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电气工程、信息与通信工程合辑.pdf

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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.  ­€‚ ƒ‚,  150025) ":    ­€‚, ƒ„ † ‡ˆ‰Š‹ŒŽ‘,’ “”•、“–—˜™š›œžƒ ‡Ÿ‡ˆ。 ¡ ¢£¤Ž‘ ¥¦§¨©ª«¬®¯°ª±²¬®³´ µ¶·。 ޏ¹ ADMAS º MAT LAB »¼½,‰Š¾¿ÀŽ‘。 ¾¿ÁÂÃÄÅÆÇ ÈÉÊË̍ ÍÎÏ。 Н ­ ¥¦šÑÒӏ ¬®ÔÕ。 #$%:ƒªÖ×; ¬®; ‡ˆ„ ;  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 threedimensional force feedback manipulator, a selfdesigned approach used in surgical operation. The paper provides an indepth analy sis of time delay occurring in master operation control system and introduces the greatest reduction in time delay occurring master control system using multithread and multievent 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 ÊËÄÌ̓ÇÎÏ [4] 。 Kazerooni ÒÀÁÓÔÕ¡ ÈÉƒÇ   [5] œÃÄÖÆƒÇÎÏ 。 רÙÚ« ¬ˆ‰®¯°± ²³´µ¶ œ·,¸¹º»¼ ½¾。 Nathan ¿ Herve ÀÁ áâ。 ã¬äÄ åæ±çè ÎÏéê,ÀÁ«ë 、«ìí‚îïðñòå ó,ô œÃÄÅÆƒÇÈÉ æõöéêœÃ÷¯°ø ùú,ûüýþé £¤,¥¦§‚ƒ¢—‚ [1 - 2] ¨©,ª« 。 Streit ÀÁ ÛÁƒÜ œÃ¤ ÝÞßà 2345: 2013 - 12 - 11 6789: „ †‡‚ˆ‰Š‹(12541713;12541723) :;<=>?: ŒŽ‘(1978 - ) ,’,“”„•–—,˜ ™,š›,ˆ‰œž:Ÿ¡、ƒ¢—,Email:wang - hongmin@ 163. com。 电气工程、信息与通信工程·1· á3 ¹ âãä,Å: ,  。 1  ­€‚ƒ„ †‡ˆ。 ‰Š ‹ŒŽ ‘’ “”•–—˜™š,› •œžŸ¡, ¢ £¤¥¦ §。  ‡ˆ¨©ª•«¬ 1®。  ‚ƒ„ †‡ˆ‰Š‹ŒŽ‘’ 2 、   €†ª‚ƒÁ¡,ØÌµѕ   。 ¡,ѕ Ù¥,Ó ªÖ ´µÚŸÛ,— ™š。 Ö¸¹ ts «¬ 3 ®。 ¯¬ 3 °›± ,Ð     ­€   ѕ ÔÕڟÖ¸¹É 94 587 ms。 Ðѕғ  Š 100 63 ms „ ͸¹Ä,Ü。 —  ݦÞ,„ÐÔÕғ,Ö²³ª Á¡ ²³­„Í, ¡ÖÖÑ •。 ÐÔÕÖ¸¹ t d «¬ 4 ®。 ¯¬ 4 °    Fig. 1 ‚ƒº®。 ¬ 2b ƔÇÈ»É10 ms ½¾。 Ê Ë,°Ì „͸¹Îϙ» 100 63 ms。 [6]  „Ðѕғ ,Óѕ ɲµÔÕ,ÄÅÔÕÖ¡,¢  Öѕ†‚ƒº®Ñ•。 ѕ×­  1 ¯¬ 1 °›± ,ŒŽ²³‹´µ” •,¶·ž—§—·ž£¤¥¦。 ¬ 2 ’¸¹ t z †‚ƒº®» t h ®¼。 ¯¬ 2a °›± ,¸¹ 90 ms ½¾。   ¿ÀÁÂ,Ãĝ ­€、£¤Å      273 假ˆ ›± ,ŠÐÔÕғ„͸¹ É 36 5 ms,܏ßàÀ„͸¹。  Control systems flow charts of manipulator                            Fig. 3          3  Data sending cycle of multithread                          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 multicase 274 3 ž Ÿ ¡ ¢ £ ¤ š š ¦ 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, ƒ„ ,‹ A i B i Œ B i C i  :a ix = [ x ai G1iy = G1i ·b iy = - G1i 2 y bi , ƒ„ 。  ,‡ˆ‰Š‹ 6 G1iz ]  B i - x Bi y Bi z Bi  L = 0, 2  ƒ„ † ; 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 ——— Ž 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 ‘ ’“,      • ‚ — ’ ˜   ™  š › œ ‹: 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¯  { †ƒ‡ˆ‰  。  a3x ·b3y                                     Fig. 7 4 7  Centroid analysis of semicircular 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   ­€‚ƒ„ †ƒ ‹ŒŽ。 ‘’“ ” •–— , ˜Š™š‡›œžŸ¡¢ ‡ˆ‰Š £¤¥,¦§ ¨©ª«¬‹ Œ‡ˆ‰。 ®, ‡ˆ‰ ¯ °±, †ƒ®²±³´µ ¶,· †¸,¸ ¹­ƒ„€‚。 276 ¯ ° ±  ² ½ 24 ¾ ³ [ C] / / Proceedings of the ASME Mechanism Conference. 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(  ) 电气工程、信息与通信工程·5·  24  4  Vol. 24 No. 4          Journal of Heilongjiang University of Science & Technology 2014  7   PID   1  July 2014 , 2  , (1.   2.  ƒ„ 1  , ­€‚ 150022; †, ­€‚ 150022) ":  ,   。  IMAC400  PID  ­€‚,ƒ„ fuzzy logic  PID ­†‡ˆ,‰Š‹ ! PID ŒŽ‘ ­† PID  ’“。 ”•–—˜™:š›œžŸ¡¢,£¤ PID ¥¦§¨© ª« - 8 602 9,¬Ž‘ ­† PID ¥¦§¨©ª« - 8 492 2。 Ž‘ ­† PID ®¯ °†’± ² ³´µ¦¶·。 #$%:IMAC400; PID; Ž‘; ­† doi:10 3969 / j. issn. 2095- 7262 2014 04 018 &'()*:TP29 +,-*:2095- 7262(2014)04- 0418- 04 +./01:A Application of fuzzy logic PID selftuning 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 selftuning 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 selftuning PID technology in terms of control performances. The results suggest that in the parabolic response, the fuzzy selftuning PID technology exhibits the maximum controlled tracking error of - 8. 492 2,compared to - 8. 602 9 for conventional PID. The fuzzy selftuning PID technology holds promise for a significant improvement in the stability and precision of motion control system. Key words:IMAC400; PID; fuzzy logic; selftuning ¬®¯°±²、³„´²µ¶·¸¹º。 »¼§©ª ½¾¿ÀÁÂÏī, ÅÆ ²ÇÈ,ɦ²ÊËÌ·ÍÎ。 ŽÏ, [1] ÐÎÑÒÓ«ÔÕÖר«Ô  。 ÒÓ 2345: 2014 - 05 - 06 6789: ‡ˆ‰Š‹ŒŽ(51075128);‘‰Š‹ŒŽ(QC2014C063);‘’“” :;<=>?: — ˜(1958 - ) ,™,š›‘œžŸ,’¡,¢£,•–¤¥:¦§¨ ·6·电气工程、信息与通信工程 •–ŒŽ(12531601) ©ª«,Email:zhaocan - hist@ 163. com。 :4 / . -,ª:·¸ PID º½¾´µ« 419 ÃĆ ,  。  、, †( ä哂þ¦]‡€^ˆ ) 。 ÞÃĆ [åΉŠ:€‹‹[匎;‘  ,  。 ­ €‚ƒ„, †‡ˆ‰Š‹ŒŽ‘’“ ‹æ¾[匎。 [ª“’°›¦ ],Á“”«ýþ°œ[,˜™‡_†ä  [2 - 4] 。 ›œ ”•–—˜™ š ”žŸ¡ , ¢£¤¥¦”ž åæ¾,¯[•–°—¥³ÚŒŽ¿ä åæÃÄ。 ˜ª`¥Î±™šÃĆ­«›œ –—。 §¨©ª«¬‹®€¯°±²³ PID ´µ,¯± PID [5 - 6] 。 ¶ª˜™ PID \žŸÃă , Þ¯[æÃÄ€ ×[å¡È。 ¢£­ IMCA400 ͆“ PID à ´µ“·¸´µ¹º»¼, ¯°·¸º½¾ PID ´µ [7 - 9] ,¿ÀÁ« ÃĆ, 1 ¨) :ð菩äÂÃÄ‚þ,K P ª¨ ÃĂþ«’。 ¬Ãİœ‚þ, ® –—ƕ。 śœ­ Ä  ¦ ]  ¤  ³ Ú ¥ ¦:     K P ( ¤  Ixx30,Á† xx ØÙ§, 1 §ØÙÎ I130,¢ è。 ¯®ÃÄï¯@, }°ï¯Ãı ²¦³,   †‰Š•´µÅÇÈÉÊËÌ IMAC400 •ÍÎÏÐ’,ÑÁºÒÓ |~Ãľ{,´µ¶·“¸°œ,¹? |ÿ。 ÔšÕ­Ö×ØÙ³ÚÆ,›œÖÛÜ ,Ýޛœ 。 Á†,ßàáÀØÙ•  ÓÔâãäåæ IMAC400, ÝޛœÓÔçè PID 。 «•ÃĆ,ØÙéê’ÀØÙä åâãŽëæì’,íîï。 ðÃÄØñ çè«òóì’ô³Ú。 ÓÔèõö¯      IMAC400,ïäåâãŽëæòóì’, › œ±Ãā{,Þ›œ±Ãā¾{。                   Fig. 1 2 1  Blade measuring motion control system IMAC400  PID  IMAC400 «¦ PID ’‹®€, ± ï“ï[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 ÃĆ­«‚þ¤>, õö¡¸[†²            =¼Ãľ{。 ¬, ðè½}Ş ŸÃľƒ , ÃľÂ。 øð       ÷,øŽùúÌËûüýþÿî •Æ~。 Þïäå}õ|æ Ò,Á¾{。 ¬, †Ñ 1     š Õ, À   Ó Ô ä å â 㠎 ë æ      ­«€¾‚þƒ, äå „| è`¥¡ÃĂþ¤>, ¬Ã Ăþ<¿«‡€¾,®ðèÀÁ†, ¢—¥Ã™“ü€ ¾{³Ú。 Ä„}Å­ÃÄ ï[å Kvff ( ¤ Ixx32) : ðè`¥™š ÃĆÞÿî¾ýþ, ¡ÁÅª 。 ü K I ( ¤ Ixx33) : ðè†`¥ ÆÇÃľýþ, ÈÉðè|~ÃÄ ¾{,¤Ê±ÃĆ。 ü·Õ IM( ¤ Ixx34) : ¬ðùÔÎ 0 ® ü’«Ë† «ïÎ;ƒ„  †; ¬ùÔÎ 1 ®ü’ †,ƒ,«̆’Éü †,ü’’°‚þͦ¤>,Έ¬ 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 ¶ · :      š  ƒ  ¥ ´ µ { NB,NM, NS, ZO, PS, PM, PB} ;  š  e、 e c  ¶ 。  K aff (  Ixx35) :  · ­€‚  , ƒ„ †‡ˆ‰ Š‹ŒŽ。  (  Ixx68) :  ‘ ,‘ ’  ­, 3 { - 3, - 2, - 1,0,1,2,3} ; ƒ PID ®° ¶· ” 3 2 { - 3, - 2, - 1,0,1,2,3 } 。  ³¸¹º»¼ž  ½®€´, €´µ¾¿ˆÀÁ¶ ·  , : €‚Ž。 ke =  fuzzy logic  PID  k ec = IMAC400  PID ­ƒ“” „ •, †‡ ƒ“‡ˆ‰‰– ­Š。 —€˜‹™š–  ‹,Œ­•Ž‘、’ “”›•œ– , € Œ–­ ’ ˜ PID — ž  ­ 。 ˜ ‹ Ÿ,  ¡ ¢ IMAC400  PID ­£¤¡™š¥, ¦§ PID ­ ¨‰。 ¥ PID —ž ­,›œ 3 ž。 Fig. 3 | e | 、 | e c | ———Ç    PID  Fuzzy selftuning PID control system principle ¥©£Ÿ¡ª« ­ ¬¢:  ¥®、£¤¥、¥¦§¯¨¥,›œ 4 ž。 §, €´ ku = ‚Ž“‚Ž®°¶ ÊËÇ u , n (3) , ¦É  £‹ fuzzy logic  PID ›Î„š, ³„ ƒ( ΔK P 、ΔK I 、ΔK D ) ,ª· PID —ž¨‰ÏÐ ¦ ÑÒÓÔÕ,Ö¥×Ð,›¾ 1 ž。 ˜ 49 „, ›Ø©Ù¸‰¥×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 ,ŒŽ ŒŽ®°¦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 ———®€´; ¨‰    ©ªº»¼ž 。 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 ¥©š©ª€Š‚Ž e( ¥ ®« E) “‚Ž®° e c ( ¥®« E C ) «ˆ 。 ƒ © ª   PID — ž   ® ° Δ K P 、 3 4 ( °± ) ±²„ž “ ΔK D ¥´µ‰³   Δ K I 、 Δ K D «ˆ , ¬® PB ( ® ± ) 、PM( ®  ) 、PS ( ®¯ ) 、ZO( ² ) 、 NS ( ° ¯ ) 、 NM ( °  )  “ NB 。 ‰³©ª , ‘ ·8·电气工程、信息与通信工程 ­€ ¹ړ›¥º¸‰»Û܍, ÝЍ ΔK D ¥º ‹Þ。 ǘ e、e c e i 、e c j 、 ΔK D ij , Öš É4 Ê Ë Ì,§: PID „Ž‘œž¢£‚ƒ” : 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 ‚ƒ„ PID ‚ , € PID ƒ€ ‚ƒ : „ € ‚ƒ††‡ˆ‰Š‡ˆ‹Œ‡ 0 023、0 103 s, ˆ„ PID ‚ƒ††‡ˆ‰Š‡ˆ‹Œ , € PID ‚ƒ ‡ 0 006、0 066 s; Ž‘€  ‰’“Š‹‡ - 8 602 9,ˆ„ PID ‚ ‰’“Š‹‡ - 8 492 2。 ­­ ”:Œ„ PID Ž‘’“‚ƒ” ƒ 4  PID    ΔK P 、 ΔK I 、 ΔK D  PID , IMAC400  PID  ,   5  。 ‚ƒ,  ”  ”  •  • š†。 5 –—˜–™—‰˜  œžŸ¡¢£”’“‚ƒ™‹ ¤¥¦,‹š¤§ ‚ƒ¨ IMAC400 ‚ƒ© PID ›   ­ª,  « ¬ ® † ¯ ›  ¤ ¬ °   „   PID ‚ƒ。 ­­ ƒ, „    PID Ž‘’“‚ƒ”•• ¤—‰š†。              :  [1] œžŸ, ¡¢£, ¤¥¦, §. ±²“³œž¨©£ ª´[ J] . ›£Ž‘, 2009, 4(3) : 1 - 3.    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School of Electrical & Control Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China) Abstract:This paper presents a novel FP twochannel control scheme based on disturbance observer and lowpass filter. This scheme follows from studying the bilateral masterslave 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: ­Š‹ŒŽ‘’“(863 ’“) ”•(2009AA044001) ;–—˜™‹Œ”•(12541713) :;<=>?: š›œ(1978 - ) ,ž,Ÿ¡–¢£,¤—¥,¦§‹Œ¨,‹Œ©: ª «、  , Email: wang - hongmin @ 163. com。 ·10·电气工程、信息与通信工程 +4 * 0 427 )(',¦:Å냳´,Ƶ¶ ‘ œ fd ,  þ Ð Ñ ‘ FCT ( force commanded ž,¹èé PCT ÿÐѵ¶Ÿ ‘ IPS ( independent position giving system) , ¹ è é task) [6 - 7] 。 ‘    , 80  90 , [1 - 2] 、 , „ †‡ ˆ ­、 €‚ƒ ‰Šƒ‹‡, ŒŽ‘ ’ FCT ÿÐѵ¶Ÿ‘ IFS( independent force giving system) 。 ø†‡ ˆ‰Šƒˆ,IPS  IFS ôõ öµ 2 ü。 “,”•–—˜™š›œž、Ÿ¡、¢£、¤¥¦ [3] §¨© 。 ª«, ¬®¯°±²³´        µ¶·¸,¹³´º»¼½™µ¶¾¿ [4] À 。 ÁÂ,³´º»Ãó´µ¶·¸  ¬ÄÅ,ÆÇȳ´ÉÊËÌ,ÍÎÏÐÑ Ò,Œ—Ó¬ÄÔÕÖרÙ。 ÚÛÜÝ,µ             ¶ƒÞßàƒáâãäåæÎÏçè [5] éÐÑ Âà。  , ìíîïĵ¶ðÄñòóžôõöµ, Úà   ÷øëƒ³´ùúûµ¶üýþÿ。 ø~} |{, [‹}æ\‘]^ú_`@?ú F - P Fig. 2     ê냳´ `>=,<Ó=ßàƒ、‰Šƒ¦ íî­。 `†;, ;ü[‹= ƒ。  1  '2  IJIKLM#N Causality diagram input and output 2  2 1 6OPQRSTU F - P VW øÅ냳´£èéÐÑ.À, ‚æ/  ùúû:°â¡”ç¢ãù£Ç ¤¥,ü„ þÌ—µ¶ýæ IPS。  µ¶˜ƒËÿ« , 1 ü。 Ì Á æµ¶ ½º»、€‚ƒ¦ ,€ ñ òóžäåöµ。 †{, µ¶½‹öµ ÷¸µ¶ßàƒ, ·¸ [7] µ¶ƒÞ ­ 。  ¢ßàƒ, «ˆ¬Þ[-‰Šƒ, ® À¯˜F - P `>。 ïĵ¶ôõöµ  3 ü。      P [6] 。 ‘    æ IPS «Ý,¦Þ§†‡‰Šƒ,¨Þ†‡ˆ©€ö ßàƒ ª , í  ‘ F - P  PF -       Fig. 1 '1       @ABCDEFGH Model of linear two port network model   '3 €µ¶çèéÐÑø:‚œžƒ‘„Èë ³´†‡ˆ,‰ŠÀ‹éŒŽ‘’ “ vd ,  þÐÑþÿ‘ PCT ( position commanded task) ;€ùúû”çȕ“/³´†‡ˆ, Û –—˜、™š›¦,ø‰ŠÀ‹éŒŽ 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 ­€‚,ž ‡。 (2) :        ,  ,      ;     。   , €‚ƒ。 ƒ­„ † ­€‚„ ‡†, ­€‚,­ Structure diagram of disturbance observer       Tm ( s) = ( m m s + b m ) V m ( s) ‘  ‡ˆ‰,ˆ‰ ŠŠ‹‹Œ(3) ŒŒ: Ž Fig. 5  Q( s) = g / ( s + g) , 4 5 g - F s ( s) 。 (3) s +g ­€‚‘’“”• ,‹™ Q( s) = 1,š 5        Ž–—˜   ‡ˆ‰’ “”Œ(1) ›œ。 ž•Ÿ¡¢ ,‹–,­ Fig. 6 6  Equivalent diagram of disturbance observer £¤—¥˜¡¢, ™¦š [8] §™› 6 œ½²¾¿ 。 °±‰ˆ, Š‹‹ Œ(7) ˜Œ(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 Œ(4) œ m 珟、 b珓 ¡§™®˜¢¯£ «¬„Ÿ 。 °¤’¨±²¥¦§¨©«¬³ µ¶ªž, «† F dis , š’¨ 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)  Žž¦‹›œ ¤ž¦­·¸¹º¤–, ‹¤’¨»¼«¬,ž 5 ‡。 5 œ½²¾¿Šž–ˆ‰。 ’¨¬œ,, ®© ·12·电气工程、信息与通信工程 ^ (8) ¤Œ(7) 、(8) ²Œ(5) ,‹ m V( s) + F dis ( s) (1 - Q( s) ) = F0 ( s) 。 珟sV( s) + b珓 Ž’¨ ´ (7) F( s) = F0 ( s) + F dis ( s) 。  ,©œž–„ g [ F( s) - ( m V( s) ) ] = 珟sV( s) + b珓 s+g 4 2 2 (9)   2 1 Á¤š„³ , £´ „Ÿ˜‹›‡: ^ 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) 。 Ž IPS £´ (11) (12) (13) µ,¶£´–ƒ v m , –šƒ f m ,‡ v s ‹™ £´–š,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, ‚ƒ„ (18) 。 † ƒ„‡,ˆ‰,  ­,Š‹(18) Š€‚  ‚ 3   (17) 。 429 ÁÂÃ,Ä:Å£«ÆÇ°—£™š               m s s2 + ( b s + m 珟s g) s + ( k s + b珓 s g) = 0。   (18) 8 Fig. 8  ƒŽ‘†’“”•– ­€— ˜„ - †™šƒ›, œž“„Ÿ‡– Œ [9] ™š‡¡¢ˆ‰ 。 