 27. [4] [5] [6] ²³¢£´ [ J] . µ¶·±¸, 2012, 36(4) : ¤¥¦, ¹º», §¨©, . ¼ [ J] . §½ª®¯, 2010, 25(5) : 162 - 169. ¤¥¦, ¹º», « ¬, . ¾¿[ J] . µ¶·±¸, 2010, 34(17) : 72 - 77. ®, ¯À°, ±²³, . ´ µ¶Á ·Ã¸[ J] . µ¶·±¸, 2016, 40(8) : 51 - 55. [7] ¹ºº, »¼½, ľ. ¿ÀÁ [8] ¹º», ¤¥¦, [9] ¹º», ÅÆ«, ÇÈ. ²¢£ Fig. 9 , . [ J] . «§¬®¯, 2012, 32(4) : 11 - 19. 9 1 Output characteristics of wind turbine No. 1 ·334·电气工程、信息与通信工程 [10] ÅÂ[ J] . µ¶·±¸, 2016, 40(12) : 194 - 198. Ã. Æ ÇÄȾ¿[ J] . ½ª, 2010, 34(6) : 175 - 180. [ J] . §½ª®¯, 2013, 28(3) : 231 - 238. »É, ÊËÌ, Éʾ. ËÌ[ J] . µ±¸ÍÍ, 2013, 33(1) : 121 - 123. ( 250 ) 250 Û Ü Í É 9 PI 。 « ¼ Ý 27 Þ ½ ª«¬®。 ¯ PI ³´。 (2) SVPWM µ¶· ¸。 。 Matlab : [1] 9 Fig. 9 Active and reactive power output , , THD , , 0 kW , ,, 5 . [3] Á, 10 kW [4] [5] [6] 。 [7] , 、 、 MPPT 、 [10] ¡ §¨© . Âà LCL [ J] . ÄÅ , 2016, 46(9) : 39 - 43. , , MPPT [J]. Ê, [ J] . È , £. Âà ËÌ MPPT º¥¦ ¼½ 2017, 29(3) :102 - 110. Boost , , ÍÈ, £. [ J] . º» . ÆÇ Èɼ» 2013, 29(1):16 - 20. . ¼½,2017, 37(8) : 2328 - 2338. ¥¦[ D] . ¾¿À: ¾ ¿À«¼, 2012. ÎÏ. Âà SVPWM [ D] . : «¼, 2011. ¥¦ Ren Yuyan, Gao Jinling, Zheng Cunfang, et al. Swithching losses suppression method for threephase PV grid - connected inverter [ J] . Power Electronics, 2014, 48(3) : 7 - 9. ¢£¤¥¦。 ( 1) µ¶¥¦[ D] . ¾¿À: ¾ [9] µ¶[J]. º» ¼½,2014, 34(3): 5803 - 5810. [2] [8] LCL ¿À«¼,2013 3. 18% , , , , £. ¹ 9 ,, ¼ °±² . ¥µ¶¥¦ [ D] . : Ï «¼, 2013. ( ) 檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪 ( [11] 232 ) MercadoVargas M J, GómezLorente D, Rabaza O. Aggregated models of permanent magnet synchronous generators wind farms £¡[ J] . [16] [ J] . Renewable Energy, 2015, 83: 1287 - 1298. [12] [13] , à [ J] . . Ð , . Ð È , 2012, 36(2) : 42 - 46. Ò , Õ Ñ , 2012, 40(15) : 1 - 6. [17] [18] Ñ Ó §¨ØÙÚ Ñ©Ó£¡ [ J] . º , ªÍ«, ¬®, £. Âà DFIG £¡[ J] . º 1097 - 1105. Ó È , 2014, 42(1): 70 -76. , Ö, £. ·× ¥, £. £¦ (13) : 3231 - 3238. , , . ÔÒ Ñ£¡ ¢¥¦[J]. [15] Ñ ¢, £¤, Ó , £¡[ J] . [14] È ¡ , 2012, 36(12) : 222 - 227. ¯°Î. ¼, 2010. Ñ »¼½, 2015, 35 »¼½, 2015, 35 (5) : Ó£¡¢[ D] . : ±« ( Ñ È« ) 电气工程、信息与通信工程·335· 29 4 2019 07 1 1 , , 2 1 , (1. 2. ! ":、 , July 2019 1 , 150022; , 150022) , 。 , 1 , ¡¢£¤ 2 , ¥¡¢£¤ Vol. 29 No. 4 Journal of Heilongjiang University of Science & Technology 3 ,¦§¨ ©ª«¬® ¯°±², ³´µ¶ 9 ·¸¹ º º¤´¿ÀÁ 1. 00% , ¤。 »¼½¾, ÃÄÅÆ #$%: ÇÈÉ。 ; ; Ê˪«; I - V ; Ì͵¶ doi:10. 3969 / j. issn. 2095 - 7262. 2019. 04. 022 &'()*:TM914. 4 +,-*:2095- 7262(2019)04- 0506- 04 +./01:A Photovoltaic cell output modeling for improved flat throw motion model Zhu Xianhui1 , Zhang Kang1 , Shi Nan2 , Yu Yue1 , Wu Yuheng1 (1. School of Electrical & Control Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China; 2. School of Electrical & Control Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China) Abstract:This paper aims to establish an accurate and universal output characteristic curve model of photovoltaic cells and proposes a new method based on improved flatthrow kinematics model to model the output characteristic curve of photovoltaic cells. The method building on the idea of threesegment kine matics modeling of photovoltaic cell consisting of fitting the first segment of photovoltaic output character istic curve by the trajectory of particle in zero gravity field, the second segment of photovoltaic character istic curve by the trajectory of particle in negative gravity acceleration, and the second segment of photo voltaic characteristic by the trajectory of particle in positive gravity acceleration; fitting the third section of the photovoltaic characteristic curve by the motion trajectory; and comparing and analyzing the modeling accuracy of 9 different types of photovoltaic cells,based on the theoretical value of the iteration solution of transcendental equation. The results show that the improved model has a 1. 00% higher the precision than the traditional model, verifying the accuracy and universality of the proposed model. Key words: photovoltaic cells; improved parabolic motion model; newton iteration method; IV curve; error comparison 2345: 2019 - 06 - 06 6789: (51677057) ;¡¢£¤¥¦( UNPYSCT - 2017144) :;<=>?: §¨©(1975 - ) ,ª,«¬¡,®¯,°±,²³´:µ¶·¸¹,Email:zhu_xianhui@ sina. com。 ·336·电气工程、信息与通信工程 .4 < 507 -,,±:Ë@?`>º_²³´¹ºÔÕ 。 , 。 , 。 , ,¡¢£¤¥¦§ [1] ¨©ª«¬®¯°± 。 ² ³´µ¶·¸¹º¦ª«» 、¼½ ¾¿À,ÁÂÃĬ¡ÅÆ [2] ¯°Ç¾È¼,ÉÊËÌÍÎϾÐÑ 。 ÒÈ, ²Ó¾¹ºÔÕÖ׿ØÙÚ [3] ÔÛÜ Ý Þ ß Õ 、 ¿ Ø à á â · ¸ ã [4] [5] Õ 、¿ØÖäåæçµ¶èéÕ ¬êëì Fig. 1 1. 2 1 Topological structure of photovoltaic cells I - V ¬¤ 1 ù¥²±, ú ² I - V ÔÛ ±。 Ê,ÙÚÔÛÜÝÞßÕ ×¨ ©íîï²ðñÄò, ´³´µ¶ áóßôß,Ïõöà÷ø、ùúûüýþ÷ø » ¥ÿë§。 ~ÊÜÝÞß}Ûö¾ |{ [\],¡É¦ ª«。 àáâãÕö¾à÷ø, ùúûü ¥ÿ 。 Öäåæçµ¶èé Õýö¾à÷ø,{[ ,^Û þ÷áâ» Ï], º_» ¬¶ Öô。 êëì[Õ» ½, ~Ê Þß}Ûýö¾ {[\], ¶·¸。 ¯ ò§`>, ³´µ ÜÝÕ{[²ÙÚÔÛ ßôß׿¨, Öôå_²³´ I - V ·¸,àù¼º_õ { [\]¿À,˼½³´µ¶·¸ » ,<×Öäåæç·¸ºèÕ¹º ¼¬。 1 1. 1 ײ£ P - N ûµ¶, º_²¡û¢, £º _¤ 1 ù¥。 ¤ 1 ,I ph צ,A;I0 ×î;§¬ ¦,A;I b צ}¯¨©¦,A;I ײ ³´¦,A;V ײ³´ª,V;R c ׫¨ ©,Ω;R b ׯ¨©,Ω。 c c b ç:q———®¯ ,1. 6 × 10 C; N———ñ°±®,Êó× 1 ~ 2; - 19 (1) K———²:³´á,1. 38 × 10 - 23 J / K; T———²^µ ,K。 ç(1) ×¶·¸¹ ¬µ Æìº»¼ ½á( I ph 、I0 、N、R c 、R b ) ÙÚÔÛ, Ê{[ ¾ ,׿ì{[}Û, ÀÁª§ ( V oc ,0) ¬ ¦§(0,I sc ) ÖÂÝç(1) ,ú qV { ( NKT ) - 1 } + VR , (2) I R qI R I = I - I { exp ( - 1} - 。 (3) ) R NKT I ph = I o exp ×ëì[Õ, Ê^ÛÊ ¦ª« ¬。 : V + IR + IR ) ] - 1} - R , { [ q ( VNKT `[ \ Öäåæçµ¶èéÕ ¿À,_@?`>=º_×É,\Æ [3] I = I ph - I o exp [6] ÞßÕ sc ph qI R qVoc - exp sc c NKT NKT ( ( ) sc c c b Àç(2) Ýç(3) ,ú I0 = exp b sc o oc oc ( ) ) ·( I + I RR - UR ) , -1 sc sc c b oc b ç:V oc ———²Áª,V; I sc ———²¦,A; V m ———²¦§ª,V; 1. 3 I m ———²¦§¦,A。 ײ³´µ¶·¸Öô¼¿ ¨,ÃÀÄÅç(1) ùÙÚÔÛÆç, ÜÝ ÕÉÊËÌáóÞß。 ç(1) ²³´µ ¶·¸Ï¶ÇÈúÉÊË ÌÍÎ, ~ ÊÏØÐ¸¶ÔÛ,ýѶÞÒÓç,Ô áóÞßÔç´Õß。 Ö ÜÝÕ ×_áóÞßÔÕ, ¿Ø×Øó ÙÓçÉ/óËÌÚÛÞß, ÜúÂØ Ýó×Þ。 ±ß, àá ÜÝÕÉç (1) ÙÚÔÛÞß,£¦Û[7] ⤠2。 ¤ 2 ¦Û, ûé²³´µ¶· ¸á,ú³´µ¶·¸áóß。 电气工程、信息与通信工程·337· 508 Ø Ù Ú Û , , , , Ü À À ´ 29 Þ Ý ¬¯®¯©ª£ g1 g2 ° g1 = 2·(Isc - Im ) / (Vm - λ·Vm ) 2 , g2 = 2[Im ·(Vm - λ·Vm ) - 2(Isc - Im )· (Voc - Vm )] / ((Voc - Vm ) 2 ·(Vm - λ·Vm ))。 。 } (6) ±º¾(4) ~ (6) ,²¿ ¬³º。 ³ ´³º µ¶,·¸ÀÁ , ù ¹Â ºÄ »。 ®¬¼Å³º, ¼³ ·¸À¬Æ¬, Ç Fig. 2 2 2 Ȼɹ ¬¸, º ±,ʽ¾·¸»¿ À«´ 2 ¯´ 3 ¯©ª£Á º。 ¾´ 2 ¯Ã§¡©ª, Iterative solution flow char [8] 。 , I - V ¡, ¦ ¢£¤,¥ , §¨© ª¤«¬。 I - V ®¯,°¯§ ©ª¤±¦ £¨²³。 ±®´ 1 ¯ µ 0 ~ λVm ( λ ®,® 0 ~ 1), ©ª£® 0, ¡, ¶¯ ·£® v0 £¡ ; ´ 2 ¯ λV m ~ V m µ,©ª£® g1 ;´ 3 ¯ V m ~ V oc µ,©ª£® g2 。 ®¢¶¥ I - V ¸ ¹©º,£¶»¸¼½¤¥»¦§ ( V = V oc ,I = 0) 、 ( V = V m ,I = I m ) ¨§ ( V = 0,I = I sc ) ,¸® 2 I1 = I sc - 1 / 2·g1 ( V - λ ·V m ) , I2 = I m - 1 / 2·g2 ·( V - V m ) 2 - g1 · ( V - V m ) ·( V m - λ ·V m ) , ·338·电气工程、信息与通信工程 (7) ´ 3 ¯® n,«¼Ì° g22 = 0. 5g2 / ( n - 1) 。 (8) ´ 3 ¯Éç¡©ª, ¡©ª ® 0. 5g2 , Å® g2 , ¡©ª®ÊËÌÇÈ, £ ç¾(7) 、(8) ÍΩª£·¸ À©ª, ËÆ¬ À³º。 ̧¾ (7) (8) ¬¡©ª,¦ÏÍη¸ ´ 2 ¯´ 3 ¯³º ¥Ï Ð,ÑÇ Ð。 3 3. 1 I - V Matlab ¹ÒÓ®Ô, ·¸ À、 Æ ¬ À Õ Ö ×Ø 3。 ÙØ 3 Ú, ·¸ ѵ¦Ò ,½¾ÛÒ¿ÀÀ´ 2、3 ¯©ª£Ü º, Æ¬È»Æ ËÌ¡ÊËÌ¡£ÝÊ,  , λ = 1 - 槡2·( I sc - I m ) / ( V m ·I m ) 。 ® m,«¼Ì° g11 = - 0. 2g1 / ( m - 1) 。 (4) ¯©ª。 λ «¾(5) °¡©ªÄ§¤¨³º 。 ¡©ª® 1. 2g1 , Å® g1 ,¡©ª®ÆËÌÇÈ,£´ 2 ¯ KC200GT ´¬¹, I0 = I sc , ¾¼,I0 、I1 、I2 ——— ³º。 ¬ÓÞÔ, (5) ¦ÏÖ×。 ÕÆ¬ ¼4 Þ ßàá,Ç: 509 30 ms,, 。 , ¡ ,¡¢£ ¤¥。 3 Fig. 3 3. 2 4 I - V Comparison of IV curves of different methods ¡¦§ ¨ © , ¡ £ ª , , , e = ( I p - I n ) / I n ·100% , 1,, Table 1 g2 e/ % 0. 922 6 0. 289 4 0. 170 8 3. 314 4 0. 940 6 0. 287 6 0. 230 2 2. 433 3 1. 725 1 LA60 - 6 - M270P 0. 934 5 0. 279 4 0. 177 1 2. 913 3 1. 240 6 SP70 0. 886 7 0. 257 6 0. 157 5 3. 726 4 2. 160 0 SW235 0. 934 8 0. 261 7 0. 174 3 2. 617 0 1. 902 8 ESP270 0. 933 3 0. 281 0 0. 197 6 3. 144 0 2. 518 6 SR - P660285 0. 939 6 0. 286 4 0. 157 8 2. 005 0 1. 069 6 TW350PW 0. 947 1 0. 241 2 0. 165 6 2. 374 6 1. 652 4 ST40 0. 883 8 0. 145 2 0. 023 8 3. 906 1 2. 553 4 1 , [1] ¨©ª, « [2] , , . [3] , . ÐÑ 2. 680 4 LNSE - 300M , , Ì[J]. °±[ J] . ÍÎ ÍÎÏ, 2018, 42(5): 685 - 688, 692. Ï, 2016(4) : 927 - 930. Ò, 2001, 22(4) : 409 - 412. , ¢[ J] . ÐÑ [ J] . [5] , . Ö׺» [6] Qin H, Kimball J W. Parameter determination of photovoltaic cells , Ç. ÐÑ ÔÎÕÒ, 2005, 18(8) : 5 - 8. ³[ J] . ²º¦§Ì ¶ØÙ³´, 2012, 32(2) : 109 - 113. from field testing data using particle swarm optimization [ C ] / / Proceedings of the Power and Energy Conference at Illinois. Cham paign, IL, USA: [ s. n. ] , 2011: 1 - 4. [7] [8] [9] 2. 94% , 1. 95% , , Ç. ÈÉÊ˯¸ ÓÆ, , 4. 0% , 2. 70% 。 , ¬, ® [4] 1. 00% 。 , , : KC200GT §¤¥ 。 g1 ÃÄ 。 ÀÁ different types of photovoltaic cells λ Å Æ Error comparison of output characteristics of ´µ¶·¸¹®º»« ¬®¡¢¼ 2 ½ £ ¤ , ² ¥ ³ ´ µ ¶ ÀÁ¨Â [9] [10] 。 ¯ °, ± ² ³ «¬® ·¸¹®º»«¬®¦ ¢¼ 3 ½ , ¾ ¿ :I p ——— ; I n ——— 。 1 Ú , , , Ç. ¨ Bezier ² ¦§[ J] . ÛÜÍ, 2016, 34(5) : 656 - 659. , [ J] . , , Ç. ¢¦§ ¢ÎÏÒ, 2011, 26(10) : 211 - 216. Marcelo G V, Jonas R G, Ernesto R F. Modeling and circuit based simulation of photovoltaic arrays [ C] / / 2009 IEEE Power Electronics Conference. BonitoMato Grosso do Sul, Brazil: [ s. n. ] , 2009: 35 - 45. [10] Óµ¶·. ¯Ý[ EB / OL] . (2016 - 12 - 01 ) [ 2019 - 06 - 05 ] . https: / / www. enf. com. cn / pv / panel?page = 1. ( ) 电气工程、信息与通信工程·339· 24 6 Vol. 24 No. 6 Journal of Heilongjiang University of Science & Technology 2014 11 45° 1 , (1. SVPWM 1 , 2 , Nov. 2014 1 , 150022; 2. , 450000) 、 , ! ": SVPWM 。 45° , ¡¢ £¤¥¦ ,§¨©ª«¬ ,®¯°± ²³´ SVPWM 。 MATLAB µ¶ ·¸¹º,®»¼ EP2C8Q208C8 FPGA ½¾« ¿ µ。 ÀÁÂÃ: 45° SVPWM ÄÅ、¯¸, Æ,ÇÈÉ Ê。 ; FPGA #$%:; ; SVPWM; 45° doi:10 3969 / j. issn. 2095- 7262 2014 06 021 &'()*:TM464 +,-*:2095- 7262(2014)06- 0647- 04 +./01:A Research and realization of cascade fivelevel SVPWM based on 45° coordinates CHANG Guoxiang1 , YANG Jinlong1 , WANG Shaoji2 , ZHANG Weifang1 (1. School of Electrical & Control Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China; 2. Zhengzhou Railway Bureau, Zhengzhou 450000, China) Abstract:This paper features an improved novel simplified SVPWM algorithm as an alternative to the conventional fivelevel SVPWM algorithm found too complex to be used in highpower inverter sys tem. A simplified SVPWM algorithm building on the 45° coordinates system provides a greater simplifica tion in vector sector judgment and the function time calculation, a consequent elimination of a large num ber of trigonometric calculations inherent in conventional algorithm, and a muchneeded reduction in the processor computing time, thus enabling its application to fivelevel and multilevel SVPWM algorithm. The proposed algorithm is validated by the simulations on MATLAB and the provision of a fivelevel ex perimental platform based on EP2C8Q208C8 FPGA as controller. The simulation experiment proves that the novel algorithm is correct and feasible. Key words: high power frequency conversion velocity modulation; cascade fivelevels; SVPWM; 45°coordinates algorithm; FPGA 0 ¾¿À,ÁÂÃÄ ¥ÅƨÇÈÉÊËÌÍ ÎÀ。 Ï Ð ÑÒ, ÓÔ ¬®¯°, ¥±²³´µ¶·¸¹º»¼½ ÕÖרÆÙÚÛÜݧ¨Þßàá, âãÙ Ä ÜÝ,ä×,Ï åËæ¥É磪 2345: 2014 - 09 - 28 6789: (12531592;12541725) :;<=>?: (1974 - ) ,,,,¡,¢£:¤¥¦§¨©ª«,Email:madhavan1990 @ sina. com。 ·340·电气工程、信息与通信工程 648 ÿ ~ } | , [1 - 2] 。 、 SVPWM 。 , , [3] ¡, ¢£¤¥ , ¦§¨©ª«¬® 。 ¯°, ±²³ SVPWM ,·¸´µ ¯ 45° ´µ¶ { { \ 24 ] [ ö¹²ö½, ÷¯ç Ê£。 1 2 1 ÈÉÊ£ àø ,45° ´µ¶¹ÈÉÊ£ùÌ 2 õ。 ¶ m ¨ú 1 , ã [5 - 6] ¹ è ¶¹º»´µ¼½, ¾¿ÀÁ Â,ÃÄÅÆÇ ÈÉÊ£¢£。 ± 1 1 SVPWM àÈÉÊ£áâÝ 5 ã ÈÉÊ£, ä忝ç Ê£ 61 125 » 。 רÙÚ,ÄÓÛÜÝÞß。 SVPWM Ê£©´µ¶ ²ËÌÍÎ MATLAB Ä EP2C8Q208C8 Ï FPGA ÐÑÒÓ ÔÒª·¸,ÕÖ 1 Ê£ÃÄ 3 »。 Ê£èéÌ 1。 êÊ£,ë» 60° £ 16。 Ãé, 2 Fig. 2 SVPWM 45° coordinate system under 2 level and Ì 2 ÃÄô, õݯçÊ£© 45° ´ µ¶ îñ½´µ, û´µ 1。 ³ õÊ£ V r ©´µ¶ , V r ©á»ü, ù Ì 3 õ。 © α′ β′ î¹, V r ð © á » ý V0 、V1 、V2 、V3 õþ íæ。 five level space vector coordinate system ÈÉÊ£ à,¢£ì¢,©É¢í î。 °,ï³ 45° ´µ¶ [4] ,£ðÅÆÇ 。 45° 1 2 Fig. 1 1 Traditional fivelevel vector distribution 45° 45° ´µ¶ SVPWM àñ¯´µ¶ ÈÉÊ£í。 ·¸ñÍÎ α、 β ´µ¶ 45°, ò α、 β ´ Çá» © 45° ´µ¶¹ í, · ÇÆ ¢ó,ô Ê£õ©,Õ µ¶ 3 Fig. 3 U ref Sector location of U ref ª G = 0 G = 1 º¡ V r © í V0 V1 V2 V3 ¹ ΔV0 V1 V2 ΔV3 V1 V2 。 ù,³ © í¹ ¡,Ê£ÃÄ »¯çÊ£¢ ¡。 ùÌ 3 õ,£ (1) ¡ Vr ©¹ öö¹½ 电气工程、信息与通信工程·341· ¾6 £ α′0 = ceil( α′r ) , β′0 = ceil( β′r ) , } α′0 = floor( α′r ) , β′0 = floor( β′r ) , (1) } (3) , V r , 3 β′ = - α′ + ( α′0 + β′0 + 1) 。 3 (4) V1 、V2 , V1 、V2 U ref , G= 1 2 2 , : 0, ( β′r + α′r ) ≤( α′0 + β′r ) + 1, { 1, T1 = (3 4 - 3) T s = 0 4T s , T0 = (4 - 3 9) T s = 0 1T s 。 (2) ,V1 、V2 、V3 ( α′0 β′0 ) : β′1 = β′0 ,β′2 = β′3 = β′0 + 1 。 a «¡¢¥ T2 = (0 5 - 0) T s = 0 5T s , } α′3 = α′1 = α′0 + 1,α′2 = α′0 , ¬ª¤ °,ª± , 2 ® ¯ ²¡ª¢³´µ£ ¶ª。 ¤¥ , ¦ L = 45 mH, § R = 10 Ω, 700 V,¤¥ 0 1 s, 4、5 ¨· ·¡ ©, · · ¸ ¹, ¹。 ª , ¡ ¢ V0 ( α′0 , β′0 ) 、 V1 ( α′0 + 1, β′0 ) 、V2 ( α′0 ,β′0 + 1) 、V3 ( α′3 ,β′3 ) £¤ ¥¦ T0 、T1 、T2 、T3 、V0 、V3 ¥¦ } (6) 4 Fig. 4 Five level cascaded single phase transport 。 3, T s , 45° 。 45° , T1 + T2 + T0 ( T3 ) = T s 。 (9) MATLAB (5) ( β′r + α′r ) > ( α′0 + β′r ) + 1 。 : V1 T1 + V2 T2 + V0 T0 ( V3 T3 ) = V r T s , } ,45° 649 ¬ ¨, 45° © a ( 3 4, 0 5) ,ª,T s , : ¹ SVPWM ® [7 - 8] ÂÃÄ,Å:45° ÆÇ¸ §, V r ¡¢ ¨(7) (8) : T1 = ( α′r - α′0 ) T s , T2 = ( β′r - β′0 ) T s , T0 = Ts - (T1 + T2 ) = [( α′0 + β′0 + 1) - ( α′r + β′r )]Ts , T1 = ( β′3 - β′r ) T s , T2 = ( α′3 - α′r ) T, } 5 Fig. 5 45° U ab Five level cascaded line voltage U ab in 45°coordinate system (7) T3 = Ts - (T1 + T2 ) = [( α′3 + β′3 ) - ( α′r + β′r + 1)]T s 。 } (8) ·342·电气工程、信息与通信工程 ¤¥· º ¹ SVPWM ©,½ ¾©, © »¼¸ [9] «¬ 。 ®, ,»¼ ,¯ 45° °¥±²³®´ ;¾µ,¿¶À·Á ,45° 650 Ò Ó Ô Õ º Ç Ä , [10] 1 / 3。 3 × 24 Ø Å 。 45° Ä 45° FPGA , FPGA FPGA , , , ,,, [11] , Alteral EP2 C8 Q208 C8 FPGA , Quartus 。 6 ,24 。 Fig. 8 4 8 Line voltage waveforms 45° ¨©ª«。 ¡ SVPWM ¬,45° SVP WM ®, ¡¯¢。 MATLAB £ FPGA °±²¥¡³§´ , µ,45° ¶·¡ SVPWM ¸,¡ ¤¥¹¦§。 : [1] Fig. 6 6 24 SVPWM SVPWM waveform of switching sequence A AB 7 8 。 ¡ ¢,£ ¡,¥ ¦§ 。 ¤ ¨©ª. «¬® SVPWM º» °: ¼±½¾²¿, 2011. 、¹[ M] . ¯ [2] À [3] ¼½¾. Á¡º»Æ¹[ M] . ¯°: ¼±½¾ [4] [5] ³, ´ µ, ¶·¸. Á¡Âè¹ º¬°[ J] . »¾½ÄÅ, 2012, 11(12) : 36 - 39. ²¿, 2007. ¿ À. ¶·Á¡ SVPWM º» [ D] . ÁÂ: ÃÄÇÄ, 2009. ´Å³, ´ÆÇ, ÈÉÊ, . ËÈÌÍÎÉ¡Ê ¬°¬ ¡ Ï Ã ¨ [ J] . ½ º » Ä Å, 2014, 29(6) : 53 - 161. [6] ËÐÑ, Ò [7] ×·Ø, Ù Æ [8] Ó, ÔÕ¸, . ¡ SVPWM ° [ J] . ̰Ö, 2013(10) : 50 - 53. Ð, × Ú, . ÛÉ 5 ¡ SVPWM ° [ J] . ÌÍ, 2014, 43(3) : 49 - 53. MONDAL S K, BOSE B K, OLESCHUK V, et al. Spacevector pulse width modulation of therelevel inverter exlending operation into overmodulation region [ J ] . IEEE Trans Power Electron, 2003, 18(2) : 604 - 611. [9] ÜÝÞ, Ü£Î, ¼ [10] Fig. 7 7 [11] ß. ÛÉ¡ SVPWM ¬° [ J] . àáµ, 2013, 50(10) : 40 - 44. â£ã. Á¡Ã¨¬°º»¤Ï« [ D] . ÁÂ: ÃÄÇÄ, 2012. ¹ ¿äå, ËÎÐ, ¼æç. Ѫ FPGA ¡ SVPWM IP ± [ J] . ÒÓÔÕºÄÖÄÅ, 2009, 19(4) : 278 - 281. Phase voltage waveform ( ) 电气工程、信息与通信工程·343· 26 5 Journal of Heilongjiang University of Science & Technology 2016 9 60° SVPWM , Vol. 26 No. 5 Sep. 2016 , 150022) ( ! ": SVPWM ( SVG) , 。 60° SVPWM , ,, 。 , 60° ¡, ¢£¤¥¦§ ¨©ª«¬,§®¯°±,²³£´ SVG µ¶²·¸¹。 #$%: ; 60° ; SVPWM doi:10. 3969 / j. issn. 2095 - 7262. 2016. 05. 021 &'()*:TM761 +,-*:2095- 7262(2016)05- 0573- 04 +./01:A Application of SVPWM algorithm on 60° coordinate system for static var generator Yang Qingjiang, Gao Guiliang (School of Electronics & Information Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China) Abstract:This paper proposes a novel 60°coordinate SVPWM algorithm designed to address the inef ficient compensation resulting from the application of traditional SVPWM algorithm in middle voltage big capacity static var generator( SVG) . The algorithm works by reducing compensation time due to simpli fied steps involving time calculation, improving compensation efficiency, and ultimately solving ineffi ciency compensation. This is accompanied by establishing the action time function of redundancy small vector typical of the 60° coordinate system in a way that can ensure zero neutral voltage floating, give sta ble inverter output voltage and thus achieve an SVG longterm reliable operation. Key words:static var generator; 60° coordinate system; SVPWM 0 [1] ¬,ÍÎ µ¶ÏÐÑÒ 。 ÓÔ ÃÈÕ IGBT Ö×ÌÍ,SVG ¥¦§¨ØÆ ( SVG) ¡¢£¤¥¦ §¨©ª«¬®¯°。 ±²¡³´µ¶· ¸¡¹º»¤¼½¾¿Àª ¬, ¡Á ÂîÄÅÆÇÈÉÊËÌÍȪ 2345: 2016 - 08 - 28 6789:;: (1969 - ) , edu. cn。 ·344·电气工程、信息与通信工程 ÙÚ¢£Û¤ÜÚ¢£ ( NPC) , Ý Þßàáâãä SVG 忯çÃèÈÕ [2] ÏÐéÛê¸ÃÈÕÏÐ 。 ÆÇÜÚ£ë ìíîïðñ, òÇÙÚ ÇÜÚ£ëó, ôõö÷Õøùúû , , ,, : 、 , Email: yqj @ usth. 574 ð ñ ò ó , SVG , SVG [3] 。 60° SVPWM , , , SVG , SVG 。 1 ô ·Û 60° ßà 60° ¥, ÅÆ 2 [5] Ç,µÆ 2 ¹ »¶· θ ¸¼ 60° ½¾¿ÀÁ¹ »ºÃ 5 [4] «¡¢ÁÄⅠ¡¢ 。 ÅÆ 1 Ç, È Fig. 2 2 2 60°G/HKLMNOF?@ Threelevel space vector diagram based on 60 ° co ordinate system PQ?@RST8DEFUI 60° , ¥¸¿¸ Ä 0,1,2 «¸,㹯 V ref ä¸å æåäàæ¿ 4 « áâ¹ ¥。 ÅÆ 2 Ç¥, ¥ 4 « <=Ⅰ&>?@AB Vector synthesis of sectorⅠ ¹ C1 Table 1 <=Ⅰ&>8DEF t1 t2 t3 2m sin θ 1 -2m sin(π / 3 + θ) 2 -2m sin(π / 3 + θ) 2m sin(π / 3 - θ) -1 V UL = Action time of sectorⅠ 1(1a,1b) 2m sin( π / 3 - θ) '2 . 2 ¢Ï ¡¢Ⅰ, ÅÎ 1 Fig. 1 ½¾¡¢£¤。 ¯°±¥¡¢£¤²³´¥ 。 µ¥¶· θ ¸¹ £¤º¡¢, '1 ï 26 ÷ ö ±Ü Ì, » 2. 2 ;¦§¨©ªÛ ÝÞ; SVPWM ¡¢£¤, ¥ ,¦§¨©ª«,¬® ÉÊËÌÍ,¹ Ç。 õ ¯°¡¢£¤,,¦§¨© ª。 Û ¼, ¹ SVPWM õ 2m sin θ 3(3a,3b) 1 - 2m sin θ 1 - 2m sin(π / 3 - θ) 2m sin(π / 3 + θ) - 1 4 2m sin θ - 1 2 - 2m sin(π / 3 + θ) 2m sin( π / 3 - θ) µÎ 1 ¹Ð, ÑÒÓÔ· Á。 ÁÕÖ×, V UU = v rgU v rhL v rgU = v rhU 1 1 2 ,V LU = ,V LL = v rgL 0 ( ) () ( ) () v rhU v rgL v rhL = = 2 , 1 , 0 (1) ç(1) , L ² U èÎ¥¸å æå²æ¿, éêë«, V UL ² V LU ìä· [6 - 7] 。 ,V UL 、V LU í ±ä«î ¥。 V UU V LL ï 3 «¥ Û V ref ¼· g + h = V ULg + V LUh ë ØÙÚ,¦§。 ,£¤Å: 2 60° SVPWM ï 3 «î 2 1 60° G/H SVPWM IJ ³ 60° SVPWM × 1 ( ) () ( ) () = ¥ ( v rg + v rh ) - ( V ULg + V LUh ) > 0,V UU ¥。 ( v hg + v rh ) - ( V ULg + V LUh ) ≤0, ï 3 «î ¥。 Æ 2 ,¼ 4 « ¥: 电气工程、信息与通信工程·345· àáâ,:60° SVPWM ¥ãäÛÜåæÖ 5 ß V UL = 1 () 1 ,V LU = 1) 、(0 T (1 3 。 0 () 2 ,V UU = 1 () 2 ,V LL = 0 () 1 2) ,(0 T Ç,À¶È。 ,»½ÉÀ¶È , (2) 1) T Ê¡¯。 ¢£[8] »¾½ ˤ, Ì¥ 3。 3 , : V ref = ( td1 ·V1 + td2 ·V2 + td3 ·V3 ) , td1 + td2 + td3 = 1, Table 3 (3) (4) 2。 td1 、td2 、td3 。 Table 2 Basic vector and action time Neutral voltage floating with basic vector Í » ( ®¦§ÂÃ) onn oon pon non noo opn nno ono npo ppo poo nop opp opo onp pop oop pno ¦§ÂÃ) » » t UL t LU t LL t UU 1 (1 0) T (0 1) T (0 0) T — vg vh 1 -vg -vh — 2 (2 0) T (1 1) T (1 0) T — vg - 1 vh 2 -vg -vh ÎÏÐÑ ®¦§Âà ( ¶) ,ªÆ«¤» — — vh +vg -1 ½¬±²。 ® T1 、T2 。 »¯°: V UL 3 (1 0) T (0 1) T V LL V UU V LU 3 Í ( :V1 = V UL ,V2 = V LU ,V3 = V LL V3 = V UU 。 , , 2 575 — 4 (1 1) T (0 2) T (0 1) T — vg v h - 1 2 -vg -vh , , 60° 。 , , 1 ,3 Δu NP = u dc1 - u dc2 = ∫ 0 td2 — 1 2 (1 1) T 1 - v h 1 - v g ¨© 3, 6 ,3 ,1 ; 60° , 2 ,3 2 2 。 DSP ¡¢ , DSP £ ¤ 1 μs, £ ¤ 4 μs。 , ¥ ,60° ¦ § ¨ , © ª , «¬ ® , ¯° SVG ±²³´ 。 2 3 µ¶·¸¹º ,¥»¼½ »。 »¼¾¿À¶ÁÂö ¶,»Ä,Å¼Æ ·346·电气工程、信息与通信工程 (5) ±²³ k, ´ Δu NP > 0 , µ¶» «·, Í k Үͥ t1 ¦¸, ÆÄÄÓº»Æ ¹Ô。 ºÏ,´ Δu NP < 0 , ÒÕ k Ò Í¥ t1 ¦¸, ÆÄÄ [9 - 10] º»Æ«· », : 。 60° Í t1P + t1N = t1 , t1P = k·t1 ,k∈(0 1. 5 μs, IQmath £ ¤ 4 μs, 22 μs;60° i NP dt。 Cd t1N = (1 - k) ·t1 。 3 1) , } (6) Matlab ¼½ 60° SVPWM Ö SVG ÎÏ , ¾¿ Simulink ˤ 。 ˤ×À Ø : ¨ÁÁ 380 V ¨ ; ®ÙÂÚ Ûܮ٠, À R = 15 Ω , Ú L = 15 mH; µÀ¶À : º C 1 = C 2 = 2 200 μF, U dc = 800 V, à R = 0. 01 Ω ,L = 2 mH。 Ä Å Ì¥ØÝ 3 ~ 5 Þ 。 4 ÄŠˤ ³ ´ , , Ä Å × ¶ ¤ Æ Ç 576 Â Ã Ä - , 0. 000 1。 ¯ ¿ Å 26 Æ À 。 4 ¡¢ , , ¦¥ SVG ¡¢, §¨¥ ¡© 3 4 。 Waveform of capacitance midpoint voltage 60° SVPWM 。 ª «¬¡¢ ,® 60° SVPWM ¿ £, ¤ 60° ¡¢¥ Fig. 3 ´ ¯° SVG « «, ¡¢¬, 。 4 Fig. 4 ¥¡ ¤«,±², , U ab SVG ³ Waveform of line voltage , 。 5 Fig. 5 [1] : A µ Table 4 Efficiency analysis of two kinds of algorithm simu lation model t/ s [3] SEO J H, CHOI C H, HYUN D S. A new simplified space - vec 60° SVPWM 0. 070 0. 060 0. 012 19. 04 SVPWM 0. 070 0. 086 0. 047 54. 65 3 , , , , SVG 4 , 。 60° 。 5 ,, SVG , A ,60° SVPWM §, ¨. ª[ J] . «¬®, 2009(6) : 35 - 40 tor PWM method for three inverters [ J] . IEEE Transactions on Power Electronics, 2001, 16(4) : 545 - 550. ¦ §, ¯·°, ¶£, ¨. ¤ g - h SVPWM PWM ¸¹[J]. ±, 2009, 39(6): 29 - 33 [5] ² ³, ´§µ. 60° [6] ¶ ·, ¸ / % SVPWM © ¶£, ¤·¥, ¦ [4] ¡¢, 2006. [2] Waveform of A phase with compensation 4 , . ¢´[ M] . : SVPWM [ J] . µº´, 2013, 45(5) : 65 - 66. ¹, º»¼, ¨. 60° SVPWM »¸¹[ J] . ¼½¾¿À, 2008, 28(4) : 39 - 45. [7] ¶½¾, ¿ÀÁ, ÂÃÄ, ¨. Å« 60° SVPWM Á¸¹£[ J] . ÆÅ¼Ç, 2015, 36(2) : 111 - 113. [8] ºÈ É, © Ê, º [9] LIN LEI, ZOU YUNPING, WANG ZHAN. Modulation and con [ M] . : ¼Ç½Î Ë, ¨. Ì ¡¢, 2015. Ͳ¢ trol of neutralpoint voltage [ C] / / Power Electronics Specialists Conference, Recife: Brazil, 2014. [10] CELANVIC N, BOROYEVICH D. A Comprehensive study of neutralpoint voltage balancing problem [ J] . IEEE Transaction on Power Electronics, 2014, 15(3) : 242 - 249. ( ) 电气工程、信息与通信工程·347· 27 3 2017 5 , , , £ 150022) ( , ": May 2017 LLC ! Vol. 27 No. 3 Journal of Heilongjiang University of Science & Technology , PWM LLC 。 ,¡¢ DC / DC ¤。 LLC ¥¦£§¨©ª、 «§¬、 £®¯°±²³, ¤。 ´µ¶··¸,¹ º¦«。 #$%:; PWM ; LLC doi:10. 3969 / j. issn. 2095 - 7262. 2017. 03. 006 &'()*:TM46 +,-*:2095- 7262(2017)03- 0233- 04 +./01:A Research of digital full bridge LLC resonant converter for new energy Ru Hongfang, Lu. . Zongbao, Tang Xuri, Zheng Shuang ( School of Electrical & Control Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022,China) Abstract:This paper introduces is a response to the development of new energy by applying digital PWM control mode to full bridge LLC resonant converter. This novel method not only enables the design and optimization of variable frequency control magnetic components, which has proved difficult for the conventional method, but it also can fulfill tough and stringent demands on the DC / DC converter imposed by the new energy. Digital full bridge LLC resonant converter characterized by higher power density, higher efficiency, and multi function demonstrates a better adaptation to the development of new energy and a more feasible and effective performance. Key words:new energy; digital PWM control mode; full bridge LLC resonant converter 0 ÎÏÐÑ。 ÒÓ,½ÔªÕÖ«¬®、ר ÙÚ、ÇÛØ à DC / DC ÜÝÞ ¢£¤¥¦§¨© ª«¬ ®,¯°±²³´,µ±¶·¸¹º»¼½ ¾ DC / DC ¿ÀÁÂÃÄ©¸¹ ŠƪÇȽ¾ÉÊ ª, Ẹ̈͸¹ [1 - 2] 。 ßàáâ LLC ãäåæçÃ, è éꫬ óªðô, õïö÷ òìßíó÷ñø。 ù¸¹ðñúûü, × ëìßíîïðñò ØÙÚ , ý þ ÿ ~ } | [3 - 4] ñ{ 。 [£¹ 2345: 2017 - 03 - 23 6789: (2016RAQXJ030) :;<=>?: (1975 - ) ,,,,,:¡,Email:396890149@ qq. com。 ·348·电气工程、信息与通信工程 234 õ ö ÷ ø LLC , , , , ,、 、 [5] 。 ¡¢£, ¤¥¦§ ¨©ª« PWM ¬®¯° LLC 。 ±²³´µ¶· LLC ¸¹º、»¼½¾¿À ¡ÁÂ。 1 ù ú ú ü 27 ý û i Lr 、i Lm Ù u Cr ®: i L r ( t) = i L r ( t0 ) cos( ω r ( t - t0 ) ) + U i - 0. 5nU0 - u C r ( t0 ) Zr sin( ω r ( t - t0 ) ) , (1) 0. 5nU0 ( t - t0 ) , (2) Lm u C r ( t) = ( U i - 0. 5nU o ) - ( U i - 0. 5nU o u C r ( t0 ) ) × i Lm ( t) = i Lr ( t0 ) + cos( ωr (t - t0 )) + i Lr (t0 )Zr sin( ωr (t - t0 )), , (3) à 1 ¯° LLC 。 ¹ºÄ S1 、S2 Å ®Ò:n———ëÉÊ; U i ———Ú; U o ———Ú§; ω r ———,ω r = 2 πf r ; z r ω———,z r ( L r / C r ) 0. 5 。 ưÇ, ¹ºÄ S3 、S4 ÅÈ 。 °Ç,ÉÊËÌÍÎÏ¡ÐѦ» Ò,Ó C r 、Ô L r 、 ÕÔ L m 、 ÉÊ ÍÎÏů° LLC 。 Fig. 1 1 LLC Full bridge LLC resonant converter ËÌ PWM Ö, × f s ت f r 。 à 2 ,S1 Ù S2 、S3 Ù S4 ,S1 Ù S3 180°。 D < 0. 5 , u t D; D≥ 0. 5 ,u t 1 - D。 Ú U in ÛÜ, ÝÞ S1 、S3 D ,ßÐÑ u t à â u t © ,¡ á, á, ãäÞÎ 。 åª LLC D < 0. 5 Ù D ≥0. 5 ÐÑ,æçèéÐÞ,ê D < 0. 5 è ë 。 (1) ® 1( t0 - t1 ) , à 3a 。 t0 Æ, S4 Ý;t0 ,S1 Ý。 Û, Ï i L r ªÕÔÏ i Lm , u t ªÚ U in , Ï i L r ÙÕÔÏ i Lm á ÝÉÊ, ÉÊÎÏÄ D o1 Ý, L m Ú§ nU o , ÕÔÏ i Lm 。 Fig. 2 2 LLC Analysis of full bridge LLC resonant converter working state (2) ® 2(t1 - t2 )。 t1 ,S1 ºì,S2 Ý。 Û,Ï i Lr > i Lm ,ÔÏ i Lr Ý S2 ÄÝ, S2 ZVS ¹Ýíî。 (3) ® 3 ( t2 - t3 ) , à 3b 。 t2 ,S2 ZVS ¹Ý。 êÏ i Lr > i Lm ,ÉÊÎÏÄ D o1 ·Ý,L m 0. 5nU o , ¡Ù ,ÕÔÏ i L m ·。 ¢ï £ u t ªð, Úñ¦´¤, ëÊ òÉÊóÚ´¤¥¯åô¦¦, Ï i Lr §¨©。 i L r 、i Lm Ù u C r ®: i L r ( t) = i L r ( t2 ) cos( ω r ( t - t2 ) ) + - 0. 5nU o - u C r ( t0 ) Zr sin( ω r ( t - t2 ) ) , (4) 电气工程、信息与通信工程·349· ¸¹º,:»¼½¦¾¿À¯° LLC ©ª ·3 i L m ( t) = i L m ( t2 ) + 0. 5nU o ( t - t2 ) , Lm (5) u C r ( t) = U i - 0. 5nU o - ( U i - 0. 5nU o - u C r ( t2 ) ) × 2 cos( ω r ( t - t2 ) ) + i Lr ( t2 ) Z r sin( ω r ( t - t2 ) ) , (6) 4) 4( t3 - t4 ) , 3c 。 t3 , i Lr i L m , ZCS D o1 。 ,L m L r 、C r 。 i Lr 、i Lm u C r : Z r 槡1 + m , 240 W , , , 4 。 DC / DC LEM , , DSP / TMSF28027 。 MPPT ,¡¢£¤。 ¥¦ § EMI 。 DSP ¡ i L r ( t) = i L r ( t3 ) cos( ω m ( t - t3 ) ) + - u C r ( t3 ) 235 sin( ω m ( t - t3 ) ) , i Lm ( t) = i Lr ( t) , (7) (8) u C r ( t) = u C r ( t3 ) cos( ω m ( t - t3 ) ) + i L r ( t3 ) Z r 槡1 + m sin( ω m ( t - t3 ) ) , EPWM¢¨©ª«¬ ®。 ¯£ MOSFET, ¯£§¤¥° ´µ [8] , ±¦§¨²³ IR2110。 §, 1 。 (9) ,m = L m / L r 。 !" %& #$ - + /- !" / + )* , !" 0 1 %' /. . #( 8%4 7'93': 456 )2'--3 7456 ;<8 6441 7456 ;<8 a Fig. 4 '4 4" 4" UVB@A LLC CDEFGWX System of digital full bridge LLC resonant converter Y1 WXZ[\U C O1 / C O2 100 f / kHz 50. 5 C In / F 10 f s / kHz 50 Cr / F 1 u PV / V 0 ~ 38 Lr / H 10 P/ W 240 Lm / H 60 n 1∶ 1 Table 1 Parameters of system experimental b Fig. 3 '3 c LMNO>PQRST Simplified equivalent circuit at different stages , , 。 i L r 、 i L m 、 U i 。 ·350·电气工程、信息与通信工程 U o 5 DC / DC © ª ¶ « ¬ u PV = u MPP = 30 V ·, ¸ 5a u t ·¹ ,®¶«¬¡¢ D = 0. 5, ¯° LLC º»¼½, ¸ 5 ©ª ®¯±²³´ ½,® ¡¢ L m ¿ i L r ·,i L r i L m µ¾¼ ¶, DC / DC ©ª¶«。 236 Ñ Ò Ó Ô Ë É É Õ 27 Ö Ê PWM LLC , 5b、c D = 0. 40 D = 0. 35 u PV 、u t 、i L r 。 LLC , 。 , u PV , 5b u PV = 32. 3 V, 5c u PV = 37. 5 V, , 。 5 , u t a , , L r 、L m C r , L m 。 b Fig. 6 a 3 D = 0. 50 b D = 0. 40 6 S2 Converter amplification wave of S2 soft switching ¤¥¦§ PWM ¨ LLC ,©ª VF «¬ ®¯°±²³´。 µ 、¡、¶ ·, LLC ¨¸¹ º»¼、½º¾¿ ½À¡Á¢£。 ¤¢¥¹ ¦£§¨Ã©ª«, ¬® PWM LLC ᧍ 。 °Å,¢¥¯° 240 W 。 ±,¦²£© : Fig. 5 5 c D = 0. 35 u PV 、u t 、i L r Converter waves of u pv ,u t and i L r [1] [2] [3] LLC VF 。 PWM , 6 S2 ,S2 u S2 = 0,。 ¡ S2 ¢ u DS2 ≠0, S2 。 £ 。 , ´µ¶, ´·¸, ¶. ¹º¹ÆÇÈ ½ ¾, ¿Á. LLC À £ Á  [ J] . ÄËÃÉÊ, 2013, 28(4) : 72 - 79. ÄÅÆ, ÇÈÆ, ÉÊË, ¶. ÌÀ Boost ÍÎÏÐÌ LLC [ J] . ¼ ± Ä É Ê, 2015, 35 ( 15 ) : 3895 - 3903. [4] u DS2 S2 u S2 , 6b 6a 。 6 , S2 u S2 u DS2 = 0 ³ »®[ J] . ¼±ÄÉÊ, 2014, 34(1) : 1 - 14. Sun X. Interleaved boost - integrated LLC resonant converter with fixed - frequency PWM control for renewable energy generation ap plications[ J] . IEEE Transactions on Power Electronics, 2015, 30 (8) : 4312 - 4326. [5] Beiranvand R, Rashidian B, Zolghadri M R, et al. A design pro cedure for optimizing the LLC resonant converter as a wide output range voltage source[ J] . IEEE Transactions on Power Electronics, 2012, 27(8) : 3749 - 3763. ( ) 电气工程、信息与通信工程·351· 29 5 Journal of Heilongjiang University of Science & Technology 2019 09 LCC , Vol. 29 No. 5 Sep. 2019 , ( , 150022) ": , LCC ! 、 。 、 ,¡¢ £¤¥¦§¨©ª«¬®, ¯°±²³´µ¶, LTSpice ·¸¹³º LCC WPT ·¸, »¼½¾¿·¸ÀÁÂ。 ÃÄÅ:ÆÇÈÉÊËÈ 90° Ì, ÍÎ 。 » 1 kW ¼½Ð¾¿,ÑÌÒ½ Ï Í 92% 。 #$%:; LCC ; º doi:10. 3969 / j. issn. 2095 - 7262. 2019. 05. 