Š‹ŒŽ–„‘’“” • 7 Š‚,Š‹ŒŽ–„‘’–—˜™š• 8。 †ŒŽ› –—œ 1. 15% , „‘’› —œ 5. 00% 。 4  Error curve  —£¤¥ ž¦§¨©¢ªšŸ , ¤¥§ • 9 Š‚。 ¦§Š‹Œ¨–„‘’• 10 Š‚。 ¡«Œ¢£ –                Fig. 9   Š‹ŒŽ–„‘’。 • 10a ¯, Š‹ v s °    Š‹ v m ¬±²®  ¯°。 ±¯°© ²³´µ¶:‚°·Š‹¸¹ ³· º„¯,© »¼½¬¯,‚´ –¾“‡         Fig. 7 Experimental system ©• 10 ª«,ž¦™šƒ¬®  7     9   †,µ·´ ¶¿Š¬±·†¤¥¸¤À° ¬¶¿Š¬±。 • 10b ¯, ©†·¹º„Á »¼½  Velocity and force tracking of slave to master , ·„ fs  “,¾¦„Æ º™šÇ¬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¶¡ ™。 œ     :  [1]   [2]        [3]    [4]         [5] AVUSOGLU M C, SHERMAN A, TENDICK F. 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Vol. 24 No. 5 ":   , ­€‚ 150022) , ­€‚ †‡ˆ‰Š‹ŒŽ‘’“”•‘,–—˜™š›œžŸ¡¢£。 ¤ •‘¥‹ŒŽ‘¦§ BP †‡ˆ‰¨©ªŸ«, ¬ˆ‰€„, ®¯°±š, ²³Ÿ¡´µ –¶ ·›œž¢£,¸ MATLAB / Simulink ¹ºŸ¡·»¼½¾。 ¿À ƒ„ ÁÂ:¤•‘ÃÄÅÆ DSP Ç¢£Èɘ™šœž¢£ÊËÌÍί°ÏЄ ,„²³´µÑҜӴԞ,–—Õ˜™š›œž, ®ÕÖ×± šŸ¡ØÎ€。 #$%:; DSP; †‡ˆ‰; ‹ŒŽ‘; ˜™š 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 boomtype 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 boomtype road headers are exposed in mine tunneling. This method performing better for controlling constant power variable frequency speed system of boomtype 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:;: ƒ„ (1967 - ) ,†,‡ˆ‰Š,‹Œ,Ž‘,’“”•: cc@ 126. com。 Š、– —、˜™š›,Email:ycxh101 - 电气工程、信息与通信工程·15· 540 3 4 5 µ  ,  。  ­€, ‚ƒ„ †‡,ˆ‰Š‹ŒŽ: ‘’  ,“ ”•– —˜™š›œž;Ÿ¡¢£,¤¥¦ [1] §¨;©ª«¬®, “¯°± ² 。 ³´µ¶ ¸¹º»– , ¼½¾— ˜„ ¿À ,ÁÂÃ、 ÃÄÅÆ ÇÈÉ«Ê˗˜É,‹Ì²ÍΫÏ,ÐÑ „· ÍÎÒÓ,̲ÔÕÖ ×ƒ ,‹ØÙÚÛÜÝ Þ。 —˜É ßàÉáâ㯠äÝ,—˜É ßàÉÅåæç 蒫Ïé¾êë。 숉Šè’Ž, ̙íîï ðñòó‚ô©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。 áݕåøù:  ‹ DSP ÷ ù,}|{ú[‚ DSP  <|、# 、 —˜ú†­ §‡, ˆ ­‰ø。 † ™Š­:  á —˜,Ø ü@Ÿ 、 ú、 ™ú。 ”• DSP øù: ™øù,©ü@Ÿ \ÊËßàÉ,þ ]?Ïü@ÊÉ, ±ûɳË¡üý [3 - 4] <;ÊË 。 2  2 1 BP  BP ô©õöáíîŒ"ñŽ‘’"õö, “-,+* 2 )(。 õö”•-, , í 㖑㗘 ™,™Žšš›œÅ。 * 2 ž, ™Ž x1 ,x2 ,…,x n - 1 ,x n >=|{ Þ, ™ ™ Ž y1 , y2 , …, y n - 1 , y n  > =  ! Ÿ         1  Fig. 1 Structure of constant power variable frequency speed controller '* 1 “ ‹  ™, ø ù > =  Ò。 BP  BP neural network structure 。 “ãô©¢£ , ˆÿ ¤¥¦ ~<§¨©Ýå¦, ™“– ¦,$ ÖÈ,±ª“ þÆÈɁå¾Þݕ ¦,̲«¬®«Ï。 0¯°± ²³ ò 。 ô©õö¦´µ , ©~€‚ô©õ ö¾¶· Ö。 ¸¹§º«»±¼½­ ¾¾ ,ô©õö¿ ¬®™\。 0ÀÁ 。 'ã íáݕ}|{: ñ: (  ñ:、ñ:、ñ:、½Éñ:、 ú[ñ:、ûÉñ:、 &;ñ:、 ñ: ñ:) , ú[}|{Ÿ , |{Ÿ ·16·电气工程、信息与通信工程 2 BP ô©õö‹¡ãïÓŽ: 0툭    ú,   Fig. 2         ؆%  $ò,ÿ~ô©õö‚ðñò󭀂 Œý,^ƒ ™øùü@Ÿ 。  „Ò        ø ­‡­ ˆ‰Š?Ïü@ÊÉøù:/.-, +* 1 )(。   0 24 6 # ™Þ。     2  1 ¾  É ¶ )}Âú ô©õö“«þ] Âà™ÂÃÀÁ ÄÅ。 ÆÇÀÁ >=, ô©õö£ é ®È,è1ÉÊÀÁ «ÐÑ。 0¡<Ò ËÌÍÎÌÏ« <2Ó 。 ©~€‚“ ‹<;Ê˓õö-,äÝ, Ô>=™]À üýÆ,“<;ÕíÖ×ÊËõöäÝ,ØÂ ì5  。 BP : (1)  BP ( ) , , 。   ,  。  (2) ,  。 (3) 541 íîï,’:ØÙ¤ÚœÛܾÝ¸ŒÃ¢Å× »;Ï¿®··Š, Ÿ¡ ¢£ºŒ „,€Ã¢ÅŠªÐƒº。 •–” âÅ,˜“ÏŸ¡•–”áÐ  âãä;嘓Ï,âŠа±  æ ç   ª ¶ è é, ¿ • –  ”   ¸¹。  ,  ­ €‚,ƒ。   ,  (4) ,ƒ„。  † BP ‡ˆ‰ ­Š€‚ ƒ„‹ 、 †‡Œ„Žˆ‰、‘Š‹ŒŽ ­。 “”• BP –— ˜™’ “”。 ‘ ’ 2 2     ,     •–”—˜’™š›œ、 š›ž‰•–œ ‡ž‹“”,ˆ‰: (1) Ÿ¡‰¢£。 Ÿ¡¤¥„¦¢§¨ ©¢££¤。 (2) ª¥„« ›œ。 ¬Ÿ¡‰–®¦¯ §ƒ °     ,   ¨     “   。 (3) ’ž±²。 ±²ž‰³´µ†© ” ­ª¶«¢£“·›œ。 ª¸›¹§© ¥„ž‰º»,¬‚Œ¼½Œ„。 (4) •–¾。 Ÿ¡˜›œ、 ¿ÀÁ ¾。 ① ›œ¾。 ›¡ÃÄŔ。 ƞ‰ ›œª¥„®ÇÈÉ。 ② ¿À¾。 Ÿ¡¯¿À”,°±Ê˟¡ ‰›œ¿À²³´µÌŸ¡‰, ÍÎ϶ ЃѬ¶•–ÒÓ。 ③ Á¾。 Ÿ¡™ª¥Á²³,€ÐÁ ”¶·™ª¥¸¹¼½ÔÕ, Ö׺•– ”¼½¶»。    Fig. 3 3  -  Neural network genetic algorithm program flow ѲÙŠ, â½ ê±² ’ž,Þë’žª¥„, ìҗ íîï,ðîïñͳ“ ;ðÆîï,ñŸ¡•–”¿’ž ±² ,òìÒ。 ›Ó±² ë,¥¡ âÅ。 ª¥„« — èéóÔ,ÁÂâÀÓô, ¨õêÓ ó« ƒ¼‰ª¥„ö [6] ÕÖºñ,ÆÞЃÓ‡“” 。 3  “˜÷ ׍•–”⊐ØÙ¤ÚœÛܾÝ¸Œ¥¡À, 。 ž‰® ØÙ ¤ Ú  œ  Þ ³   ˜  † MAT LAB / Simulink ÛܾÝ¸Œ»ø。 ‘、•–ÙÚÛË 、 ¿ÀܾÁÜ ¾,¿©”À¾Ý­ÁÂ。 ¨ߥàÉù¨³“, á¿ù ¨ÁÂãä。 úÊË 4 Ë 5 ¦。 Ë 4 (5)  • –  ”  Ø ¼ Ù  ½ 2 3  Ã¢”–,Ä¿âÅÆ,Ÿ ¡•–”¨“¤¿, ÆÞßÇ [5] âÅ™ª¥¸¹, ºž‹¼½¶» 。   - •–”ÈàÉÈÊË 3 ¦。 •–”Ì °±›œ、¿ÀÁ“”͂΋Œ¼½¶ áù¨—»ûâãä儈®ŠàÉ, Ë 5 áù¨—»ûâㄈ‘ŠàÉ, ¿ á。 ®Ö, Ë 4 âã ä嚝Š, €àœü杮, àÉ‚, °± ç¶Ã¢Å¿àœàÉ茸, ÆÞéêÕ Œ,‹Ûܾâ。 Ë 5 âãä嚝ëŠ,€ 电气工程、信息与通信工程·17· 542 Á Ä ° ,, ,  , 4   à ¥ ¥ Å 24 Æ »  。   ­€‚ƒ „ †‡ˆ‰,Š‹ ŒŽ‘,’‚ƒ   ¤  “,  ”•–, —˜™š‘, ›œž‡ˆ‰。  Ÿ ”¡¢‡Šš£。    :  4 Fig. 4            [1] §, 1996.  Current response curve of simulation of cutting coal and rock larger hardness [2] . ‚ƒ [3] [4] , . ©ª ‡ « ²,  , . Š‹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] .  ‡š¸[ J] .  ¥», 2008, 29(2) : 406 - 408.           [6] Fig. 5 , ¨,  ƒ  ‡ µ ¶ · š ¸ [ J ] . ” ­ Š ‹ ¢, 2009 ( 7 ) :  5 ­, ¬[ J] . ®¯°±, 2009, 34(3) : 125 - 128.   ‡[ J] . 2004, 3(3) : 27 - 33.     .       [ M] .  :   ­  ¤ ¥ ¦  . ­  ‡ ¼½ « ¬ PID   ¾¿ ­”À, 2011(6) : 127 - 129. (  )                                                             !"   ˆƒ„ ˜š¥                   ‡ ­  €‚ƒ„ † ‰Š‹ŒŽ‘’“”•–“—˜™š›œž †Ÿ¡¢£¤ †  ›¦§¨©ª« ¬®¯ ³´µ °±ž£²”  À¡ÁŠ’ÃÄÅÆ ¼½£²¾¿®   » ¶›·£²¸¹º  À¡ÏØÐÑÉ҃„ ÇÈÉÊËÌɕŠ’ÍÎ  †ÓÔՕÖ×  ÜÝÞß—£²¸¹º  ÜÝÁÂàá®â ´«ã ºÅØ ÉÙÚÛ¥  䣲¸¹º  † åÏæç׺ՏÔèé“êëìíº“ï ðñ  ƒ„ † #$%£² ¸¹º   ­€‚€ ƒ €„ ‚­ ­ ­  &'()*  +,-*€„ ‚„„ +./01†                           ‡              ˆ       ‰    ‡        Š Š    ‹    †  Œ     Ž         Š    Ž    ‘  Š         ‹   ‹   Š  ‹        ‹                   ’    Š         ‹           †  ‹ Š              †Š  ‹      Ž      ‰ ‰      ‹       ‘  ‰ ‰    ‘  ‹ Š         “   ‹‹  ‹       ‹            ‹  ‘                    Œ     Ž       ‘‹  “Ž  ”   ”Š  Ž  ‹   Š        ‘       ‹        Ž    Ž                     ‘     ‹ Š  ‹  Š               “  ” ŽŠ         ‹          Š              ‰ ‰    ‹   Ž     ‘ ‹     ‹         Š         •   ‹ Ž                       ‹  Š   Ž     Œ     Ž      Š       Š  Š ‹ ‰ ‰    ‘  ‹ Š           ‹ ‹ Ž        Ž“   Š  Š ‹ ‰ ‰    ‘  ‹ Š        ‘   ‹                    Ž    Š        ‰ ‰    ‘  ‹ Š       Š     “      ‹  Ž   ‹    Œ  Ž     ”  ‹              ‘      Š   ‹       Ž        ‰ ‰          ‘  ‹ Š            Œ     Ž  2345  „ „ 6789 ­€‚ƒ„‚––€   :;<=>? 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": ,“”•–,—•˜™,  €‚ƒ„ †‡ˆ‰Š‹ŒŽ‘,’‡ €š›œžŸ¡¢£¤¥¦§¨。 ©ª«¬®¯°±: ­²³´µ¶·¸¹º» ¼½¾¿À,Á¶™,ÂÃĞŸÅÆ´。 #$%: ; ; žŸ¡ doi:10. 3969 / j. issn. 2095 - 7262. 2016. 02. 017 &'()*:TP13 +,-*:2095- 7262(2016)02- 0192- 05 +./01:A Nonsingular terminal sliding mode control for manipulator based on improved reaching law XU Jie1 , CHAI Fawu2 (1. 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 nonsingular 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  Ÿ  1948  , ›œ ž  Ÿ ¡ ¢ £     ( Slid ing mode control, SMC) 。 ¤   ¥ ¦ § ¨ © ª , «¬®¯ ,° ± ¯ ² ³。 ´   “ š µ ­ ¶ ·¸¹ º »  ¼ , ½ ¬ ¾ ¥ ¦ ” ¿ À Á  à , ÄÅ ,SMC ¥ ¦ Æ Ç ¯ È É 。 Ê Ë Ì  Ÿ 2345: 2016 - 02 - 26 6789:;: ‡ ˆ ( 1964 - ) , ‰,    Š ƒ „ 163. com。 Zak [ 1] ¡¢£ ( TSMC) , Ý¢Þßà ášâã ä · , ¥ ¦ å æ µ ç è ¹ é êëìíî , ïð ñ ¢ ò   ò ó 。 ô £ õ ö ´ ®¯ ÷ø ,Feng ù [ 2] ¡¢£ç ú û “ š ———    ( NTSMC) 。 NTSMC ü ä ý ú   [ 3 - 5] ᚠ, Ä ô þ ÿ ~ } | { [, µ ç è ¹é ‹, Œ Ž, ‘ ’ “ ”: • – — ˜、   ˜ ™    “ š, Email: xuejie640101 @ 电气工程、信息与通信工程·29· þ2 ð     ,         ,         。  NTSMC         ,   , ­ € , ‚ƒ„ ‡ˆ‰Š , ‹ŒŽ‘’“”•–—˜ 。 † [6] ¢£¶·¸¹º», ¼½ [7] ÀÁÂÃ。 ”ÄÅ [8 - 10]  ‚ÆÇ§È,Éʳ•–Ë , ¡ ÌÍΉ, ʳÏÐÑ¢Ò。 Ó±ÔՈ‰§¯, œŸ° [11 - 13] ¢£ Ö׈‰ ,¥¦ÌŒ Ø—˜。 ÄÅ [14 - 15] Ù׈‰  Õ,×ʳº  ®  NTSMC  ” 。 Ú Û Ü NTSMC  Ý  , Ù Þß¹º»¤ SMC ƒ „,” NTSMC àáâ¢, ãÞß¹ º»,Ê³ä吝º æ­ ¹º,€‚¹ºç, ƒ„ºÖ× , † æ ‡ˆ¹ºè•–,މÚÛÜŠ, ¤éêʳÏÐÑ。 1 e2 = e1 , . e2 = M - 1 ( q) ( τ + τ d - C( q,q) q - G( q) ) - q d 。 2 Ý닌Ž‘§ì’“ N ” Úەʳ y = q, } (1) G( q) ———¡—; ƒÊ³äåõºÖ× ,¹º´, µ¶•–,ʳäå´Ö× ,³ë¹º ,·ö¸Ö× ç´¹, º÷»øÊ³Ñ 。 ¼Ÿ,³ë ε ­½Ø,Œ æ‡Þ ¹º ,ô¾ÑŒ¸¿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,ŽÆÌ̀‚ʳ¸Ö×  ç;ƒäåõº,·¸¹ºÇ«úÅÈ 1 É,³ë ≤1,ŽÆÌ—Î‰Ê•,¤ŽÆ 1 + c‖e‖1 ËÌû c Ɉ‰Ñ¸¿。 s T s = - εs T . ڨ©ª: Éʳ¥£ q ‡ ¬𮦧 q d 。 ¯ƒ q d Ó°ñòޱ,زäå e1 = q - q d , e2 = e1 = q - q d , . . } Á (2) ³˜(1) ˜(2) ŽË . .. .. . . .. 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;ƒ Á,ÃËIJ³ù ¹º ä吝º÷ ޏÑ: ¦ § ¯ Á, q = [ q1 , q2 , …, . (4) šëʳ(4) ·¸¹º»ƒ„Ö׈‰¨ ,ô¹º»­ . (5) s = - ε | s | φ sgn( s) ,0 < φ < 1。 τ d ———ŒØ¢£¤,‖τ d ‖ < l g ; τ———ˆ‰—›; qn ] 。 }  ʳäå ˜:M( q) ———íàá™ØšÑ—›œ; . C( q,q) ———žŸ——: 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¥£; . ¾š¹º»ƒ„ ¿ ¡ ³˜(2) 、(3) زóڨä å§ì: . ™š•–—˜, ›œžŸ¡ ¢£ Œ¤ ¥¦§¨,©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) ÍΎ¸ÑÏÐ。 3  šëʳ(4) زíàáüýÖ× γ s = e1 + αe2 , β 㠘(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  ,ƒ„ †€。 ‡ 1 ~ 3 ‚ ˆ ‰ NTSMC Š       (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  ‹ŒŽ。 ƒ‡ 1a、‡ 2a 1 ‹Œ‚‰ Ї 1b、‡ 2b  „ˆ, , | s | φ sgn( s) + ( k + c‖e‖1) s) ≤ - ™ 26 š ˜ .. ..  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:Ÿ«¬® ¨             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  ™—˜,‘ ’š。  (3) › Lyapunov œžŸ  (1)   NTSMC ƒ„ ‰Š  NTSMC œ¡。 †‡, ˆ (4)  ƒ‹ŒŽ, ‘’ “”。 (2) ŒŽ•–, —˜, ·32·电气工程、信息与通信工程 ­€‚¢ƒ£ƒ¤¥„¡。 : [1] ZAK M. 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Vol. 26 No. 2          Journal of Heilongjiang University of Science & Technology ­€ 150022; ­€ 150050)   Ž‘’“†‡ ƒ”• †‡œŸ¡¢š£¤¥¦。 §‚¨–©ª« –—, , ­€‚ƒ„ ˜™šƒ„›œž †‡¥¦,¬®¯° BP ±²³´‰µ¶· ¸ †‡Š‹¥¦¹º»¼。 §½¾»¼¶·¿ÀÁ, ­€‚ †‡’½ÂÃ, ’½ˆÄÅ: ² ¥¦»¼Æ, †‡ˆ‰Š‹, –ʹ£ËÌÍ †‡¥¦ÇœÈɧ 0. 1 N, ² »¼Æ †‡ÎÏ。 #$%:; ƒ„; †‡; ¥¦»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: ­€„ †‡ˆ‰Š‹ŒŽ(2014RFQXJ30) ;‘’“”‡ˆ‰ŒŽ(12541723) :;<=>?: •––(1980 - ) ,—,‘ ·34·电气工程、信息与通信工程 ­€,˜™š,ˆ‰›œ:žŸ、,Email:15937228@ qq. com。 198 0  3 4 5    ,   。  ­€ ‚ƒ,„ €†、‡ˆ‰Š‹ŒŽ†‘’ ƒ“”。 •–—˜ ™’š›œžŸ, ¡¢ [1 - 2] 。 £¤¥¦š¤§,¨©ª‡ˆ‰«¬® ¯,¨°©ª±–²€œžŸ¢«³´,¬ µ¶¯·˜ ¸”¹³º»¼½。 ¾¿, ÀÁ –—ÃĨ©ªÅÆÇ´。 ±­€       œ ž Ÿ , – —   È ¡º , É Ê ¨ © ª  €   Ë Ì Í Î Ï Ð ÑÒ’Ó ( < 40 mm / s) , Ô¯ÕÖÈ· ר , ¯Ù  Ú ¨  Û Ü Ý Þ  €   ¨ © [3] ªß Ó à 。 ± á â  ã ä   Ÿ , Ï ß ÓàÝÞ œ ž Ÿ , Õ Ö   ƒ  å æ Ù ç   [4] È·× Ø , è Ù é ê ë ¨ ‡ ˆ ±  €   Í ìíî  † ¨ © ª í ï ± ð ñ ,  ›  Ï ­ 6  ‘。 ¾¿,Ï?’,“¯Ù” @ •™’€2 0†‡ÒÈ–, É œž—œž˜œž。 ±†–—€€ ã䝆™”, ô ´šç´È]›œžŸ、 Ž‘¡œ、 À¢† £、¤¥§¦§。 9= 1 1  @A¢ = < ; : /  , . Æ - ,  + * · ¨ 。 )  BP ýþÿ~ (ÛÜ , Ï¨©ªß Óàðñ { [ ‹ Œ , ¡ ‰ œ ' Ý  ¨ © ª ã ä á&% $ , Ù # À "  €    ¨ © ª  ! 0Ž< 。 1 8 26 9 7 system    Fig. 2 ' 2 BTUE Fracture displacement diagram €%ȃ¨©¥îƒ 3a è ¡ªƒà, á쇈, 。 «™ Delta ƒ, Í、 ¬§®‹¯ %$狰™šî±²“”。 ³ªƒ¾ ´,±†, Ïµ¶·, ™ ”€‘ȸ·, á칺µÓ 3b è 。 »。 ‹Œ¼½ƒ,                         a   b ' 3 VWXYZNA ?: • – — ( 1969 - ) , ˜, ™ š ‹ › ˆ 163. com。 , Œ œ, ž Ÿ, ‚ ƒ ¡ ¢: £ ¤ ¥ ¦ § ¨  © ª  , Email: shenxianqing2001 @ 电气工程、信息与通信工程·39· 682 0 " ! 0 Ž  Ë τd = [ τ d1   Š‹Œ –—½¾, ¿‰ÀÁÂÃÄ ÅÆ­ÇÈÉÊË、 ÌÍÎÏÐÑÒ ³ ә,ÔÕÖ×әØÙ®Ú ÛÜ。 ÝÞßàá‘â㠊äåÐæÈçèé [1] ÃÖ×±†, ƒê æÈç¦ Šäëì, íî Š¯ïðñòóÖ׿ôçõµ¤ö [2] ÷。 øùÒ æÈçúûüý Šä, õãþ˝ ŠÐÿ~}|{[, ÀÁíîç Š¯ï。 Yu [3] Ò \]^üý Šä_`@? Šä>=,< Š];:/.