016 &'()*:TM724 +,-*:2095- 7262(2019)05- 0609- 05 +./01:A Characteristics behind LCC resonant compensation network for wireless transmission Deng Xiaoxiang, Zhang Pengfei, Ge Fei ( School of Electrical & Control Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China) Abstract:This paper proposes a novel resonant converter topology with bilateral LCC compensation structure as an improved alternative to the existing wireless transmission systems( WPT) whose transmis sion power and efficiency tend to change with the current on the launch coil while the current of the launch coil tends to change with the change of the load. The study is composed of obtaining the factors af fecting the transmission power and efficiency of the system and the gain relation between the output cur rent and the input voltage using modeling and analysis of the system by superposition theorem analysis; providing the method of choosing parameters of resonant elements;and simulating the WPT system with resonant LCC compensation topology using LTSpice simulation software, and verifying the accuracy of simulation by building the system prototype. The results show that the system enables the maximum trans mission power when the current of the side coil is 90 degrees ahead of the original side coil; and the theo ry verification is obtained by constructing a 1 kW prototype, and the overall efficiency is 92 % at full load. Key words:wireless transmission; LCC compensation topology; resonant converter 2345: 2019 - 07 - 19 6789:;: (1966 - ) ,, ·352·电气工程、信息与通信工程 ,,,:,Email:3030361_cn@ sina. com。 610 0 1 2 3 , , - ( SS) 、 - , ( PP) 。 [1 - 2] ( SP) 、 SS - ( PS) - ,。 ,¡¢£,¤¥¦§¨© x ª y ª« 4 ! 5 5 7 29 8 6 Å;S1 、S2 ¥¦§ L1 L2 © æ。 ëìí¡æ¡¢, » ë ìí¡ú。 º/ 2 ²{,¡¢÷, î $ ,´Àëìí¡Úæ ¬®¯°,±²³´©µ¶·¸¹,º»¼ ½¾¿À。 Á ³´°¡¢¿Ã Ä,©ÄÅÆÇ¹ÈÉÊË。 ÌÍÎ [3] © LCC ÏÐÑ,ÒÓÔÕ¡ÔÕÖ¡, ר¡¢Ù, ÚÛ, Á²ÜÝ¡¢¿ Ã,Þßàγ´, °²ÊËÄáâã¡ ³´© ZVS ·¸, äÄåæ。 LCC ¡、 Fig. 2 Ïëìí¡©î IPT ( âã øùú, ,éêüòÊýþÿýß û ~}ù。 Circuit model of compensation network and magnetic coupler S = S1 + S2 , Ïëìí¡、 ïð¡ñ ) òó, ôÀõÓö÷ 1 », çèéê 2 S1 = jωL1 I1 I1 + jωMI2 I1 = jωL1 I21 + jωMI2 I1 , S2 = jωL2 I2 I2 + jωMI1 I2 = jωL2 I22 + jωMI1 I2 , =,I1 、I2 ———I1 I2 。 IPT } (1) ¥¦§Úæ S = S1 + S2 = jωL1 I1 I1 + jωMI2 I1 + jωL2 I2 I2 + jωMI1 I2 。 (2) |{ [ ¨ \ º ï ð ¡ ( PFC) 、âã¡、 Ï、]ìíãÅ¡、ïð^_ `@¡?>。 =, ]ìíãÅ¡<ñëìí Ï、 ëìí¡ïð;ñ IPT ¡,âã¡、 ,:/ 1 .-。 ¶,&,êïð^_%。 =µ¶ ëìí¡ïÕ%¢, µ¶ Ï S12 = S21 = - jωMI2 I1 = - jωMI1 I2 = - ωMI1 I2 · sin φ12 - jωMI1 I2 cos φ12 。 Å,êïð¡+ã>* ðÅ,ºÄáâã¡âã>Äá)ðÅ('µ »,S21 S12 ¥¦§Ê ©æ, ÜÝæ, äÄìí [4 - 6] æåæ\´À 。 (3) (3) '(2) S = jωL1 I21 + jωL2 I22 + 2ωMI1 I2 sin φ12 + 2jωMI1 I2 cos φ12 , (4) =,φ12 ———I1 I2 ®。 º(4) ² ,¥¦§æ Q = ωL1 I21 + ωL2 I22 + 2 ωMI1 I2 cos φ12 。 (5) [¥§ð#¦§, º (4) ² ,Êæ P12 = ωMI1 I2 sin φ12 。 (6) ,(1) ~ (6) ú,©[ ê"=, 櫬,æ ëìí¡ëæ,ëæ!, «¬ Ùë $é 。 », Ä LCC åæ,¿¤ÜÝæ,©ö©æ ¹,äÄæææ,ÊËåæ Fig. 1 1. 1 1 Wireless charging system Ïëìí¡ó:/ 2 .-, /=,I1 ðꥧ L1 ð;I2 ðê ¦§ L2 ð;U21 ¦§Ö¿¥ §Å;U12 ¥§Ö¿¦§ ä。 P12 ωMI1 I2 sin φ12 = , 2 Q ωL1 I1 + ωL2 I22 + 2 ωMI1 I2 cos φ12 (7) =,M———¥¦Ö。 电气工程、信息与通信工程·353· Û5 Ü ÝÞß,: à LCC (7) M k , ,φ12 = π / 2, sin φ12 = 1 , , 90° 。 1,, U12 , U12 = jωMI1 。 , , I1 90° , U12 I2 1。 , 1. 2 611 á LCC IPT LCC IPT ½¾¶· 4 ¸¹。 ·, L1 L2 µ ® ® ;M ¯。 ¿°¡ÀÁ¾ Âñ Lf ,ıŠC f ÆÃ±Å C。 Ç ,Uin ²¹§ªÈ¤µÉÊ ;Uout ² ¹ ,i1 、i2 、i L f1 、i L f2 ²¹¯ L1 、L2 、 L f1 、L f2 SS ¿ ,³Ë¨ [7 - 10] 。 ¥´°, ´° ®µ¶ , , 。 P = ωMI1 I2 = ωk 槡L1 L2 I1 I2 = I22 ( R L + R2 ) 。 (8) R1 = R2 , R1 R2 , Q1 = ωL1 / R1 ,Q2 = ωL2 / R2 IPT I22 ·R L η= 2 I1 ·R1 + I22 ·R2 + I22 ·R L = Fig. 4 RL 。 ( R L + R2 ) 2 + R2 + R L k 2 Q1 Q2 R 2 (9) , Q k η, (9) ¨©,¦ ª ω «¬ R。 R ®¯¤ ° , ª,± ²³。 ®¯ ¦ LCC IPT Structure of IPT system for LCC compensation network Ì Í·´:(1) ·´¸ ÀµÁ;(2) ËÉÊ ¹µÁº§ º»¼ÎÏ ÍÐ,Ȥµ©Ñ ÏÇÎϽ¾¿¨ © Ò。 (3) ·´µ À n 1, ÁÂÌ ¶· 5 ¸¹。 · L m ¯, Dz L m = k·L1 ;L s1 L s2 ,ªÃÄ,Å¡ÆÇÄ ¿ ¡¢£¤ ¥ ,, ¦§ 4 Ó ® , ² ¹ L s1 / s2 = k · L1 / 2 ,¿ÂÌ , ÈÔ»Õ。 ¦ª± ¡ ¢ £ ¤ , ¥ ¡ ª ´ 85 kHz。 µ¦¶· 3 ¸¹。 º§» ¼, ¨ 0. 12 ~ 0. 20 400 ,ºª µ¨© 95% «¬。 ©, Fig. 5 5 LCC Decoupling and simplification of LCC compen sation circuit Öר³º,É· 5 ÓÙÊ,Ú¡¹ Ò¶· 6 ¸¹。 U in Ò , , C f1 、C1 、L s1 L m ª¼Ë¥ C f2 L f2 ª¼¥, ¶· 6a ¸¹, I L f1,in = 0,I2,in = 0, Fig. 3 3 Efficiency curve of magnetic coupler ·354·电气工程、信息与通信工程 U in = U C f1,in ,U L m,in = U C f2,in , (10) U U in kU in L1 L m,in ,I L f2,in = = I1,in = 。 jω0 L f1 jω0 L f2 jω0 L f1 L f2 612 É Ê Ë Ì Í 2 Fig. 6 6 Î Î Ð 29 Ñ Ï ®¯¬°, ±² LTspice LCC ¢³´°。 µ¶ LCC LTspice · 7 。 ¸¹ SAE º¢ 1 »,¼ 1 kW。 ¡¢£ 300 V, ¥½ ¢¤7. 8 A, ¼ 85 kHz。 LCC IPT ¨:L1 = L2 = 170 μH,L f1 = L f2 = 53. 12 μH,C1 = C2 = 30 nF,C f1 = C f2 = 66 nF。 Network state at resonant frequency U o , C f2 、C2 、L s2 L m , C f1 L f1 , I L f2,o = 0,I1,in = 0, 6b ,: kU o L1 U o = U C f2,in ,U L m,o = U C f1,o = , L f2 (11) U L m,o Uo kU o L1 ,I = = I2,o = , jω0 L f2 L f1,o - jω0 L f1 - jω0 L f1 L f2 (11) : U in I L f2,in , , U o U o = - jU。 (12) , U in U o , kU o L1 kU o L1 = , I L f1 = I L f1,o = - jω0 L f1 L f2 ω0 L f1 L f2 U in I1 = I1,in = , jω0 L f1 (13) kU in L1 kU in L1 I L f2 = I L f2,in = = , - jω0 L f1 L f2 ω0 L f1 L f2 Uo I2 = I2,o = 。 ω0 L f2 P = U in ·I L f1 = :I1 Fig. 7 7 LCC Simulation circuit of LCC compensation network LCC IPT ¾©¿ 8 。 8 À, ¢¤ I1 ¢¤ I2 90° Á。 ®, 8a、b ¥30 Ω 45 Ω ,¥¢¤ I L f2 ÃÄ , ¦¤´ °; , 8 ÅÆ,IPT ¡¢£ Uin 、¢¤ I L f1 ¥¢£ Uo 、 ¢¤ I L f2 , IPT ǧ¨È 1。 , kU in U o L1 。 2 ω0 L f1 (14) I2 90°, , IPT 。 ,¡¢£ U in ¢¤ I L f1 , ¥¢£ U o ¢¤ I L f2 , ¦§¨©, ª«¦ 。 (13) ¨ k ¬,¥¢¤ I L f2 £ U in ,¤。 ¡¢ Fig. 8 8 IPT Simulation waveform of IPT system circuit running 电气工程、信息与通信工程·355· àáÙ,À:¨¥Ý LCC Âà ç5 è 3 4 , MOSFET SVF25NE50, 500 V, 25 A。 Labs SI8261。 , 。 9 30 Ω , 9a , , ZVS 0, , 。 9b c LCC ,, , , , 。 613 (1) ¡¢ £, ¤ ¥¦§¨ 。 ©ª¥« ¥« 90° , 。 (2) LCC IPT , ¬® £, , ¯°±²,¤¦³。 (3) LTSpice ¬£ , ´µ¶·¸¹——— 、º¡¢ 1 kW ² 92% 。 » , ´, ¼ : [1] ½ [2] ¾, , ¿, À. Á¡¢ÂÃĨ¥Å ÆÇ[ J] . ¿ÈÉ, 2018, 52(1) : 108 - 111. , , ¡¢, À. £ WPT ¤¥Â SS ·¸¦®ÊËÌÍ[ J] . ÎÉÏÐ, 2017, 32(18) : 73 - 82. [3] Ñ Ò, ¦§¨, ©ª«. Ó£ LCC ¨¥Å ¬®ÆÇ[ J] . È [4] ¯°Ô, ¦ ¬, 2019, 42(1) : 100 - 105. . £ÕÖ¡¢ÄÅ ª [ J] . ±Î×ÏÐ, 2014, 34(18) : 3020 - 3026. [5] ²³´, µØ¶, ¯·Ù, À. £¡¢ÂÃĨ¥Å ª¸[ J] . ±Î×ÏÐ, 2015, 35(17) : 4468 - 4476. [6] ¹ º. ¨¥Å ¸—¸ÆÇ[ D] . ÚÛ: ÚÛ²ÎÏ, 2019. [7] »¼½, ¾¿À, ÁÂÜ, À. ӣà LCL ®¡ ¢ÂÃĨ¥ Ý (8) : 1569 - 1579. [8] ¹ÞÄ, Å ÆÇ [ J] . Î ÉÏ Ð, 2019, 34 Æ. ¡¢ÂÃĨ¥Ý à LCC ®ÊËÌÍÆÇ[ J] . ßÉ, 2019(6) : 12 - 16. [9] àáÙ, ¹ÛÇ, ». âãâ È[ J] . äÜåæÉÏÏÐ, 2017, 27(3) : 211 - 214. [10] , , µª, À. ¡¢ÂÃĨ¥Å ɺ´[ J] . ÎÉÏÐ, 2016, 31(2) : 18 - 24. Fig. 9 9 Experimental waveform ·356·电气工程、信息与通信工程 ( ) 26 5 Vol. 26 No. 5 Journal of Heilongjiang University of Science & Technology 2016 9 LED 1 , (1. Sep. 2016 2 , 300072; 2. , 100039) ! ": , LED 。 , NCP1653A NCP1693A 。 ¡ PSIM ¢£¤¥ ¦, §¨©ª¦«¬ ®¯¦°±²。 ³´µ PCB ¶,§·¸ ¹。 º»¼½: 200 W ¾ LED,¿ÀÁÂÃÄÅ,ÆÇÈÉÊ , ËÌÃÍÎÏ。 #$%: ; ; LED; Å; ÎÏ doi:10. 3969 / j. issn. 2095 - 7262. 2016. 05. 020 &'()*:TN34 +,-*:2095- 7262(2016)05- 0569- 04 +./01:A Design and test for driving power supply of highpower LED Wang Tianhao1 , Lan Chunguang2 (1. Key Laboratory of Smart Grid of Ministry of Education, Tianjin University, Tianjin 300072, China; 2. Beijing Construction Engineering Research Institute Co. Ltd. , Beijing 100039, China) Abstract:This paper is focused specifically on a currentsource, highpower LED driver circuit tai lored for the electrical characteristics of light emitting diode and its requirement for power supply. The paper starts from the perspective of practical application and presents a more detailed introduction to both the working principle and parameter selection method behind the NCP1653A circuit correction and the NCP1693A circuit control. The study works towards developing the driving circuit model using the power simulation ( PSIM) software, together with the subsequent simulation under the average control current mode; and making the circuit board according to the PCB figure. The results show that, when it comes to an LED above 200 W, the circuit enables an effective improvement in the power factor, thus restraining the fluctuation to power grid and affording a more stable supply of output voltage. Key words:driving power supply; high power; LED; power factor; output voltage 0 ®¯°±, ²³´µ¶·¸ ¹º²³ [1] ·¸ 19% , » · ¸ ¼ ½ ¾ ¿ À Á Â。 öÄÅ, Æ»ÇÈÉ、 ÊË、 ÌÍ ½ÎÏÐÑ ÒÓÔÕ,Ö×,ØÙÚÛ´µÜ Ý,Þßà¸,á½ÎÏÐÑ èé。 âãäåæç êÜëìí( Light emitting diode, LED) î°ï 2345: 2016 - 08 - 08 6789: (51408030) :;<=>?: (1993 - ) ,,¡¢£¤,¥¦,§¨:©ª «¬,Email:wangtianhao@ tju. edu. cn。 电气工程、信息与通信工程·357· 570 ñ ò ó ô 、 。 、 、 、 Þ Ò õ õ 26 ÷ ö ¾Õ©¿ÒÀ´ 10% ~ 50% , Á¡ 30% ®´Õ 1. 76 mH。 、 (2 ) ³ ² æ Õ 10 μF / 450 V  à §,¨©ª« æ。 (3) ¯°¨ MOSFET ÄÅ KBL608 «、Æ [2] 、 , ¡。 ¢£¤¥¦ 、 ¯° ¬® 、± [3] ²³´µ¶·°¸¹º»¼½¾½ 。 ¿ÀÁÂÃġů,ÇÈɯ° LED ¬®Ê ËÌÍÎÏ,ÐÑÒ¯°ÓÔ¬® 。 ÕÖ,¿¸¹ºÀÁ¼× ,ØÙÌÒ¯° LED ¬®Ê Ú×, NCP1653A £µ¶ NCP1693A · , PSIM( Power simulation) Û¬®, « ÜÝ。 1 NCP1653A 1 1 NCP1653A ¯° ,©ª ߯¯° ËÌÍ( R5 、R6 、R7 ) ìÎÕ 680,680 630 kΩ, ¡ÏÐ æ C8 Õ 1 nF。 (5)2 ȦÑÑí 300 kΩ ÍÊÒÂÓÔ, ÕâÕ 1 000 Hz ²½, C9 Õ 100 nF。 (6) È 3 È 4 Õ Öר, 㯠è:R1 、R2 ìÎÕ 9. 1 MΩ 910 kΩ,C6 C7 Õ 1 60 nF。 (7) Öר:R4 ¯°îïÙá ¯° 0. 5% , ÚÛ R3 = 5. 36 kΩ。 Õ R4 = 0. 577 67 Ω, (8) 5 ÈÜíÍ R9 æ C10 Õ 113 kΩ £Þ¤Â ¦,¿Ð Ø。 NCP1653A ¤Ù £, àµ·á ¯° ,·, Çéêë RHR1510、STP20NM50FP ¡ë。 (4) 1 È¦Õ U fb Õ 2 V, ÊÚÉÊ 500 pF。 (9) ³²æ¾³Ýåì, æ´ áµÒ,Þß¶« £àâ·,· ,ÚÛ Õ 100 nF。 ¯° · â¡°¢®×£¤ [4] × 。 Fig. 1 1 BOOST 2 Equivalent circuit of BOOST converter Fig. 2 BOOST APFC Circuit principle of BOOST APFC 2 NCP1396A ²¬,MOSFET ¡ ° ¤ · ° Õ 67 2 1 NCP1396A å。 ©Éæ´æ, ߯«® Ùáâ ë , Ñíâ 500 kHz ãâ,äå 50 Hz ~ 500 kHz ·。 ¥ 1 ¤ BOOST ¦§¨。 U in 50 Hz ¤©ª« kHz, Ö® I L 㯤¥ä°±² ³²。 ,æ´µÒ¶·²¬,¿Ð· ¯° 1 2 。 âàÂæç, à °èé, êð, ëì,íð,ËÌîð,¡ï®, APFC ¥ 2 ¤ BOOST APFC , ¸çÒ¯° LED ¬® Úº¹»ÊÚ 。 㵦 «¹¼, è: (1) ®¨®´: ®¨¼¼´½² ·358·电气工程、信息与通信工程 ¥ 3 Õ NCP1396A 。 NCP1396A ¤ ð¡ñò,â SO16 £ DIP16 óô。 Ù â 16 ÊõÈ:(1) Css ï®õÈ;(2) f max ¿° ÊÒõÈ;(3) Ctimer ö÷õÈ;(4) R t ÍÊ;(5) BO äÖ×õÈ;(6) FB ËÌ õ ª«¬,®: LED ¯ ©5 ¢ ;(7) DT ;(8 ) Fast Fault ;(9) Slow Fault ; (10 ) Gnd ;(11) Mlower MOS ; (12) U cc ;(13) NC ;(14) HB ;( 15 ) Mupper ; ( 16 ) U boot 。 571 ¡° ËÌ 6,Í Q ÎÏ 0. 43。 Ð, ÑÀÒ C r ¶ L r Ó 19. 6 nF( ´Î 22 nF) 、129. 24 nF。 3 LED 3 1 PSIM Ç, PSIM( Power !"# - &' (#) +, $% /0 5+ 3 2 42 40 47 + 46 4. 4* 46 64 56 44 40 4 7 6 * . 7 2 , *% 8 1, 4 4 4. 49 9 4. 4- 4* 2 '0 1: 3 Fig. 3 µØØÞ 6' . *' 12 * * 6 42 NCP1396 C Y L r 、L m , LLC DC - DC 4 。 , 12 3$ Fig. 5 * Perpheral pin of control circuit , 。 。 µ¤ß:à、·¸、 ·¸、³、³、áâ 6 PSIM ØÞ ,, 48 T, 8 T。 ¦§。 , ¡ 0. 1 mm × 100 ¢£¤ 。 ¥£¤ ¦§¨©ª«, ¬®¯ Fig. 6 6 ¿À¡Á ÂÃÄÅ 400 V, Ä Âà Ä,Æ STP12NM60FP。 Ç Designed circuit simulation model ·¸。 Ä,·¸ ¨©ïð PWM , µ MOSFET ñ。 ,µ¶ · ¸ ¬ 12% ¹ º » ¼ ,½¾µ¶。 ,ëàì í,¥¡ÚÛË£,ïð /= ³¨©。 ¬´ 5 ãäå。 æç:èé,BOOST ¡ê¢ÚÛË£, ë·¸。 ¤ /< °±² 34 LLC Fig. 4 Application circuit of NCP1396A 4 NCP1396A !"#$%&' (( 25 )* 67 1"+ ,+ 88 -. 69 )/0 : )) ;) , ÚÛÜÝ 。 2 2 66 5 6 7 4 &' 0#) 19 1* 44 3 , 40 ;<8 3 . 46 14 =>? 9 - Simulation) ÕÖרÙ, 4* :4 16 9 - [5] 44 , Ô /* 1. $. 200 W, 36 V,¬ 100 kHz ÈÉ,Ê 、、 Wave form of input voltage, output voltage and in put current 6 ò,ÚÛÅ,ë ì¡ëìÑóÑô, ¨ õ 95% ;ö÷ø 电气工程、信息与通信工程·359· 572 Ê Ë Ì É 。 , 。 , , 。 , , 0. 8 , , 。 3 2 PCB Altiumdesinger PCB , PCB 。 PCB [6] , ; , 。 , , ; , ; ,。 NCP1653A LLC , 200 W LED , ¡ LED, ¢ 7 £ 。 ¸ Í 26 Î À LED §¨, ©ª«¬¥, , LED § LED ¬® ¯¡¢。 4 LED ¡ 。 PSIM £¤¥¦, ° §¨。 ± ²©¨ ³¡ ,§。 , «, ²© ´ª«。 ¬µ ,° ®§。 : [2] [3] [4] [5] [6] Fig. 7 ¿ LLC ¤, ¥¦ LED ¡。 ¡ [1] 7 ¿ FRANK MARX. LED ¶§[ J] . ·¸¯, 2006(4) : 80 - 85. , °, ¹ , º. ¬®¤¶ «[ J] . ±»®, 2002(5) : 356 - 360. , , ¼, º. 90 W LED ½ [J]. ¾¸¯¿À, 2014(10): 199 -205. , . IC [ M] . ÁÂ: «ÃÄ, 2007. , Å. BOOST ²³Æ¾¥´ µ¶[ J] . ¥Ç·¸¯, 2007(11) : 103 - 105. , È, , º. PCB ª«¸¯ [ J] . É¿¸¯, 2006(2) : 57 - 59. Test of driving power supply ·360·电气工程、信息与通信工程 ( ) 27 2 Vol. 27 No. 2 Journal of Heilongjiang University of Science & Technology 2017 3 1 Mar. 2017 2 , (1. , 150022; 2. , 150022) ":, , 。 ,、 ! 。 ¡¢£¤¥¦§¡¢£¤, ¨©ª«¬®¯ 94% 。 ²³´µ¶·,¸¹º °±®¯ 85% 、 。 #$%:; ¢£¤; »¼½ doi:10. 3969 / j. issn. 2095 - 7262. 2017. 02. 023 &'()*:TP391 +,-*:2095- 7262(2017)02- 0205- 05 +./01:A Design of sensor for electromagnetic whiteboard Li Haizhen1 , Wang Baojun2 (1. School of Mechanical Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China; 2. Heilongjiang Keda Science & Technology Development Co. Ltd. , Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China) Abstract:This paper is an attempt to improve the performance of lectromagnetic whiteboard and re duce the costs of both production and Aftersales service by designing a kind of sensor based on the prin ciple of electromagnetic induction. The sensor works by performing calculation according to the linear re lation and overcoming the problems inherent in original whiteboards, the lines drawn are neither straight nor continuous. The use of polycyclic winding mode instead of the Single circuit winding mode gives an 85% reduction in the number of IC, and a 94% reduction in the solder joints of sensor. Electromagnetic induction type electronic whiteboard sensor is so designed that control card is separate from whiteboard, a significant reduction in the costs of both production and Aftersales service. Key words:electromagnetic whiteboard; wire winding mode; positioning algorithm 0 ®¯°±², ³´µ¶·¸¹º。 ¬ »¼½¾¿À£,ÁÂÃÄ、ÅÄ、ÆÄ、ÇÈ ¡¢£ ¤¥。 ¦§¨©、£ª«,¬ É¿À,ʼˬ¨ÌÍ ÒÓÔÎ。 ÛØÜ、¿ÀÝÞ,ßàáâãäåæç 2345: 2017 - 02 - 23 6789:;: (1974 - ) , »ÎÏÁÂÐ¾Ñ ÕÖרÙ、 Ú ,,,,: [1 - 3] 。 Ë 、,Email:lihaizhen1974@ 126. com。 电气工程、信息与通信工程·361· 206 ó ô õ ö , 。 , , 。 、, ÷ ã ø 2 1 ¼½¾¿ÀÁ¹º» Ũ©ªÆ,¬ÇÈÉ。 1 [6] ÎÊðíÈ ²á©Ë 。 Õ°Î, ¨ E î ² ³·。 E = n·Δ / Δt, Ì:E———©Ë ; n———©Ë ²; Δ———ÊÆ。 ÍÎ, Ï x、y ±ÐÑ ÒÓÔÕÆÖ× ², Ø¡ ¨© Ê©ËÌ ª。 ÊÙ¯£ÚÛÜ, ÊÙÝÞ ßàÕ Ê, ÊÙÖ× ² ,¶ ï, éã ¡,µ¶ » , ç èé 。 ©ª ¸¹º ¼½, ÂÃÄ ú 27 û ù ³· , æ¿À ¡¢。 £¤¥¦§,¨©ª«,¬ ®¯° x、y ± ² ³°´ ³·。 ø Ê©Ë, ²á©Ë 。 ², ²©Ëâ x、y ±ÐÑ ²¶¸ , ÊÙ [4] ã 。 È ä ² U , â U ã ²Û x max 、y max , ÙÕ x max y max å°Î。 ÙÎ é, î©Ë ²£,ñÌ¡¢££¤。 ¥¦, §¨¬,© ²á î ³° ÊÙ Ë·。 ³° § ¨ ¬ ª Ø 2 ì , 1 cm ò « ß à 250 kHz Ê Ê ¹, 0. 1 mm ¬ Ï x ± Ð Ñ ® ¬ ¯ é £ 2 cm °± ², ² ³ Ë ²á©Ë ´ 。 ÙãÍ。 °È,âçèé,¬ æâ [5] ¿ èêë 1 ì。 。 Ê©ËÌ 2 Fig. 2 Fig. 1 2 1 Schematic diagram of linear interval test ¬¶ netic whiteboard ʹ· ˵ ² x ±, ¸ ´。 ºâ B ²á©Ë £ ´¡ 。 ² î ²á©Ë ² ³·° 。 ® ² ³ ° Î。 µ ¶ ¬。 ¯ , ³°í ÙË ·362·电气工程、信息与通信工程 Ù Ë E » E » ¶¬ª¹æ¼ 4a ¨ © ª , Ë ®¯° x、y ± ² ³° Ê©ËÌ Ë ¬¶â調: ʹ· A , C â D ©Ë 3 ì, ¶ ²á©Ë Schematic diagram of positioning for electromag « ³ ³ïÂ。 ² L1 ° 1、3 ³°,ʹ°Î,æ Ù 2 £À ²Æ, ½¾¬。 ¿° ³°, ʹ°Î, Õ2 ´ Öר,: ¬ ¯¬ Fig. 3 ,¥®¯¬°[7 - 8] 。 ±¦ ²§³©ª´¨©, ªµ¶ 3 x、y ¡¢£¤ ª«。 207 ÙÚ ,¡¢®¯° ·«¬® ±²³´¨¸, ¹µ¥º,±»¼、¶´¥· [9] 。 Relationship between magnetic induction voltage and displacement L1 L2 、L3 , 4b , L1 , 1、4 L1 。 2 L1 , L2 。 , 3 5 L1 , L3 L1 。 , 。 Fig. 5 2 3 Winding wire ¸¹½«, ®¦¾ ¬ º¿ÀÁ»¼, ¦ ¬ ,½¾¿ À( x i ,x i + 1 ) ÁÂÃ。 ½Ä , ÆÇÈÃ。 ¾ Ų ¬ 6 。 ¬»¦ x L i ¦ ¬ , ÉÊËà x L i U U max , ÌÄ Ã x L i Å 。 Í a b 4 Fig. 4 2 2 ¬, , x ¦ x Li ¦ U max , µ¶Ì¿Ç¹Î U max ° U sec Linear interval x、y , 1 cm ¬ 。 È , Ï 。 ÀÁ U max ° U sec à , Ð Ñ U sec ¬Æ 2 cm x L i Î ¬ 。 ,, 5 。 , x 、y , , 。 , x、y 。 Fig. 6 6 ɦ , 300 , 600 , ¡¢£¢, 、 Single circuit into polycyclic schematic ,、 。 82 ¤¥¦, §¨© ¬ÀÁÊ˾ ¬ ÀÁ , x、y 20 , ÌÍ®¯ÎϽ«ÐÑ 85% 、 ½«Ð Ñ 94% 。 ®®¯¬ÒÃÓ Å Ò , Ô«¬ , Ò Ó。 Õ º Ö Ð Ñ Å Ô © 电气工程、信息与通信工程·363· 208 Ü Ý Þ ß , 。 3 4 Ø Ø â 27 ã á ¢£。 40 , x 20 、y 20 , x y , [10] 。 x à , x 。 y ,, x y , 。 , ,。 7 , x1 、x2 ¤¥,¦§¨ ¢, ,©ª«¬®«¯,ª«°¡ ¢, 8a 。 £¤±¥¥ ¦²³, ªª«§。 ´µ ³,¶ª¨©ª,«·。 ¬ ¸¨®, ´¯°± ², ¢µ ¹³,´¶ ªµ¶、º¬®«¯, 8b 。 , 。 Fig. 7 7 §¨ Linear interval computation U x1 > U x2 U x2 - U x1 Kx U x1 > U x2 x 。 x = x1 - :U x1 、U x2 ——— K x ———。 ,K x Kx = , (2) , (2) x1 、x2 U ; | U x1 C - U x2 C | L : U x1C 、 U x2C ——— x1 L——— 1 。 x1 U U max , U x2 = U x0 ,, U x1 、 U x2 (3) , K x 。 , ¡,K x ·364·电气工程、信息与通信工程 5 8 Compariaon of test result ·»¼½, §, ¾¦±¥§¨ ,¿Àµ¢ÁÂ。 ÃÄÅ ÆÇÈ, ÉÊËÌÍÎ (3) x1 、x2 U ; Fig. 8 (1) 2, U x1 - U x2 Kx 1, , b x = x2 + , ±¥§¨ (1) x 。 a ¿À 85% 、¼½Ï®Î¿À 94% 。 ¥» ÐѸ,¿ÀÐÑÒÓ¸,Ô¹¥º ÕÖ»¼½。 : [1] [2] ¾¿À. ×ÁÂÃØÙÚ[ J] . ÄÅà Æ, 2011, 42(3) : 4 - 8. Ç È, É Ê. ÛÃØ× ÙÚ[ J] . Ä 2 , 2010, 25(6) : 20 - 25. [3] [4] [5] [8] . [9] . [ M] . [10] , 2012, 43(5) : 99 - 103. [7] [ J] . , 2013, 28(12) : 237 - 241. , , : [6] , 2013, 36(1) : 54 - 59. , . [ J] . 209 ,:¡ , , 2015: 13 - 18. , . , 1999, 12(4) : 25 - 27. , . [ J] . . , , 2013, 37(1) : 15 - 21. [ J] . , , . [ J] . , 2008, 22(10) : 44 - 49. , , . [ J] . , 2010, 36(20) : 259 - 261. [ J] . ( ) 檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪 ( 204 ) sing edge detection method[ J] . International Journal of Innovative , 。 Research in Computer and Communication Engineering, 2013, 1 : [1] [3] main for images [ J ] . IEEE Transactions on Image Processing, [7] enhancement[ J] . Acta Optica Sinica, 2016, 36(9) : 0911005. on multistatic microdoppler and singular value decomposition fea [9 ] Torkamani A F, Imani H, Fathollahian H. Video quality measure ment based on 3D singular value decomposition [ J] . Journal of Sneha A,Sanyam A. 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State Key Laboratory for Geomechanics & Deep Underground Engineering, China University of Mining & Technology, Beijing 100083, China; 3. Hunan Province Engineering Research Center of Mine Ventilation & Dust Removal Equipment, Hunan University of Science & Technology, Xiangtan 411201, China) Abstract:This paper is aimed specifically at preventing the frequent overestimation of fans energy saving potential. This prevention is accomplished by using the selfdeveloped platform for minepurpose fan motor experiment to test the speeds with variable frequencies at which K454No. 9 / 18. 5 kWaxial flow main fan motor runs. This study analyzes the data of experiment tests using MATLAB, produces the 7th polynomials formula, which is related with the frequency ratio and speed ratio, and concludes that the a fan motor should follow the proposed lower limit of no less than 50% for frequency conversion. Experi mental results show that the nonlinear relation exits between the speed ratio and the frequency ratio. The quantitative relation formula between the main fan motor frequency ratio and the speed ratio observed in main minepurpose fans, may serve as a mathematical model for analyzing the performance of frequency conversion fans. Key words:main fan; motor; variable frequency; frequency ratio; speed ratio; experiment 2345: 2014 - 06 - 03 6789: ¥¦§¨©ª« - ¬®¯°§¨±²( U1361118) ;¥¦§¨±²(13JJ8016) ; ³´¢£§¨±²( SKLGDUEK1018) ;¢£µ¶·§¨±²( S130004) ;µ¢ £¸¹º¶·¸»¼±²(201310534028) :;<=>?: ½¾¿(1962 - ) ,À,ÁÂÃ,ÄÅ,ÆÇ,¢£ÈÉ:Ê ·366·电气工程、信息与通信工程 ËÌ ÍÎÏÐ,Email:hqwang1962@ 126. com。 398 0 ý þ ÿ ~ ø ¾ ,, 、 T 、EKF、BP ¬® ¯«°±²,³ “ ¯«´ ” [8] µ 。 ¶·,¸¹º»§ ¡, ¼ °±½¾¿¯。 À,ÁÂÃÄ,ÅÆÇ È,ÉÊËÌ͹Îϲ Ð 。 ÑÒÓÔ§ÉÕÖ ×。 Ø,ÙÚÛ Ü , ßà® ´Ý«Þ ¼º»«áâãäÍ。 1 1 1 @ABC fy = G( f x ) , (5) ¡Ú:G———ê,Ð; f y ——— ,n i + 1 ∶ n i ,Ð; f x ———«,f i + 1 ∶ f i ,Ð; i———Ðê。 § ® ¼«ã äÍ, ÉÓ¡(5) вóô, ê¡ êê。 2 2 1 LMNOPQR è¡ Ü¢£Ðõ¤ ¡Í¹áö¥。 ÜÍ¹Ó K45 - 4 - No. 9 / 18 5 kW ÷¦»、»õ¤、¯¡»Ð ϸ§ï¨¥©, Ъ۫ª¬®¯ 500 mm °±²Æ,͹³´ 1 µ。 Þ, ±´Ý { 24 [ | ¼« ¶´èäÍ。 ´ è, ¼«äÍ¡,¡(5) : [3 - 7] 。 ¢£¤¥¦ § ¨©ª« ¡ [9] } ¡Ú ¼«, ± Ú, ¯«² , 、, 、 [1 - 2] 。 ² } åæçµèéê ²ë 。 ì [10] Þ ð é ê。 ®, ´Ý ²: åÔ ./0 ",1 () +, * - ()- å +,- 2" +, - - 34 !5 678/9 :;<=> !"#$ Q2 / Q1 = n 2 / n 1 , (1) H2 / H1 = ( n 2 / n 1 ) , 2 (2) P2 / P1 = ( n2 / n1 ) 3 , ¡Ú:H———ñ,m; P———«,kW; n———¨© ,r / min。 1 2 P = 2 P1 ( ) ( ) 1 3 = f2 。 f1 (4) ¡(4) ¶ , ®, ÓÆ 、 Ð、 «, Ò ««Þ èéê。 ,¾Ð ê¼ ê ¯。 , DEFGHI@JK ¯«ò, [10] ä¡Ë , Ø, ± æ ê« Structure parameters of performance experiment system of main mine fan 50 Hz;Ð 5 000 ~ 60 000 m3 / h,· ± 1 5% ;¸ ¯ 0 ~ 2 500 Pa,·≤0 2% 。 (2) 。 ª¹« 18 5 kW;¸ 350 ~ 950 Pa;¹ 1 470 r / min。 (3) º·Ï¸§ï¨。 · ± 0 05% FS。 ¸§¨。 ÷ HMS - A - 02;С½Ã¾Ð; ¿¾Ðñ¶ (4) º·»¼ 4 × 10 5 r / min;À¾ îÀ,Æ ÁÂÃÄÁÂ; Ÿ ÇÅȸî。 ¡ÉÊú ¨©Ú Û çÚ, Fig. 1 STU:VGWXYZNO[\ ÜÍ¹Óøùéê¶Þ: (1) ¨。 « 1 1 ~ 20. 0 kW; « 0 ~ 3 ×äÍ¡ (1) ~ (3) ¨©ª ¡,¶ n 2 Q2 H2 = = n 1 Q1 H1 '1 (3) Q———»Ð,m / s; 1 2 %" &' n1 n2 ®,íîï´, ¶ ¯«Ý。 ¨© è¡Í¹, ¡Í¹Úûü ˪˪áÌ ¡, Üڬ˪,ªÐ͹ÉÊÍ Î¶´ 2 µ。 电气工程、信息与通信工程·367· ¾4 ¿ ß à,:ª§® 399 ¯ÀÁ ¡ 1 ¥¦,§¨ ©ª,«¬ © ® ¯, ¡ ¢ 95% ~ 100% , n £¤° ,¥¦£±²³ ´ ¦µ¶·, ¸¹º§»¼, ½¾ 。 ¨©,ª§, ¿À £¢ 2 Fig. 2 2 2 Photo of selfdeveloped interface of data collected , , 。 , , 、。 , ( ) 。 , HMS - A - 02 , 、 。 , 。 ,, , 。 15 f, (50 Hz) 30% 、35% 、40% 、45% 、50% 、55% 、 60% 、65% 、 70% 、 75% 、 80% 、 85% 、 90% 、 95% 100% , 15 n n′,¡ 1 。 Table 1 ¢£ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 Mine inverter fan motor speed of different frequencies ¤ / % 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 3 3 1 «¬® ® y : f / Hz 15 0 17 5 20 0 22 5 25 0 27 5 30 0 32 5 35 0 37 5 40 0 42 5 45 0 47 5 50 0 n / ( r·min - 1 ) n′ / ( r·min - 1 ) ·368·电气工程、信息与通信工程 504 540 612 720 852 816 912 1 012 1 116 1 232 1 216 1 312 1 416 1 476 1 480 441 515 588 662 735 809 882 956 1 029 1 103 1 176 1 250 1 323 1 397 1 470 ¯, Á x x = fi + 1 / fi , (6) y = ni + 1 / ni , (7) Â,1 ≤i ≤15。 ç° (6) (7) , ±²¡ 1 ,ª§®, ¡ 2 。 Table 2 2 Experiment data of speed ratios and frequency ratios fi + 1 ∶ fi 50 0∶ 47 5 x 1 052 6 47 5∶ 45 0 1 055 6 42 5∶ 40 0 1 062 5 37 5∶ 35 0 1 071 4 45 0∶ 42 5 40 0∶ 37 5 1 058 8 1 066 7 ni + 1 ∶ ni 1 480∶ 1 476 1 476∶ 1 416 1 216∶ 1 232 0 987 0 1 312∶ 1 216 1 103 9 1 012∶ 912 1 109 6 30 0∶ 27 5 1 090 9 912∶ 816 25 0∶ 22 5 1 111 1 1 100 0 22 5∶ 20 0 1 125 0 17 5∶ 15 0 1 166 7 20 0∶ 17 5 3 2 1 142 9 1 078 9 1 232∶ 1 116 1 116∶ 1 012 1 083 3 1 002 7 1 042 4 1 079 3 1 076 9 32 5∶ 30 0 y 1 416∶ 1 312 35 0∶ 32 5 27 5∶ 25 0 95% 。 816∶ 852 852∶ 720 1 102 8 1 117 6 0 957 7 1 183 3 720∶ 612 1 176 5 540∶ 504 1 071 4 612∶ 540 1 133 3 ³ MATLAB ÄÅÆÇ´È, µ¶ É 6 ~ 8 Ê,Ë·µ( ÄÌ 10 ʵ¥ [11] 。 ) ͸¹ÎÏÐÑÒº µÓÔÕ,Ö§ÄÅÆÇ´»´ 。 MAT LAB ¼× lsqcurvefit ѧØÙÄÅÆ [12] Ç´ 。 §ڰ : x = lsqcurvefit(fun,x0 ,xdata ,ydata ):fun Ç´Ñ; ( x data ,y data ) Û, ÜÓ y data = fun ( x data , x) ;¥ x0 ÝÞµ½ØÇ´。 400 ¿ À Á Â Ã Ä Ä Æ 24 Ç Å 2 , MATLAB Toolboxes Curve Fitting ª x < 1 07 ( f i + 1 ∶ f i = [ 50 0 ∶ 47 5,37 5 ∶ 35 0] ) ,y «¨¬, 。 ®§ x y ,¯°¨ 45% ( 1 50% ) ,¦£ Tool 2 ~ 9 , 。 ,5 ~ 9 3 。 3 ,8 , 8 , , 。 , 7 。 ¤,±§²[13] ³¦¯ °¨ 50% , ´ 75% ~ 100% ; µ©, ´ 70% ¶( 1 75% ) ,ª·¸¹。 , «, º。 ,7 y = - 1 781 × 10 8 x7 + 1 367 × 10 9 x6 - 4 495 × 10 9 x5 + 8 208 × 10 9 x4 - 8 990 × 10 9 x3 + 5 905 × 10 9 x2 - 2 154 × 10 9 x + 3 365 × 10 8 。 (8) x = f x ,y = f y , (8) , (5) , (9) : f y = - 1 781 × 10 fx + 1 367 × 10 fx - 8 7 9 6 4 495 × 10 fx + 8 208 × 10 fx - 9 5 9 4 8 990 × 10 9 fx3 + 5 905 × 10 9 fx2 - 2 154 × 10 9 f x + 3 365 × 10 8 。 (9) 3 Fig. 3 Cmparable tolerances of 5 fitting curves 5 6 7 8 9 R 0 983 4 0 990 8 0 992 1 0 994 4 0 987 6 Curve fitted and experiment data of speed ratios and frequency ratios SSE 0 000 478 9 0 000 264 6 0 000 227 9 Table 3 3 ¬®¨ 0 000 161 3 0 000 357 7 3 3 3 7 , 4 。 3 ,, 。 2, 3, , y x , x = 1 115 ( fi + 1 ∶ f i = [25 0 ∶ 22 5, 22 5∶ 20 0]) , x 1 11 ~ 1 12( f i + 1 ∶ f i = [27 5∶ 25 0,22 5∶ 20 0] ) ,y , 40% ~ 50% , ; x > 1 116( f i + 1 ∶ f i = [22 5∶ 20 0, 17 5∶ 15 0] ) , y ¡¢£, ¢¡¤, ¢¥¦£¤¥¡¢ ¦¢; x < 1 107 ( f i + 1 ∶ f i = [ 50 0 ∶ 47 5,27 5∶ 25 0] ) , y §¨,© 4 Fig. 4 Curve fitted and data of theoretical speed ratios and frequency ratios 3 4, , x < 1 106 ( f i + 1 ∶ f i = [50 0∶ 47 5,27 5∶ 25 0] ) ¡, »¼¯ ½°± , ¾¿ ¨,À ¡Á,¼ ¯ ½°± ¨, , x > 1 116( f i + 1 ∶ f i = [22 5 ∶ 20 0,17 5 ∶ 15 0] ) , ²Â¹³´。 , ¼¯ ¯ 70% ( 35 Hz) Ä ÃµÀ ¶。 ·µÅƸ»·¼¹ ¯º»¼«½½°¾。 ( 409 ) 电气工程、信息与通信工程·369· Í4 Î 5 (1) : 9 - 10. [3] [4] 。 。 , , , [5] , 。 [6] [2] [8] : , 2008. , . , , ¥¦ª [ D] . : «¬, 2012. MALARA P, MADDALONI P, GAGLIARDI G, et al. Combining a differencefrequency source with an offaxis highfinesse cavity BAER D S, PAYL J B, GUPTA J B, et al. Sensitive absorption measurements in the nearinfrared region using offaxis integrated tics, 2002(5) : 261 - 265. [7] [ D] . . © cavityoutput spectroscopy[ J] . Applied Physics BLasers and Op 。 . , . £ for tracegas monitoring around 3 μm[ J] . Optics Express, 2006 : , §, [ J] . ¤£¤¨, 2006, 27(10) : 1276 - 1278. (14) : 1304 - 1313. [1] 409 ÏÐÑ,:© ®. [ D] . : «¬, 2010. . ª¥¦[ D] . ¯ °±: ¯°±²³¬, 2012. ( ¡¢£[ J] . ¤¥¦£, 2013, 6 ) 檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪 ( 400 ) 4 ´ µ [ J ] . ± ² ¬ ¨, 2012, 43 ( 2 ) : 158 - 162. (1) ¶µ 50% 。 (2) ² [7] ·¸¹. ´ - ´ [ M] . :²º [8] ´³ µ· , 7 ¸¹º »。 · (3) 7 ¸¹º ·、 ´µ [6] ·¼·, , 。 [9] : [2] [3] [4] [5] [ J] . , 1998, 26(12) : 3 - 5. , ¾, , . ·½¶³ [ J] . ², 2012, 39(6) : 736 - 739. , . ¿ À´ µ ¢, £. EKF ´µ¼¤¥¦ [ J] . ¤£¤¨, 2011, 32(2) : 329 - 335. ¨, ½, ¾, ¿Ã, . Ä , ©ª. «¬®Á¯° ·370·电气工程、信息与通信工程 » µ´¼ À¤ ¥ » [ J ] . Å Ä ¨, 2005, 26 ( 2 ) : [ J] . Á Â, ÆÃ Ä. ÅÆ ¶ Ç È É Ê [ J] . Ì Íά¨:  », 2005, 26 ( 56 ) : , ² ¾Çȧ¥¦, 2010, 6(1) : 100 - 103. Ë. ´µ Éʵ [ J] . ¡¬¨, 2009, 33(3) : 22 - 25. § ¼, 1986. 21 - 25. , , . ·½¶ µ· [ J] . ´Â, 2002, 24(4) : 3 - 5. 107 - 110. [10] [1] , ³´. ®Á¯°µ¶´µ [11] [12] [13] ²ÏÐ. ËÌ Ñ¹º ÌÇ¥¬¨, 2011, 31(1) : 14 - 18. ÒÓ. MATLAB ¼, 2012. Öר, Ù. [ J] . [ M] . :ÔÕ¬ » ¡ª¡Ú[ J] . «ÌÛ¥, 2008(1) : 20 - 23. ( ) !" ¡¢£¤ ¥¦§¨© ± ²³´µ¶·¸¹º»¼½ ¾ ª« ¬®§¨¯° ¿ÀÁÂëĻ ¥Â #$% §¨ &'()* +,-* +./01 ¾µ¶·¿ÀÁ ÂÃľ º ¦ÅÆÇÈÉÊË ÌÅ ¡¢ Ô ÍÎϱ ÕÖר Ù £¤¥¦§ ¨©ª «¬ £®¯ °±²¢³´µ¶·¸ »ª¼½ ¹º 2345 ÜÝ ÐÑÒÓ Ú¿Û ÞÐ §ßàá´â ã Þ Òäåæçèéê ëÐÅì¢ á´âÙÉÒåæä í Ù 6789:; 电气工程、信息与通信工程·371· [\]Ö { ^_Û¥ Í ± ô ì ì ¡¢£¤ ¥¦§ ¨© ª äò Í Ûö ò Û ò ± ì «¬®¯° «¬ ±«¬²³´«¬µ¶ äÍò É ·¸ ¹º» ¼½ ¿À ¹º ¾ ò ÷Ø ±®ò õ ò áøù ± ÁÂ⣤ÄÅ ÆÇÈÉÊË«¬ ÍíúðíÍ õ Û ì ±äÍ ò ÀÎÏÐÑÒ ÓÔÕ Óר ÙÚÛÜÝÞ îï·óÒ Ìû à± ò òñ ߨ© àáâãäåæçèé êÍë ìÐÑíר ü Å Ð ý ð í þÿ × Ø Ð ý Ð ¾ ± À Þ Ìͪ «¬Ö îï¤ðí ñò ò Ö Ó Ó·óÒ Îñòò ü ò û~äü} ð íà ÇÑç û Å ÐÐöÇà Æ Ù Æ à á Ç Ñ ¢ ¾ Æð í × Ø íÙ¾ ¾ à à à íþà Ù ß ÿ ¾ à ýîï¡ ýÒáÆ ¾×ØÙ¢£¤|µ¥ý£¤Þ| ðí ·372·电气工程、信息与通信工程 ± ì ä µ¿îï|¦§¨ ¡¢¢£¤ ¥ !- <0 /1HIJKLMNOPQRSTU(V !"#$% !$#&& !. !+ ()*) , & - . ' !+ !. !- !& (/0 1 ! 2()34 !, .+ !, .+ !+ ()*) !"#$& %#+&5 , & - . + !+ !. 5 & " $ . ! + !+ ()*) !"#-"!% !. & " $ . ! + !+ ()*) !& (/0 6 . 2()34 !- & " $ . ! + !+ .)@, : "( ; )7!& A, * ' ( 9; ()*) 112# 34>1? 76, ( , 7';, * 6)7# * )8"& * # 8 8 )' # "7 !, .+ !, .+ !, .+ !, .+ !"7$" "#$," !. ' >1OP<=WXYZ[Q\ !!& (/0 ; $ 2()34 !- !& (/0 8 - 2()34 !"#$" "#+"% !. !- !& (/0 9 " 2()34 - !"#-#+-- $ . ! + !+ !. !- !& (/0 : & 2()34 ()*) " ' B1]^J_`SOPQRabQ\ 12# 34B1=A, * ' ( 9; ":# 76, ( , 7': ( , C9, 7* -* 6)( )* ' , ( # & ' # *": !# : : , ( , 7'& A, , ! 电气工程、信息与通信工程·373· ÀÁÂÃ¥´°±²µ¶ ¤$ ½ %B!X $!G "% /` %B %GC YG L@L %B$G @L %B!X ¨ ©ª«¬®©ª¯£ !"#$%&'() *+, -./012-3 45 -./6 *+7845 9:;<= +>? D D "% /` GB &H L> !GB$"X &&Y L> !DB Je _Id>K \K f G $# ¡¢£ ¤¥¢ ¤§¢ &% U/` "% /` &Y% ¤¡¢ /` &%% ¦ &"B"D Y YM ¢ C "D /` &"B °±²³¥´ µ¶ ·¸¹º °±²·»¯¼ ½¾¿ %BY$" ! L@L ·374·电气工程、信息与通信工程 %B$G @L ¾ ¿ ¡¢ ¦ § ©§ ª© «¬ £¤¥ ¨ · ¨ ¨ ¸¨ ¡¢ ¨¹µ ² ®¨ ¯ °¨±² ¨ª¯ ¨²º»¥ ³¨ ´µ © ¨ ¨ °¶ ³ ® ³¼¡»¢½ ¨ ¨ ¨ª© £¤ ¨ª© 电气工程、信息与通信工程·375· 27 3 Journal of Heilongjiang University of Science & Technology 2017 5 1 (1. , Vol. 27 No. 3 May 2017 1 , , 2 , 2 150022; 2. , 100044) , 315 kW、48 40 、90 r / min ": 。 