š,{²³ØÅÖ×。 Jiang Ò [4] ^› _üý Šäž=,  › ­¬ Šä , <²³­ , {´ú çƒ Ö­。 Bandyopadhyay [5] Ò ^ ´`@? Šä_š›ž= ¦ ä, НïÀæƒ。  [6 - 7] æ Èçúû£Îϝ@? Šä。  [8 - 10]  Šä/ç  -, õ  ¬ [11] ,ÀÁæƒç ŠЏòóçÖ×。 Ò ^á@? Šä ¢ ­€ , \]‚ ƒ„ â±+‹­Œ‘ޤ Šäޤ‘’ “”,^’¢•–ý@?üý Šä—* š› , ®±) ¢ ¦ (ï˜'*¹º™š 。 T (1) D( q) R n ———Œ%¨; qR n ———±²¡åШ; τR ———$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 å¹º; mα、mβ———¡ 1 ¡ 2 ¨; l1 、l2 ———¡ 1 ¡ 2 »Ð; g———Œ/Ð。 ç®'*¼µ(ï¹½ , ¾¿ ±)(蓮š&÷, ÀÁ’¢'*¹½ ­Œ‘&;。 £¤+¢¡ŒÊ τ _'*¼µŒ F x ÂïÅäÄÅ¡²,\]ƌ‘ ÇÈÉ [13] F x = J - T ( q) τ。 õ Ê £¤[14] „ ];, {’¢'*¹½ ËÌ( x1 ,x2 ) ­Œ‘&; 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 。 Šäˆ‰¤õµ¤。 Š †‡ç,¦ τ d2 ] , . ,Š ‹Œƒ„ 2 26 3 1 D( q,q) R n × n ———¬®Œ¯°ŒÊ«; Ž‘’“”•–—˜™。 𠁡¢£¤¥、 ¦§¨©、 ª«¬、 ® ›œžŸ ¯¤°,‰±²³´µ¶·¸¹º»¼ ‘ :D( q) R n × n ———+¢ª¤Ê«; © ,,  ,    ­€‚。 ƒ„ †‡ˆ‰  1 ‘ ©(1) ±Í²³ÎÀϞޤ:(1) ª¤Ê« . . D x ( q) ±ÐÑÒ;(2) Ê« D x ( q) - 2C x ( q,q ) ÙÓ ±Ð。 2   ±¢› ±œúžŸ¤ n ¡+¢, £¤ [12] ¥¦§ &÷,¨­Œ‘&; .. . . 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 . ], ], ³ÔÕÍñÕÍ ];, £¤² ýœ€, \]֜ &©×Øҝä)­ œ。 š›œžŸ) œžŸ ²³žŸ­ &©, ÜÙ²³^Ô( ïÝ#ÒúžÞ,¡èßà ä,èá úَڝÛä ÔžŸ, <¨âãžÝҝÞ %.侚­, å²³~ŠæÒç.ä¾。  œ ¹½、 Нœ %š›/ð 。 ²³ãê +¢'*¹º»èé­ŒÊõ €&©ðÒä ëìíÔ %, Šî­ s →0 ];, Ö6 È ×ØÙ,Š:Ú 683 ½š¿Êˍ™  1 。 ‹”¼¶。 „ (4) ¹„, ›´¹º» ™,À‹Œ€‚„ ks ±Áº¹·ˆ ¢£,˜ª»¼•–,Â。 2 2    ½¾Ã™¦§, 2 。                            Fig. 1 2 1 1  Phase trajectory of variable structure system Fig. 2   。        , ,, ­ €‚€‚ƒƒ . s = - εsgn( s) - ks,ε > 0,k > 0, „:s———€‚„,s = - ks。 . . ­。 ‘’“ „† ‘›  Robotic manipulator with SMC ½š¿ÀÁÂİ—ÃÄ x ( t) 、 x ( t) ‘ÅÅÆÇÀÁÈÆ x d ( t)  x d ( t) ,  . . ¿Édž x( t) →x d ( t) 、x ( t) → x d ( t) 。 š . . ½¾ÃÊˍÈÉÌÍ΋”Ì̓ÊÍÎ ÊÍ˂ÏÐ。 e = x d - x, (3) ‡ e = xd - x . . . . ¸ , ¦§ϘÐѦ‚, —Ò ÒÓÕ。 ŠÀÁÌ͑ [15] ÍÓË ¦§Ž‡¨  ¢ ‚ œ ž Ÿ € ‚    , ž ¤ Ž  „:Λ———‡¬«Ô; ˆ¢£¤¥¦‚ sgn( s) , ™š§ « ¬®¨‰©®¯•–¯ª 。 œ«¬¦‚° (5) ƒŽœÑÒÓ‘,  Terminal ™Ô [15 - 17] ,š , ˜ ª  ¢ Ž € ‚   。   € ‚ ™ , e———½¾ÎÊËÈɍ‹”ÌÍ。 €‚£žŸ ›¤ˆ‰Š , ¢¥Ž¢ , ©Ÿ } „:e———½¾ÎÊËÈɍÀÁÌÍ; , ‡”ŠŽ•– , ‘Š‹ —  ˆ ‘ ˜ ’ “ Š ” • • – , ™  š  。 — žŸ‘¡ œ– ¢˜  ™  ¦§™šÌ,ÍÌÍ: ˆ †, ‡ ‰ Š ‹ ˆ ‰ Š ‹ Œ Ž € ‚   „ , Œ  € ‚  €‚    † 2  s = e + Λe p / q , . (6) p、q———¬Õ‚,q > p。 š¡ ÍÖ×Ð x r = x d + Λe p / q , . ® ,  — ¬ ® ¡  ,   ,   œ « ¬  ¦ ‚ ±²¯¤ ¥ ¦ ‚ , œ –   Ž  • –   ‘ 。 ° . xr = xd + Λ .. .. . p p / ( q - 1) . e e, q ± , ¦§ˆ  ²  ¦ ‚   ¢ ‚ œ ž Ÿ € ‚  ƒƒ : „:x r ———͍‹”Ö×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 ———͍Œ‹”Ö×Ð。 s=e +Λ . ¼µ, ½¸¹„¾¿, 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) .. . šœ®³´£ ›µ,  s = 1 ƒ¶·¸, ³¹ƒº»。 } 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。 Œ Ž „ ‘。     ’ ’ Ž ‘ ‹ Œ  – ( x1 ,x2 ) = (0,0) 、 —˜ 1. 0 m •。 ”• x d ( t) = ( x d1 ,x d2 ) = ( cosπt,sinπt) ,“”“‹Œ• ™š›œ 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) +  , eR2n ,e ,  , e     ž F x  M  (16)  Barlalat    eR2n ∩ R n∞ ,  t ∞    ,e 0,e 0,  s  .    Ž‘   c (13)  ε2 | s | β tanh( s / δ) ) < 0。        Lyapunov       (14)  š›œ   .   b s T ( D x - 2C x ) s = 0,  š›œŽ‘         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 。   .    ­€‚ƒ ‚ƒ 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,‚ƒ­€„ 0 [ 0 30 ] [ 0 0. 5 ] ,ŒŽ¥¦§ 3 —¨。 D x ( q) x + C x ( q,q) x + G x ( q) = D x ( q) ( x r + 3 ŒŽ,—Ÿ¡ 0. 5 0] ,ž .  (10) , £¤  (11) (2) , . 1. 0] ,x(0) = [0    . ‘ . G x ( q) + f d , † p = 3. 5,q = 5, †‡ 10sgnq2 ] T 。 . ˆ Matlab ‰Š‰‹‚Š‹ŒŽ ε2 | s | β tanh( s / δ) + ks) + C x ( q,q) x r + 2 3 § – α © 26 ª § ‡ˆ τd = [5sgnq1 (10) :ε > 0,K > 0。 V= ¥ Fig. 3 3 d      ‹ŒŽ‘Ÿ¥  Simulation results of SMC with reaching law ß6  àŸÝ,Â:á±Ðª«¬  (11) ,  k = Λ= 50 0 [ 0 50 ] 2  β = 2,δ = 0. 5  4 。     Œ M    †          a                          †©ÈɦÊ, ˏ šª«ƒ“”。 ­„̬ÍΗºÏÐ        —º»¼,½¾ƒž«¿°¡™Œ À、Á,š—˜™—º™Œ¡’ “”®¯,à  ›œ ž“”Ÿ¤¡。 „à †„¢‹ £ ¤ œžƒ¥,ĦšÅ§˜™¨,ÆÇ      à   ®ªÑ¯‚ˆÒƒ°。   F x  M c    ¥­Ó. •Ô±Õ´µ¶[ M] .  [2] Ø , 1996.    [3]  [4]      d        Ú, µ¶[ J] .  ², Â. ԗºÌۇ˜™ ”°, 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. 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":  ,  ­,€‚ƒ„ Š †‡ˆ‰Š。 ‹Œ‡ˆ‰ Ž‘’“”•–—˜™š›,œžŸ¡¢£’ ¤¥¦§¨ ©’“。 ª «¬®¯,°±¦¡ª†ƒ„  †  ²。 ƒ„ ƒ„ †³¡ª† ´µ¶·¥,  ¸¹º»¼½¾¿ÀÁ,²Ãā†。 #$%:; Å;  doi:10. 3969 / j. issn. 2095 - 7262. 2017. 02. 011 &'()*:TP241 +,-*:2095- 7262(2017)02- 0149- 05 +./01:A Research on RBFNN adaptive sliding mode control of serial manipulators Min Zhenhui, Chen Huanlin ( School of Mechanical Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China) Abstract:This paper is aimed at overcoming the problems existing in the control of series manipula tor. The study building on the RBFNN and sliding mode control consists of developing the RBFNN adap tive sliding mode controller, and the multijoint robotic arm model, performing functional approximation of the uncertain factors of multijoint 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  Ÿ¡¢£¤¥、¦§¥¨©ª¥ «¬®¯°¥Ž [1] ‘ 。 ±‘в³´”•–µ¥  ¶· ”•–—˜™š”›œ”›ž, 2345: 2017 - 02 - 23 6789:;: (1979 - ) , ­€‚ƒ,„ [2] Âà ¸®¹°Ž‘, º»¼½²¾¿ÀÁ  。 ÄÅ´¡¢ÆÇÈ、 ÉÊËÌÍÎÏÐ ,†‡,ˆ‰Š‹:ŒŽ‘’“,Email:mzhacmilan@ 126. com。 电气工程、信息与通信工程·45· 150 ) ( ' | , 。 É & î î $ 27 # %    ­€‚ƒ。 „ †‚‡ˆ‰Š‹Œ [3] Ž‘ ’“”­ 。 •–—„˜™š  ,›œŠ žŸ¡¢ ­‹£­‡ˆ、 ¤¥ 、 †,£ ‹ ‡ˆž。   ¦§ ¨©‚ €‚ƒ¥,ªŸ«œ¬ ®¯,°±Ÿ²³   ´,‚µ¶‡ˆ—·。 ¸¹[4] º»¼½¬¾¿ÀÁ”,»½ ”­。 ¸¹ [5] ºÄ ¤ÅÆÇÈÉÊË Ì,»¼½¬¾ÅÆ ‚ÂÑ   1 Fig. 1 2  Model of two degree freedom manipulator RBF  Á”。 ¸¹ [6] º©‚€‚ ƒ ÀÍΐϝÐÑ,»¼½¬¾ÅÆ ÇÈ ,°‚³´ÐÑÒӼ˔Ô ϝ ÀÍÎ。 õ(1) º¨ ãä›=<ïºÜ Õ。 ©‚ÖרÙÐÑ,ÚÛÜÝ RBF ÅÆÇÈÁ” , Á”Þß €‚ƒ À¨?>。 ?>ã— , Œÿ?>‹ ÇÈ Lyapunov à¼, · RBF ÅÆÇÈá⁠Àº ãä, Ì ¨®å»æ çØÙÏèé¥êë³´。 1  ¦、†‡ùèˆ、Ÿ‰á⊋£­ŽÅ [9 - 11] 。 ÆÇÈ, ¨ À ‡ˆºœô`Œ” · RBF ÇÈáâïº Ô,Ÿ‰®» Ïè。  ìÀ [7] ñòóïœô : íîßð τ = M( q) q + C( q,q ) q + F( q ) + G( q) + τd , (1) .. . . ÿ?>æç?>、‡ˆ?>( ­?>‹ [8] €‚ƒ„ž) ‹ ?>ž 。 RBF Çȗ¬¾ 2 1 .  ‘’õ(1) ‹õ(2) “” r = e + Be, . Ž Žö (3) õº:q,q ,q ———Ԗö÷æø、 ÷ù è‹÷úùè; õº:B——— Ž,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— ‹þ­ŒŽ :/Ž 。 . ·46·电气工程、信息与通信工程 . . . .. .. .. .. .. –¬—˜œ . . .. . 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 ) ˜Ã ,        î  ï — ¬  ~ } õ  [ Ì . .. e( t) = q d ( t) - q( t) , õº:q d ( t) ———÷æø .. Äõ(3) •-õ(2) ˜œ . . q = q d - r + Be, G( q) ———n × 1 û^íúùè~}; τd ———‰Š_ ãä; τ ———¤` q ‚”` . . . e,e ,e ———‡ˆ?>,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,ߐ ãä¨,›œ ‡ˆ­Ÿ˜ô¡¢, ™+ˆ š ãä d( x) ,· RBF ÅÆÇȖžáâ, ‘’ d( x) Ÿ¡õ, ÇÈ*-« [1] ’›œ³´ 。 ‚ ®2 Ä †‡ RBF ›œžºˆ ŘÆ,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。 ™š RBF €‚ƒ„ 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———š—µ²³ ε  τd ˜™š。 (7) (4) , ~ . †‡ˆ‰ ’“”,•–—˜, Š‹ŒŽ。 ­‘ ™š RBF  ˆ‰Š‹ŒŽ›œ ž, Ÿ ¡ ¢ ˆ  。 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 œ ‖τd ‖———τd ›,ρ N œ   —µ。 ¸¹ ε  τd , ˜™š υ £(7) ,›œž   ^ = FhrT 。 W  ·     ‚ RBF ›œž¢ Structure of RBFNN Š¦§¨»¤¨, ©€ª«¬‚ºˆ RBF      ­    ( 6 ) ˆ ‰ ¡ Š ­ : ( 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 ———¡ŠŒ; σ i ———Ž‘’©; ›œž® Lya punov  L= (6)  ,ºˆ» ±¼‚ RBF ½£¾¿¤¥ˆ‰²³ RBF  [ ž。 υ = - ( ε N + β N ) sgn( r) ,  Fig. 2 ž; (7) ˜™šŸ”¶· RBF  ²³¡ 2 (8) ~ ‚©ªƒ«¬,„    (7) Mr = - ( K v + C) r + W T h( x) + ( ε + τd ) + υ = ­€‚ƒ„ §,€¤¨ 2 †‡。 †‡ˆ ‰Š‹ŒŽ 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 š › (8) (9) , . L = - rT Kv r + œ ž 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] , ‡ˆ 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 } 。  Š,  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 Ÿ  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, †Š,p1 = J1 = 0. 5,0. 5] 。 RBF ‹Ž 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) Š‹ ˆŒ p1 + p2 + 2p3 cos q2 M( q) = p2 + p3 cos q2   a   RBF  ,  1   ­€ ‚ƒ„ , †  ‡ˆˆ‰ :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 ƒ  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™š›œ, 2005: 165 - 174, 452 - 453. žŸ¡, ¢ £. •ÉÏÐ ¤‡ˆ‰Š [ J] . ‹¥•¦§, 2010, 27(8) : 145 - 149. ¨©ª. W160 Ñҕɤ¯ÓÇÈ[ D] . Ô ÕÖ: ÔÕÖÑÒ×Ì, 2012. Mohammad R F, Hadi D R, Dumitru B. A novel adaptive control ler for twodegree of freedom polar robot with unknown perturba tions[ J] . Communications in Nonlinear Science and Numerical    RBF ‡ˆ‰Š‹。  Œ Ž,‘ ’“” •–—˜™š›œžŸ¡¢, £¤ RBF ‡ˆ‰Š¥¦˜™š›œžŸ,§, ‹¨© RBF ‰Š¥¦ , ­  ª,«¬ RBF ,  RBF  、 ® ¯°±²š †;  ³´°’“”•–—µ¶·¸š›œ¹、 º­¹»¼¸„œ †,½  »¼¾™; ¿ RBF ‡ˆ‰Š,°˜š›œ€ ‹­ÀÁ ®,€‚ƒ„, †‡  ˆ‰,¸  。 Š‹ RBF ŒŽ‘ ’ ’“•–— †,ÃĤ™Åƾ ©’“”•–—“¸”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 ‡ˆ‰ŠÏÐ [ D] . °±: ²—ÑÒ×Ì, 2012. ³´µ, ¶ØÙ, ·  ¸. Œ‡ˆ‰ŠÚ¹•–— Š‹[ J] . º»×ÌÌÛ, 2014, 42(3) : 709 - 713. ¼ ½, ¾ ¿ ½, À Á Â, Î. •  É •  Ì  Ü Ì Œ [ M] . —˜: •–Ñҏ›œ, 2008: 372 - 378. ¾ÃÄ, «ÅÆ, ǧÈ, Î. É•–—ÊÊ ÝÞ €‚­ËÌÍÎ[ J] . •–Š‹, 2014, 31(3) : 29 - 34. ÏЮ, ÑÒÓ. š›œÔßàʕɼ„‡ˆ‰ Š [ J] . ™Õ•–Ѿ, 2017, 28(2) : 150 - 155. Ö¬×, Ø©Ù. Œ RBF ‡ˆ‰ŠáÅâ¤Ê ÚÛ¿ÜÝã[ J] . Þß, 2017, 35(1) : 25 - 30. à „, ©œá, â©ã. Œäå¯Þáæ¹ RBF ‡ˆ ‰Š ¥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) :  。  ­€‚ƒ„  ,  ,   ­ˆ‰, Š‹Œ †‡ “”•–,—˜™–€‚ƒ„ Ž‘’ 。 žŸ¡¢: ›œŽ‘’  ­€‚ƒ„ „š , £¤¥¦§¨ ©ª«¬®¯,°±²³³´µ¶†‡¥¦。 :; ’ ; ­€‚ƒ„ 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 - ) ,‚,ƒ„ ·50·电气工程、信息与通信工程 †‡ˆ,‰Š,‹ŒŽ‘’,Ž‘“:”•–•—,Email:zhaohanqing0001@ 163. com。 12 # 0  1  ,    Ÿ¡€ÛÚ}| ,  ­€‚ƒ„­ [1 - 2] 。 †‡  †‡ ˆ‰ - Š‹ŒŽ‘’“”•– Š‹,—“”•– ˜†™š ‘’“” €"=Ðю™õàáâã•ú,    ›。  œžŸ¡¢£¤¥¦ [3 - 5] ,Ÿ †‡,§¨†‡©ªŸ¡€ ¡€«¬®¯°±,  ²³ ´µ、¶·™¸,£¤¹º€»¼½¾¿À Á、ÂÙÄÅÆÇ、ȐÉÊÆÇË̘ [6] †ÍΡ 。 Ÿ¡€Ϩ¢³ÐÑÒ, ³ÓÔ 0. 5 ~ 5. 0 mV, ÕÖ 0 ~ 500 Hz, ×ØÙ Ü Û¹–— 1 ˜™Κ。 €›œ ҁžŸ—÷æ\、 ‡¡ž\、 ¢£、 ¡ž\ËòÛÚ¤Í。 €ÛÚ  € 155 234:€äÕåæ@›"%”÷æÎø Ü ØÙàá祦§¨©ªàáäÕË³å æâãàá。 ¥¦§¨©ªàẠ†_š›«?, €»¼½ Š‹_ ¬®,¯° Ÿ¡¢™Ÿ¡±èê  “²‡¨, ;€²Õ§¨àá,³ÕÖ 0 ~ 5 Hz。 ³Ÿ¡€ÕÖØÙ;¶Ú  20 ~ 150 Hz, § ´  —  ÷ æ \ } | ; 10 ~ 500 Hz。 €>=ªÐÑ,ÝÞàáâã,@ 。 Ÿ¡€Û ?Ÿ¡¢Ûڏ€¬£µ;¶, é ,Ù¢£ž Ò。 ª¶'·¸€ Ú Ü ¢ Ý Þ  ß ¨ à á  â ã, ³ ä Õ  50 Hz˳åæàáØÙâãçèÏ,éäÕË £µ;¶,@?¹º»¼ÐÑ€,§ ´Û¹½¾ž ê~¿¢£。 €Ó ÕÖÚ  20 ~ 150 Hz [7 - 8] ³åæ՗™Ÿ¡€՗èêëì í,×äÕàáîïð€ÓÔ 1 ~ 2 ñò Ô 0. 5 ~ 5. 0 mV, °òÛÚ¤À¿ÓÔ Ù+ª 0 ~ 5 V,éÁžÂòÃÄ1 000, ª¶ óô,Ÿ¡€´µϨõäÕâã Ñ´µ。 ö¹÷æÎøùúûæø、 ü ؟¡€ £µ;¶Æž  ¹,§´‡¡ž\žÂò}| æÓÔýÔø、þÔø、ÕÿÓÔ~ÔøÍ。 ùúû æø }|ùñ{Šú—[÷æ\¼ûæ ø,]^_`äÕ˳åæàáâã@?, [9] ²ÐÑ€>=<;Ï:/. ; þÔø² †-,Ù+*),(,¹-?÷æ'&, -,,÷æ'& [10] ; üæÓÔýÔø ª 7, ¡ž\žÂò}|ª 140。 Ç }|ΚÈÉÊ [12] 。 òÛڤ˹ÌÍÎ !Ï0$®ÐÑÒ  PCI8622, Ó¤Û ÔÕÖ}:ÕÖª 1 ~ 250 000 Hz,ׁÛÚØÙ Úò ‡ 32, Û  ª 16, Û Ú ò  Ü Ý ? ê ü º 10 μs,Þߟ¡€òÛÚÙ+。 ™Õÿ~ÔøÙª}:ýÔü, Ù²ïð     ì ,  ø à  × Þ  ª é     [11]  。 é,+Ϩí%÷æ ã@?²ïð>=/. €´µ™¹。 