、 、 。 , ! ,¡¢£¤¥ ¦、§¨©、ª、«¬、®¬¯°±²。 ³´µ:¶ ·¸¹º,»¼½。 #$%: ; ; ; «¬ doi:10. 3969 / j. issn. 2095 - 7262. 2017. 03. 003 &'()*:TM341 +,-*:2095- 7262(2017)03- 0219- 05 +./01:A A design of highpower external rotor permanent magnet synchronous motor Xue Yi1 , Nie Xiaohan1 , Li Dong2 , Cao Zhaobin2 (1. School of Electrical & Control Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China; 2. School of Electrical Engineering, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China) Abstract:This paper introduces a 315 kW,48 slots,40 poles,90 r / min PMSM as a response to the characteristics of coal mine belt conveyor. The design is achieved by analyzing the design requirements of external rotor the external rotor PMSM in terms of motor stator and rotor structure, permanent magnet ma terial, and magnetic pole structure; developing the 2D finite - element model of the high - power external rotor PMSM; performing two dimensional simulation analysis of the electromagnetic field of the designed motor; and thereby obtaining accurate data related to the no - load back - electromotive force, magnetism flux density, magnetic field distribution, cogging torque, and output torque of the designed motor. The results prove the external rotor PMSM boast a better performance and a higher efficiency. Key words:permanent magnet synchronous motor( PMSM) ; external rotor; electromagnetic field; cogging torque; 0 ¬,®¯°±²³´µ¶·,°±¸¹º [1 - 2] 。 »¼½¾, ½¾¿ÀÁ « £¤ ¥¦§¨©ª à ÄÅÆÇ¥È, ÉÊ ËÄ,ÌÄÍ ,ÎÏÐÑ 2345: 2016 - 04 - 16 6789: (51477005; 51477049) :;<=>?: (1971 - ) ,, ·376·电气工程、信息与通信工程 ,,,: ¡¢,Email:Xue7105@ 126. com。 220 : / . - [3] 、 。 , , + + < 27 ) * ĺã,íÿ 1 / 6 ÐÑ ( É 5 ê 6 Û) Þ ÄØ¿Ï,] 1 。 , , [4] 。 , ,。 ¡¢£¤¥ ¦,§¨¦©ª«¬®¯¥, [5] °±²³´ª,µ«¬¶·¸ 。 ¹º » ¼ , ½ ¾ £ ¿ À Á  315 kW、90 r / min ÃÄÅÆ,§ÇÈÉÊË 1 Fig. 1 2D solution region Ì ÍοÏÐÑ, ºÒ ÓÔ Õ、ÄÖ×、ÄØÙÚ、 Û¦Ü、ݦÜÞ Ùß。 1 àᮯâ, Á¦  90 r / min,±¸ ãä,å æçÇ Ýãä, è, ¡§éê© ª。 ë º ì Ù ß, í © ª  40 ê 48 Û [6 - 7] 。 ¨¦ £¿î¦ £¿ïð ñòÅ,óôÝîõ, æö÷øùúûÛÑü ý,¿ÏÝîõ 。 ¦þÙíÿ~}|ö ÷¿Ïݦ¨õüý。 £¿{[ ¨¦ ÃÄÅÆ \,]^ 1 。 1 Table 1 Main parameters of motor \ Á / kW Á¦/ r·min 315 -1 90 Á / V 380 ê 40 ¨õ / mm 856 îõ / mm 400 ¦¨õ / mm 1060 ~} / mm 2 ÃÄ / mm 20 / mm 800 Û 48 ¯_ øù¬` 2 -Y ðñ\, @ ±¿Ï?¿Ï³, ¿Ï [8 - 9] : ¸,Ý]£ >, 諬ÍÎÄØ ÐúûÎÄÙÚ; =¿¨þÄØ , Å ; Ä µ; Ä Äµ =¿。 `£ ð`, ÃÄÅÆ ÍÎÄØ_ï: 1 A z 1 A z + = - Jz , Ω: x μ x y μ y Γ1 :A z = 0, (1) 1 A z 1 A z = = - Jm , Γ2 : μ n μ1 n ( ) ( ) ²:Ω———; A z ———?Ä; J z ———; μ———òºÄ ; Γ1 ———< ; Γ2 ———Ãĵ; J m ———Ãĵ; μ1 、μ2 ———ÃÄ¡¢ Ä 。 £¦¨^ Γ1 ¤Â, `Ä¢¥ ¦, § ¨ © , ª ` ? Ä A z = 0。 àáÃÄÅÆ«àÃÄ;Ä, ~}Ä Ø¬Öé,Õ² ¬Ö®é,£¿ §¯×°© ±²©ª, ²³« ²´µ¶。 ±«·ã, § 2 ¸°©ª。 2 ,Ãħ Äãǹº 电气工程、信息与通信工程·377· Ø3 Ù Ú 。 、、 , 398 kJ / m , 5 ~ 12 , NdFe35。 3 [10] 。 , , 2 。 。 221 ,«:¬® ÆÇ¤,¨ÈÉ,ÊËÌ¥ Éͦ。 4 ¶¥¦¯°±² 。 ,○§¨ »,Ê §¨»Î©Å 。 ³ 4 Ï,¯°±²,«¦¬£Ð ®¯, °± ,ò²ÑÀ。 ª Fig. 2 '2 MNOP Magnetic pole structure '4 3 , , Fig. 4 ¡¢、£¤、¥¦§¨©ª§«。 3 1 ABCMQ(R 3 ¡¢。 ¬® ABSTUVWXYCMZ[(R Distribution of magnetic field lines at rated load ¥¦¯°±²¡¢, , ¶·¸¹ ABSTUVWXY\]M^a_ Air gap flux density harmonics at rated load ² ²¹ / T 3/5 0. 41 1 0. 98 7/5 0. 65 9/5 0. 20 11 / 5 0. 08 13 / 5 0. 02 3 0. 12 17 / 5 0. 20 19 / 5 0. 04 21 / 5 0. 06 »¼ 23 / 5 0. 04 5 0. 03 ,¡¢«º ,²¨½¾£。 3 ,¿ 5 ,¦ ¶。 À,Áµ¡,³Ã¨ ÄÅ。 ¶¡¢£ ·378·电气工程、信息与通信工程 Picture of air gap flux density at rated load « ³´µ 。 ·²¹Â。 Table 2 ¡¢。 3 Å。 Ó»¼ À,3 / 5 / 、7 / 5 ²¹ ¡½ 0. 41 0. 65 T, ÐÕ¾¿ÀÖÁ²Á 3 ³´µ¡ ,¶·² 2 。 ³ 2 ¨¸Ò,Ó¹¥ 0. 98 T,Ô º '3 ABCSTUVWXYC\]M^_` @2 Fig. 3 3 2 bVcAde ×°£¤Ä 222 É Ê Ë Ì 、, 、 [11] 。 5 , , 5 , 、 。 A、B、C 370. 53、370. 50 370. 64 V, 370. 56 V。 357. 67 V, 3. 48% 。 Î Ð 27 Ñ Ï ¨©£,ª Tmax - T min × 100% , γ= T avg 。 (2) ¦«:T max ———¢; T min ———£; 3 4 T min ———。 «, ¬ ®ª¯°¢。 ±², °³ º ¡¢ 211. 30 Nm( 7 , 191° , ¢ , 3 3 Î , µ,¶·¸¹ Fig. 5 ¢ [12] ª, 。 7 , ´ 5 Í 211. 30 Nm) , 6‰, » ,±², 。 Picture of induction electromotive force waveform of motor under noload operation 380 V , n N = 90 r / min , 6 。 Fig. 7 7 Cogging torque waveform 3 5 ¼½±¾¡¿ ª。 20% ~ 150% ½¢£ Fig. 6 6 6 À, ¼Á½± 8 。 8 ,¼Â¤¢,ã, ¢¼ÄŽ 50% ¥,²¼ 97. Output torque waveform , 6 ,0. 4 s , 41% 。 ½ 20% ~ 150% ¦À,¼ 95% 。 ½±§½¤¢ ¨Ã£,Æ«½£ 0. 8 ©½,½± ,, ¡, ¢ 35. 6 kNm, ¬Ã£,½ 1. 5 ©½,½± ,。 、 £ 33 kNm, :34. 4 kNm。 ¤ ¥ ¦ (2) γ 7. 5% ,§ 0. 99 ¸。 ¨§½ª«¤¢, ½± 0. 91。 ®Ç¯,È 20% ~ 150% ½ ¢£À°±¼½± 。 电气工程、信息与通信工程·379· Ò3 Ó Ô Õ,: [ J] . , 2017, 52(1) : 26 - 30. [2] 8 Fig. 8 4 [3] °. [ M] . «¬: ±²¯, 2007. [4] . ³´µ¶ . ³´ , ¾, . Ansoft12 ¿®ÀÁ[ M] . « : ®º, 2016. [5] ferent operating power §·¸¹[ D] . µ¶[ D] . : ®º, 2012. . ¢» Maxwell ¼µ½¦ §[ J] . , 2014, 42(2) : 18 - 20. Efficiency and power factor curve of motor at dif . ¨: ©ª§[ M] . «¬: ®¯ , 2000. [6] [7] ¬: ±¯, 2010: 61 - 63. [8] , . À¦§[ M] . «¬: ², , , . 1. 5 MW ² ®¯, 2010: 320 - 325. [9] , 315 kW、40 48 、90 r / min 。 ,。 À§Â À § ¦ [ J] . § · ¸ º Ã, 2010, 14 (12) : 52 - 57. [10] , ¡¢,£¤。 : , ,¥ . ·380·电气工程、信息与通信工程 ¦§ , ², , . ÂÀ[J]. §·¸ºÃ, 2016, 20(1): 60 -66. [11] , Ç Æ, ÄÅ , . µÈÉ ¦ [ J] . º º Ã: Ê Ë Ì º , ,、 、 [1] 223 2004, 44(2) : 212 - 218. [12] Í, °, , . Ð ÎÏ ¥ Ñ [ J] . ± ® º Ã, 2007, 27 (6) : 7 - 11. ( ) 27 3 Vol. 27 No. 3 Journal of Heilongjiang University of Science & Technology 2017 5 1,2 , 2. May 2017 (1. 3 150022; , , 150040; 3. , 150022) ": , , 、、 , ! ,¡¢£¤¥¦§¨©ª«¬,®¯ ´µ,¶´µ º» 。 ±² ³ ·¸² ³ ; ; ² #$%:; ; ; doi:10. 3969 / j. issn. 2095 - 7262. 2017. 03. 004 ³ &'()*:TH133. 3 +,-*:2095- 7262(2017)03- 0224- 04 ° ¹ +./01:A Analysis on reliability of EVs driving motor bearing based on Weibull distribution Zhu Xianhui1,2 , Wu Junfeng3 (1. School of Electrical & Control Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology,Harbin 150022, China; 2. School of Electrical Engineering & Automation, Harbin Institute of Technology, Harbin 150040, China; 3. Heilongjiang University of science & Technology, Harbin 150022, China) Abstract:This paper, motivated by the need for analyzing the reliability distribution of drive motor bearings in electric vehicles and provides a detailed summary of the underlying mechanism how bearing fail ures stem from mechanical, electrical, thermal, and chemical stress, as occurs with the working condition of drive motor bearings. The research designed for addressing the limitations of the currentlyused bearing service life calculation method produces a gray model involving smaller sample data to predict bearing serv ice life; and, combined with maximum likelihood estimation, provides twoparameter Weibull distribution for EVs driving motor bearing reliability, followed by an analysis of the algorithm case. The grey algorithm and Weibull distribution prove valid when used to analyze bearing reliability of EVs driving motor. Key words:electric vehicle; driving motor; bearing; reliability; stress; Weibull distribution 2345: 2017 - 04 - 23 6789: (51677057) ; ¡¢£ ( ) ( RC2015QN007019) ; ( LBH - Q15125) :;<=>?: ¤¥¦(1975 - ) ,§,¨©ª,«¬,,®¯: na. com。 °±²³ ,Email:zhu_xianhui@ si 电气工程、信息与通信工程·381· <3 _ 0 ;:/,:íîïäî α = 3. 33。 PWM 、 。 , , , [1] 。 ,¡¢£¤¥¦§¨ [2] ¬§®¯°±²³´µ¶·¸ ©ª¢,« 。 ¹º»£¼½¾¿ÀÁ ÂÃ, « [3 - 4] 。 ÆÇ [5] ¼È¶É ©ª§¨¥¦ÄÅ ÊËÌÍÎ,Ïйº °±ÑÒÓÔ ´ÕÖ¬§×Ø。 ÆÇ[6] Ù«ÚÖÛ ÜÝÞ¹º ½¾ßà´á¬§âã´äå。 Æ Ç[7] ¼æç×¹º½¾èé Ö。 ÆÇ[8] êëìíîïäîðñ, ò óô«¹º ¡¬§×°±Òõ。 ö÷øùúûòüø, âã×ô¹ ºýþ°´ÓÔÿåÒõ~}, Ù«|{¹ºÓ ÔÒõ~} [, ȶ\]éÖãÅ^ ñ,æçòñ ¹º¡ ¢äîéÖ,_¡¢ÑÒ、 `ô °±。 1 225 ¼, ô §¯,Êé¶¢°¹ø·ç»ë ¹ ¶,¹¶¢¸¹º»¼, ½®¹¾, ¿ú ÁÂÂÁÃÄ,ÅÆ¹º ¶ÓÔ。 »ÇÈ,Á、´|É ´À ¡¢£¤¹¾ ʸ, ¹º ý þ。 ¥ ¦ ô ¹ º = Ó Ô § õ [10] ¨ : L E = 7 867 204 × 10 ( - 2. 17 × J) , ¨¼:L E ———¹º =ÓÔ,h; J———¹º¾ (2) ,A / mm 。 2 óô§¯Ë̾´Í° ÎϹºÂÐÁ, Á Â¥¦ »Ñ ¢, ¬¥¦¹º Ò ¯,¹º´ô @。 Ó¢ Â,¿ú¹ºýþ。 ÕÖ×ÌØ( ISO) æç×¥¦ÔôÙ ¶¯,¹ºÓÔ L T ÿå¨Ú[: ÚÔøÁ¹º L T = β1 × β2 × β3 × L M , ¨¼:β1 ———¥¦Ô β2 ———Âñ; (3) ¡¢ñ; β3 ———ñ。 ?ôÓ¹ºýþ¼Û ÜĶ。 ´|@ ÝÞ ËÌ@, §¨,@´§ ¡¢£¤¹º´À¤ßà ?áô, ýþ,¥¦?ô ¹ºÓÔ§õ¨ [11] Ï¢ ¹ººôô、 Ú[ : LC = ô、óô´?ô。 ô ¹º ¡¢ ¹º ´« _ËÏ¢ô, ô¹º ,¹º´,¬ [9] ¹º ¢ýþ´ýþ 。 ¹º 1 , KV N (4) ¨¼:L C ———¥¦?ô ¹ºÓÔ,h; K、N———µâãë ñ; V———?ô。 >、 ÑÒ、 、 、 ´|, ¬»«¹ºÓÔÿåÒõ¨¬§äåì, ¨(1) 、(3) ¬äøåñ°Ò~}。 ¨ (2) 、(4) ´¡¢£¤¹º ô ,¹ºýþ。 ¥¦ô ¹º æå¯çèé ÿåÒõ, êë×ãð ñ {,ȶ¨(1) ~ (4) ìí»ô [5] ÓÔ§õ¨ : LM = 10 6 C α ( ) , 60n P ¨¼:L M ———»©ª ¹º®½¾¯ °ñ; (1) ¹º«¬¼, 10% C———ò¬±²³ë¸,N; P———²³ë¸,N; A———¹º ÓÔñ,Þ¹º α = 3,´µ¹º ·382·电气工程、信息与通信工程 ¶¹ºÓÔ ¢äî。 °±Òõãû, ¬æç¹º¡ î|{ « ¹ º ½ ¾ 、 ï ° ð ñ òªóô , õöÓÔÒõ ×ãðñ , ÷ȶ¨ (2) 、(4 ) «¹ºÓÔ´¡¢ä坸 ùÀÅ 。 òÒúû ¨ ( 1 ) 、( 3 ) ðñü ȶ â É ¨ æ ë , ý â É ¨ þ æ ç ð ñ ë¸ÿ~ , « ¢ ¥ ¦ Ó Ô ´ ¡ ¢ ä å } 226 Ú Û Ü Ý 。 , , , Þ ß Table 1 ß á 27 â à 1 Grey model predict results of bearing £ / 10 6 £ / 10 6 ¥¦ / % £ / 10 6 £ / 10 6 ¥¦ / % 12. 0 13. 3 10. 80 120. 0 125. 3 4. 4 15. 6 16. 9 8. 30 121. 2 125. 6 3. 6 18. 0 21. 2 17. 80 124. 8 128. 6 3. 0 20. 4 24. 4 19. 60 126. 6 129. 1 2. 0 24. 0 27. 4 14. 20 130. 8 133. 7 2. 2 24. 0 27. 4 0. 14 135. 0 138. 3 2. 4 25. 8 27. 8 7. 80 138. 0 142. 5 3. 3 28. 8 30. 1 4. 50 138. 0 141. 7 2. 7 31. 8 34. 9 9. 70 142. 8 144. 4 1. 1 33. 6 37. 1 10. 40 155. 4 158. 6 2. 1 «¬ 。 33. 6 36. 1 7. 40 160. 8 170. 6 6. 1 £¡¯ 。 °¦± 。 ±² 34. 2 35. 1 2. 60 165. 62 175. 3 5. 8 34. 2 34. 5 0. 90 178. 8 184. 9 3. 4 。 ¡ 。 ³´µ¶ [12] ·ª 36. 6 37. 0 1. 10 220. 8 237. 1 7. 4 48. 0 51. 2 6. 70 248. 4 287. 2 15. 6 ¸。 ±·£ ¸。 1 。 56. 4 67. 3 19. 30 253. 2 292. 5 15. 5 59. 4 71. 4 20. 20 253. 2 269. 8 6. 6 69. 6 77. 3 11. 10 258. 3 260. 8 1. 0 69. 6 77. 0 10. 60 308. 4 315. 4 2. 3 78. 6 84. 8 7. 90 327. 0 361. 5 10. 6 104. 4 114. 9 10. 10 327. 6 364. 1 11. 1 1 111. 6 134. 9 20. 90 398. 4 415. 6 4. 3 114. 0 132. 1 15. 90 447. 6 498. 5 11. 4 , 。 , 。 2 。 ( 4 ) 。 。 。 £¤ , ¡ ¢ £¥ 。 ¦§ ¥¦¨©ª ® Fig. 1 Grey modeling flow chart ± ©¿¡ ¹º»¼½¾。 ¨©£Â¯£ 1 。 £ 1 £  ¯ , ¤ ¥ ¦ § à 20. 9% 。 §¨¤¥¦ 0. 9% 。 ¼Ä¯ ©ª ¤ ¥ ¦ 8. 26% 。 « Å ¡ ¬ ¿ § ¸ ®。 ¯°£±, ²£ 。 。 À 1 ¸。 µ¶ [ 13 ] · Á ¢。 3 ÆÇÀ¨ ÈÉÊ。 ·¾³´ËÅ¡µ¶§ÌÍ Î·,¸¹Íκ» µ ¶¼½ÏÐѾ。 ¿À£ ¡,Á 。 ÒÈÓÈÂÃÔÄ¤ÅÆÇ ÁÈÅ,,ÉʰÒÈÓÈ Õ¡ÈËÌ。 ÒÈÓÈ·ÍË: t γ β t β -1 ( ) exp - γ γ :β———ÄÎÔ,β > 0; β ( ( ) ) , (5) f( t;β,γ) = γ———ÏÔ γ > 0。 Ö§Ðצ¸¬¿ β ti β - 1 ( ) exp - i =1 γ γ n L( β,γ) = Π β ti γ ( ( )) = β n n( β - 1) exp ( - Σt βi / γ β ) 。 n + β - 1 ( ti ) n (6) γ i =1 (6) ¥ØÑÒÓ,Ðצ¸Ù 电气工程、信息与通信工程·383· à3 á µ¶·,: §°±²³°§¨ l( β,γ) = n1n β - ( n + β - 1) ln( γ) + n n( β - 1) ln( t i ) - Σ i =1 ti γ ( )。 β (7) β γ , 0, : n l( β,γ) = - ln( γ) + nln t i - β β n ti β ti ln = 0, ∑ i =1 γ γ n β -1 ( n + β - 1) t l( β,γ) = -β∑ i = 0 。 γ γ i =1 γ 1 -α t lα = γ [ - ln(1 - α) 1 - α t du 、t dl , : 1 ]β [ - ln( 2α ) ] , [ t dl = γ - ln(1 - α ) 2 ] 1 β 。 , Quinn C, Zimmerle D, Bradley T H. 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EDM §§°±²§¨ ÛÜ[ J] . §¨Ö׿À, 2016, 20(10) : 9 - 14. , £ , ¤Ý. ¥¦«¬Ê§¨Ò ©[ J] . (8) : 2132 - 2137. [ J] . [5] 6 Á SVM , , . 110 - 114. ° 2 , 7. 01% , [ J] . ½¾¢´¿¿À, 2014, 19(4) : 22 - 26. ¼¼ [3] , . PWM ³°§¨¹º» , µ¶·, ¸ 6 [1 ] [4] 2 。 Table 2 §°±²³°§¨ 。 (9) (10) [13] , 2 hybrid electric vehicle, vehicletogrid reliability, and economics (9) } 。 : t lα 1 β t du = γ , 。 [13] , , ®¯, ª«¬ , §° ±²³°§¨, (8) , , , [14] , α = 0. 05 ´ (8) , 2 。 4 §°±²³°§¨ , 。 ( ) -3 ¡ ¢£¤。 2 ,¡ 。 ¥¦§¨© [ ( ) ( )] 10 227 µ¶·, , ¸ ¨ªØ×ÌÍ, 2015, 21 , . §°±²§¨ [ J] . §¨Ö׿À, 2012, 16(8) : 42 - 46. Þ , ß, «¬, . °¡¢ PSN ® £[ J] . , 1996(1) : 21 - 23. ¯°, ±². ¤¥ Weibull [ J] . «¿, 2008( S1) : 67 - 70. ( ¥´ ) 27 5 2017 9 Journal of Heilongjiang University of Science & Technology Sep. 2017 1 2 , (1. Vol. 27 No. 5 , , 1 150022; 2. , 110000) ! ": , , 、、 。 , ¡¢£¤¥¦§¨,©¥ª«¬®,¯©°± ²³´µ¶·¸¹, º »µ¶·¼½¾¿,ÀÁ¶Ã,ÄÅÁÆ,Ã。 ÇÈÉ: ÊËÌÍÎ、ÏÐÃ,Ñ¥Ò ÓÔ。 #$%:Õ; ; ; ; Ö× ; µ¶Ø doi:10. 3969 / j. issn. 2095 - 7262. 2017. 05. 022 &'()*:TD76 +,-*:2095- 7262(2017)05- 0560- 05 +./01:A Research on positioning method of distributed optical fiber sensor for underground rescue system Chen Lijuan1 , Chen Liguo2 , Zhang Wenxiang (1. School of Electronics & Information Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Heilongjiang, Harbin 150022, China; 2. Shanghai GM North Automobile Co. , Ltd. , Liaoning 110000, China) Abstract:The accuracy of communication positioning in underground mines has a direct effect on the rescue operation. This paper, combined with the special environment in the mines, presents a passive optical fiber sensing system designed with a high sensitivity and a high optical signaltonoise ratio. This sensing system, based on Sagnac structure uniquely constructed using linear installation, owes its im proved reliability to the following steps: employing a set of optical fiber cable interference system for dual fiber cable; given a fixed resolution of the fast Fourier transform over time, eliminating the denoising in the system using wavelet transform denoising method; and using the power spectrum estimation of wavelet denoising to secure the location of the notch point and thereby calculate the disturbance locationlocating the vibration point. The experiment demonstrates that the system affords a more reliable stability and a higher positioning accuracy and could work better for the emergency rescue in mine accidents. Key words:coal mine; rescue positioning; distributed optical fiber sensor; vibration sensor; Maxi mum Signaltonoise ratio; wavelet denoising 2345: 2017 - 04 - 23 6789: ¡¢¢£(2012YQ150213) :;<=>?: ¤¥¦(1981 - ) ,§,¨©ª¨©«,¬®,¯°,±²³:、´µ,Email:chenlijuan0131@ 163. com。 