ü, , `â  º  äÕàáºäÕ  , €Ÿ¡ÛځŒíÛÚò ,§¨àáâ㏐ ­。 ÛڏŸ¡€  ïð€™âãäÕèê€ ‚ƒ,ïð€™äÕâãèê€ ¶·Ϩ„¶·。  ²ÛÚ€Õ ÿ¶·, €™äÕàá˳åæê€ ,†Û¹ï‡”¹ˆ‰×$Š;‹ŒŽ÷æ$ Š´µïð€, ¤#`äÕàáË³åæ âã。          Fig. 1 2      1              EMG signals acquisition system  @›"%”÷æà@›ݙ"%”÷æ$ Š“áíϨ÷æÎø。 @›ÝϨ¥ºâ ãÒ, ¹²òÝà䎀ªŒŽ€。 åæ²ç¦€@›Ý, è Û¹" %”÷æÎø´µ€, `äÕË³åæ 电气工程、信息与通信工程·51· 156 ¾ ¿ À Á 。  2 。   Œ 27 Ä Ã s′ + Σlog u i , •  „ ’ª。 ’„œžŸ¡–¢ž« ¬£, •¤¥¦。  90° ¦§¨   º ˜™©œž       œ  ’©ª   。 ”‚±® LMS –— f s , ±° ˜Ž£。 ‰±²      ¥« x1 ( k) ¬ x2 ( k) ,   ¬¦®•¤, ®¯–—˜¯°     €± T s = 1 / f s , ¨² ω0 = 2 πfT s , œž ©ª¥«Œ k ³´œž :  Fig. 2 2 1 2  x1 ( k) = A cos( kω0 + φ) ,  Principle diagram of homomorphic adaptive filter x2 ( k) = A sin( kω0 + φ) 。 ‚µ®Š¶³·£  ´‚¸º»¼ h0 ( k + 1) = h0 ( k) + μe( k) x0 ( k) , ƒ  x( t) = s( t) ·u( t) , (1) :x( t) ——— s( t) ———  ; ; :x′——— s′——— u′——— ,   :h0 、h1 ———–—˜™©Œ k ¬ k + 1 µ½ ¾¶; μ———¿À·Á。  LMS –—˜™©Ž£¸ÂÃÄ (1) : G( x) = log s + log ux′ = s′ + u′,  h1 ( k + 1) = h1 ( k) + μe( k) x1 ( k) ,  u( t) ———。 ; ¹ƒ–—˜¯°©§ 。 z2 - 2z cos ω0 + 1 H( z) = 2 。 z - 2(1 - μ2c ) z cos ω0 + 1 - 2 μA2   ­€ ‚  ‚。 ƒ„ 50 Hz,†„‡。 ˆ‰ƒ ,‹: „ M Š ̒„œž  ¥¦†    ¬¦»•¤µ, –—˜™ ©¼–¤‘ͦ˜ ‚¯°, ΁ Ϲ。 M u = ∏ai ui , i =1 Œ i Š :a i ———  ‹ M M i =1 i =1  Ž‚。      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  –—˜™‡š“›œˆ‰žžŠŸ ¡¢‹Œ–—˜Ž£, –¤‘¥¦˜’“ƒ Š”™§¨。 •¢£‹ –¤–— ˜™š›。  3 –—˜™。  3 –— ·52·电气工程、信息与通信工程                       M ‘,­ M Š Ž‚€’。 “” ‚ƒ„ ,“ •†。  ¹0 < μ < 2 / λ , λ –¦ÅÆŠºÇÈ ´, Éʝʔ‚ μ  0. 004。 ; ˏ  ´‚¸, ¹ :   Fig. 3 3  Adaptive filtering principle diagram for power fre quency 3  3 1  б²ƒ ª½,Ñ  ¿2 ¾ 157 ÀÁÂ:¢ž°œ˜´µ¶‚¹œÃ· , - ,    。  4  -  -    。  4     ,  , ­€, ­€,‚    。  ƒ„ † ‡ˆ‰Š‹ŒŽ‘,’“ 。 ­„ “”•–ˆ, —’†‡。 ˜ €,‚ 5 ƒ„,™š€  ,  ” › œ† ‡ ˆ–, œ†žŸ,‰  Šž¡ 50 Hz,‹ž¡ŒŽˆ¢ž†œ ž¡‘Ž。 ›:N———–—˜™œŒ •¦,ƒ© N≥M。 ž§ 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  –—˜™žŠ £ž§‚ 6 ƒ„。 Ÿ 6 ¡,   ž§ªƒ¢Ÿ   50 Hz £ ¤, ¥ ¦ 100、 150、200、250 § 300 Hz «ž¡£¤¨¨¤¢Ÿ¬ , ©ž¡ª‘ 50 Hz «¬,  £ ®†‡ ¢ž¯’ °œˆ–žŠ£, ® ‘†‡ˆ ¢ž¯’°œ±²‹Œ¯°±³。                        4  Fig. 4 Original data of EMG  Fig. 6  3 2           5  Fig. 5 Partial enlargement £ 5  ˜ œ­€­¤¥¦ ’,“ ž§。  ” x( n) ,”•¦  M,’–—˜™,š¨: 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  †‡ˆ ¢ž±²‹Œ, ³“´˜´µ¶‚µ·  -  - „ 。  7   4  ¸š˜´µ¶‚¹œžŠ£ ¨º  。 » 7 ˆ 4  , 7 ˆ 4 ¦†¼¶, ¢ž¯’°œ±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 , ¤. ‹¥œ‚¦‘’“¥œ§¨© [ J] . ª¤¤«:™”¬¤’®•, 2014, 47 (9) : 836 - 841. ,  ‚ƒ„, †   € ® Takyfumi Y, Youichi S, Haruhiko K, et al. 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[9] [ J] . ­º­·¤«, 2005, 26(2) : 193 - 195, 210. ,‘  Ž  1044 - 1047. ’,  º·¸ ˆ¶¤µ¿¤¡, 2008, 25(3) : “. ‹™š›À ®• ¢£ ½¾[ J] . ´µ¶¤’¤¡, 2008, 25 (5) :   ”          • –     — , Š ˜ ­€—‚ƒ„ ,  [11] ”•, –—Á, –˜™. ·¸Â  ™ œ † ‡    ž  ˆ Ÿ,  ‰ , ¡Š 。 [12] ÃÄÅ, š›œ, ¤. ·¸ŒŽžÆ‹ŒŸÇ Й𛠓‘‹ŒŒ ˆŸ 。 [ J] . ¢£´µ¶¤’, 2006, 25(2) : 63 - 66. ÈÉ[ J] . ‹Œ¡½¾¢£, 2016, 35(6) : 52 - 56. Ž¢£ ·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) ": , 。  ­€ ‚ƒ„ †,‡ˆ‰Š‹†ŒŽ‘’­€“”,•– 40 kW / 380 V  —˜™, š› ! œž‚Ÿ¡,¢£¤¥¦§¨©ª«¬®¯°±。 ²³´µ:¶•·¸¹º–  —˜ –‚。 ¶•·»€§¼½¾¿ÀÁ¸ÃÄÅÆÇÈ。 #$%:; ‚ɄÊË; ŒŽŸÌÍÎ; Œ­’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 outof 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 outofcontrol 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«¬  ® ¯ ° ± Ž ‘ ² ³ ® ©  ´ µ , ¶·¸ ’ ¹ º ² » ¼ ½ ¾ ¾ ¿ À Á   à 2345: 2017 - 04 - 23 6789: ­€‚ƒ„ 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 †‡ˆ‰Š‹( MTKJ2016 - 367) ; ŒŽ‘’“”•–Š‹( RC2016XK008001) :;<=>?: —˜™(1966 - ) ,š,›œžŸ,¡¢,£¤,“”¥¦:§¨§©,Email:3036361_cn@ sina. com。 电气工程、信息与通信工程·55· 212 [ \ ] ^ â  _ _ ï 27 @ `  ,  ,       ,            ­€‚ 。 2013 ƒ , „       [3] † ‡ˆ‰Š‹ŒŽ ‘’“”• – — ˜ ™   š › , œ ž ˆ ‹ Œ Ž Ÿ   µ LC ¶·¸³ , ¹º»¼½¾¿À 。 2016 Fig. 1 ƒ , ÁÂà 1 2 [3 - 6] ‡ˆÄŋŒŽ‘’“”Ƴ Ǧ š › ,   È —  ¦ 。 É Ê Ë Ì Í Î Ï ÑҋŒŽ°±š›¤¥¦¢£Ÿ˜ÆÓ Ô¹š›©Õª 。 Ö× , ØÙ Ú Û Ü Ý Þ ß ‹ Œ Ž ” • ° ± š ›àá , âã‹‚ ABB ¯³        ©  ª。 2015 ƒ , «¬®¯ [4] ‡ˆ‹ŒŽ°±²”³´ Ð         ¡ ‹ ¢ £ Ÿ ¤ ¥  ¦ § ¨      1      Schematic of frequency conversion traction system ¾ÿèàÃÐ}»¼ 2 ͽ。 ¡|Ñ ,U invab = U cd , òÒ{}Óԓ。 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  , ‹ŒŽêë , ì é 。 01 0 ) –ѧ íîÙ ‚ƒ , ˜·˜„¦ †‡ˆ ± 20 % , ì &' ­ ª。 € Ɖ˜„õ¢£ , ¤ ¨ 。 ©ªö÷ÄÅ«»¬®˜¨¯°±øù ‹ŒŽ”• ° ±   š › , ù ² ” Æ ³ ¦ £ ú  ³® , ´Œˆš›µäøù§¦ , ø ¾âã , ¶û ˜ÆÓԁ , ·¸»¿¾ ”•°±š› ¦¥üý 。  1 1  5 Â é,L i þ C f ù ¸àÃ,Lg ˆÄÓԘÅ; ¾ÿèà ÃÆÇ S1 ~ S6 ;ÈÉ¿뢐ÆÊ¨˜Ë C d þÌÆ˜Ä³ L e1 、L e2 ; ñ;ÿèàÃÆÇ V1 ~ V6 。 ˜¨©É~úƦ,Θú ( M) ˜ ,¾ÿèàà S ¡ðÏÆ¢£、ñ ;ÿèàá𲔢£;ΐ 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¡| с¡|¢£,©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  š›˜ˆ’¹º˜„®°±øù, »¼ 1 ͽ,¾ LCL ¿©éÀˆÁ 0;  ¥ , ¨¶¦§ 1  0: ,'% ( ( '% 。 ï ,  Ÿ ”   ‰ Š , š›¡ðô˜¢£ , Ù  $ ) * ”Ƴ ‹Œ•ò“ , ‰Š–— 38° ˜™ , ‹ŒŽŸ ¡ ‹ 09 /   $ % š›œžóŽŸ , #/ # ¡‹êë , Ž‘’˜˜ò“ , ” ­¤¥ ,  Æ ‰  ˜ „ Š  µ ‹ ” Œ 。 ï ´ , ‹ Œ Ž Ƴ¨ , 08  < 8 Ù (' Ž »Å : ï Ä ,  ð  Ÿ ‚ ˜ ñ  é    ,  ˜   Ä ,      ˜ š ›  !  " " (1) (2) KVL ¤Ïêˆ:  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) œ3 ž Ÿ¡¢,‹:£¤¥  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              ƒ„                                † ƒ„    †    €   ‚ ‚€  ‚€    ­€  ­€  ­€           (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 †‡ˆ‰ 。 (5) u invα 。 ­ƒ„†, 23 Š‹ŒŽ‡­€, €‚ uα [ 10 01 ] [ u ] - R [ i ] - [ 10 01 ] [ u ] , 213 ¦§•–¨       Fig. 5 '5 #$KL[XYZ Key control algorithm model  u   6  7 ,’‰Š , i ‘ˆ ‘ˆ“‹ ‘,Œ”Ž; •–, — ˜ 180°,™š‘›。                        a Fig. 3  '3     UVKLWX Schematic of decoupling control method          2  ­ Matlab €‚ƒ 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 §     Ÿ ‘     a        [1]     3 ¾ 27 ¿ µ †‡,  654 V,    ˆ‰,   - 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 ’ˆ。 €‚ƒ“”, ”•–— Ž ˜™­š,€ ‚ƒ。   7 ³ „‹ŒŽ   ¨ 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] ›œž. 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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 startup and smooth op eration and ensures a more smooth operation when the system is subjected to an excessive instantaneous startup current. Key words:shearer; position servo; PSO; fuzzy sliding mode control 2345: 2017 - 04 - 23 6789:;: ­€‚( 1963 - ) ,ƒ,„ @ 163. com。 †,‡ˆ,‰Š,‹ŒŽ‘: ’“”•–—、˜™š›œž™Ÿ,Email: gsl63 电气工程、信息与通信工程·59· 252 0 "  ! 0 1  ,   ,  。  ­€‚ƒ„ †‡ ˆ‰Š‹Œ‚。 Ž‘’“”• –—,˜™š›œžŸ ( ¡¢£, ¤ £¥‚¦) §’, ’•¨©‰ª«¬‚ ®¯œ°,“±²³‹’´µ¶·¸  ¹º³»,¼¶½¯¶˜¸ ®¾¿³ÀÁ ÃÄ。 ‹ÅÆ †—š›œžŸÇÈ ÉÊ«¬,‹Ḛ̈ÍÎψ¨ 、 ÐÑ, ÒÓ ×‰ŠØÂÙ, ÚەÜÝÞßà Þ。 áâã,äåæ°·çÅÆ´µè©— ÔÕÖ ¹º³»。 éê,ëìíîïðñ [1] öº÷¦ Ìòµóïôõ, ÎøùúðûæÞß PID üý, þèÿ~Þߞ}|‘ÿ~{[‰\], ·ç^Å [2] _`@?¾。 >=<¦ ÎøÞß;á åæ,:/^ÿ~ [3] †Â,Ìç.。 -,+¦ ø PID û æ*¡¢, :/—š› œÂ Ì´‚œ°«¬。 ³·ôõ  —š›œÂòç., ¼¶ òÍ̐,ž,’“åÊ [4 - 6] ôõާ’   。 ñ †àÞ]ðÞÝ, Ž 2 ð [4] Ô§¨¦¯å© : · x1 = x2 , x = f + gu + d( t) , · 2 · T μ· , θ - J J 3p n ψ f ,P ‹ˆÀ ],ψ f ‹ªˆˆþ,J ‹Œ‚ 2J «,μ ‹¡¢ž],ω ‹£ˆ‰, d( t) ‹•– ¬ d( t) ≤ D ,̗ D ‹•–ª®, u = i q ‹ ¢Û。 2  ’¯°ÞßàÞ—,é±|`@?¾ Œ~‹Þß\],Þߢې( e, e ) ‘ · (s,s ),þè*Þß°²,ËàÞÊ s ‹³。 Þßà Þ´~%$,’µ¨žŸÔ‰¶~àÞ ·¸¹ºœ,ÅÆàÞ¹º³ »。 ÞßàÞ˜Þß,àÞ‡»  »‡–ƒ‚:。 Ì·¸¼„ 2。 ·               Fig. 2 †。 (1) g =  :,ƒ„ 1 } ©(1) —: x1 = θ , x2 = x1 = ω , f = - )’àÞªò•¹ºÇÈ «¬,(Šç.。  †±˜ †、 ˆ‰ 、¤、 ­‡¤“€–ƒ‚ 4 27 5 3 䍏•–‡Â,¤'&,ˆÀ † '& ’¤ÂìÂ,‰Š‹­Œ£  _,Á ¤,|‘Žâ´µ‘’œ。 ˆ‰'& ’ˆ‰Â—Â,°·ç“ˆ‰ ¥‚,׍”•–°。 †'& ’ †ÂíÂ,´µŽ—`@œ°, Žâ´µ½¨œ,¼¶˜™± þš,þè„ 1 ›œ´µžŸ,¡¨ †¢Û£ θ, ›œ †'&¤£‰‹ θf ,‰¥¤àÞ¦¯ ä]ðÞÝ*àÞ‡òÝÞ 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。 ž,ÀÁÂ#à ÄïÅ©Ƅ。 ¨¿àÞʋ                            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) ,   ­ ,€,‚ ­ ƒ„ †,€,€†‚ƒ„ † ,‡ Š Lyapunov ŒŽ V = n ( ∏ μA ( x i ) ) ∑ j =1 i =1 j i , (13) h( s θh ) = θ h ξ( s) , ^ ^ ^ (14) (14) , ξ( x) Š»ÁÂ;¼Ž θ h ½ µºÃ。 ^ Ä ® ­ †‡ˆ Š‹。 ˆ‰‰ m j μA i ( x i ) ∏ i =1 ‹(4) º ^ 1 u( t) = [ - f - c1·e + θ̈ d - h] g  。   253 ÆÇ‘Š 1 2 S 。 2 (7) h ( s θh )  ^ ^ §ˆ‰ 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) ‘Š s = ce + e ,‹ · ¾ÅÆÇˆÈ¼¿ ^ ÉÀÁŠ»‘Šž 3 ¤Â。 Œ · · Ž‘’“”,’“”• e •ŽŽ‘。 ––—‘Š—˜˜™™。 š                       ‡  š ›œž–›œ。 2 2    ‘ŠžŸ¡¢  £Ÿ—,¤¥¦‰§ˆ¨­  ¡¢ž£©ª«,¤¬ (4)  u s  Κ ¥ Fig. 3 ®¯˜°¦±§²³ª«, ´µš¨©ž ¶·。 ª¸¹º«§Š»¬®¯¼ ±¬®(4)  u s 。 †°±²¼ 、 ³´Š»žµ¶·¸Š »ž,‹Š»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 ž›œÊ, à 。 Š Lyapunov ŒŽ †‚ƒ„ 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) ‘Š s = ce + e ,‹ ̨ ÀÁ ξ( x) ,(11) º 1  · , (11) : μA ( x i )  x i ¾¿ŒŽ。 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 ¢£«€¤,¥¬Œ®¦Ÿ¤§¨ [7] ‚¯ 。 ©ª°±Ÿ‰«²Œ˜™,˜™ £ŒŸš³´¬¤§µ¶›˜™·¸‰¹® º –»‹ƒ¯¼½–¾˜°±ž,²³Ÿ¦´‘ µ¯¶´·¸。 PSO ¿À¹Œ˜º‰Ÿ, †Á ¶“ÂѵÄ,£ŒÅÁ†»,Ÿ‹Œ‰¹ „®º—™¼¯ Bestp( ŸÆ»Ä‘µ Ä) ¼¯ Bestp( ½˜¾·Ã„‘µÄ) ¯ Ǽ½–¾˜。 3 2  Èɛ ¿  ƒ „ g ( s) ¯  Ê Ë À ƒ „ 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, - †Ÿ˜’“¸˜µ ¹,«̈́™ÎÏŽ¥œ ™¦Ÿ, PB} ;s = { - 6, - 4, - 2,0,2,4,6} ;u s = { NB,NM, p Di ) , ˜ ™  Ž Ÿ  ‹ 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} 。  , †‡ˆ‰­€Š ­‚‹ƒ„ †‡ˆ, Œ‰Ž 49 ­€‚ƒ„ Š,‹Œ‡ˆ„‡ˆ‘ 1 Ž。 Table 1 s 1 Ÿ™‹Ð†‘Ñ¢£Ò P i = ( p i ,p i ,…, 1 P g = ( p1g ,p2g ,…,p Dg ) 。 Ÿ i ¡‚Ò v i = ( V1i , V2i ,…,V Di ) 。 Ÿ˜’“‡› ÓԏŸš¢£Ÿ ¦¸˜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 „, c2 ¡„; r1 ÕÖ¤Ã;ס¡„ c1 r2 [0,1] ØÙ™º‰½¹º‰„; α ÚÛà ,¾¡‚ÜÝ。 1 eT e ,  ¨  ‚ ƒ „ ¾ Þ ƒ „  J = Σ 2 F fit = 1 ,’“ß»à 4 Ž。 J   3    3 1 pner ‡ PSO  PSO ’“‘’”“•” Reynolds ¥œ    Hep  †•––”——˜˜™˜™š ‡ˆ,š›œ›’“‘ž。 šŸ˜’“, ¡¢£Œ™¤Œ ™¦§žŸ¨Ÿ,£Ÿ¤©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。  ­€,‚ ƒ 65, „ ˆ†‰Š‹Œ , 5  。  ­€ˆ†     a ˆ†‰      5   a ˆ†‰   6               ­€ˆ†  Position tracking response   ¾—,˜¿“ ¶·¸ ­€   ,ž™¡š»À³。 ÁÂȲś    5       Æ,Ç¥¶   Ž£‘ , ȑ²É, Ž© ­€ˆ† ƒ“Œ  ›,œÊËÌž»„。 Control input ސ 5a А 5b,  5a ­€ t < 0. 25  ‘‚’  ƒ“”•–—˜,  5b  t < 0. 25 ‘‚’”•™š—˜›œ,  ­€ž ­€„  ›Ÿ ”•™š,†¡¢‡ ‚ˆ £。 ¤‘‚’ 5b ”•™š  5 ˆ¥—˜‰Š。 ¦§ ¨ 6  。  6 ­€,‹Œ ­€„ ˆ† ¨©‹‘‚Œ,­ª„¦§«¬,¦ Ž‘‚’®¯Š°±›œ, ‘ ”•。 § , “ ¨Šª„。 : [1] [2] ͕Î, ,  Å , º. “ÏЭ€Š PID ‹ ´µ½ËÌ[ J] . ÑÒÓ, 2014(1) : 133 - 136. ÔÕÖ, ğ . “מ­€ ؈†[ J] .  µ‚ , 2014(6) : 42 - 44.  [3] ٘Ú, Û , ƒ. “ÜÝ¢„ PID ÜÝ¡¢ [4] ãäå, ËÌ[J]. £µ‚Þ߆ àáâ, 2013(8): 66 -68. ‡ [5] [6] ˜†, ‡¤ˆ. ¥¦§¢¨­©Œ„‰æŠ¢ [J]. Ñ¢µàÛçè, 2012(12): 22 - 27. ãäå, ͋Œ. “œéŒª¦«ê¬ŸŽ‘®ë±­€ [J]. ìíîïáçðçè, 2012, 22(3): 273 -276. ’“”.  ’² ­€„  ²³‰Š”•™š, †¡   ¹º•–,»‰Š”•,¼½Šƒ Fig. 5 ©   ”Ž‹´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¨Œ[ M] . š›: š›œ° œž çóŸô, 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) ": 、  ­€ ƒ„, †‡ˆ‰Š‹ŒŽ ‘’“”•, –—˜ ™ RBF š›œžŸ¡ PID ¢£¤¥ ! ‚ ¦§”•,¨©ª «¬®¯°±²,³Ÿ ² ´µ¶·, ¸‰Š‹¹º»¼½¾¡ ¿ÀÁÂ。 ÃÄÅÆ:Ǧ§ÈÉÊ˳ÌÍÎ,ÏÐ˳̆ÑÒ ÓÔ, ÕÖא®Ø ÙÚÛ€Ü ÝÞ߮ݳŸ。 #$%:©ªàá´; RBF š›œž; ‰Š¦§; 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 boomtype 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:boomtype roadheader; RBF network; cutting control; constant power 0  [1] ©™š–›ª«¬®™š– £¤–¯ 。 ° œ”žŸ£¤›±²¯žŸ, ³žŸ¬®´µ¶  ¹º»,§¨©™š–€¼½¾¿ÀÁÂà [2] ¬®™š– ( TBM) 15% , ęšÅÆÇ、 ÈÉ ·¸ ™š–›œ”žŸ¡¢ £¤–—¥¦, §¨ 2345: 2017 - 04 - 26 6789:  :;<=>?: ­€‚ƒ„(51304075) †(1977 - ) ,‡,ˆ‰,Š‹Œ,Ž‘’“:”•–—˜ ·64·电气工程、信息与通信工程 ,Email:zhao_xxsc@ 163. com。 ,3 ^ + *,Ñ:ÿ~ RBF }|{[ PID \]=< ,。   ,  ,­€‚ƒ„ †,  ÓõË,ÄÅüœ ȵ†‡。 ‚‡ˆ‰Š‹Œ, Ž‘’ “”,•–— ˜‰™š,›œ‚žŸ $%&' 257 ;:ÆÅ‚Ç[àá &()*+ < ¨©ªœ,   « ¬®¯°±ƒ„。 ²³´µ¶ ! ·, # = ¡¢£¤¥¦†§ > ? À€ÉÊËÃÌ、 ͜Î、 Ï ÎÐÑÒÎ,  ӍÔÕÓ‡ÖרÙÚÛÜ, ÝÞߐ æóôõïÌ,Ýö,÷ï 。 Fig. 1 2 ¬­€,‚^ƒ„ Ý éá。 1  àᆇ, 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,ú燐, ß ] 123 =<û PID \]¸,©ÉÊú ù“”, ú ì, “”ƒ„ ðØè ÓõË,À,ûüýþ ÁÀÃÌ,ÿ~ RBF }|{[ PID \ 4567 89 :;67 89 ƒ„ø  ./0 " ¸, ©¹“”º»¼½¾¿,  [3 - 4] 。 “”È ÀÁÂÐÄÅÆÇ¬ àáâßÃÌ,ãä¹åÀ±æ,Éààáç è,éá–ê,ë ìíîï ð, ñòÀ± ,-&' j =0 k d ( e( k - 1) - e( k - 2) ) , Õ:u———\] Ë; e———ÌÍ­€。 RBF ι}|€ÉÏАÐÑÎÒÓ ð, ¯ «Ô®¯ˆ‰ÐÑΔ=, €ÉØÐ¨/Õ ð,RBF ι}|`ÿ~\]â“Ó, ÿ~  [5] »Ô` RBF ι}|’€ÉÖ’Ñ×Î ,< =<֒。 ûÿ~ RBF ι}|Þ PID ‘’ ÔÕ_ˆ‰,  ÁÀ`“”ÊːŠ»ÒÎ、 ‹Ë‹ŒŽË {[, © [6] × 。 Ñ‘’,‚@ “ ‘’É”。 • ޖ( “`”—Ñ )  、 ÊÔËÏ Î, ˺ɣ¤ØÙ, Úú=< ËÛ\ ޖ ¬。 ÿ~̺€É j ¤ØÙ, ûÜ; ÔՓ”γÏ Î͜Î,  ˜“、”™š ›œØ÷,™žëŸ¡Ñ ֒úÝÞË֒,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 üÏ˜©, ª˜,  üçè,üÃÌ «ª«“”㐠ØÙ˜šÿ~†, ç×ÿ~»。 ¬º©è¤ ØÙ ×, ¬ k p 、k i  k d {[“é。 ÃÌ,>¬£®, ¯‚°üúª±­ €。 \]=< ×,²³ 1 ’´,ûµòü ¶·¸®ü,¹º»ü»‡¼Í、 ½,© A / D ÿ ¾ ¿ × ’ À ­ €, © \ ] ¸  ‡ †。 ã “”γÊË f ©,  ð© üÏ˜©, ÁÂü ü­ ,ü €,\]¡¢žŸªœ ,Ý©ۜ ,ç誜õË;âª,f çè,  ˦àÿ~áâš。 ÿ~»ºÁ Ëÿ~,ÿ~\]ãóäå,ƒ„æ¤ ° RBF ι}|û delta /Õãóº{ê‘ ’,.[-ë֒ú: 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 ———}|ƒí ¬; 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 ”•†‡„ “ ‹™‘ŒŽ­£«¬ ˆ 5 ‹ˆ 6 –‰。  θ p = W X p ,     ³  ,   ,‚ƒ„ , ­€ [7] †‡‚ƒ„   K1 G( s) = , 2 s( T1 s + T2 s + 1) ˆ‰  Fig. 4 :  4       PID  Cutting current of PID control  Š:K1 、T1 ‹ T2 ———„ ˆ‰­€‚ƒˆ。 Œ„ „ †, ކ‘’„ ˆ‰“ :   K1 G( s) = 。 2 T1 s + T2 s + 1   ˆ‰”•‡ ˆ 2 –‰, Š‹Œ—ˆ‰ Ž€,K2 ˜™‘­’ˆ,K3 ˜“”•–— ­’ˆ‰,K4 ˜˜™šš˜™ˆ。   Fig. 5  5    RBF        PID  Cantilever swing speed of PID control based on fuzzy RBF               Fig. 2 2   Structure of system control   ›Š‡›€œž 20 s Ÿ, ¡™‘ 130 A,„ “ 13 m / s, ›Šœž¢ Ÿ—¡¢£­£,¤¥ ¤™‘¥­,ˆ‰ € ¦›。 ˆ‰œž—¡­£¤¥§¨ PID ”•”,©ª†‡„ ™‘ I ŒŽ­£«¬ ·66·电气工程、信息与通信工程 “ v ‹ ˆ 3 ‹ˆ 4 –‰,  Fig. 6 6    RBF        PID  Cutting current of PID control based on fuzzy RBF ¨ˆ 3 ~ 6 ¯°,œž—¡© ¤™‘± 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 ˆ‰ : [1]  [2] ŒŽ¬, ‘’“. ®¯ •´µ–—, 2005. [3]  RBF   PID  , , „ [4]  ­€‚ƒ †,‡ˆ‰Š [5] ‹ŒŽ‘’, ˆ‰ƒ“”“ • –,­—ˆ‰ƒ€Ž,‚ [6] ˆ˜™šƒ„,›  PID œ†, ­ €‡ˆž‰Ÿ¡¢,   PID  ,,¥ ¦§¨©“¦§ ‹ª«。 [7] ›°[ M] . ”•: ¤±²³ ˜™š. ¶±›œž ›  Œ 259 ™£·¤, 2001(2) : 50 - 52. Ÿ‘¤¡¢[ 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  ÁÃÄÅ» ¼Æ[J]. •½•´´¹, 2015, 4(2): 285 - 289. ¾, €Å, Ç. ÈՏ¿™ ›ÀÁ[J]. ÉÊ˽·´´¹, 2008, 18(1): 1 -4. £¤Š (  ) 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   ­€‚ƒ„ †‚ƒ, ‡ˆ 030000) ,  LC  ": LCL  Boost  , ­€‚ƒ Boost „ †‡ˆ‰Š‹ŒŽ‘ 。 ’“”•–—˜, ™š ! ›œžŸ¡¢£¤,¥¦›†§¨©ª«¬œžŸ¡¢。 ®¯°•–± PI •–²³ 。  SVPWM ·–¸¹, º»›¼½† ’¡。 ¬¾¿ÀÁ, Âà Mat ´˜,µ¶ lab “。 ²ÄÅÆ:ÇÈÉÊËÌ, ÍÎ PI ¯°ƒ•–Ï, Ð‰Š®ÑÒÓ, ÔµÕ Ö,רÙÚÛÜݺ»。 #$%:; SVPWM; œžŸ¡¢; ¯°•– doi:10. 3969 / j. issn. 2095 - 7262. 2017. 03. 009 &'()*:TM464 +,-*:2095- 7262(2017)03- 0246- 05 +./01:A Research on threephase 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:;: ‰Š‹(1967 - ) ,Œ,Ž‘’“,”•,–—,˜™š›:€œžŸ,Email:zhaozhenmin@ sohu. com。 ·68·电气工程、信息与通信工程 $3 ¹ 0 247 #¥",;:ŸÀŽ‘’“›œª«!0  2   , 、   ,­€‚ƒ„、 †、‡ˆ‰Š。 ‹ ŒŽ‘’“”• LCL –—”, ˜™š›œžŸ¡ [1] ›œ,¢£¤¥¦§ 。 ¨© PI ª«¬®¯°,  MPPT  MPPT ª«÷ø½‡÷µ¾¿¶Á ª«,ùõˆ‰ŠîïÊ,ӋŒŽ‘å íÊîïݒ‘。 ‡÷Œ“¶Á, ”ÿ• íÊîï݉,Ӌ£íÊîïݒ‘¥–,— [7] ¼á˜ 。 £ª«÷øÐ, ™óš›ª« ±²³´¢£,µ‘¶·¸¹º»¼, [2] ½ ·¾¿ŸÀÁ“º 。 žÃÄÅ ,œ™óò›žã'Ÿ,¡™ñË¢Œ¿ [8]  &£´¤。 ¥Ã, ª« ¦ëì Æ£’“”ª« ÇÈÉÊËÌÍ。 ÎÏ [3] ÐÑÒÓÔÕª«µ¸¹»¼ÖרÙÚÛ íÊîïÝÚÛùõý§ ÜÝÞߛœàáâã。 ÎÏ [4] ÐÑÒä å˜æË® MPPT çè, ¯é˜æË®ê ëìíÊîïÝÚÛ, ±µðñ›œâòãóô õß,Ž­ö¬÷øùõÕú,£ûüýþÿÉ~ Ê}«。 ÎÏ[5] Ðäå|{ùõ“[‰\] »¼® MPPT çè, ¯²^_`É@œ\]»¼ ®àáâã?, >=<ãÙ;:Ý, ±›œ/.Õ ú,ª«õž-,。 ÎÏ [6] Ð+Éäå* )(´ SVPWM °ŸÀ Boost ’“” « ®,ݲʶù、ßîïã “^ï、、¾¿–—”Ž‘ Á THD,±š ®ª«Õú。 ÒÌ Í Ð  ‹    ¢ £      , Å +ª« MPPT ® ,  PI ª«Ô Õ ª « Ž  / . , Ó   › œ    àû , º   ,   ¤ —  » , Þ ß ¾ ¿ —   [9] 。 ‡¨ ¾ “Ë(†©ž P - U ª« ¬®ˆÝ¯ï° dP / dU ¯ï“±° ΔdP / dU, ˆ‰Š¶“±°'²—ùõ³´µù£ ž¾¿Ë,‡÷ ΔU ª«´µù。 &£÷ø ¶: (1) dP / dU > 0, ΔdP / dU < 0。 ·€&£Ý£í Êîïݸ•,޹†‘íÊîïÝ,º»»¼ “。 % (2) dP / dU > 0, ΔdP / dU > 0。 ·€&£Ý£í Êîïݸ•, ޹¼½íÊîïÝ, »¼ “,»¼¶ž¹,´µù“±ž¾。 %* (3) dP / dU < 0, ΔdP / dU > 0。 ·€&£Ý£í ÊîïÝ¿•,޹†‘íÊîïÝ,º»»¼ “。 % (4) dP / dU < 0, ΔdP / dU < 0。 ·€&£Ý£í ÊîïÝ¿•, ޹¼½íÊîïÝ, »¼ “,»¼¶ž¾,´µù“±ž¹。 %* Ë 。 ¼½íÊîïÝ´¤&£‰, +õÊ[‰Ú Û, ÀÁŒÃžÄ。 ÅÆ, +[‰ÚÛ, 1 ÀÁ㌏Þõǟȏ。 ª«ÉÊ · 1 ­€,‹Ð NB,NS,Z,PS,PB (†Ë·¾Ê, ¾  LC –—”ŸÀŽ‘’“” 1 ­€。 ,Ì,¹,¹Ê。 1 Ð i pv ž‚ƒ¾¿Á,C dc ž Á•„,i dc ž’“”¾ Á,R1 ž–— ;^ , –—'„(†ž L1  C。 i s ž ‘•Ž‘Á,U sk ( k = a,b,c) ž‘¶。      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  LCtype main circuit topology £ Matlab Ї÷ͪ«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 Š 3 €‘, ‚’“”­ ƒ•–—„ †˜‡,  ‚•–— ˆ  ‰™‰Š,‹ †。 š †ŒŽ‡—, ŒŽ‡, › ˆ‘‰™’“,      a   dP / dU        •–œ”,•–ž—˜ ‹ †˜‡。 ™Ÿ¡,š  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 ›œšžŸ ¡¢£¢ £¤。 ¤‹ž†¥¥¦, §  b   ΔdP / dU        PI ¨©ªœ«¬¡¢‰®¯° ,Ÿ  šž ±。  ©ª£¦§¨©², ¨©³£ª «´¬®„µ¶ †¯·¸¹, ° ˆ  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  。 ­ €‚,  †‡,  ˆ ƒ„ ‰ „,  0. 4 s   †  Š 600  ‹  1 000 W / S 。 Œ 2 ­Ž 3 。 ·70·电气工程、信息与通信工程 ½±²® ¦§¨©†,š³·¾´«´µ¶· 2 2 2 ¸¿ ωn / (s + ωn ) ,³€¯·Œ ˆ º›œšžŸ ­Ž»¼•–。 ¹ º´ »¼À½’­Ž,ÁÂÃÄ。 ¾¿Æ­º­Ž½’,ÀºÇ¹Á Æ­ÂȨ©²‰,³À•¢ Å ¸¹Ã±ªÉ, ÄÀ¢¸¹œ“Ê ˵¶‰ÅÆ,—Çȁ ¨Éœº“¸ ¹,•Ê ¸¹Ë´¨©ž。  Ê˵¶Œ: r( t) = r( t - kT) ,( k = 1,2,…,n) , ‚ÌÍ̗ (1) É3  249 ÊËÌ,Í:¯°±²—³´¥¦€‚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% , ‚§Š¼½¶: ¾Œ¸· L = 2. 25 mH, ¾Œ ¸¸ C = 10. 96 μF。 ®¬ PI £¤¢¹´  6 。 ®„€‚¥¦¿º«, » ®¬®€‚¢, „À PI €‚¢—œ„ - sτ 0  10. 5 kHz,¸³±º 50Hz, ²»Œ³´µ ‰ , ¼½¾ŽŒ†, €‚¹´ - (4)  r( t - T)  e R( s) ,   T : e - Ts G( s) = 。 (5) 1 - e - Ts 7 。 Ts 10 ,-+ ()$*'+( (5) ,  ,  ,   ,,  4 。  N  。 ­ €‚, ­€­ƒ‚ƒ„ „ †。    40 ! 5.5:;0! ! 5.5"<0! ! 789! 23  ! 5.5:;0! ! 5.5"<0! " 789" 5 Fig. 6         4 "!./ '6 )-6 PI abcdeE< PI regulator Simulation Model   23 %&' ! #$! " #$"                           Fig. 4 '4    YZGH&[\GHE< Repeat control endometrial control model €‚† ‡ ­€‡ˆˆ€‚, ‡  ‰Š,‹ˆˆ‰‡,Œ†Ž‘ ’І‹“ŠŒŽ, ‘ ’,‹Ž“,”• –—”˜ ,•™Œš。 PI ›€‚—œ˜™,€‚š› –‹  5 。 ž‰œžŸŸ,¡¡‘—”¢ž ŸŸ,PI £¤¢”¥££¤˜ ,¦¤¥¦§ —”,ž¨¢©£¤§ª,€‚¢”¥£ £¤˜ ,¨«Œ†,„¥¦ˆ©ª¬«。                          '7 YZGHcdeE< Fig. 7 Repetitive Controller Simulation Model 8 Áº¹´†,¿ 8 ‹À, PI ²¸¶Œ†ÁÂ, Âà žÃ»ŒÄ ½,THD  7. 75% ,Ä¿ÅÆµ 5% Ǫ, —³ ¸¶À¸³¸¹ÅÈ­ƒ °É, ÁºÊ  1, ± ÁÁºŒ 8 ~ 11 kW, ÆÁÁºŒ - 2 ~ 2 kW,¿ÇÂ˂¸³‰, Ì Í PI £¤¢˜ ŸÈΗº«,ϿǠЀ‚Œ†。   4 PI TYZGH]B^KGH_` PI and repetitive control combines the control sys tem of FIG  –®¬® 10 kVA ¯°±²—³´¢,  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  Ÿ ³´。 (2) SVPWM µ¶‚ƒ· ¸。 †‡。 Matlab “Ÿ‘”•„   :    9 Fig. 9      –,  , , £. ¹ [2] . ‰ [3] Á,  Active and reactive power output  ,   , THD  , , 0 kW ,   ,­€,‚ƒ„ 5   10 kW [4] [6]  †‡。 [7] [9] Š‹ŒŽ‘’“, ”•–、  ’Š‹ ™š、€‚ƒ›„ ­—˜ MPPT œž、† [10] ‡ˆ‰Ÿ¡ §ž¨©Ž‘Š‹ŒŽ . Âà LCL Š‹ŒŽ [ J] . ÄÅ , 2016, 46(9) : 39 - 43. ,– , ” MPPT [J]. Ê,  [ J] .  Ȅ , £. Âݓ˜ Ë̞Š‹ MPPT º¥¦ ›¼½ 2017, 29(3) :102 - 110. Boost “Š‹ŒŽ , , Íȍ, £. ‰ [ J] . º•» . ‰ ÆÇ›žŠ Èɼ•» 2013, 29(1):16 - 20. . ‘“ ™š  ¼½,2017, 37(8) : 2328 - 2338. Š‹“ŒŽ“¥¦[ D] . ¾¿À: ¾ ¿À•«¼, 2012. ÎÏ. Âà SVPWM ‰ [ D] . ­€: ­€«¼, 2011. Š‹ŒŽ¥¦“ Ren Yuyan, Gao Jinling, Zheng Cunfang, et al. Swithching losses suppression method for threephase PV grid - connected inverter [ J] . Power Electronics, 2014, 48(3) : 7 - 9. •¢Š£œ¤‘‹Œ¥¦。 ( 1)   Š‹ŒŽµ¶¥¦[ D] . ¾¿À: ¾  ‹ [5] [8] ˆ‰ LCL “ŒŽ“ —µ¶[J]. º•» ¼½,2014, 34(3): 5803 - 5810. ¿À•«¼,2013   3. 18% , [1]   9 ,,  ¼ °œž±²          ™  ‚. ‰ Š‹ŒŽ¥µ¶¥¦ [ D] . ƒ„: 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] . MercadoVargas M J, GómezLorente D, Rabaza O. Aggregated models of permanent magnet synchronous generators wind farms [16] [ J] . Renewable Energy, 2015, 83: 1287 - 1298. [12] [13] † ‡, à Œœž[ J] . ˆ. ‰Ð Ž “, –Ž”. ‰Ð Ȅ ›, 2012, 36(2) : 42 - 46. œÒŸŒ‰ ƒ œ, Õ Ñ Ž•, 2012, 40(15) : 1 - 6. [17] [18] ·72·电气工程、信息与通信工程 Œ‰ Ñ Ó §¨ØÙڐ  , ªÍ«, ¬®, £. Âԝ“ DFIG “‰ £¡œž[ J] . º 1097 - 1105. Ó È„ Ž•, 2014, 42(1): 70 -76. ­, žÖ, £. ·Ÿ×‰ ¥, £. ˜£¦ ѩӣ¡œž [ J] . º (13) : 3231 - 3238. Œ’ –—˜, ™š, – ‡. “› €ÔҟŒ‰ Ñ£¡ ¢¥¦[J]. [15] š ў‰ ¢, £¤,  ‰ Ó ‘, ’ £¡[ J] . [14] Ȅ Š‹œ‰ ¡ ™š, 2012, 36(12) : 222 - 227. ¯°Î. ‰ ¼, 2010. Ñ •»¼½, 2015, 35 •»¼½, 2015, 35 (5) : Ó£¡¢œž[ D] . އ: ±« (  Ñ    È« )  27  3           Journal of Heilongjiang University of Science & Technology 2017  5   Vol. 27 No. 3 May 2017  ,  (  ,  150022) , PD   ! ": ­€‚、ƒ„ †‡ ˆ‰Š‹ŒŽ‘’“”,•–—˜™š›œžŸ¡¢£ ‘¤ ¥¦§¨。 © ¡ ª«¬®¯°±¡²§³˜´µ, ¥¦¶·‘¤¸¹º˜™» Ÿ¼½ ¾¿ÀÁ½œž,ÂÃÄÅÆ·ÇȐÉÊËÌÍÎ ŽÏ。  Simulink Ð ÑΛÒÓÔÂÕ,Öר§¨ ÇÈÙÚÛ。 ÜÝÞß:˜™Ø§¨à¥¦ ‘¤ á âã ä忟 ç 。 #$%:; ‘¤; œž; ; 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 endeffector 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; slidingmode control; reaching law; impedance control; trajectory tracking 2345: 2017 - 03 - 10 6789: ;: ­ € ( 1969 - ) , ‚, ƒ „ 163. com。 †‡ , ˆ ‰, Š ‹, Œ Ž ‘ ’: “  ” • – —  ˜ ™  , Email: 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 †½ƒ ‚¾,‘’“¿ÀÁ€“ PD + Âà ” ÄÅ [3] –。 ÆÇÈÉ Ê’“¿À ‚ƒËÌÍ ÄÅ PD , ÎÏ“Ð©Ñ Ò©¤Ó¯Ô [4] ÕÖ,רÙÚÛÜ݈ޑß。 àÒá ɹ ­ N «â , ‘’“Á€ PD + ãä Ãå£ æçèéê–, ë²ìí¯î ïˆðñ†、ò°º»¼†,åó PID  ôô õ–³´ö›÷ø。 ùú [5 - 6] ‘’“ËÌ Íûü”•,ý¤Óþÿ±~}、„ |¼ [7] †‘ß,{[\]^_ÕÖ。 `@þÉ Ê’“¿ Àü?ûü”• ˜™–, >£ü? [8] =<ûü¬;^_。 :/É .-,+*) , ‘’“¿À('&‡ÄŔ•–, %$#“ [9 - 12] ‘’“¿Àûü!0, ^_。 "É “;ûü!0^_、 ÙÚÛÜ ºûÕÖ,ùú[13] Á€( !0 ¢ûüÍ£€ ‚¾ ,ˆ÷ “^_,% “[¬ ;ïˆÄņ»Ü,Á,­ ‚ƒ©¤1 †!0 †Á­€” •ü,®¯”¤‚ƒ„ì ‚¾†‡2ˆ¨‰ Š¡¢æç‹ŒŽ。 A 27 B 9 ™: D ( q ) ∈ R  τd = [ τ d1 n ×n T τ d2 ] , ———会†Ó›; n ×n · )∈ R ———œž¤Ÿ¡¤; C ( q,q ,“  2025”   ,   。   ­€ ‚ƒ [1] „ †‡ ˆ‰Š‹Œ,Hongan Ž‘’“” •–,—˜™š›œžŸ ¡¢‡£ 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 ‚ƒ¬®; 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 ———«±¬ӛ; B m ———”²¬;ӛ; K m ————ܬӛ。 ´ ˜™žŸÁ€‡ˆ¨¥¦©¤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´¿ˆ”•üÁ €‡ˆ¨‰Š ( 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€‘’“”Ž–•–—† 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  ¬ ; Â Ã ï ˆ ™ ( 1 )  †: À À) D x ( q ) ­Ä会†Ó›; D x ( q ) - 2 C x ( q,q  Å­Äӛ。 2  æçè鵊œýìíæç 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 – ”: “­§®Ž e = xd - x, 。 e = · xd - · x, ·          Fig. 1 2 1 1    ‰¸“¹º”•–±²—, ˜±²¹º»™。 Terminal ©€ ¼š›½‰ £ƒ–   Position impedance control of manipulator œŠ,¾  PID  PID 、 , ž‰Ÿƒ¸“¹º”•–¿À ˆÁ ¶·。 ƒ” Terminal ©€€‚ƒ Ž‘, †’  ,ƒ” e = x d - x, e = · xd - · x, · ƒ”’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¨。 š (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 ] , · “­š (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 · ž e → 0  e → 0 。 .  Lyapunov  V = 1 ·T ( ) · 1 T e Dx q e + e · 2 2 . ) K p e , D x ( q ) ˆŸƒ、 D x ( q ) - 2 C x ( q,q  . ·T · ˆ,¡ V = - e K d e ≤ 0 , ƒ。 (10) ¥Á · · ) xr + F x = D x ( q ) ( ẍ r + ·s ) + C x ( q,q Gx ( q ) + Fe + fd , (11) œ · · ) + K d ) e + K p e = 0 , (6) D x ( q ) ë + ( C x ( q,q ’©€¿¦§, ˆª«¦’ ÅÆ¦Ç¨©ª«“ 。 ¬®, § ª«  Ȩɯ°žª¬€‚ƒ,¬®,®Ê †‡[13] ˌª«› : ®Ž s = - ε1 s α tanh( s / δ) - ε2 s β tanh( s / δ) - ks , · (12)  ­¢£  “¥¦§ 。 ¨ƒ©€ª«›ª¬€‚ƒ„  ¤ ¦, —†‡† §œ¨,¥¦ˆ§š ‰€‚ƒŠ ‹Œ© §œ。 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———ŸƒÃ¡; p、q———Ÿ¢˜ p < q。 ’:e ———; · e ———。 2 2 [18] s = · e + Λ eq ,  ­€‚ ƒ„ 。 †‡ [2 - 4] ˆ N ‰Š„‹Œ  PD PD (7) ¯¢°‘‹ ±², ³’©€ [18 - 20] ,€‚ƒ´µ, ¶· Ž‘          } ,ƒ ’: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 ˆ™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 „Š’³„ PD „Ѝ(4) ,´µ© k = 25 0 0 ,K = [ [ 35 ] ] ,ŒŽª¶· 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 · † ™ ,¬ ™š›š x ( 0 ) = 0] , ŠœžŸ ‘«„Šº      Fig. 2 , F e ©  ª;  x c ( t) = [1. 0 , x c2 ] 。 §¨ ‡® ¤¥£,±¡„Ѝ²ŒŽ。 2  d      ”•–—¬ª  PD  Simulation results of Impedance PD Control ³„® k = , žŸ«¤§¨£¤Ž¥£” ·76·电气工程、信息与通信工程  ›œ¡ M m = diag [ 1. 0 ] ,B m = diag[ 5 ] ,K m = diag [ 30 ] ¦¯§ °     ( x1 ,x2 ) = ( 1. 0, žŸ¦ ¢ £ ¤ § ¨ , £ ¤ ‡  ˜’–—”•„ žŸ”•¢Š‰£¡¤¥: x1 ≤ 1. 0 x1 ≥1. 0   †、 ‡ˆ x d ( t ) = ( x d1 ,x d2 ) = (1. 0 - 0. 2cos πt,1. 0 + “” ™ ” •  • –  žŸ«ƒ‡  †‡„ˆ 0. 2sin πt) 。   0. 5sgn · q2 ] T 。 ŒŽ‘‘。    ‰‰„Š‹Œ, ŽŠ Simulink ‘‹’ “”•–—     c ­ g = 9. 8 m / s ,p m = 0. 5 kg, ‚ƒ S - function    p m = 0. 5 kg, l1 = 1. 0 m, € ‚    p = 3. 5,q = 5, ƒ ­ ­ € „ ·   m b = 1. 0 kg, τd = [0. 2sgn q1           : m a = 2. 1 kg,  –—  b  l2 = 0. 8 m ,          žŸ« · , e → 0,e → 0 , ,。 3  ε2 = „Ѝ(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 ,ŒŽª ¶· 3 ¸¹。 ï3 ð 291  ñòó,²:©ª® ‹ τ “                  †,‡˜ˆ  —„ € PD ‰Š‹Œ”•Œ™–š›。  2d  3d œŽ‘ž’,  PD ­€ ­€ •‰£–‚Š,    “, Ÿ¡¢‰—” —˜¤¥  ‰¦™。  4    œš‚Ч¨©ª‘’«¨£‰, ¬ ˆ€ PD   ¡¢‰›°      ©ª®­€‰Š¯†Ÿ ±†²š›, ‚”³´µ¶  œž ·¸¹º»¼, Ÿ ¡š½ˆ€ ©ª­€¢£¤¾š   b         ƒ–, 3c ‹  a          ”•Œ‚ ¿¥¦Àާ¨。 Š Simulink ©  ›,  ª«¬®¯, ® ­€    °¿±² ,ÃÄ        ³´‡µ¶ ±·¸¹¬ Á Âº»Å,¼Æ­€Ç£½ÈÉÁ ‰。 ·,¾¿‘’À ʂŠ£ «¨‰。 œ³ÁË́  §  c «’«©ªÁ ‚Š‚Â³Ã ÄÍ。    :  [1]  tasks[ J] . 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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 selflocation for mobile robots. Key words:coal mine rescue robot; omnidirectional vision; robot independent localization; single view point central catadioptric; target recognition 2345: 2017 - 04 - 06 6789: „ †‡ˆ‰Š‹Œ(12541725) :;<=>?: Ž‘’(1975 - ) ,“,”•„–—,˜™,š›,‰Šœž:Ÿ¡¢£、¤¥、¦ hmm2003@ aliyun. com。 § ¨©ªˆ,Email:ly 电气工程、信息与通信工程·79· 294 0 ( ' & % $ # " " 0 27 1 ! (3) ö÷§áŠ‹Œ Ž § ® ¯ Œ é ã ï  °  ,±”²¤®¯Œéãï³  ާ,ö÷´« µ¶Ú/,].žŠ‹Œ)®¯ãïÞ´«  ,, ,   、 、  , ­€‚ƒ„ ˜¯ª«。 (4) ].žŠ‹Œњ¿ÛÚ¼·¸îï 。 †‡,ˆ‰Š ‹ŒŽ‘’“ˆ”Œ•–—˜™‰š›œ, Ž‘ž ‰š›œŸ¡˜¢£¤, ¥¦§¨©Ž‘žª« ¬®Ÿ¡¯ˆ‰°±²³´µ¶³·¸¹º »¼。 ˆ‰Š‹Œ½¾˜™‰š›œ, ¿À¢ÁÂà Ä,ÅÆ¸ÇŠ‹ŒÈɳºÊŽË; ÌÍ, Î , £- 2 ( ³´Ú¼Î¾ãïÎîï:šîï ¥¹) ¯îï。 1 2 BHI/JKLMNOPQRSTUV , ÌÞ Ÿ{š>=<õ\ì>=<Þ; ;™šõ¥‹º»Ãû¯{šÖ©š, ÌÞ ;:/£- 1 ¥¹。 ÏЈ‰ÑÒÓÔÕÖר, Š‹ŒÈɎ‘ [1] ÙÚÛÜר , ÝÞÁÂßàሉÑ, ⸠    NJ‹Œ³ÚײãäåæŽË。  Ú׎Ùڊ‹Œ¿çèé꟡ëžì­ íîïר,½ƒÎðñÚ×、ãïÚײòóÚ     ×。 ãäåæôõö÷Š‹Œ¥£¤é꟡ ¨©,øùúûñ޹ïüýûþÿ~}á|   ï}ãä。 ¿ ¯,›ˆ‰Š‹ŒÚײºÊŽË,  ¸ÒŠ‹ŒŽ, þ¿¤Ÿ¡› 、ºÊ、ãäåæŽ, ÌÚ×õ·¸ [2 - 5]  。 | ,Š‹ŒÚ׏ Fig. 1 GPS Ú× ›Ú×½{, õìáÚײ¨ [,GPS ِ ᯝ Ú×。  ¯Ÿ¡Ú×µ­€ ‚, ƒ¸ \ì„Ä]²^ †‡Ú×µ­、 ˆò‰Ú×µ '1    WXSYOPKLFG Catadioptric imaging of single viewpoint - 1 ,AB º¼ l ½¹;FG º¼ šÞ;¾ä;EG º¼ R ½¹­’Þ;¾ ä;¿ÀÁ¨ÂÃÄäÎ D m ,ô AC º¼ÎÀÁ¨ þä, D m / 2 ½¹,AD º¼ M ½¹ÀÁ¨ ­、Š‹ŒŽ‘Ú×µ­、­’{_Ú×µ­¾`\ ì £‹¨©“”Ú×µ­。 •–µ­—˜ ÚáÅ;Š©šާ;DG º¼ Û™š,›Öõ¿•–@?µÐ\œ•,Ҟû‚ Š©Ž。 1 1 f ½¹Å; a 槡b2 + D2m / 4 M= , b \ìŸ{š>=<Þ;:/Š‹Œ¿¤Ÿ¡ ½{ÛÚ×.­。 1 r ½¹ Ì,a、b ƒ*ÎÀÁðÆÇ。 ¿,e ÎÀÁà  ©Ž,r έ’-;+*ž|ïњ᭠’-;њާ;ö÷¾¯ÈÉÊ l Dm / 2 M + e = = , r R f @ABCDEFG \ìŸ{š>=<Þ;:/Š‹ŒÛÚ×. ­¡¢£¯: ¥á­’-;˜¢-;¦,/, + *žŒéãï,].žãïњ¿-;îï § (1) ¤ [6 - 8] 。 ²Ž§­’-;њ-;ާ (2) Ÿ{š>=<Þ;:/, ].žŒé =<¨©šª«, ¬ß ½¾].žŒéãŠ‹ŒÑާ。 l= ¬ß,=<º HF ËÌ k: k= ãïњ)>=< ·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) ‡Š‡ˆ‰‰  L x = L1 sin α,L y = L2 - L1 cos α。 y x - = 1。 a2 b2  2 (5)  y ‹Œ‰‹ 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 ŒŽ‘ ˆŒŒ: L x = 0,L y = L1 + L2 。 ( b) ‰‰ A ‚ B 2  H  y, , 1 3 295 ÅÆÇ,È:´µ±† , Ž‘ ˆŒŒ: L x = 0,L y = L3 。 ( c) ‰‰ B , Ž‘  ˆŒŒ: L x = 0,L y = - L3 。 (6)  x ‹Œ‰‹ 。 ( a)  x ’“‹Œ‰‹: L x = L3 ,L y = 0。  ( b)  x ”“‹‰‹:   L x = - L3 ,L y = 0。   2       •–Ž‘’—˜“”•–, ™’   Žˆšƒ›œ­šƒ—˜, ™ž     Fig. 2 2 2 €、¢†£¤  Autonomous location of robot ¥¡¢ ¡ £¦¢†œ ž¤“𛂐。 §¨¥¦ ©¢Žˆ§¨© , α、 β、 γ ­€‚ ªªˆ§¨©«¬ª, ˜¢®¯° ,L1 ‚ƒ ¯±,²«³¢†¡€,¡€¬ ƒ  A ,L2 ƒ A、B ,L3  ‚ B ,L x      , L y             。 „ 𛂐œž、 Ÿš›  Ÿ ,L1 、L3 ,L2 ƒ ,  , ­€†: L21 + L22 - L23 cos α = , 2L1 × L2  α  。 ‚。 ­ ƒ„ (1) ‡ˆ‡ˆ‰‰ L x = L1 sin α,L y = L2 - L1 cos α。 。 ®¯°´±²µ«¶·³ ­»­»¶·‰­»¢†, ¶­» ,·‰¼«½, ½¼« ¸, ¾¿À¬ ¸ (3) ‡‡ˆ‰‰ ¸ÁŽ ¡€¹ 。 ¢µ¡€¹ RGB ¨©¸ºÂ ¶ÃÄÅÆ»¼Ç½, ¡€ÈÉŽÊË。 Ì µ HSI ¨©¸ºÂ¶µ¾¿ÀÁˆÉ † ¾Â,© ºÂ ¥¦ ÍÎÏ HSI ¨©¸ ·‰¢†。  HSI ¨©¸ºÂ ©Ñ,S Ð Ò‚,I Ð ,H Рӂ。 ´µ HSI ¸ H ­¹ S ­¹º­»ÔÕ 3。 4 Ð °´®,  5 ¥¦ ,Ö ,×¢¼«¶¡€¹·‰½, (2) ‡Š‡ˆ‰‰ 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 ¯ ¬ ,。 !"#$%&'() *+,-./0  1234%() Fig. 6 #5  67 %89:; <=.%() Fig. 3 nokc Robot location experiments #5  67 %89:;  、  ,   2   '3 '6  Algorithm of target recognition ‚, ƒ A † B  ‡ 2 m。 , „  9/^_`abc B  ­。 €  ­ˆ     , € ‚ ƒ „ † ‡  ˆ ‰ ( ‰Š‹ˆŠ„‹ŒˆŽ ) , ‘’“ƒ”Œ。  •–— 1 。 މ˜ ,  ‡   ž‘Ÿ  ¡ ™‘š›ˆ‰œ  , ’ “ ”•ƒ– ­“, ¢”•ƒ–  —   —‹š, € — £”•ƒ–   ,¤˜”Œž‘™¥œ‡”•ƒ– ¦ — ˆ‰€‚”Œ。 '4 Fig. 4 defgThi'L Omnidirectional image Table 1 p1 ”Œ, §™¥‡ noqr Results of Experiments m ¨ “  ”Œ (1. 000,1. 000) (1. 112,1. 118) (0. 112,0. 118) (1. 400,1. 400) (1. 525, 1. 528) (0. 125,0. 128) (1. 500,1. 500) (1. 634, 1. 636) (0. 134,0. 136) ”Œž‘¡©𛁖 ”•, ª «– ¬,®¯°œ±²³´,µ ¶· HSI ¸ ' 5 jk^_`alGmT'L Fig. 5 Processed omnidirectional image 3  ,  ,      。   6。 ·82·电气工程、信息与通信工程 ­š›, ¹º¶»¤˜– ¼½”•†ž•–。 §¾, ª ¿ ˆ‰€‚À»Ÿ¡€‚”Œ, ’À»³ ´ˆ‰Á¢£。 4  ˜¤, ‡ÃÄ¿ ( st: 302 u) 302 Ö × Ø ¢  – [ J] . , 2013, 37(6) : 1499 - 1505. [5]  ,   [6] [7]  ,  .  [ J] . , 2017, 41(2) : 448 - 454. , ,  ,  , ,   , Š, 2011, 31(34) : 28 - 35. [8] [9]  [12] ‚ƒ[ J] .  , •, [ J] . †‡ˆ‰ . ž€‚ƒ™Ÿ¡„ , £ .  [ D] .  Ž‘’€ ‚ƒ[ J] . , 2011, 39(15) : 75 - 78.  ¤,  ­, £  ­ . ¥, ¦§–€  [ J] . †‡ˆ‰ Š, 2015, 35(17) : 4291 - 4299.  “”, 2012, 36(19) : 37 - 41. , à 27 Ù Š †¢–‰, 2011. .  . ‹ŒŽ‘’ , [10] [11] ­€‚ƒ„ ‰ œ[ J] . †‡ˆ‰Š, 2011, 31( s1) : 19 - 22. .  [ J] . , 2012(17) : 62 - 66. ‰ . –—˜™€š› (     ) 檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪 (  296 ) œ¨€‚©ƒ„ª,  «ˆ†‡ ¬Ÿ–,ˆ ‰Š‹«ˆŒŽ®¯。  ¨€‘°’, HSI “Œ”±­ H Ÿ² S Ÿ€•³‚ – ´µ¶‡, ·¸ ¹—º˜ »¨€‘¼¡, ½ƒ‘¾¿ †‹«š‡‡ˆ。 ›„ Àœ ‹« ‰Á‡, ­Š‹ˆÂ: Ê, „ г´„ [3] [5] ™¡,¾„ œŒŽ™ž 、ÄÅÆžÇ¶‡ ,ÈÇ ¶‡ÄÅ­。 Ñ,ɟʮ¯­¾¿’“, ”•’“Ë–,ÅÁ› —¡ ÌÍ®¯ ­‹« Á‡。 : [1] [2] ¢£¤. ¨€—¥‹«¦Á‡„ †‡©ª–‰, 2010.  ‰·, ¸ Є [4] [6] [7] [8] [ J] . µ©¶, 2013, 34(2) : 69 - 71. , ǾÀ. µ©®¯¹ƒ‰Š‹« [ J] . µ©¶, 2010, 31(10) : 46 - 48. º », ¼½¾, ¿À», ‰² . ¨€—¥‹«¦Á‡ „ [J]. 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": °µ¶·¸¹—˜ 。 °±º­»¼‹ŒŽ‘½¾ ¿À°µ¶ ¨¡,Á­¿À°µ¶ Ãēů—˜。 ÇÈÉÊ:ÇˍÌÍËÎÏ ±­ÐÑ,ÒÓÔÏ¥ #$%: ÕēÖ,כؚٞ­ÚÛ。 ; —˜; ‰ŠŽ‘ doi:10. 3969 / j. issn. 2095 - 7262. 2017. 06. 024 &'()*:TN953 +,-*:2095- 7262(2017)06- 0694- 04 +./01:A Shape reconstruction for wiredriven snakelike 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 realtime access to the position and shape information of the end flexible segment and presents an algo rithm behind the shape reconstruction of wiredriven snakelike 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: ‹ŒŽ‘’“”(12541713) :;<=>?: •–—(1978 - ) ,˜,™š‹›œ,žŒŸ,¡¢,’“£¤:¥ ·84·电气工程、信息与通信工程 †‡、†‡,Email:wang_hongmin@ 163. com。 %6 $ 0  #"!, Œl ,  ‹©›²•ŒŽ ‘Ɓ’ šÒ“”Ž‘­´•– p( x c ,y c ,z c ) ,—˜ž™š-‚›ÀÁ P 、、 , [1] 。 , ­€‚ƒ„ †‡ˆ,‰ Š, †‡ˆ‹ŒŽ‘ ,’“ƒ ” 。 •– —˜†™š›œžŸ‰¡¢£ [2 - 3] 。 ¤¥™¦“§¨©ª«¬®¯° ˜†±°²³´µ¶·¸ † ‡ˆ¹¸•–—º», ¼½, ¾¿ÀÁÂÃÄÅ。 ÆÇ«¾ÈÉÊËÌÍΙό€Ð†, ÑÒ ÀÁ˜†ÓÔÕ֙רÄÅ。 Óԙ רÙڃ°Û—ÜÝޙ ßàáâ¶ãä åæ,çèÙÚéêëìíר,ž   ï ê ë  ì í î, ß à á â ð „ ñ ä ò [4]  。 óÜôõ°ö÷øùòú™ûüÜÝÞ ÙÚ²³´ר,‰Š,ýóåæþÿ~} |{ ï[—ÄÅ。 , ƒ×ØÄÅÀÁ ±° FBG \ô EMT ]^åæ·˜†‡ˆ [5 - 6] 。 ר_` @œ½?åæ>¾Í, =<;¾:þ Íߕäæ, ʾ。 ô± °/.´-,åæ·•–—+× ר_`,·˜†Âà ÀÁ Ž‘ÓÔÄÅ, ÑÒ䘆 ר。 åæç ±° ãä Matlab  ‹ð +×ר_`。 1 695 :/.´-,•–—+×ר_` ‚œ—˜Æ™ p1 ( x r ,y r ) 。 á⠂Ó¸š  P ‚ y ¢¶š,£ žŸ,¡•– ( xz ) ,   x -l  x = f( , z )    y  y = f( ) 。  z (1) †­´•† ž™œ x1 = f c c c r c c c „½,  ºîœÆ: lx1  , D   ly  yc = ,  D  lf  zc = , D  xc = (2) ª©,D———-«,D = | x1 - x r | 。 ¼½, ™‚›¬® ç诞 š‚›°«·¯±² , ð³´ [7] µ¶·¸¹º 1 2 œ  ¸ Matlab  。  ‹.´-,_`,  .´-,_`º»„»¼½¾: .´-, 、¿   ˜†ר_`愁¸/.´-, *。 /.´-,_`„õ° ñšÀÁš ­´ €‚×,õ°_ `ƒò,„ _`­´ר,†­´ Ž‘ÓÔÄÅ,ڇƒò,ˆ‚ 1 ‰Š。 ‚, ¤¥¦ y1 = y r = y,„§-¨©ƒòª«: •–ÀÁ™×Ø_`。 .´-,º»Á  1 1 Æ —Æ »): ³´ ‚ £ÄÁÂ,³´£ïÁ à ãÎ .´ -,º»ïÁÂ。 (Ŷ‘ÆÇ; È ÉÊ Æ 270 mm × 210 mm, à » Ë ;  Ì ; Æ 30 mm × 30 mm,Í µ žÎÏžŸÐ›。 õ° ž±Ñ Ðñš‚, ³´ ÒÓûÔ 20 '‚°¸ 。 ³´±Ñ‚ÕÖ‰‚ ÀÁ  ×,·.´        Fig. 1 1  Support beam spacing effects on stress and deform ation strain Ø ‘ÓÔºžÙ&‡™ÚÛÜÝÄÅ,  ïÁÂފˆ‚ 2 ‰Š。       ,ª« ÀÁßà ×, 𠆣ï ÁÂ。 šá⨚‚,· 忚›。 ª«   , »£ïÁÂ×, ¡ »µ.´-,º» , žª 电气工程、信息与通信工程·85· 696 ¼ ½ ¾ ¿ ,  。 À Á Á à 27 Ä Â 5 。 † ‹ˆ€‚ „ † ‡ ‰Œ,€‚ƒ„ Ž€‚Š‹、‘’ “”•‡–,—˜™Š‹š ˜™Œ›™œŽ  Œ,Œ‘’‘,œŽŒ’ž“”€。         2 Fig. 2         3D display of camera external parameters Fig. 5 3 4  ,  ± 0. 6 mm ,  , 。 2 2 5   Structure of line driven robot  —™† Š‹Ÿ¡“Š‹” •,—˜ƒ„¢–£—“Š ‹‰  ˜™¤¥¦, §¨©ª–¤¥ ƒš›œ。 ž—“—˜™Š‹Ÿ¡”•,  Logitech «¬( HD webcam c255) ¢£¨®¯   Ÿ¡°。 „ Ž 10 ‹Š‹‡–,—‹Š‹± Ÿ。 „ ¶·¤‚ª–¥¦˜ ²ž 10 mm,Š‹³´µ²ž 14°, —˜‹Š‹š   ™ 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      ƒ„ Error distribution of right camera calibration ¯—“„ „  、 , ­  €‚  ,ƒ„ †‡ˆ‰ Ё ­€‚ƒ­„ ·86·电气工程、信息与通信工程 Ÿ , † º°ƒš±ƒ„—“Š‹Ÿ” •·»°€§›œ。 §¸Ž¼²„   ¤¥¨©ª«¬®§¸¹, §  , ¹½ ,³´, µ¾¿¥ xy ¹½¶›œ° €, 。 ž¸¯·¸¨©ª«ƒš 7 ›œ‰¹ ,ƒ„µ„ ¦Ä  ,Ž 8 ÇÈÉ»˜Ê°€。 º°ÀÁ,Âà 8 Å,§ÆÇº– Ÿ6 ¡ ¢£¤,¥: 3   697            ,  、   a    。    s     ,€  ­€ ,„ †   ‚ƒ€  ‡ † ­‡ˆ 。 ‰   ‚ƒ  ,    ,  Matlab   ˆ‡Š‹,  ‡    ­,’“€€”•€‚ƒ–„‡,    Fig. 7 '7 ŒŽ, ‘  †Œ—˜, ™‡š›   b        ‹Œ。 ‡Š c  ghiVcdOPtqug Shape reconstruction curve of line drive robot ­ˆ‰ Y}+.: [1] Li Z, Feiling J, Ren H, et al. 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( -~ ) 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   , (    ­€‚, ƒ„ 150022) ": , ,   ­€‚ƒ„ ,†‡ RBF ˆ‰Š‹ŒŽ‘’“”•–—˜™š›œž。 Ÿ Mat ! lab ¡¢£¤¥¦§¨©ª«。 „ ¬®: ¯ŒŽ°±, ƒ„ 𛲇 ´µ¶·; RBF ŒŽ‘’¸, ¹º»¼,½µ¾¿ÀÁº ³ ÃÄ。 ÅÆÇÈÉš›ÊËÆÇ†ÌÍΘÏ。 #$%:; ; ; RBF ˆ‰Š‹ 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 twojoint 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:;: † ‡ ˆ (1969 - ) , ‰, Š ‹ Œ Ž ‘ , ’ “, ” •, – — ˜ ™: š › œ ž Ÿ ¡ 163. com。 ·88·电气工程、信息与通信工程 ¢£ , Email: shenxianqing20012 @ 4¦5,:6#¼>= RBF ÉÊ‘ 34 $ 461 ¢£¢Àà×ú{78 ,, 。   †‡ˆ‰„Š‹。 ŒŽ ­€‚ƒ„ ‘  ’“”•–—˜™š›œ­žŸ¡¢ £–¤¥¦§¨©ª«。 ¬®¯ [1] °± ²³´µ¢£¶·¸¹, –—˜™º»¼ ½¾š›œ¿¢ÀÁÂÃ, ÄÅÆ±ÇÈÉÊË Ì,ÍΘϚп。 ÑÒÓ [2] ŒŽ’“”• ¢£Ö­¢×。 Ø ÔՖ—±˜™‘ [3] °±‘ ®Ù ×,–—˜™á¢Àâ㟡ä«åÂÃ。 ¢£çèéêëì, í•îá 拑 ï 1 ³ÚÛ¢×ÜÝÞßà ðñÂ֗˜™‘ Fig. 1  Coordinate of twodegreeoffreedom lower limb robot ¢Àà×, áò ùú, ûü £óô”•õΨö÷ø‘‘ ýþ RBF ÿ~}|Ž¢£{[\]^_ [5] î᎑’“”•– i Î뗉;D ij  1,D ii „ ¢ú{ i  j ˜™—‰;A ij „ `Ð@,?®á¼>=ÉÊ£”•æ<;:Ð &Ò³ÚÛ¢× /ú\。 i š›œ2žú,N;B ij  1 šŸ¡ú,N;G i  j Œ¾õ Œ¾ 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¢¸, å³Úۚ.ë ˜»ðñ¢×, åßå, [.å ,–—¢Àà×。 Àà׀‚,[,d1  d2 †å‡¾,mm;q1  q2   ƒ„ ƒ„ ˆ‰,rad;T1  T2 ¢£¢ ³ÚÛ«å ³ÚÛ  ƒ„  \,N / m;m1  m2 ³ÚÛ«å †åЉ,kg;g ªú‹Œ¾,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¢£{, &Ҕ• $çè, ‡`Ð΍。 É 22 B11 B12 ¢£-,+”•×¢*) (¶·Ž' ‘ 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 £Ÿ¡ú2žú\]; . G( q) ———n × 1 £ªú2‰; q——— ˆ‰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 ­€‚ƒ: 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 ‚ƒ„ . τr = εr sgn( r) , ™,εr = diag[ A] ,A≥ | E i | 。 © n š› „ ,‚ƒ˜ ^  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) ‰Š‹ŒŽ‘’“”•–, —­€ ŒŽ‚ƒ„ †‡, ˜‡™ š›œžˆ‰, ŠŸ¡¢£¤‹Œš › q( t) Ž‘’“œžš› q d ( t) 。 ¥”, ‡ , ¦œž 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 ———†‡ ˆ。 · ^ 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 ­€‚ƒ  €„ † ‡ˆ‰Š‹。 „ ŒŽ 61 kg,‘ 1 667 mm,’“ d1  462 mm,  “ d2  393 mm。  GB10000—88《 ”•– Œ­€ 》 , ‚ƒ—, ‹„„ †,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 ‡ˆžŸ [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 ˆ‰ Š, ‹ŒŽ ™š› œ † ž Ÿ ‘ ’。 žŸ“¡”•¢ T = 0. 001 †–—£。 ¢˜™š q d1 = qd2 = sin(2πkT), ™š¤ 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 ¥¦§¨ ›œ 2 - 5 - 1, žŸŽ ¡  5。 ‘ ¢ ©   —  ci  b i ‰ £ ¤  [ - 1 - 0. 5 0 0. 5 1]  10, ™¤š˜†¤ 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 Ÿ ¡ ¢ £ 4. 2   4  。  4 ,   、   ,。 ¤  ¥ ¥ § 29 ¨ ¦  5 ,  RBF  , ­€  ‚ƒ„ ,†‡ˆ‰ 。  6  RBF        。  6    ,   RBF ,   Š2 s ‹ŒŽ, ‚‘ RBF  ’“”•–,ˆ    。 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  •–—˜‚ƒŽ•–—˜ ,™„š—˜‘› › ­œ—,ž„š—˜€ ›œ—。 ÃÄÅ,Ÿ:ÐѤ¾¿ RBF ҆ӥ½Á„ Î4 Ï 5 [2] †, ‡ˆ‰, Ÿ. ª«¥¡¢ ŒŽ[ J] . Ь¤¥¦, 2015, 34(5) : 50 - 53.  [3]  M( q) 、 . C( q,q)  G( q) ,     ,, .  RBF  M( q) 、C( q,q )  G( q) ­€‚ƒ。 „  †‡ˆ,RBF ƒ‰ Ї,  。 ƒŒŽ ‘’“”•‹,    : ›œ,  ®žˆ, ¯‹Œ, Ž „ [4] ” [5] ž, ­ €, Ÿ. ‚¡¢–— ¸¹[J]. Ž’º“ , 2017, 25(4): 229 - 231. •, –—˜. µ¶·»¼½¤¾¿ [6] œ¤ž. Á[ M] . Ÿ¡: ¢£Á¤¥, 2000. ¦§¨. RBF ¤¾¿ MATLAB „ ¢£Á¤¥, 2014. [7] [ M] . Ÿ¡: 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, Ÿ. MATLAB / Simulink „ [ J] . £ƒ¤¥¦, 2017, 39(2) : 65 - 69. ‘, Ÿ. °±²³´µ¶·ŒŽ ™š[ J] . ›­»ÀÁÁÂ, 2019, 53(6) : 10 - 14. ‹ ‘’–—˜™š。 [1] §¨©, „ 465 [ M] . Ÿ¡: Ͳ¬ƒ¤¥, 2012. (  ‘’ ) 电气工程、信息与通信工程·93·  29  6  2019  11  BSO   (   ‚ƒ„ Nov. 2019  , ! Vol. 29 No. 6          Journal of Heilongjiang University of Science & Technology ": €‚†­‡ BSO ˆ­ ­, €‚ƒ 150022) ,  ­€ ˆ­。 ‰Š‹ŒŽ‘‡’“Ž‘ ”•–,—˜“ˆ­™—˜š‹Œ›œž,Ÿ¡‹Œ¢£¤¥¦§¨©ª‹Œ , « ¬‹Œ®¯œž—˜“ˆ­—˜°±。 ‰²³´:BSO ˆ­µ™¶¦、 · ¸¹º“ˆ­ 89. 59% ‡ 40. 60% ,»¼½¾¿ÀÁÂ。 È­ ÅÆÇ¼ÈÉÊ。 µÄ #$%: ; ; º“ˆ­; BSO ˆ­ 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 threedimensional 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 - ) , ‡, ˆ ‰ Š ‹ Œ 163. com。 ·94·电气工程、信息与通信工程 , Ž ‘, ’ “, ” • – —: ˜ ™ š › œ ž  Ÿ ¡  , Email: shenxianqing20012 @ 748 0 ! 0 1 2 ò + ú —±#。  ú 4 29 5 3 ˜Ÿ=,x Žˆ™š— O′ –,y Ž ˆ™š— A –, › z Žœ¸¹÷ªˆ+žŸ OC,  ¡¢‹±£ OABC - O′A′B′C′ Ÿ¹  。    Ë,‡ª 1 ¤¥。 , S ­€ T, ‚ ƒ „ †€ ( ‡ˆ‰、 Š‹ˆ‰、 ŒˆŽ ‘) ’ “”•– S —­€– T ˜™š› 。 œž ™Ÿ¡ ¢£¤ 。 œžŠ¥¤¦§¨©ª «、¬®«、¯°«‘œž±«。 ²³´µœ ž±«š«¶·¸¹œž, º»§¼¹¯ °«½¾¿À,Á—¸¹Ã‹,į°ÅÆÇ 1 Fig. 1 ÈÉÊËÌÍ̞。  [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] ì’í½îžïðñòóêë èÒ«,ôõö÷øùúûüë,Ëýþÿ~„ }|{[\]^_¦øù`„üë, ì@íÒ«™ Ÿ?>Ÿ=?><。 ;:/‘ 3D planning space ¸¹Ë᧦§œž¯°«, «ÔÒÕÖר¹ÙÚÛ³ÜÝÚÛ。 ­Þ, ßàÐá§â ãäÒ«    , å æ  â ãäÒ« çèÒ«  ¸¹Ã‹*Ũ©ª«Ƭ®°。 ¯"›° OO′ ± Ë OABC - O′A′B′C′ ÍÎ n ‘*, ôõ ¢‘*–²–Îî 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 ǟ=[。 ‘ »§[ ɱ«ÚÒ«Ë?>Ë<,  &Òëì@êëè><, Ó­Þ Ò«êë É。  [9] ?>Ò«( BAS) Å ì’â ÉÒ«, ­ Þ ¦§, Ë 2 Fig. 2 ßôõêëèÒ«?>, ì ’íèÒ«( BSO) ,Ë BSO Ò«%çèÒ«Í ÎãËý*。 1  Plan division ù¢¸¹Ã‹ OABC - O′A′B′C′ ÇÈÉÅ ¢¸¹–¸ Ω, ¸¹º –˦ØÌ»¼Œ  €( i,j,k) ( i = 0,1,…,n;j = 0,1,…,m;k = 0,1,…, œž ›° OO′、OA、OC *»¼, ¾£Œ€¨¿ ­¸¹ Ë€‚ƒ„Ÿ¹Ã‹Ùúž 。 º ¸¹Ã‹ž  ¼¹¯°«½¾¿ÀÁ —¸¹Ã ‹ , Ê Ä ¯ ° Å Æ  Ç È É      。 ¸¹÷ª†'‡ˆ–‰Å– O, Ė O Å Š–œ‹¸¹Œ€$,Ì,x ŽÅ‘#ÚÛ ±#,y ŽÅ’#ÚÛ±#,z ŽÅ“”•– l) Œ€( x i ,y i ,z i ) 。 Ì i,j,k *·Å½Þ– À»¼Œ€%Á¢±#*Ÿ+ÃÔÒ³’。 ËğŠ80 km × 80 km  ÅÆÇÈ Í̞,ĸ¹ɖ–—ÊžŸ •Ë@ŸÅ_¦ŸÌÙ: f( x,y,z) = ∑ 槡( x - x ) + ( y - y ) + ( z - z ) 。 i,jn i ¸¹Ã‹ž 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 ¢“„‡ÔՁÖ×ÊØ˜ 2. 2 749  ( BAS) Ÿ£·¸, ¢”­ ©ª•’¤Ÿ£¹º¦¤, »¼“„Ÿ£  ¤š,«¬½¾®¯°‡¤¿‘À±。 ÁŽ‘ ¥²ªŸ£Â³´µŸ£ ö, ·Ä¸» Fig. 3 2 3 ¼©ªÅª。 ¹º»( PSO) ¥²Æ£¼ ¹º ½ÇÈ»ÈÉ, ʹºË­ƒ  Ì¢†,ʹº˜¾—˜ –’ ͪ—˜ š。 PSO ¢‡¤¿¸ÎÏÐ 3D space environment model BSO  2. 1 Ñ 、Ò ÂÔÕùº», Ö È»  Œ × Ø Ù © Ú, Ä ± à   »          ( Beetle antennae search,  BAS) [9]  。 , 。    ,  。 BAS  :  、、,  ‚ x ƒ„, ­€,   xl  x r ƒ„。  ‚‚ † n ‡,x、x l 、x r ˆ d0 。 €‚‰ƒ (1) Š ‰Ž‘ †‡ b= n , ­ †‡‹, ˆŒ Š‹Œ’: „ rands( n,1) , ‖rands( n,1) ‖ “,rands( ) ———n †‡ Ž‘ƒ„ : (Beetle swarm optimization,BSO) 。 ÅÆ ­€,  BAS ۇ­€¹º»°‡š›œ。  Ö¹º»¹º ´µ•– Ԓǹº»ٝ。 ¢” ­² ,Ü•– “ÝÞß àÈÉ®°‡†, ¢Ê•”­˾à ™—á œž。 »Ö¢”­²  ¥²›œ、­â™—á —˜ –’š Ü»•–。 ¥² ãä» Ž‘¾åö BAS Ÿ£æ¤»¼½¾®¯ °‡‘¥¹º»ŪÀӏ。 » Üʱ: k +1 k vi = ωv i + c1 r1 ( p ki - x ki ) + c2 r2 ( g ki - x ki ) , “:k———àȔ­•’; ω———ËÀÌ͈º,‹š 。 c1 、c2 ——— x l = x t + d0t ·b / 2, x r = x t - d0t ·b / 2, r1 、r2 ——— d ———” t •”­­€‚‰ƒ; t 0 x ———” t •”­ –’ f( x) ƒ„™—˜ (2) —˜  x r —˜ š ž¡Ÿ x =x t •–。 t -1 ,  x l f l  f r ,›œ™žš›Ÿ,œ „ : - δ ·b·sign( f l - f r ) , t t š‘¥€ d0t = λ·d0t - 1 , δ t = λ·δ t - 1 , “,λ———¦¤Ÿ’,¥¦§¨¡ λ = 0. 95。 (3) œž Œ  © ª  « § ¨ ” ­ © ¬   , ¯°”­ ; ®§¨ ” (2) Ÿ´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 •”­“„Ÿ£。 , ®§¨ ; k +1 “,xi ———” k + 1 •”­” i •– 。 “:sign( ) ———¡¢–’; ¢“„¤£—˜ ‚‰ƒŸ£: çè; ÜÎψº,[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 •”­“„Ÿ£; f( x kil ) 、f ( x kir ) ———” i ¢” k •”­ ­—˜ š。 BSO ² :  1 ´µԒ, †‡´µ•– x v,Ɩ»š Q, Îψº c1 、c2 ,  ËÀÌÍ ω,‘¥Ê­€‚‰ƒ d0 。 750 ¡ PQ 2 ¢ £ g , p PQ 3  ¦ ¦ ¨ 29 © § k k i  ¥ ,   p i ,   ¤ k i 。   , 3   3  †‡:  Q = 10; €‚ k ,  ­€‚ ƒ„  2。  ,BSO   g i     N = 500,ˆ‰ ƒŠ‹ŒŽ  S1 (1, 9,800) 、S2 (1,17,800) 、S3 (1,10,800) , ‘Œ  T1 (21,7,1400) 、T2 (21,19,1400) 、T3 (21, ŒŽ 8,1000) 。 ­€‚ƒ‡ BSO  “„  ‚ ,Ž ’‚ƒ”†• † 4 ~ 5 。 BSO  ƒ †‰ 1 。 ’€‚ ƒ ‡„ˆ–,„ —˜‰ € 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 Šœž‹Ÿ, ™ˆ ™ˆ €‚ ƒ š‰ 1。 › 4、5 — Œœž›Š‹ 电气工程、信息与通信工程·97· ¾6 ¿ ÀÁ,ž:BSO Š‹ŒŽ‘¡¢† , BSO   ACO   ACO      ­ 。       ACO  4 ‚ƒ„ 40. 60% 。   based on new A  method[ C] / / IEEE. 20014 Sixth International Conference on Intelligent HumanMachine Systems and Cybernet ,BSO  89. 59% 。  ,BSO € ACO  ics, Hangzhou, 2014. [2] [3 ] Trans, 1997, 1(1) : 53 - 66. ‚ƒ„ [4] Kennedy J. Encyclopedia of machine learning [ M] . NY, USA: Springer, 2011. ˆ‰ BSO  [6] ”•–—、 ˜™š 、 ›œ­、 €‚ž。 Ÿƒ„,BSO ¡¢ 、ƒ„ ˆ neering, 2019, 36(4) : 445 - 450. Š‹ŒŽ‘ 。  € ‚­。 Liu C X. Robot path planning based on PSO algorithm with fuzzy inference technology[ J] . Journal of Mechanical & Electrical Engi Š‹ŒŽ‘ ‡‰” ACO ,£  ,  , Š, ž. ª«¬Š‹ŒŽ‘ † ®[J]. ›Œ§¯°® 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] “ †‡,¤. ˆ‰ŒŽ‘¥¦ [ J] . §¨‹©, 2017, 43(3) : 24 - 29.  †‡ 751 ® [7] ±²³,  , ‹ [ J] . [8] Œ Ž, , ž. ª´µ¶ ·§¯¸¹¹º, 2019, 33(5) : 517 - 523. . ‰‘’» “”•© µ¶[ J] . ¼›°—½, 2016(10) : 64 - 67. [9] Zhao J, Zhao J. Path planning of multiUAVs 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] Š‹ŒŽ‘ (  )  28  4  2018  7  Vol. 28 No. 4          Journal of Heilongjiang University of Science & Technology July 2018  PID   (  ,  150022)   : , ˆ‰Š‹ƒŒŽ‘’, “  。 ­€‚ƒ„ †‡ ”•–—–˜™ 。 š›œ PID žŸ,¡¢£¤¥¦§ Ÿ¥¦, ‡© PID žŸ—– ¨žŸ¥¦。 ª«¬®¯°,±¥¦˜² žŸ。 žŸ¥¦˜‡©—–³ ¨žŸ´µ, ¢¶³· ¸¹。 : ¨žŸ; ›œ PID žŸ;  doi:10. 3969 / j. issn. 2095 - 7262. 2018. 04. 009 :TP273 :2095- 7262(2018)04- 0399- 06 ¨ž ; ƒ„ :A Filtering PID control for variable time delayfree 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 variabletimedelay 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 modelfree 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 illposed 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 modelfree adaptive control. Key words:modelfree adaptive control; filtering PID control; compact form dynamic linearization; variable time delay  : 2018 - 04 - 20 : ( 1965 - ) , ,   ,   ,  ,    :     、 163. com。  、   , Email: hxq71265 @ 电气工程、信息与通信工程·99· 400 Š ‹ Œ Ž ‘ – „ — f[ Y( t - 1) ,u( t - d - 1) ,U( t - d - 1) ,θ, ù•q 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) œ f( …) ¯ u    ­ u( t - d - 1) š 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) š ξ ( t) 、ξ ( t) ¯, U(t - d - 1)———t - d - 1 ‹†; , ¤ (3) ¬®。 ‡ˆξ( t) ž­ q01¯°, ± ² NARMAX θ, ξ ( t) ,ξ( t) ] , —  ś Δ y( t) = q 1 。   ,†! PID 01,‡ˆ ­ü±q! PID 01。 q01 (2) ¥ A2  ,[2 - 6] Ò ­ü± €‚! PID 01, 01Í ƒ{0 1 „, “ 28 ” ’ d - 1) ,U( t - d - 1) ,θ, ξ ( t) ,ξ( t) ] + q0101。 