电气工程、信息与通信工程·385· +5 ) 0 ú- 561 >½² ¾ » ¿ À ,Õ¿À²¾ ('&,:³´µ¡ Á ¾ ° 、 Â Ã Ä ± ² Å ¬ , £ ¤ Æ ç ² Ç 。 ¿À , 。 , È 1 ¢ ÉÊ 。 。 , , CO2 、NO、 NO2 、SO2 、。 ¢£¤¥¦ 、 §¨ 、 ¡ ©ª « ¬ , ® ¯ ° ± ² 。 ³ ´ µ ( Sagnac) Ö×ÕØÙ ( Michelson) ¿ÀÚÛÜ ² , Ý Þ ß à ¿ À 。 á â ã ä忬çèéêëì 、 íîï , ðäå ¡¶ · ¸ ¢ ¹ º » , ¼ ½ ¾ ¿ À Á [1] ³´ µ  à ¡ ¶ · ; Ä ¼ ½ ¾ Å Æ Ç È Éʶ·¡ 。 ½¾¿À˳´µ ¡¶· Ì Í ² Î Ï - Ð Ñ ( M - Z) 、 Ò Ó Ô Õ 1 Fig. 1 System structure ¹ sagnac ¢ËÌ, ¸ÍÎÏÈ ¦(SLD)、Ð] (1,2,3), Ѷ\Ò, -Ó+ S. J. Spammer 、 ñòóôõö÷°ø [3] ÔÕÖ (5,7) ~¨ 。 º»¡× Ø, ,_ÙÚô+ I »ÂÃà ùúûüý 。 þÿ~°üý}¤Â á ½|á , {[ ½ ¾ \ Ë Sagnac 。 ¿ÀÁ,°¦[ÛÌ»,_ ¤Þ ºßÜ¿À。 ùÝ_ÙÚÍ ¿ÀË ¡ ] 。 ° ^ Å , _`@?>=<;: , / . > Ö > ê @ , ò° Ý Þ Â 、  , Ü Ã¨¡« , [2] ƽ [ , ¢ . , ʼ 150 km ¿À , ° 20 m ¹ ? , ¢ { 。 1 ¹Âá ÌͲ , £¤ , Ê , ¥-ç} , ° ù , ¹ «¬ , { [ ½ ¾ ¿ À ¶ · ³ ´ µ Âá Ͳ\ 。 °¡> ³ _²ç} à , ¡¢ ¼ £ ç } ¤ ¥ ` @ ³ ´ µ Ê ç¦_° ` @ ? § ¨ > © , ª , ®¯ « 。 ¡ > _ ² , ô ¤ ¬®¬ , ¤ ¬ ¢ ¯ ° ¾ ± ² ³。 ¢´µ ^ ¶ , · ¸ ° ¾ ë ¯ / ³ 。 , ¹ á © , º » , ¼ ù º » ·386·电气工程、信息与通信工程 SLD ¦[ÞßàÐ] 1 ³¨ºßÞ »。 ßÐ] 1 [Å, àÐ] 3 áѶ\Ò 8, Åà-Ó+ÔÕÖ 9 âÈÅãàÝ Ñ¶\Ò 8, äÅåæÐ] 3, àÍÐ] 2 á ¡>,ÅÍç¬-Ó+ÔÕÖ 5 âÈèé, ã àÐ] 2 êÐ] 1,,»¢» A. ³ë çßß,Ð] 1 [ÅáÐ] 2, Åà ¡>, °¡>ìíà-Ó+ÔÕÖ 5 âÈÅ, æîáÐ] 2, ÍïáÐ] 3,àÝ Ñ¶\Ò 8, -Ó+ÔÕÖ 9,ãàѶ\Ò 8,ðñ Çòßóô°Ð] 1 Ý,õ»¢» B. ºß§¤ö»÷: A 1 - 3 - 8 - 9 - 8 - 3 - 2 - 4 - 5 - 4 - 2 - 1, à ÝÐ] 5 ø,àÝѶ\Ò 2 ø; B 1 - 2 - 4 - 5 - 4 - 2 - 3 - 8 - 9 - 8 - 3 - 1. à ÝÐ] 5 ø,àÝѶ\Ò 2 ø。 ù,ÂðÃij] x ¹,Âì -Ó+ÔÕÖÃÄ¢ L - x, ,úºøàÝ ¹¶ûûü¢ T, ý T * L,x þµÿÉ¢ T= 2( L - x) n , c µ:c———°~ö}; n———¤|È{。 ß [\º»¿Àƶ]^_[ùº ¿ `; `@Ý? 562 ¾ Á  ,, ; 3 ,, [4] 2 ¿ À 。 , , 。 SP , , , 。 , ¡¢ [5] ¤, ¦ 。 £ ¥。 x( t) ( CWT) § W x ( a,b) = 1 ∫ x( t) ψ ( t -a b) dt, 槡a ´ , Õ, wt0 wτ sin 。 (5) A( w,t0 ) = cos 2 2 wt0 (2k - 1) π = 0 ,w = , µ cos 2 t0 ³Á。 Ö ´µ²³。 , »©·¼½¾³¿ÀÁ,  à ¿ Ä , § ¿ À W x ( j,k) = Σx j,k ( t)2 - j / 2 ψ( j,k t - 2jk )。 2j (2) ° ( À ) , ³ ÅÆÀÀ, Ç È¡ ¢ Ë °¦§¤: ¨ DWT Î ª³ «¬ ϳ。 ¨©, 。 ¨, DWT 。 ® ¯³° (6) ¡¢·¸µ, ¹ Ö, × µ 。 ° × , WELCH : L 1 S( w) = Σ x jN ( n) w( n) e - jwn , (7) LMi = 1 nΣ =1 :M——— Ø; L——— ³; w( n) ———²³; x jN ( n) ——— Ø N ¿ ¢ x N ( n) ¨ i , ®±¢, ²³Ø 30 。 M -1 4 Ê Ì¥Í。 È¡ ,» (2k - 1) c 。 4nf( k) ³£ Á。 ¥¤。 ¥¡É¡ L= ±²³,ψ ( t) ,¬ DWT : ¨ 27 Å Ä ¶ ψ( t) ª«¬。 ψ a,b ( t) ¬ CWT ¶·¸¡¹º à (1) 。 ®¨¯° à ¬ÒÓ, 4 6 Á ,²³ A ³ B , Δφ( t) = φ A ( t) - φ B ( t) = { sin[ w( t - τ) ] + sin[ w( t + τ + t0 ) } - { sin[ wt] + sin[ w( t + t0 ) ] ] , (3) Ô ²³(3) ÑÀ wt0 t0 + τ wτ ) 。 (4) sin cosw( t + Δφ( t) = 4 φ0 cos 2 2 2 :b———¨; a———© , ± ªÄ,³ÐÑ¥。 ¬Ò 1,SP Ù £ Á。 ÑÚ¢ , Û 。 ±º¤Ü ³°, °» ¢ÝÞ, ¤³ 6。 , ¼: ߢ½: 电气工程、信息与通信工程·387· ¥5 ¦ 563 §¨©,ª:«¬®¯°±²³´ σ s = 2q( I + I d ) Δf, I; :I d ———,I d Δf———。 2 5 , , 。 , 50 kHz, 30、10 ns。 5 000 。 2 30 10 ns 。 2 , - 7. 8 dBm , 30 10 ns , SNR 。 。 ,SNR 。 0. 2 dBm , 。 SNR 。 2 , 0. 6 m , 5 km 。 , 10 ns, 450 MW, 0. 2 dBm 。 500 MHz, 1 000 。 , 10 ~ 5. 0 × 10 4 Hz。 3 30 10 Hz。 30 Hz 10 Hz , ¡¢¡, ¡。 , ¡。 : 2 σ T = (4k B T / R l ) F n Δf, ; :k B ——— T——— ; R l ——— [5] 。 ,: 〈 I AB 2 〉 2R2 P b P lo S SNR = = 。 (8) 2 2q( RP lo + I d ) Δf σ a , 10 V / mW 。 ,0. 2 dB, 30 10 ns , 250 300 dB, 。 Fig. 3 3 b Location information of different frequencies ,¨¤:2 342. 1、3 845. 6 、 5 213. 5、5 968. 3、6 838. 7、8 168. 5 Hz。 a 10 ns 4 ¢£¤£, ¥ ¦¢§; 5 ¨¤ Fig. 2 2 b 30 ns Different pulse peak power signaltonoise ratio ·388·电气工程、信息与通信工程 Fig. 4 4 Envelope of power spectrum 564 Ç È É ¯ 5 Power spectrum trap figure wavelet denoising 1. 48, , (6) 8. 573 km, 18 m。 。 ² Ê 27 Ë ¶ ¢ , ¦ 。 [1] , x, L, ex , l c , e c 。 1 , 0. 010 3% 。 1 , , . ¦§ ¨© ª[ J] . «¬®, 2016(2) : 21 - 25. 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( ) 电气工程、信息与通信工程·389· 27 6 Journal of Heilongjiang University of Science & Technology 2017 11 Vol. 27 No. 6 Nov. 2017 ( , 150022) , ": , , , ! 。 ¡¢ , £¤¥ ¦¥§ ¨©ª«,¬®¯°±²,³´µ¶·¸© ·¸¹º»¼§©½。 ¾,¿ÀÁÂÃÄÅÆ ÇÈÄ。 ÉʤË:ÌÁ ¨©«, §Í 3% ÁÎ。 #$%:Ï; ; ¨; doi:10. 3969 / j. issn. 2095 - 7262. 2017. 06. 022 &'()*:TD611; TM855 +,-*:2095- 7262(2017)06- 0685- 04 +./01:A Differentials difference value online monitoring method for insulation resistance of mining high voltage cable Zhang Zihong (School of Electronics & Information Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China) Abstract:The paper is motivated the need for online monitoring of insulation condition of mining high voltage cable in real time and obtaining accurate insulation parameters. The research consists of de veloping equivalent circuit model of cable to ground; providing the differentials difference value ; and ex plaining its online monitoring principle in detail; designing the system of mining high voltage cable insu lation resistance monitoring; in normal power supply, computing the cable insulation properties of insula tion resistance and equivalent capacitance by employing a highperformance embedded processor com bined with average value filter method; accurately measuring the instantaneous voltage and current of ca ble ends and signal conditioning circuits and simultaneously using an Ethernet controller to establish the monitoring system capable of realtime and networked monitoring and management of operation status of mining high voltage cable. The experiment indicates that the monitoring system is able to monitor the real time data of insulation resistance and equivalent capacitance, combined with management system, with the relative error of automatic inspection of less than 3% . Key words:coal mine; mining high voltage cable; insulation resistance; online monitoring 2345: 2017 - 09 - 16 6789: (12543068) :;<=: (1976 - ) ,, ·390·电气工程、信息与通信工程 ,,,:¡¢£¤¥,Email: zzhzlcgc@ 163. com。 686 0 ( ' & % $ ¢ d2 U x / dx2 = z1 y1 U x , d2 I x / dx2 = z1 y1 I x 。 6 kV 10 kV, [1] 。 [2 - 4] 。 °, Z = 槡z1 / y1 [ ©Ö[: ¡¢£¡¢。 ¤ U x = C3 e γx + C4 e - γx 。 I1 = C 1 + C 2 , U1 = C 3 + C 4 。 ¦§¨©ª«¬®¯° ±²³©´µ¶·¸°±¹º。 »¼½¾¿ À,Á ÂöÄÅÆ、ÇÈ - ÉÊ, Ë©ª ÇÌÍ®¯ÎÏ, ÐÑÉ ÒÓÔÕÎÏ Ö, ר©ª²ÙÚÛ ÊÊ, ßà¶ á âãäåÚæçèé Êêëìí îï ôõÊ, ö£÷øùú ðñòó } (3) } (4) [ã(4) Ö, ¨ÂÎÏ, ©ª ã(3) \,: dI x / dx = γC1 e γx - γC2 e - γx , ÜÝÞ ²\ x = 0,I0 = I1 ,U0 = U1 âã(3) ,: [6] ¥ (2) à{, ã (2) I x = C1 e γx + C2 e - γx , [5] } ¼ã(2) Ö, γ = 槡z1 y1 、、 1 " 27 ! # dU x / dx = γC3 e γx - γC4 e - γx , } (5) ,ã(1) âã(5) , x = 0,I0 = I1 ,U0 = U1 , åØ: y1 U1 = γC1 - γC2 , z1 I1 = γC3 - γC4 。 ðñûü。 } (6) ã(4) ã(6) º¯Ö,: ýþÿ~}| ( ) ( ) z I z I 1 1 C = (U + ,C = ( U - , ) 2 2 γ γ ) {[ z1 = r1 + jwl1 ,\ ][ y1 = g1 + jwc1 ,^_ r1 [`ÿ~}|Ç ,l1 [`ÿ~}|ÇÙ,g1 [ÿ 3 Ux [I ] x U2 [I ] Fig. 1 1 2 Equivalent circuit model of single phase cables to ground ÜÞ [ ] [ I2 ,ÜÞ [ I1 ,ÝÞ I1 [ : U1 [I ] 1 |É.,ýþ³â[-,ë, +*ÕÉ), Ø dI x = y1 U x dx, dU x = z1 I x dx。 ¼ã(1) _ x \,: } (8) ,ÜÞ U1 [ ] ã(8) (9) Δ I = I1 - I2 : [ ] cosh( γL) - Zsinh( γL) U2 = sinh( γL) 。 (9) cosh( γL) I2 Z [ U1 , ÝÞ[ U2 , }|[ L, Ó dx [} (7) x ã (7) _ cosh( γL) Zsinh( γL) U1 = sinh( γL) 。 cosh( γL) I1 Z ©ªã(8) 1 1 1 ÝÞ U2 I2 [: 4 cosh( γx) Zsinh( γx) U1 = sinh( γx) 。 cosh( γx) I1 Z }| L 1 1 1 åØ: ~}| \,c1 [ÿ~}|ôõ,w [ @?>。 ÿ=¼ÇÌÍ<; 1 :/。 y1 U1 y1 U1 1 1 ,C2 = , I1 + I1 - 2 2 γ γ C1 = Δ U = U1 - U2 ²\° γ γ = z1 y1 = 2 (1) ýþ ã, å [: ( U1 - U2 ) ( U1 + U2 ) 。 ( I1 - I2 ) ( I1 + I2 ) \][ Y, (10) (10) [ R, ã \][: 电气工程、信息与通信工程·391· á6 â ãäå,:æ L( U1 - U2 ) ( U1 + U2 ) 。 z 1 ( I1 - I2 ) ( I1 + I2 ) Y = Ly1 = (11) (11) , C : R R = 1 / ReY, C = lnY / (2 πf) , ¿ º»¼Ä。 ÅÆÁºÇ ½È。 2 2 ÉÊ©¾¿Ë、 » 、»³、TCP / IP ¥©» , ¡ÉʸÌÈ¢£ 3 ¤ 。 À¶ :f———。 2 687 ØçÚ 。 、 , 2 1 。 ,、 、、 ¢£ 2 ¤。 , ¡ 3 Fig. 3 Fig. 2 2 Monitoring system composition diagram of insula ¥ ÇÈ、GPIO ÉÊÈ、ÍÈ、SPI È、 DMA È、ÃÈ ² ËÊÈ。 ¦¤§ ¨。 © ª«、 ª« 。 ©¬®、¯°、 ,± [7] , ² STM32F103VET6 。 STM32 ©³, SPI ´ ENC28J60 。 µ¶ ± IEEE802. 3 · MAC [8 - 9] 。 ©³ STM32 µ¶ uIP , µ ¶¸¹¡º¢£¤¥», ¼½ ¾ uIP ¦§¨ , »© STM32F103 ²¾¿ËÁÂ:Ãġů、 tion resistance PC [10] 。 PC º¿³ª³½ ¯³,° ±²À¾, Á»³´、 Âõ¶·¸¹ »«¬® ·392·电气工程、信息与通信工程 Program flow 2 3 ÌÍÎÊ¥,«ÏÌ, ÐÑÒÃÎÏ MYPTJ - 3. 6 / 6 ÓÔÌÕÖ,×ÌØ 16 ℃ ,Ð ÏÑ´ 9 m,Îà 6 kV Ò ºÓ,Ù×ÚÛÜÝ ,ÔÞÓ ¥,º ÇÕ« ,ÌÖߢ 1 ¤,¡, Ì Rs 、à R c , Ì Cs 、à C c 。 Ìàº×Ø 3% ¥,ÙÚá,Û 2% 。 1 » ¸ , ÌàâÖã,äå æÜרæ®, æ®×ØæÜ,Ýç Þßרèéêà 2% µ。 ëæÜ º×غ «à,Ä 688 Ô Õ Ö Ñ Table 1 3 Test results [1] C s / nF C c / nF / % 16 15. 57 2. 76 841. 12 820. 00 2. 58 24 23. 41 2. 46 564. 78 554. 00 1. 94 33 32. 34 2. 04 410. 77 400. 00 2. 69 36 35. 29 2. 01 354. 12 345. 00 2. 64 [2] [3] [4] , PC , PC 、、、 , 6 kV ¸¹[J]. º»¼, 2015(9): 1398 - 1405. ¡¢£, ¡ ¤, ¥½¦. §¨©ª¾ ¿À[ J] . · ¼, 2012(11) : 1941 - 1946. Jason A,Taylor S, Mark Halpin. Online estimation and identifi ability of cable parameters using passive monitoring[ C] / / Wash Sarathi R, Arya N, Toshikatsu T. Understanding treeing phenome na and space charge effect in gammairradiated XLPE cable insula [5] ÁÂÃ,¥ ½¦, ©¬,¶. §¨Ä [6] Å [7] Å´µ, ¶·È. §¨ STM32F103VET6 ENC28J60 , [10] ©ª,« ® Æ, ®¯, °±², ¶. [ J] . Ç ³, 2017(4) : 60 - 63. ª¸ÉÊ[ J] . ˹» º»µ, ¼ · , 2014(2) : 82 - 85. 23 - 25. [8] [9] ¦§, ¦§。 ¨ [ J] . · 。 ¡¢£¤¥, , , µ, ¶. · tion[ J] . Electr Eng, 2011, 93(1) : 199 « 207. , Ø 27 Ù ington North American Power Symposium, 2007: 253 - 254. ¼ : R c / MΩ / % ¼ R s / MΩ Ï ¯°±²,¦² ³ 3% ¥,¦´。 。 1 × Ì , 2012(9) : ½, ¡¾¿, ¶. ÀÁÂÃÄ»ÀÍ® ÅÆ¿À[ J] . ·Ç¼, 2017, 42(9) : 2468 - 2474. ÈÉÉ, ÊÎ. §¨ ÉËÌ ÉÊ [ J] . ÍÇϼ¼( ³ÐѼÎ) , 2015(6) : 48 - 52. ¯´, ÏÐÑ, ÒÒÓ. ¬ Óª¸ÔÉ Ê[ J] . ϼ¼, 2014(7) : 57 - 62. ¬¥¢«, © ( ) 电气工程、信息与通信工程·393· 28 6 Journal of Heilongjiang University of Science & Technology 2018 11 Vol. 28 No. 6 Nov. 2018 1 2 , (1. 2. , 150022; , 150090) ":, , , , 、 , Hadoop ! , , 、 。 :, Hadoop 。 。 #$%:; ; ; Hadoop; doi:10. 3969 / j. issn. 2095 - 7262. 2018. 06. 020 &'()*:TD742 +,-*:2095- 7262(2018)06- 0702- 04 +./01:A Big data platform system for coal mine hydrological disaster early warning Liu Ruohan1 , Li Chunjing2 (1. School of Electric & Information Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China; 2. Xin Heilongjiang Lianhua Information Co. Ltd. , Harbin 150090, China) Abstract:This paper is directed at evaluate the degree of danger of coal mine water disasters and im proving the ability to cope with them. The study involves developing the big data platform designed for coal mine hydrology disaster warning by applying the big data technology, analyzing the multiple source of coal mine hydrology data heterogeneity and the data of the value of sparse, uncertainty, and drawing on the Hadoop platform; eliminating the influence factors of redundancy using the principal component anal ysis method; and providing an earlier warning of the disasters in coal mines according to the monitoring data and the warning data and through the wavelet neural network, and the grey prediction neural net work. The results show that Hadoop platform building on wavelet neural network and gray neural network could enable an accurate prediction of the trend of hydrological disasters, as is shown by the available da ta from a mine in Heilongjiang province. This study could serve as a reference for improving the level of hydrological disaster warning in coal mines. Key words:coal mine; hydrological disaster; big data; Hadoop; early warning 2345: 2018 - 10 - 10 :;<=>?: (1987 - ) ,, ·394·电气工程、信息与通信工程 ,,,:,Email:1042602267qq. com。 ¬6 N 0 , 。 , , [1] , ¡¢£、¤¥¦§¨©ª«¬®¯° [2] ±²³´。 µ¶ ·¸¹ º»,¼½¾¿º»ÀÁÂÃÄ [3] »ÅÆ。 ÇÈ ·¸ 1980—2000 ¤ÉÊ, ËÌÍΤÉÊ [4] ÏÐ。 ÑÒÓ ·¸ÍÎÔÕÖ×¿Ø ÙÚÛÜÖÝÖÝÞß, à½ÍÎ [5] áâ㤿º»。 äå áæç¤ ¥¦,Ù©èé,ÖÍÎ [6] çÅÆ§êëìí。 îïð Ù BP、ñò [7] ªéóÅÆ。 ôõ ö÷ø ùúû¡¢£«Úüýþÿ, ~} |Ù{、[\、]ú^®¯_`, @ð? >=^<,à½;¬:»/~ ^èé。 .-, ,+*)áæ(']ú& ¥¦á%$#,°"æ>!01¸³,23 45¥¦6789、 ÔABÃCDý EF。 ° # G À H á % #, I · ¸ J K Hadoop ®¯,ý¤¥¦L"^ ,MNàO^。 1 703 ÓÔÕ,:^¤¥¦L ^à, ìí¥¦ ~ ìí¥¦,3·¸ GIS >_¡, °×; =, ^]ú。 ^¤¥¦Lý¢£ 1 ¤。 Fig. 1 1 Overall design structure of hydrological hazard warning ¥£ 1 ¦§,¥æ }|¨©ª«,¥ ¦3·¸¬«è¥¦C{À®¯>_¥¦Ù {。 áæÙ{¥¦>=、®¡ÅÆ,¯°Ôë¥ ¦Ô±æ>=²Ü³,ÊÙ´89ܳ,á æµ7ý NoSQL ¥¦ Redis, Ù¶·;¸ ¹º,®¡¥¦, »µ¼, ½¾ÔÕ¿ÀÁ ³,±  » { à ¥ ¦ ; ¸ 、 ¦ , ¢ £ 2 ¤。 P¦<´¥¦QRÃ>=STÙ{¥ ¦,M§<´ÎUÙ{ÔÕº»¥¦C {À。 ·¸¤¥¦º、 °^ÅÆ, M §úà ST、,M 。 ¤¥¦¿Mãè:ST¥¦、 ¥¦、ªéÃìí¥¦。 ST¥¦ ·¸· Ù{#>=¥¦,>_>=å,¸ ^¥¦^。 ¥¦ ~Æ ¥¦,·¸ @¥¦K¥¦ ,§ ¥¦º、ÅÆ¥¦、45é、 45、45=。 ªé ~ì í¥¦,¿、 、 ìí^ «。 ¥¦Cá%L、 U' '^, >_× Fig. 2 2 Redis Realtime hot data Redis processing £ 2 ³ Redis ÄÅ¥¦]ú§", ܳ滿ÀÁ{Ã, ¿Ü³Æ3>=S ¥¦,·¸ÇÆÈÉè,Ê3S¥ ¦。 Õ=, æË¥¦, MÌ ETL èÜK{ Ã,Í{Î,©¥¦Ï, @¥¦]ú ÐѾ½Ü³L HDFS。 Dý¥¦ÒÀ 电气工程、信息与通信工程·395· 704 ï ð ñ ò ° ç , 。 , MapReduce Hive , , 。 , Re dis , , MySQL , Hive 2 , MySQL 。 、§。 ¨ ©, Hadoop ª«¬®¯ , HDFS、MapReduce ¤°±²³, ´,µ 3 。 ∑λ ,i = 1,2,…,p , (1) i ,λ i ———¿ i רÚרÀ。 2. 2 «¬¥Á®«¬Á«¬¥Á®µ Å、«¬¥Á®ÃÄ «¬¥Á®ÛÅ 。 ÚÆÇ¼½¾ (1) ÈÀÈ, ͦ§ Ç É , « Ê Ü [4] ,¬¥Á®Ý ˰, µÅ«¬ ¥Á®¡¢Þª f( t) = , ¥¦、 λi p i =1 、、 ,¡¢£¤ ¿ 28 ô ó G( m) = ,, HDFS ç ∑ C ( t) + ∑ ∑ d ψ ( t) , kZ J,k J,k J J m =1 kZ m,k m,k (2) :C J,k ———Ìߺ; J,k ( t) ———ÌßÍ; ψ m,k ( t) ———«Í; d m,k ———ÎϺ。 2. 3 ÈÐÑ £¤¦§ x1 ,x2 ,…, x n ,ůàÐÑá。 GNNM (1,1) àâ GM ÒÓÔ ¬¥Á®Õ Ö ×Ôůãä×。 ØÒ GM(1,1) ¨© « (3) x t(1) = ( x1(0) - u / a) e - a( t - 1) + u / a, Fig. 3 3 (0) :x ———Ù; x t(1) ———ÚÛÜ a———Ü Ý; Hydrological disaster early warning system framework 3 u———Ü , ¶·¸¹、 , ¡¢º 、¢º 、 «¬、¢º 。 »¼º ½¾¦ ¥¦§, ¨¼ £¤ ½¾¯©¯ª, ¿ À «¬、«¬¥Á® Âì¥Á®Ä «¬,¼Å¯ÆÇ¦§ ©¯£¤ ,ȯɹʦ§ ËÌ,¨ dx (1) + ax (1) 。 dt Âì¥Á®Þ§ÁÂÂì¥Á®µÅ、 Âì¥Á®ÃÄ Âì¥Á®ÛÅ。 º,¡¢¢Þר,ß £¤¦§ x1 ,x2 ,…,x n ,àáÛ x t (0)(t = 0,1,…, m) ůÂì¥Á®Õ§。 àáÛx t (0)(t = 0, 1,…,m) ¨©âÆãÉåäÛ y t (t = 1, 2,…,p) å。 y t ææçè¹Ê,¦ éêÍÉëÕ§¨©ì 。 Âì¥Á®ëÕ§ dy1 / dt + k s y1 = k1 y2 + k2 y3 + … + k p - 1 y p , £¤Íΰ、ͱ²¹³。 2. 1 Ý,u = Ù; (4) ¡¢ÏËÌ、 ´µÐÑ、 ®Ò¶、 Ó í ¦§Ä,À£¤¦§Ô· ¸²。 ÀÕ¬£¤ ¥¦§¨© ¹Ö,¿ k = ( k1 / k s ) y2 ( t) + ( k2 / k s ) y3 ( t) + … + ( k p - 1 / k s ) ·y p ( t) , À«¬,º×ØÙ» ¬,¼½¾ ·396·电气工程、信息与通信工程 (5) (5) ¤Ðî 6 µ ¡¢,¶: z( t) = ( ( y1 (0) - d) - y1 (0) (1 + e - k st ) - 1 ) + 2d(1 + e - k st ) -1 ) (1 + e - k st )。 (6) (6) BP , p ,1 , , 。 3 ¢ 705 4 5 , 0. 285 7% , 99. 714 3% 。 3. 2 2007—2009 36 , 30 , 6 。 6 7。 6 7 , 、 3. 1 C / S , 1 0 15 —1 3 。 2008 1 24 00 , 2008 1 4 0 15 —1 4 24 00 , a1 a6 - 1. 571 7、 - 0. 068 4、0. 810 7、 - 1. 432 1、0. 681 0、 0. 680 6, b1 b 6 - 0. 923 5、 - 1. 504 3、0. 437 8、0. 810 3、0. 596 6、 0. 788 0, 99. 714 3% 。 , 4, 100 ,, 5a, 5b。 Fig. 4 Fig. 6 7 Prediction of grey neural network 4 Prediction of wavelet neural network Fig. 7 4 Fig. 5 6 5 Prediction performarue of wavelet neural network Prediction of grey neural network Hadoop ¡。 ¢, £ ¤¥¦, Reduce §, ¨ ¦©。 ª« 、 、 、 ¬®,¯°±²³,´ ( 717 ) 电气工程、信息与通信工程·397· 6 Ì [10] [11] Trans Circuits Syst, 1988, 35(10) ,1257 - 1272. 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( ) 28 4 Vol. 28 No. 4 Journal of Heilongjiang University of Science & Technology 2018 7 July 2018 1 , 2 , (1. 150022; 3. 3 3 , , 4 , 150022; 2. , 116001; 4. , 163453) , _: , , LM - BP , ^ , LM - BP 。 , , BP , 2 。 。 ; `ab:; BP doi:10. 3969 / j. issn. 2095 - 7262. 2018. 04. 010 c&1de:TM81 Zf\e:2095- 7262(2018)04- 0405- 05 ; Z[ghi:A Prediction algorithm for high temperature electrical node temperature Yang Qingjiang1 , Liu Xiaoliang2 , Su Manqi3 , Xu Jihui3 , Zhang Dong4 (1. School of Electronics & Information Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China; 2. School of Electrical & Control Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China; 3. Dalian Power Supply Branch of Liaoning Electric Power Co. Ltd. , Dalian 116001, China; 4. Daqing Power Supply Branch of Heilongjiang Electric Power Co. Ltd. , Daqing 163453, China) Abstract:This paper aims to address the lower prediction accuracy affecting temperature warning system in existing highvoltage switch cabinets. The study involves analyzing the factors controlling the temperature rise of the high voltage switchgear electrical nodes; increasing the speed of the algorithm u sing the forward cascaded LMBP neural network and determining the weight of each factor using the en tropy weight method, and thereby developing a prediction model combining the entropy weight method with forward cascaded LMBP neural network. The results show that the proposed model features the pre diction value of the model closer to the true value and provides a prediction accuracy about 2 times higher than the BP neural network prediction model. Simulation experiments verify the effectiveness with which the model predicts the temperature of the highvoltage switchgear node. Key words:high voltage switch cabinet; temperature prediction; forward cascaded BP neural net work; entropy weight method jklm: 2018 - 04 - 03 nopq: rGstuv: (522416170004) (1969 - ) ,,,,,: 、,Email:yqj@usth. edu. cn。 电气工程、信息与通信工程·399· 406 ¸ ¹ º » , , ¼ , 、GM(1,1) 、BP [1 - 3] 、 。 , ,[2 - 3] , ,, 。 ¡ ¢£ ¤¥,¥ ¦。 , [4] §¨© t0 ——— Õ(1) Ñ 2. 1 ÂÃ。 1 LM Ä 。 [6] ² Å : (1) º。 ,ÆÇÈ , 。 (2) 。 Éʳ, ±。 ¥Å N N 1 1 E ( w ) = ∑‖Y i - Y i′‖2 = ∑ e2i ( w ) , 2 i =1 2 i =1 Õ:Y i ———¦§¨§; Y i′ ——— ¨§; N ———©ªÙ; w ———À; e i ( w) ———。 k w Ñ« k ¬Ú ª, « k + 1 ¬Ú w k +1 Å w k +1 = w k + △w 。 LM , △w °ÕÅ T -1 T △w = [ J ( w) J( w) + μI] J ( w) e( w) , Õ:I———Û®¯; μ ——— Üݰ; J( w) ———Jacobian ®¯,± e1 ( w) w 1 J( w) = … e N ( w) w 2 e1 ( w) w n e2 ( w) 。 w n … e N ( w) w n ש LM Á BP , ¬ Ƶ 1 ¶。 À BP É t = f( R c ·α l ·I·t0 ) , (1) T LM e N ( w) w 1 e2 ( w) w 2 … BP , [ J ( w) J( w) + μI] , ,LM ¼ ¾ÏÐ À 、 Ò ( [6 - 7] , , ) 、 ·400·电气工程、信息与通信工程 e2 ( w) w 1 e1 ( w) w 2 Î, ¡ Ñ, Ó [7] ,²ÔÑÅ ª - ¬ Ø¢ BP ³ ª¤ [5 , 8 - 9] 。 LM Ƴ。 É É ËÉ ,Ì。 (3) Ì。 ÍÊ, ±、 Å « , LM BP BP ¯ , , ¡¼。 « × LM ¢ BP £。 , ¿ ÀÅÖ。 BP ¤°«, ± 。 LM ²¬« ³ ª - ° 。 ©½¾, ÀÁ LM - BP ¬«, ,℃ 。 2 ,«、¬ ª « 、、®¯, ¡ª , BP ° ª´ 。 [5] ©µ¶ ³ ·¸¹º, » LM - BP ¼ , « 28 ¾ ½ -1 α l ——— ,K ; I———,A; , 。 Ü Õ:t——— ,℃ ; R c ——— ,μΩ; 。 ,,, Ü - 。 LM ²¬Ú°³ ,²´Ç, ´ 。 Þß,·àµ ªáà ,·àÈ 4 º,»: , ,, 。 BP , , © 1 ¬ °±« αl 、 R c 、 I 、 t0 ® ¯ ¢ 0. 023 3、 0. 318 3、 0. 056 5 0. 601 9。 ,。 Fig. 1 2. 2 1 Table 1 BP Forward cascading BP neural network structure LM - BP 、 Influencing factors of temperature rise of high voltage electrical nodes α l / K -1 R c / μΩ I/ A t0 / ℃ t/ ℃ 1 17. 5 2 220. 6 8 15 2 17. 5 10 133. 7 -2 9 3 17. 5 6 188. 5 4 13 4 17. 5 13 145. 8 -8 2 5 17. 5 8 216. 6 15 25 26 23. 2 15 155. 8 -9 5 3 18 28 123. 0 , 28 23. 2 19 220. 1 - 19 -4 29 23. 2 4 209. 3 25 33 [4 , 10 - 12] 23. 2 , , 。 (1) 27 1 、 。 , 407 ¼½ : 。 k ¡¢ 30 23. 2 18 249. 3 30 49 ²° LM ³´ BP µ 2 。 X1 ,X2 ,…,X k , X i = { x1 ,x2 ,…,x m } , £¢ Y1 ,Y2 ,…,Y k , ¤ Y ji = X ij - min X i 。 max X i - min X i (2) ¥¦§。 ¨, ¥¦©¢ m E j = - ln( m) -1 ∑ p ij ln p ij , m , p ij = Y ij / ∑ Y ij 。 i =1 (1) i =1 (3) 。 ª (1) « ¥¦¢ E1 ,E2 ,…,E k , 2 Fig. 2 ¢ ωi = 1 - Ei k - ∑ Ei ( i = 1,2,…,k) 。 «¬ : X = ( ω1 X1 ,ω2 X2 ,…,ω k X k ) , ª,X———£¬ 。 3 Entropy weight caseade LMBP neural network prediction process 3. 1 ´ LM - BP ,¶ 3 4 。 ¢¬ ( ® ) ,© 1 。 , ¢, -1 α l ®¯¢ 23. 2 17. 5 K 。 、、 ¢ 。 LM - BP ¬ ®¯ BP ·¸ 10 000 ¢ ,30 ¢¬ , ¹« 电气工程、信息与通信工程·401· 408 28 4 LM - BP , , t1 。 , 1,。 Fig. 4 3 BP Fig. 3 BP neural network regression curves ·402·电气工程、信息与通信工程 Entropy weighted cascading LMBP neural net work regression curves ,BP 、 , 。 3 4 、 、 ,。 , 3 4 4 ,+ : ¯ÇÈÉ 0. 816 54 0. 922 96,, LM - BP , 。 3. 2 30 BP LM - BP , 5 , ( 2) 。 409 ÔÕ BP ¨©ª «¬®。 4 ¥¦¢£§ ¯°±² ³´µ¶· ¯°±²¸ ¹º»¼½¾¿ÀÁÂ。 , ÃÄÅÆ ¯ÇÈÉ ³ÊË, ÌÍΫËϬ Ð LMBP ÑÒÓ©ÔÕ。 Ö×, ØÙÚ ¯°±²Ä ¯ÇÈÉÛÜÁ Ý,Þ¾ßËàáÞâÇã、 äå´æ、 ç èÇéêë ѱÀ, ìíà æîïð, ñò 。 Ϋóôõ Ìöæî,ß Matlab ÷øÃÄÔÕ ù¼ú·,, Ï BP Ñ,ΫˬРLMBP ¦û Ì Ø ü 。 [1] Fig. 5 5 Temperature predictions under different models 2 Table 2 Error analysis table n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 e/ % BP LM - BP 12. 50 16. 20 6. 10 4. 50 11. 40 7. 40 10. 00 8. 30 3. 80 4. 20 7. 10 5. 70 4. 50 16. 70 5. 20 5. 63 6. 92 1. 11 2. 27 4. 29 1. 11 1. 50 1. 67 1. 75 1. 82 1. 90 0. 50 2. 73 1. 67 2. 20 n 16 17 27. 80 [3] [4] 4. 00 16. 70 12. 30 [6] 20 8. 80 4. 00 [7] 13. 30 [8] 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 25. 50 13. 30 30. 80 15. 00 16. 70 22. 20 25. 00 44. 40 18. 20 15. 40 6. 30 9. 10 15. 40 5. 00 11. 10 [9] [10] ǯÇ*Þ) µÅÆ[ D] . 34: 3425£>, 2012. 0³12´ %$#. Ϋ BP "Ç(! Du Y, Shi C, Ma G M, et al. Risk assessment model of power network based on equipment condition and entropy combined Xu D, Yang Z, Zhao H, et al. A temperature compensation meth od for MEMS accelerometer based on LMBP neural network 6 7. Ç& ¯°±² C D. EFGH 8 0 ´ µ °9 A [ D] . ¶á: B^Ç&£>, 2016. LMNOPQ[ J] . ST, U>, S ¯°±²â)9I"2JKíI ¯ÇR, 2012, 48(8) : 114 - 117, 122. . ù LMBP ÊË ÆJ[ J] . ÇÏ, 2008, 45(9) : 21 - 24. ËÅ , >. LMBP ùÊËÅÆ[ J] . , 2008, 15(2) : 164 - 167. da Silva A M L, Castro J F C, GonzalezFernandez R A. Spin ning reserve assessment under transmission constraints based on (2) : 1624 - 1632. [11] 11. 50 Chernyshov K R, Jharko E P. Entropy criteria in the econometric model identification [ J] . IFACPapers Online, Article, 2016, 49(12) : 827 - 832. [12] 5a b 2 , LM - BP BP 。 5 15 , BP ¡¢£, ¤ ., ~-,, +. crossentropy method [ J] . IEEE Trans Power Syst, 2016, 31 16. 70 11. 40 ³´µ 5 13. 90 33. 30 <;:, / [ C] / / Sensors IEEE. 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":, , 。 A ,¡ ¢£¤¥。 ¦§¨ ©ª«¬®。 ¯°±²³´:¦µ¶·¸,¹º» ¼½¾¿ÀÁÂÃÄ,ÅÆÇÈÉÊ,ËÌÍÎ ,¹ºÏÐÑ。 #$%:; ; ; doi:10. 3969 / j. issn. 2095 - 7262. 2017. 06. 023 &'()*:TM933 +,-*:2095- 7262(2017)06- 0689- 05 +./01:A Improved synchronous reference coordinate optimization method for harmonic and reactive current detection Xu Liang, Shen Yi ( School of Electrical & Control Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China) Abstract:This paper proposes an improved synchronous reference coordinate transformation detec tion method as an alternative to traditional synchronous reference coordinate method with a phaselocked loop which, due to the asymmetrical and distorted threephase voltage, fails to extract positive sequence fundamental voltage, producing a great error in the measured reactive and harmonic currents. The study is focused on replacing the phaselocked loop in the traditional method with employing the A phase funda mental sequence positive voltage extraction unit based on the symmetrical component matrix and synchro nously rotating the power voltage vector, thus omitting phase locked loops and trigonometric functions. The simulation shows that the method could provide a more accurate fundamental positive sequence active current and harmonic current in such a way that the compensated current curve is more smooth and tends to exhibit a greater stability more quickly and there is a better compensation effect thanks to a synchroni zation in the phase of the current and voltage in second time periods. Key words: current detection; asymmetry and distort voltage; synchronous reference coordinate method; fundamental positive sequence voltage extraction unit 2345: 2017 - 08 - 28 6789: (10541191) :;<=>?: (1966 - ) ,,,,,:,Email:xuliang6410@ 126. com。 ·404·电气工程、信息与通信工程 690 0 # " ! 0 1 Ù } } 1 ú。 - , ï A ÍÎðñû, 。 , 、 [2] 。 ,¡¢£¤¥¦§ ( SVG) ¨¥¦ 、¥¦©ª«、 ¬®¯°±, ²¬³´ §( LPF) ]^Ó A ÍÅðñÎ ea1 。 Fig. 1 µ¶£¤¥¦, ¨¥¦·¶¸¹º £¤、»¼½¾ª ¿À, Á( , [1] {ÂÃ$ÂÃ/Í. 。 ¨, T ÄÏû, îû 3 27 4 2 [3] 1 A Principle of extraction of fundamental sequence positive sequence voltage of A phase 。 Áµ¼½ÂÃÄźƼ½Â à p - q Ã、i p - i q ÃÇÈÉÊËÌÃ。 p - q à ÕÁÍÖÏ<ÐÎ ea 、eb 、ec ,Ïû T A ÍÎðñû ean = 槡2 Σ sin( nωt + 1n ) 。 ÁÍÎÏ£ÐÑÒ¼½Ó£¤ [4] » [5] ¼½×·ØÙÚÛ 。 ÜÝÞ , Á ÍÎÖÏÐßàÄáâã, ä p - q [6] ÃåæÙçè [6] ½ÓÅðñ¤» 。 òºóôÓ¥¦õ λÇÍ, äö¼½ïÅðñ¤ »,÷øùú»ûϳ ü ( ») , ýöþÿ, ~ÁÍÖÏ, }| [7 - 9] ïÇÈË̼½Ã ò[9] ], 1 1 T= 1 3 1 。 i p - i q à p - q ÃÅé êëìí,îÑÒ¼½ï£¤»,ÔÄÖ¼ 。 {ÂÃ[\]^_ »¥¦Ó`@ÎÇÍ?, ÔÄÇ>£Ã¼½ï Åðñ¤»û, =<¥¦õ»Ð ûÖÏûæ³;:。 /Í.-»¼½, +õ*), Ç, Á('&ã, -% æ³。 ~êÁµ¼½ÂÃÖø, | ÇÈÉÊËÌÃÅéê, A ÍÅðñ θÂÃ,ﴵź@Îì íÇÈÉÊËÌ£¤»¼½ÂÃ。 1 n =1 。 ÔÄ, ÕÁÍÎÖÏ, » :α———。 α = e ü »ø,=ÑÒ¥¦。 ÔÄ/Í.£Ã ÑÒ¸` ðñÎÍÇÍ?, ½ÓÑÒÅðñ¤», ×· Ö¼ »¼½ ØÙÚÛ。 , ¼½ ëìí,Åðñûθà 1 ° 1 3 + j槡 , 2 2 1 3 - j槡 。 2 2 _ e an û^ 2sin( ωt + α1 ) 、2cos( ωt + α1 ) Ó(1) (2) : e s = 槡2 ∑ E1n { cos[ ( n + 1) ωt + 1n + α1 ] - n =1 cos[ ( n - 1) ωt + 1n - α1 ] } , (1) e c = 槡2 ∑ E1n { cos[ ( n + 1) ωt + 1n + α1 ] - n =1 cos[ ( n - 1) ωt + 1n - α1 ] } 。 (2) ¬§õÓ E s = 槡2 E11 cos( 11 - α1 ) , ÁÍÎÖÏ, Õ¡¢£¤¥¦ ½ÓðñŤ», íÜÓÑÒ 2 2 2 j240 = cos 240 ° + jsin 240 ° = - α = e e s 、e c »û³: §£¤í¥¦, ö¼ α α α , 1 = cos 120 ° + jsin 120 ° = - j120 ° ¨, α1 ³Í?(, α E c = 槡2 E11 cos( 11 - α1 ) 。 ¬Á ( , Ó A Í Å ð ñ Î: e a1 = E s sin( ωt + α1 ) + E c cos( ωt + α1 ) = 槡2 E11 sin( ωt + 11 ) 。 {Âü½ÂÃ/Í., Ýߣ/Í. i p - i q ¼½ÂÃ, ò 电气工程、信息与通信工程·405· Ç6 È É Ê,:ËÌ u a1 = 1 ( u a + αu b + α2 u c ) , 3 u b1 = αu a1 , u c1 = α2 u a1 。 A , 、。 2 ¨ ( LPF) µ¨¤¥ u a 、 u b ¢ u c ,¹ C32 °, µ u α ¢ u β , ,, 。 , ¡, u a 、u b ¢ u c , i a 、i b 、i c : i+ i- ia a a i b = i b+ + i b- = ic i + i - c c ² º ¢ § » α - β ° ,µ : uα [u ] β ua = C32 u b = uc Σ [ I n + sin( nωt + n - ) + I n - sin( nωt + n - ) ] n =1 2 2 Σ[In + sin(nωt + n - - π) + In - sin(nωt + n - + π)] 3 3 n =1 Σ[In + sin(nωt + n - + 2π) + In - sin(nωt + n - - 2π)] n =1 3 3 £:i a 、i b 、i c ——— i uα [i ] ; uβ i a- 、i b- 、i c- ———§¥¦; Ω———¨; φ、φ n ———¢; I n ———©ª ; n———¦,n = 1 id [i ] q ¨。 = C dq 1 2 - 3 2 - 槡 ua ub , 3 2 uc 槡 cos θ sin θ iα [ i ] [ - sin θ cos θ ] [ i ] 。 (4) β = β 。 , θ ¾ « dθ / dt , d - q £, θ ½¡¢£¦¿ 。 © u α ¢ u β ¿¤¥¦§。 uα 2 2 uα + uβ cos θ 。 =槡 sin θ uβ u2α + u2β [ ] (5) 槡 (3) ¢ ² uβ uα iα uα + iβ uβ 2 2 2 2 ·u α u2 + u2 β α 槡u α + u β u α + u β =槡 。 iα uα + iβ uβ uβ uα - 2 2 ·u β 2 2 2 2 u +u 槡u α + u β 槡u α + u β α β id Voltage and current vector diagrams in a synchro [i ] q nous reference frame «¬®¯°, ±² i u ,³´µ¤¥¨, µ¤¥¨©¶²©·¨¦。 µ¤¥¦, [10] T µ: (5) ¤¨ (4) µ: ·406·电气工程、信息与通信工程 iα (3) [5] £, «¬®¯° £¸,¬®¦ i α u α + i β u β ·u α u2α + u2β = 。 i α u α + i β u β 2 2 ·u β uα + uβ C dq ———° 1 2 £:θ———; Fig. 2 槡 - ² i α ¢ i β d - q °: i a+ 、i b+ 、i c+ ———¤¥¦; 2 1 2 3 0 ¼, 2 ½, i u : 691 Í·¨Î¶¸ (6) LPF À, ½µ¡¦ i d ¢ i q , - - C32 ¢ C dq- 1 °,©Áµª±¨¤¥© ¶ i af 、i bf ¢ i cf 。 «À, ²§» i a 、i b ¢ i c ¬ + + + ® i af 、i bf ¢ i cf ©½¯µÂ±ÃÄÅÆ·¨¦。 + + + ¨¤¥°±¢ ¬ 692 ¼ ½ ¾ ¿ À · Á , 3 。 Á à 27 Ä Â Fig. 3 Improved synchronous reference coordinate detec tion method 。 , Fig. 5 5 ¦ b An improved method developed to measure various current components ¦。 , 380 V, 50 Hz,, ( LPF) Butterworth , 25 Hz。 ,, 10 Ω, 5 mH。 , 5 a , 6 ¡ ¢£ 。 7 ¢£¤ § 5 ¨, ©ª«¬ 。 4 a Matlab Simulink , 3 3 ¥¢£¤。 Fig. 6 a ¢£ Comparison of grid current compensation effect be fore and after improvement methods § 6 ¨,® ¯, ©°±²ª«¬¢£ , ³´µ, ¶,¢£·¸ª«。 ¹, º , µ。 4 Fig. 4 6 b b § 7 ¨, Initial voltage and current waveforms ©°ª « A 。 ¢£¥», 电气工程、信息与通信工程·407· 6 ,, 。 ,, [ 1] ,¯°±,¬®¯° 。 : [2] a , Á, , ´. º±Â ¼¤[ J] . ÃÄÅÆÇ, 2015, 30(8) : 167 - 175. ², ³, , ´. µ¶ i p - i q ¤ ·¸¹º[J]. »¼½ ¾¿À, 2012, 40(13): 121 -126 . A [3] , , , ´. 、È ÂÉ Fig. 7 4 A ¾£ÍÎÏ, 2013(6) : 32 - 34. [6] ª«¬, ®¯¯, Ѱ±. SVG £²¹¤·¿À [7] [8] : £¤¥¦§¨© ª«,¤,¬® »¨Â ¼½¡¢[ J] . ÃÄÅÆÇ, 2013, 28(2) : 309 - 314. ³´, µ ÁÂà , , A . º µ¶ [ J] . É©ÃÐÆ Ç, 2005, 25(20) : 62 - 67. Phase compensation effect of improved method Ì, . ¤[ J] . á ¤¥, ¦¤§, 7 Ë [ J] . ÉÊÆÆÇ, 2008, 39 [5] , ,, [4] ¢ b (4) : 816 - 823. 693 Ì,´:×;¶¤ Ë ¶, ·¸, ´. Ò¹º»¼½¾¾¿ÀÓ¬ [ J] . ÄÅÆÇ, 2017, 42(9) : 2468 - 2474. ÆÇÈ, ·É, Victor Valouch, ´. ÔÊ »¨Â ÕÖË¿À[ J] . É©ÃÐÆÇ, 2004, 24 (2) : 16 - 23. [9] ÌÍÎ, ÏÐÑ, ÒÓÔ. ¶·¸ É ¹º [ J] . É ©Ã Ð ÆÇ, 2000, 20 (6) : 17 - 20. [10] ·ÕÖ. »¼½×±Ø[ M] . Ù: É»: 2013: 31 - 34. 。 ¡¢ ·408·电气工程、信息与通信工程 ( ) 28 6 Vol. 28 No. 6 Journal of Heilongjiang University of Science & Technology 2018 11 Nov. 2018 ( , 150022) , 、 、 , Q: , Simulink 12 × 12 , 1 / 4 P ¡¢£¤¥¦§¨©ª«¬,®¯«° ±²³´。 µ¶·¸,¹ºµ¶» ,¼½¾ ¿ÀÁ©ªÃÄ。 Å ÆÁ ÇÈ。 RST:; ; Simulink doi:10. 3969 / j. issn. 2095 - 7262. 2018. 06. 022 U!;VW:TP18 #XYW:2095- 7262(2018)06- 0712- 06 #Z[\]:A Solution of point reactor neutron kinetic equations using cellular neural network Li Zhongqin ( School of Electrical & Control Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China) Abstract:This paper is an attempt to effectively overcome the stiffness inherent in the point reactor neutron kinetic equations and come up with a more accurate, quick and steady solution of the equation, with a simultaneous consideration of the effect of delayed neutrons on neutrons in the reactor. The targe ted study involves establishing a cellular neural network model with the three layers of 12 × 12 using Sim ulink; thereby simulating the neutron flux distribution of 1 / 4 bare homogeneous reactor in the two cases: steady state and insertion of control rods; and obtaining the solution to the effective proliferation coeffi cient in reactor using dichotomy. The results demonstrate that the cellular neural network could enable a correct calculation and a more accurate prediction of the reactor neutron flux density. The cellular neural network could work better for the simulation of the dynamic changes of neutrons in a reactor. Key words:cellular neural network; point reactor neutron kinetic equations; Simulink 0 。 , ^_`a: 2018 - 08 - 24 bcde: (51674109) ; ghij: (1980 - ) ,, , , (2017RAQXJ114) , : ,Email: lizhongqin2008@ qq. com。 电气工程、信息与通信工程·409· 6 Õ : 1 ±È45 8 ¶ÉªÊ。 Ë(6 [1] , 。 [1 - 2] 、 , [3 - 5] 、、 [6] N( t) 。 , , A [7] 。 , C + + 。 [8] ! " ( GSMP) 713 , 、 7、 ¥ ¿ÌÍ8Ì, 2 。 ¼¡ 3 。 9 , 9 , ΠϢ£¤。 ,;§ :Ð ¨¥§£¤。 [9] 。 % #$ , & # $ 。 ( CNN ) ¡ [10] Chua Yang 1988 ¢£ ,¡¤¥ ¦,§ ¨ ¡、©ª ¡ ª «¬¡, ,'¤®¯(。 )°* , ± ²³´ +, µ , ( ±, [11 - 16] 。 - ( ) #$ ¶ .·, ¸¹ Simulink º» 12 × 12 ·, / §¼¦, 1 / 4 01½ 2¾¿À Á 。 1 1. 1 @ABF [17] Âà 3/Ä M × N · 。 Âà ',± C( i,j) i Å, j 。 /Ä 3 × 3 ÆÇ 1 。 !1 = 3 × 3 G@ABF Fig. 1 3 × 3 2D model of CNN ·410·电气工程、信息与通信工程 Fig. 2 Fig. 3 !2 G,- Single cell circuit model of CNN !3 ,- Equivalentstructure of CNN cell C( i,j) ѽ d vxi,j (t) 1 C =- v (t) + ∑ A(i,j;i′ ,j′ ) vyi′,j′ (t) + I , dt Rx xi,j i ′,j ′ (1) ′ :i、j———Å、, i - 1 ≤ i ≤ i + 1,j - 1 ≤ j′ ≤ j + 1 ; C、R x ———Ò7Ò; x、y ———ѽ © ; A( i,j;i′,j′) ——— C( i,j) C( i′,j′) &Ó。 : © 1 v yi,j ( t ) = ( v xi,j ( t) + 1 - v xi,j ( t) - 1 ) , 2 (2) ′ ′ , 1 ≤ i,i ≤ M;1 ≤ j,j ≤ N;C > 0;R x > 0 。 1. 2 1U ¦Ô·, Âà À: 1 d (1) = D (1) (1) + (1) dt v ( (1 - β) ( υ (1) ∑ f (1) (1) [ 18 ] + υ (2) ∑ f (2) · (2) )) / 714 k eff - ∑ r (1) + λ C, (1) (3) (2) (1→2) 1 d(2) (1) = D(2) (2) - ∑ r (2) + ∑ s , (2) dt v (4) (1) (2) C = - λ C + β( υ (1) ∑ f (1) + υ (2) ∑ f (2) ) , t (5) :g———; ( g) D ( g) v ( g) ——— g ; ——— g ; ∑r ∑s ——— ; υ ; ( g) ——— g ∑f ( g) ——— g ; ; λ ———。 , , , , M × N , 4 。 , 28 。 :(1) Doppler ;(2 ) , ;(3) 。 (3) ~ (5) , : 1 d(1) = 1/ v(1) dt ( -1 (1) υ ∑ f (1 - β) i,j + (1) ∑r - keff 2 D (1) ) (1) (1) (1 - β) υ (2) ∑ f i,j ( △1x + △1y ) + k eff 2 2 (1) i,j (2) - D (1) ( (1) (1) ) 2 i +1,j + i -1,j + △x D (1) (1) (1) 2 ( i,j +1 + i,j -1 ) , △y (6) - 1 (2) (1→2) (1) 1 d (2) = 1 i,j + ∑ i,j - v (2) dt s Σ (2) r C———; β——— λ C i,j + ——— g ; (1 →2) (2) ——— g ; ( g) 2 D (2) ( △1x + △1y ) 2 2 (2) i,j + D (2) (2) (2) 2 ( i +1,j + i -1,j ) + △x D (2) (2) (2) 2 ( i,j +1 + i,j -1 ) , △y Ci,j / t = - λ Ci,j + β(υ (1) υ (2) (2) ∑f i,j (2) (7) ∑f (1) i,j (1) + )。 (8) (6) ~ (8) : 1 ( ) , C( C) = 1 / 1 , v g C( φ ( g) ) = !4 fG 、0 ¡¢£U¤¥¦B§ R( φ (1) ) = 1 ∑r - (1) Fig. 4 lGR6 Relationships among fast neutron, thermal neu tron and delayed neutron precursor in CNN meshes 2 2. 1 R( φ (2) ) = 1 (1 - β) v (1) ∑ f ∑r (2) A( φ ( g) ) = - 2 D ( g) (1) k eff , R( C) = 1 / λ , ( △1x + △1y ) , 2 2 A( φ ( g) ) ( i,j;i ± 1,j) = D ( g) 2 , △x 2 , , , A( φ ( g) ) ( i,j;i,j ± 1) = D ( g) 2 , △y 电气工程、信息与通信工程·411· 6 ¢ : £ v∑ f (1 - β) 0. 000 9% 。 (2) A( φ →φ (1) (2) ) ( i,j;i,j) = k eff A( φ (2) →φ (1) ) ( i,j;i,j) = ∑ s (1 →2) A( φ (2) → φ (1) ) ( i,j;i,j) = ∑ s A( φ (1) → C) ( i,j;i,j) = βυ (1) ∑ f (1) A( φ (2) → C) ( i,j;i,j) = βυ (2) ∑ f (2) 2. 2 , Matlab 。 2 , (1 →2) 715 ¤¥ , 。 , , A( C → φ (2) ) ( i,j;i,j) = λ 。 , 。 1 6 。 , 2. 2 m × 2. 2 m, 1 / 4 , 12 × 12, 0. 1 m, 12 × 12 = 144 , 12 × 12 = 144 , 1 Table 1 D / cm 1. 262 7 0. 354 3 1 。 Parameter of two groups neutron ∑ / cm r -1 0. 026 19 0. 121 00 υ ∑ / cm ∑ / cm f -1 s 0. 008 47 0. 014 12 0. 185 47 0 -1 v / cm·s - 1 12 500 000 250 000 Simluink 。 3 × 12 × 12 , 12 × 12 , 12 × 12 , 12 × 12 ,。 2. 3 1 , 5 。 5 Fig. 5 Fig. 6 , 6 C(1,1) Flux of delayed different neutron in C(1,1) Normalization flux of fast neutron, thermal neutron and delayed neutron precursor CNN k eff = 1. 117 9, k eff = 1. 118 0 , ·412·电气工程、信息与通信工程 10 s C(1,1) , C(1,2) , C(2,1) , C(2,2) , , 7 ~9 。 ¡ 716 28 9 、 1 / 4 I Q 、 A) , I I 、 A) 。 Fig. 9 3 Fig. 7 7 Flux of thermal neutron in different time Flux of delayed neutron precursor in different time T, I 。 Simulink ; , ( U( , I。 , U V。 : [1] . [ J] . ) , 1993, 14(2) : 122 - 126. , [3] , W, X [ J] . ) , 1995, 16(2) : 124 - 128. ( S1) : 162 - 168. [4] [5] [6] [7] [8] Fig. 8 Flux of fast neutron in different time [9] - . - [2] Y, . ¡¢ 8 , W, X [ J] . , 2008, 42 Y, . [ J] . ) £¤ , 2009, 30(4) : 28 - 31. X Y, W, . ¥ , W. , \. [ J] . Z[ , 2012, 24(2) : 16 - 20. ¦§2 [ J] . , 2010, 44(10) : 1195 - 1200. [ J] . ) ¨, ] , 2012, 32(4) : 301 - 305. , ©^. [ J] . ) « , 2015, 36(6) : 4 - 9. ª#$ %, «¨_, `a¬, . ª#$[ J] . ®b & cd, 2018, 30(1) : 176 - 181. 电气工程、信息与通信工程·413· 6 Ì [10] [11] Trans Circuits Syst, 1988, 35(10) ,1257 - 1272. Kozek T, Chua L O, Roska T, et al. Simulation nonlinear waves [15] and partial differential equations via CNN - partⅡ: typical exam Balsi M, Marongiu A, Cimagalli V. Electromagnetic field simula ( CNN) method to the nuclear reactor dynamics equations [ J] . Kamal H, Ahmad P, Navid A . Application of cellular neural net work ( CNN) method to the nuclear reactor dynamics equations [ J] . 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School of Electrical & Control Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China; 2. School of Electronics & Information Engineering Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China) Abstract:This paper aims to improve the positioning accuracy of fiber optic sensing and positioning system and proposes a dualmach zendler interferometer ( DMZI) fiber sensing and positioning system based on conventional DMZI positioning method and common optical path technology. The method in volves filtering and reducing the noise of the signal using the crosscorrelation delay algorithm and thereby enables an effective reduction in the noise signal and greater improvement in the accuracy of the time difference. The results show that given the same conditions, compared with the existing DMZI fiber sens ing and positioning system, the optical fiber sensing and positioning system based on the ordinary optical path double Mach zendler interferometer could provide a higher positioning sensitivity, a better positio ning stability, and thus a greatly reduced positioning error. The study verifies that the improved system could aid in effectively improving the positioning accuracy and stability, and the efficiency of underground emergency rescue. Key words:positioning system; fiber optic vibration sensor; ordinary optical path technology; doub le mach zendell interferometer 2345: 2019 - 10 - 14 6789: (2012YQ150213) :;<=>?: ( 1968 - ) ,,,,¡¢,£¤¥¦:§¨©ª«¬,Email:gst1994@ 163. com。 电气工程、信息与通信工程·415· (6 ' &%$, :\]ìí - îïðµÅÆ}| (1 - K) ΔΦ[ t - 0 、、 、 、 、、 n( L + z) + π] } , c º:I0 ———[ ; K———+ 0  1 } t——— (2) ; Ýã; L———¨; , 、 [1] 。 ¡¢£ 721 、 z———û ; n———õÑ; Sagnac、Michelson ¤ Mach - zehnder ¡。 ¥ ΔΦ———çÆ; c———¿; ¦¡、 §¨¤©ª¨«¬®¯ °。 ±²³´µ¶·¸¹º λ ———。 [2 - 4] 。 Sa »,¶¼½¤¾¿½ÀÁ¯õ gnac ¤ Michelson ¡º,Ķ·ÅÆ ¶ÇÈÉÊËÌ, ¶·Åƫ͹ÎÏ ÐÉÑÒÓ。 ÔÕ«ÍÖר¼ÙÚÛ, Ü [5 - 8] 。 áâãä ݶ·ÞßÉàÉÑ ¤åãä¶·æçè, éÝêëìí - îï ðµ( DMZI) ¡º¶·Æñ。 ò¦Å Æ«ÍóÎôõ, ö÷øùúû。 üÐÉ ÑÒÓÅÆ«Íç½, ãýÅÆ«Í Ü ¶·ÉàþÞ。 ÿê ¶·~¦ §}|ºÆñ,{[êר、\] ¤ú^_`@, ? DMZI ü Sa gnac > Sagnac ü Michelson µç`_ [9 - 12] 。 =<{[;¸¹:¡ DMZI ÅÆ}|,¶·ã, ö ¶·Æñ。 1 M - Z 1. 1 DMZI ( l1 ¤ l2) , ç «-。 âãä«-, l1 _ C2, åãä«-, l2 _ ç }|º C3。 l1 : ÿ C1 - C2 - C4 - C5 - C3 - PD2, l2 : ÿ C1 - C3 - C5 - C4 - C2 - PD1,,/, ( IPC) ¦æ»[] 。 ÄéÝ,PD1 ¤ PD2 Ý ÿ: I1 = 1 1 2 π·n·ΔL + I0 + I0 cos{ 8 8 λ (1 - K) ΔΦ[ t - I2 = n( L - z) ]}, c 1 1 2 π·n·ΔL + I + I cos{ 8 0 8 0 λ ·416·电气工程、信息与通信工程 Fig. 1 τ1 = DMZI Principle of DMZI sensing system n(L - z) n(L + z) 2π·n·ΔL ,τ2 = ,ΔΦL = , c c λ º:τ1 、τ2 ——— :¶·ãý; ΔΦ L ———*çÆ。 (1) ¤(2) ÿ: 1 1 I1 = I0 + I0 cos[ ΔΦ L + (1 - K) ΔΦ( t - τ1 ) ] , 8 8 (3) }|; DMZI,? 1 。 / ÿß»[.,¹_ C1,, _ C1 ¯ø 1 I2 = 1 1 I - I cos[ ΔΦ L + (1 - K) ΔΦ( t - τ2 ) ] , 8 0 8 0 (4) (3) 、(4) ): 1 I1 ′ = I0 cos[ (1 - K) ΔΦ( t - τ1 ) ] , 8 I2 ′ = - (5) ç é: 1 I1r = I0 cos[ (1 - K) ΔΦ( t - τ1 ) ] , 8 I2r = (1) 1 I cos[ (1 - K) ΔΦ( t - τ2 ) ] 。 8 0 1 I cos[ (1 - K) ΔΦ( t - τ2 ) ] 。 8 0 (5) (6) (7) (6) ¤ (7) ¶·ÿãýæçè ¶·,¡¢ãý£: Δτ = τ2 - τ1 = n(2z) 。 c 722 © ª « z Δτ : c·Δτ 。 z= 2n ¬ z,。 1. 2 M - Z M - Z 。 , ( DFB) 。 3 4 , 。 DFB 1 。 。 a(1 - 2 - 5 - 6) ,b(1 - 4 - 3 - 6) ,c e(6 - 3 - 4 - 1) ,f(6 - 5 - 2 - 1) ,g(6 - 3 - 2 - 1) h(6 - 5 - 4 - 1) 。 , a b, e f。 ° 29 ± ¯ D[sin ωs (t - τi1 ) - sin ωs (t - τi2 )] + φ0 (t)}。 (9) , PD2 ,: I2(t) = A + Bcos{d[sin ω0 (t - τc3 ) - sin ω0 (t - τc4 )] + D[sin ωs (t - τi3 ) - sin ωs (t - τi4 )] + φ1 (t)}。 :τ c3 、τ c4 ——— pzt (10) ; τ i3 、τ i4 ——— A———; B——— ; ; φ0 ( t) 、φ1 ( t) ———¡¢£¤¥ ¦。 § PZT ,¡¢ τ i1 = n( L A + L E + L x ) / c, 。 ® I1(t) = A + Bcos{d[sin ω0 (t - τc1 ) - sin ω0 (t - τc2 )] + (1 - 2 - 3 - 6) ,d(1 - 4 - 5 - 6) 。 ® τ c1 、τ c2 ———( pzt) ; τ i1 、τ i2 ——— 。 1 ( PD1 ) , (8) (8) , n、c , , I1r I2r Δτ, 2 τ i2 = n( L E + L x ) / c, τ i3 = n( L A + L E + L F - L x ) / c, τ i4 = n( L E + L F - L x ) / c, 3 τ c1 = n( L A + L F + L E ) / c, 2 τ c2 = n L , 2c E τ c3 = τ c1 , τ c4 = τ c2 , Fig. 2 2 M - Z Principle of MZ sensing system based on com mon optical path interference technology E1 = E1 exp j{ ω c t + dsin ω0 ( t - τ c1 ) + L A ——— sinω0 ω c ——— ; d———; ω0 ——— D——— ; ; ; ω s ——— ; (13) (14) (15) (16) (18) ; ; I1( t) = A + Bcos{2dcosω0 ( t - Dsin ω s ( t - τ i2 ) } , a (12) (17) ¤(11) ~ (18) ¥ (9) 、(10) (10) ¦ sinω0 :E1 、E2 ——— £ (11) L x ——— 3 ¨ ; L F ——— 。 Dsin ω s ( t - τ i1 ) } , E2 = E2 exp j{ ω c t + dsin ω0 ( t - τ c2 ) + :L E ——— sinω0 τ c1 + τ c2 )· 2 τ i1 + τ i2 τ c2 - τ c1 + 2Dcosω s ( t - )· 2 2 τ i2 - τ i1 } + φ0( t) , 2 I2( t) = A + Bcos{2dcosω0 ( t - sinω0 , (9) 、 (19) τ c3 + τ c4 )· 2 τ i3 + τ i4 τ c4 - τ c3 + 2Dcosω s ( t - )· 2 2 τ i4 - τ i3 } + φ1( t) 。 2 (20) 电气工程、信息与通信工程·417· ÁÂÃ,Ä: - À6 ( PGC) (19) 、(20) , : n(LA +2LE +2Lx ) nLA ]·sin ωs ( ), φs1 (t) =2Dcos ωs [t - 2c 2c n(LA +2LE +2(LF - Lx )) ]· φs2 (t) =2Dcos ωs [t - 2c nLA sin ωs ( ), 2c :φ s1 ( t) ——— I1( t) ; φ s2 ( t) ———。 (19) (20) 。 φs1 (t) 723 ¦§·¸ £ § 。 3 3. 1 , ¥¦ ±²³´¢ 50 kHz,¦§µ¶· ¨©。 ±²³ª« 10 ns, ²³¸¢ 450 MW,¹º©¡¢»¼, ²³¬®¢ 10 ~ 50 kHz。 ½ 3、4 ¯ DMZI ¾¦° DMZI ±。 φs2 (t) , 。 △t = n(2Lx - LF ) / c, 2 Lx = ( c△t + LF ) / 2。 n , , 。 x( t) y( t) ,n1 ( t) n2 ( t) , , - , : x( t) = I1 ( t) + n1 ( t) , y( t) = I2 ( t) + n2 ( t) 。 : 1 Rxy (τ) = lim T→ T ∫ 1 0 - x(t)y(t + τ)dt = lim T→ T T Fig. 3 DMZI DMZI vibration curve ∫ - [I (t) + T 0 1 (21) n1 ( t) ] [ I2 ( t + τ) + n2 ( t + τ) ] dt。 I1 ( t) I2 ( t) , ,,(21) : 1 R xy ( τ) = lim T→ T : ∫ - I ( t) I ( t + τ) dt。 T 1 0 2 , (21) ∑ N -1 -1 I I ( n + m) 。 N n =0 1 2 R xy ( m) , R xy R xy ( m) = m , Δτ = m′·T, z。 ′ 3 (21) , ¡¢£ , ¤¥¦, § ¨ 。 § ©¡¢ £,¤ ª«, ¬, ®¯° ·418·电气工程、信息与通信工程 Fig. 4 4 DMZI DMZI vibration curve of common optical path interference ½ 3、4 ¿,²ÀÁ³´,¾¦ °µ¶ M - Z ¦§·¸µ¶£· DMZI ¦§·¸µ¶¹ºÃ, ÃÄ» ±, Å。 3. 2 ¼Æ, ¯ ½ - ǧ È,ɾ¶¥¿,ÊËÌ ÍÍÎÏ,¦Ð,ŧ 724 Ô Ë Õ Ö 。 5、6 DMZI DMZI l N。 ´ ´ × 29 Ø Î , DMZI 。 DM ZI , , , ,。 ¡ ,¢,¢£ ¤,¤。 , DMZI , DMZI ¥ ¦、 §, , ¤¡ 5 Fig. 5 DMZI DMZI localization results ¨¢,£¤¥ : [1] [2] [3] [4] [5] ¨©ª, «¬, ® DMZI Fig. 6 DMZI positioning results of common optical path interference °³[J]. ´±µ²³, 2016, 45(6): 239 - 242. ¶·[ J] . µ¸¹´¹, 2014, 51(8) : 35 - 38. º»¼, ½¾¿, À Á, ©. ºÂû¼ ½, , ¾, ©. ¿À [ J] . ´ ; 6 ,, DMZI, DM 4 [7] [9] [10] 。 [11] ½ ÄÅÆ[J]. Çȶ·Á¹, 2019, 56(9): 1859 -1871. ½ , , ® , ¸Â, ©. ÃÄÉÊ ¶Å [ J] . , ¹. . Î[ J] . Â, 2019, 45 (6 ) : ¿À Í , 2019(3): 18 - 23. ȸÆÇ¿È , 2019(10) : 79 - 80. É, ª, ÊË. OFDR ½Ï . ¶·[ J] . ¶·Ì[ J] . , 2019, 43(6) : 9 - 12. ²´Í´Î, 2019, 11(2) : 98 - 101. , , Ï´. µ MZ ¼ [ J] . , ¸, [12] , 2019, 45(5) : 586 - 589. Á¹[J]. ²°ËÌ [8] 5 ,DMZI ZI [6] ¯, ©. °±²ª«¬®¯ ¶©·, ¸©ª. ª«¬®¯°´µ 114 - 120. 6 ¦§。 ½ , 2019, 43(6) : 1 - 4. , ©. ÐÑÒÐ ÅÆ[ J] . ¹´Î, 2019, 48(2) : 56 - 67. ®, , ¸Â, ©. ºÂ» ( ) FPGA [J]. ¸¹Ó°½´Î, 2018, 32(11): 125 - 131. 电气工程、信息与通信工程·419·