q „ :y( t) ——— 1 Š u( t) ——— ; 1 Š; Y( t - 1) ———t - 1  θ——— — ‹†; ; ξ ( t) ———éoŒŽoŒ — ‘’ “æ” oŒ; ξ( t) ———‘’•–“æoŒ” oŒ; f( …) ———‰。  1 Ó—Ó ù•, í ” ,³ ´–‘’ oŒ” oŒµ ­¶€­  ‚,ƒ„ ξ(t) œ,¤ y( t) = f [ Y( t - 1) ,u( t - d) ,U( t - d - 1) , θ, ξ ( t) ] + ξ( t) 。 — d———; [1] Ò × ξ( t) ž­,φ( t)  v( t) ,¤(3)  ¬®,× ξ( t) ž­, φ ( t)  v( t) Ž  oŒ ξ ( t)  — ξ( t) ˜™ š¯ , › œ8[1]  ­ ξ( t) ž­Ÿ¡ ¢£,¯。 (1) ­ [1]  A1 ~ A3  1  ¡,× ξ( t) ž­,¤[1] ù• ž­。  ¥(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 ¡,§ž­· 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) «,†š  d ¯,‡¹º d q,  d Ÿ [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, ˆ  [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 ) ———‚ƒ。 -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 ­€‚ƒ †,  PID 。 2  ­ (3) €‡ˆƒ„‰Š ‹Œ, Ž ƒ„。 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] . ‚ƒ„, 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 leastsquares 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] Š  [15] “ [16] ˆ‹ ŒŽ[ J] . ˆ, 2010, 35(9) : 1506 - 1511. , ,  , ‰. ˆ、‘’‘ ”  •   [ J].    –   , 2015, 26 ( 11 ): ,  , 2006. .  ­— [ M] . : € GB / T 21650. 1—2008 œƒ ’ž„ ’Ÿ[ S] . : ­€, 2008. †‡ˆ, ‰Š, ‹ŒŒ. ¡¢œƒ ” ž •–— ­ ˜¨™, ©š, ›ˆ . ˆ’‰™š‚[ J] . ˆ ª, , , ‰. ˆ«Š­Ÿ‹«¬ œ¯, žŸ, ¨. ž°Œ ®™š[ J] . ˆ, 2005(1) : 100 - 103. [17] : , 2007. , , ¨. Ž Œ°[ J] .  966. „[ M] .  ‘¡° ›, 2010, 30(4) : 963 - ‚、£ˆ¤ƒ“ ™š[ J] . ˆ„, 2016, 44(4) : 64 - 67. ·104·电气工程、信息与通信工程 、”„ ˜, 2011(12) : 91 - 93. [18] ˜˜ ™š, ‚ ›  . › [13] , ‰. ˆ †, Ž. ¥‘’“、œƒ ‡˜¦§[ J] . ‘„, 2013, 34( S2) : 134 - 142. [ J] . ˆ, 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 ­€‚ƒ †, ‡ˆ‰ 60° Š‹ŒŽ‘ SVPWM ’€“ƒ, ”• „ ­€  Boost - TL –—˜™š›œžŸ NPC ¡¢ link £­€,¤ Matlab / Simu ¥¡¦§¨© Œª«¬。 ®¯°±: PR ­€‚ƒ²³´µ¶·‘ž ’¸¹º»¼,½¾Œª¿ÀÁ²ÂÃ,ÄÅŒªÆÇÁÈÉÊ˲Ì。 ÍÎÏÐ Ñ, †¹ÍÒÓÔ。 Õ­€‚ƒ²³ÖרÙÚÛ 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 threelevel SVPWM photovoltaic gridconnected 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 threelev el gridconnected photovoltaic inverters. The study involves using a fuzzy quasiPR control to track and control the gridconnected current of the threelevel 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 BoostTL converter; and building a simulation model in the matlab / Simulink software. The results show that the fuzzy quasiPR control is capable of realtime 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 antijamming capability of the system; and gridconnected 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。  , , ,  :       , Email: madhavan 电气工程、信息与通信工程·105· 394 0 ²  ³ ´ µ   , ,   、  。 ,  ,     ­。 ƒ„,  †‡ 、  ˆ €‚ [1] ‰Š 。 ‹ Œ  Ž‘’。   “”•–, — ˜™   。 ‹š[2 - 3] ›( PLL) ‚ ›,  œ ¶  1. 1  • ©, Ê­¶ ¶Ÿ。 ,  £¤¡ËŸ ž É,¢Ì̓ÎÏ€ž£Ð»,˜ƒ‚ ƒ‡。 ƒÑ¶¤“”•,¥¦ Ò©Ó£™ƒÑ¶ç‚(1)、(2)。 qU ) -1 , mkθ qU ) -1 , P = I s U - I o U exp( mkθ ‚:q ———; { I = Is - I o exp( k———„ ƒ„  †¬ ®,   ª (2) †; θ———ˆ©; I、Is 、Io ———‘º、‰、ª«Š。 ¬ 1 ՞ ‚¨‡ P - U,I - U Ѷ®µ, 2 ¯Ÿ©ˆ©¸ÖÕ 1 000 W / m 、25 ℃ 。  ‘’ 0。 ‡²Ÿ³ ¯,°±   ( PR) ‚ ´ƒ  } (1) U———‘º; ¡  ¡。      ™    ª  « ­, ‹ š [4 - 5] €‚™  ”•,  { } m———¨‡­©Ô p - n Á; , Ÿ PI   d - q ™ LCL † ¥¦,£¤§¨ § ©,  ¸ 28 ¹ ·  。 „¢‘ ’£¤ , £¤ ‚ “ 1 ˜ ž d - q ˜ “ ‰Š, , ±µ¶ «­。  ˆ Ё¢®。 ‹š [6] „ Œ‚ SVPWM ‹ ‰‘ ·Œ,Œ SVPWM § £¤ޏ ž †    ˆ    , ‡ ¹    ‘ º PWM, ¨Œ SVPWM ˆ£¤§。 ‹š[7] — Œ º¡® ’‰Š,Ÿ‰ “» ƒ·,„¢¼,” ½®。 PR ¾ , ¿ À”• PR ›Á¥, Œ   ; Œ , — 60°  Ã;  SVPWM ˆ , Š  §  –Ÿ Boost Œ( Three - level,TL)   MPPT ®’ 。 —¬ ˜™, ˜šÄ “, [8 - 9] ÅÆ›ǁ¶œÈÉ。 ·106·电气工程、信息与通信工程 Fig. 1 1. 2 1  Characteristic curve of photovoltaic array  Á°, ›³ƒ‚° ׆‚Á°– MPPT ± Ÿ†‚  ˆ,“: SVPWM ’ „4 ‡ 。  2 ,     NPC       ; DC     Boost 。  Boost  MPPT ;  LCL     。 ‰ PR † 395 Š‹ Œ, Ž 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 = ,‚ƒ P、O ˆ1 , x ˆ  a、b、c ‰。 ­€‚ƒ 60° †‡ 4 Relationship between voltage and switch status  P U dc / 2 O 0 N - U dc / 2 60°„ † ‡ˆ Space vector for threelevel inverter under 60° coordinate , ªŽ¥€ ƒ­«¬® ­,¯€°±²«。   4  4 £¤,6 œ¥¦ ,‹­§¨ 60° © 60°   3 NPC  Fig. 3 Topology of NPC threelevel inverter Table 1 。 †‡ Fig. 4 1 • 27 ,–— †, ޙ𠀛•œ。 žŽŒŸ 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 ‚ƒ V r ( g,h) Ž„ ¥,£¤„¥‹ V1 、V7 、V13 ™ š, Ё ­††›: ³£¤ t1 V1 + t7 V7 + t13 V13 = t s V r , t1 + t7 + t13 = t s , } ƒ (4) 电气工程、信息与通信工程·107· 396 š › œ ž Ÿ  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 °ˆ Ž ƒˆµ ’›¸ˆ   SVPWM ¹,“ ³ s jω ´Œ (8) , ˆ: G qpr ( s ) = K p + 2jK r ·ω c ·ω r = kp + kr 。 ( jω ) 2 + 2jω c ·ω r + ω20 (9) †(9) –,PR ›°ˆ K r ,™ ,— ‰»¼Àœž。 ˜ 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 Ÿ‰† C2 † d2 S1 « d1 。 ˆ 。 «®: ¬ d1 = d + △d, d2 = d - △d 。 ;‰ †” } 3  PR  3. 1 PR  PR  (5) PR ¯›•›°±‡ ˆ, †‰, ²±‡¤‚。 PR  Š‹ 2K r ·s 。 G pr ( s ) = K p + 2 s + ω20 ³ s jω ´Œ(6) ,PR ˆ ·108·电气工程、信息与通信工程 Kp + ˆ,  ω c œžˆ ­€¤ SVPWM —, ¥€¦  ­› , •‚ ¦§„¨› (8) • PR  —˜™ [10 - 11] 。 ¡¢£ š›,œž‰Ÿ‰ ,ƒ  。 ƒ ‘Œ 2K r ·ω c ·s 。 G qpr ( s ) = K p + 2 s + 2 ω c ·s + ω20 ˆ      ­ , †‡ˆ‰Š‹ŒŽ‘ ’,‰‰“”‰‰”‘•–,   (7) ‚€¤,• PR Š‹ tc  €、 ‚ƒ,„ 2. 3  †(7)  2jK r ·ω = 。 ( jω) 2 + ω20 ”º‰» ‘¼² ‘¹œ ž,‘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 ­€‚ƒ,  „,  „ PR 01, ‡ˆó‰01Š ‹。 / PR 01 /01 Œ 6 。 /01ƒ† 4 397 ­ △K p  △K p Fuzzy control rule table E △K p q K p  ω c  ŠÃ。 / PR 01 „Ž 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  𥠦 §   ¨ © ² ³, ª  Matlab ‰ 10 kW«( „ŽŠ‹ ¬。  SVP WM Œ­®¯¯æ f s = 6 kH, ˜æ f0 = 50 Hz,1‹ m = 0. 85。 Žƒ°‰Š‹ :” U g š 220 V,æ f š 50 Hz,‘ ±” U dc š 700 C, !² L1 š 20 mH, ! ² L2 š 1 mH,!³ C š 20 μF,K p š 10,K r š 100,ω c š 5 rad / s。  7 Ҙ¥« „Ž ˜!³。  8 š–” Fig. 6 6 !³’“。  PR  Fuzzy quasi PR control block /01ށ‘„’ “ e、 “„  e c ”•–——“△t;˜ ‘„’ PR 01 ’△K p 、 △ω c 。  ,e、e c 、△K p ™„š { - 6, - 4, - 2,0,2,4,6 } , △t ™„š{ - 3, - 2, - 1,0,1,2,3} , △ω c ™„ š{0,0. 2,0. 5,1} 。 Fig. 7 7  Threelevel inverter output line voltage ­ ­€›, é€ ­。 œ‚“¸ 0 ƒ0„ Š,†, – / ž‡½Ÿ‹。 △K p ’¡ˆ 0. 1, ¢û ¡ ˆ 10。 △ω c  △K p  /01N£Œ¤ 4 。 3 Table 3 △t △ω c / 0 1 N £ Œ ¤ 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 œ ž — Ÿ  7 ,, 。  8 ,  Boost  。  9    ,  。  10   。  11   。 :  ,  ­€  ­ ;   THD  1. 57% ,  。 ‹ “ 5 « «  ¢ 28 £ Ž  、€ †‡ˆ‡,‰ ‘’ SVPWM ,60°  (1) Š“„,”Аˆ,• –—。  ,  , ‡ˆ 。 、”Š  PR ‰  Š‡ˆ £§€ , ­。 ¡ £ ­。 : [1] Š , ¤¥  – Ÿ。  PR †‰Ÿ,¢ (3) ¡ ¦ š› š€,  1. 57% ,‚ƒ„žŸ 5% Gridside current and voltage waveforms ­™ š, 。   œ LCL ˜ 。 (2)  Boost  Fig. 9  Ž。 Š‹Œ  9 , ‚ƒ„ . 60° „ SVPWM , †‚ƒ[ J] . ¨‹Œ, 2017, 36(2) : 43 - 49. [2]  [3] €ˆ,  , , „ ‚ƒ[ J] . LCL [4] , ‘  .   10 Fig. 10  ¯„ Quasi - PR †[ J] .  ±, †‡ˆ, ‰”, ©. „ Š  “¬[J]. ’®, 2013, 43(6): 29 - 33. [ J] . ³ [6] „ ­«Ž, 2008, 29(8) : 965 - 970. 2433 - 2439. [5]  ‚, ©. ’„ €ƒ, €”„, ‘ „° , ©. ª• LCL  ‹Œ, 2013, 37(9) :  Z ² «Ž, 2010, 14(4) : 86 - 91. ‘ ‹, ŒŽ, ‘,©. ´µ„ •‚ƒ[J]. «Ž, 2016, 28(1): 235 - 241.  Gridconnected current tracking waveforms when grid voltage fails [7] –’“, ‘„”. ´µª• SVPWM „  †[J].  •‹‹Œ, 2016, 9(9): 41 - 47. [8] ¶—, –. 60° SVPWM ·˜™š’›¸ £ [J]. œž—Ÿ‹“««Ž, 2016, 26(5): 573 - 576. [9] Œ—, –±˜, ‘‘. Boost „¡·“ UPS  [10] £[ J] . ­¹‹Œ, 2006, 40(6) : 115 - 117. „™, Œ  º, ž, ©. ª• 60°»„ SVPWM  (6) : 72 - 75. [11] š›, œž, ¼       Fig. 11  11  FFT Inverter gridconnected current FFT analysis ·110·电气工程、信息与通信工程 (19) : 144 - 152. ‚ƒ[ J] . ¦®‹Œ £, 2013, 32 ˜, ©. ª•½Ÿ¾ „ †  [ J ] .  ¨ ‹ Œ « Ž, 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) ":  ,  ,  ,, 。  !  ,  ­€‚  ƒ„。 †‡ˆ: „­‰€Š‚ƒ„、 ‹ƒŒ; 4 s †‡Ž‘,ˆŠ‡‰’“”Š „。 • –†ƒ—‹。  #$%:; ; doi:10. 3969 / j. issn. 2095 - 7262. 2018. 05. 017 &'()*:TP273 +,-*:2095- 7262(2018)05- 0570- 07  ; ˆŠ +./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 antijamming 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 antijamming capability in realtime 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; realtime control 2345: 2018 - 06 - 06 :;<=>?: (1959 - ) ,,, ,­€‚ƒ„, †‡: ˆ‰Š‹,Email:wu_jf@ hrbust. edu. cn。 电气工程、信息与通信工程·111· Ï5 Ä 0 ‚Õµ,:‚¹  š« LQR ‹Œ 、µ„、ǒÈÉ。 ¤«      ­ €‚ƒœž•ƒŽ ‚ƒ, “Ÿ– Ž„ ‡ • ¡¢€† ‡。 ˆ¡ „ • £†¤,‰Š•ƒŽ‚ƒ, ’  ,‹¥¦、§¨¢ ¨, Ž‚ƒ ,Œ ’Ž” • ©‰Š‘’€¢Ž‚ƒ, ž†ƒ ª«ƒ, “ Ÿ¬ ®¯ °±,” 。 ­ •‹ 、­ –„¢’ •²,³ž Ž– «ƒ——–´   €,µ˜ ¨——¥。 „²¢’ •²     , ¶ · ‰ ¸ —   ‚  ¹   ( PSO) ‹Œ LQR  º¬ ,  Matlab »¼, ½¾¿‹ŒÀ™»¼Á, ®¯“ Ÿ¬,  š˜Áš ­®Žº¬­ , –Ä›œ Á ž ¨、 、ƒ Ÿ¢ ō Æ½Š LQR  ‹¥¡。 1   š«¢°•„£、 ¤« ¢£,ž•„£•”、 •¡ ·112·电气工程、信息与通信工程 £§ ¨¥¦, 𫁕 „, 、、 、、 ,  、   。 ,  ,、 。 ,       ­ €         ,  PID 、‚ ƒ„[1 - 2] 、 †„ PID  [3 - 4] 、 ‡ 、ˆ、 ‰、 „ Š 、 、 ‹Œ , ­€Ž。 ‘ ’, “†”•、• –Šˆ,  —”˜、 ”˜™š ,›。 571 Fig. 1 1 §¨。 1  Motion model of linear double inverted pendulum ©ª«Ŗō°Ê ™,𫁕 ¬†。 ž,M œ¡,m œ£, m1 œ«  ,m2 œ« ®¨,l2 œ« ,x œ¡’ ,l1 œ« ®¨,F œÅ,I œ ,g œ Å˨。 † Lagrange £Ì‚ƒ«£œ L ( q,q ) = T ( q,q ) - V ( q,q ) , · · Í:L———¯ q———Î · (1) ; ; T———•; V———°。 Lagrange £Î  q i ¢ L ”¨œ d L L - = Fi , dt · qi  qi ( ) Í:q i ———Î F i ——— (2) ¾,i = 1,2,…,n; Ï i Î ’Å。 š«,’ ƒÐ x,«§ θ1 ¢«§ θ2 ÑÎҏΠ¡Ë ¨ ± œ     ², 。 Ž’€º¬ Taylor «ƒ³È,Ÿ´ÓŒ£­€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  ƒ,  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 ƒ†„  Q R ­, ‡ K ƒˆ€、 R ‚ƒ„‰Š‹Œ, „  Q ­ LQR       Ž ‘  ‹  ’  † [6] R ƒ 。 “” LQR ,„  Q ‡•‚,ˆ ‰Š : ‹–—˜ R,”šŽ›œž‘ ™Œ­ Q Ÿ ­, ’‘ Ÿ‰Š R £ “œž, ¡¢† 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 ,ƒ„,Q  « ¬¨„,  „ ƒ„¨„,   ƒ„¬”, ¤ 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 ‡’“«®@, ۗˇ?>= <;ÞߤîÙ。 :ý d /’“‰Š@. 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 ) ,—˜Ž€ˆ¤›œŽ€ˆ-, » 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 ) ] , ,  ­€‚ƒ, „ †‡ˆ‰Š‹Œ Ž€ ‘’“, ”•–—˜™€š›œ™€  ž。 PSO   ‡ 1995 Ÿ ¡ ¢ £  Eberhart ¤ Kennedy ¥, ¦§¨©‡ˆ‰Šª«™¬ ’“«®¯°±Ž€ˆ, ²³´µ¶· ¸¹º‘»,¸¼Šª«½¾°¿ÀÁ« x i,d ( t + 1 ) = x i,d ( t ) + v i,d ( t + 1 ) , (8) (9) @:w———(û'; c1 、c2 ———&%, $—˜¤›œ Ž€Þß#"Ž!01,ª2¿ 2; r1 、r2 ———ª2¿[0,1] ¼Š34-5ŒêÖ。 ®Â€«®,ŽÃÄŎƹºÇ†, [7] ș¬Ž€ˆ 。 ÉÊËÊ—ÌͲΠ678¶ m ¿Ú9 PSO ’“ž AÊBCD,m E!, ’“«®@EF, ˜Ž€Þß,ȗ˜Ž€ˆ ( Pbest) ¤›œŽ€ ˆ( Gbest) 。 áâ㝠äÖåæ¬ã›œŽ€ˆ ‡[20,100] PQR”HS»©µ。 »–¥T PSO ïðž, ‡ ‘ÏÐÑÒ,ÈÓÔÕÖרÙÚ ( Fitness val ue) ,ۗÜÝÑҙ¬—˜Ž€ÞßÜà ç,藀«®”é。 €†‡’“Œê、ëž、 €、íîïð、 ñò—˜Ž€óôõ、 öÖ ÷ÜàøÀù。 ª«’“Ž€úû Q ¤ R,±ŽÆü K, ý­ ì LQR þÿ~}|{[Ž€\。  ]®^_ 2 É`。 ’“žAEG。 ^H m I!,PSO ’“žA J+K。 L«!MÀNNO, 678¶ m (8) @U ò(û' w,  îÙ9á îÙCD,Ü#"îÙ,ÚS! ç,›œ™€žAG,—˜™€žA,¼,—˜™ [8] €žAG,›œ™€žA 。 »–‡—˜ š›œ’“Ž€ˆ«®@âã, ª2 ‡ÊST›œ’“žA, ‡ÊST —˜’“žAÜ¥TïðÙ, ÉÜ w ?¿» [9] 9³ — B2Ö 。 á w = 0 ç,  ž。 %Ý, @ w »Œ äÖ úÿŒêÖ, LÀN±ã(û' w îÙ ‡[0. 6, 1. 2 ]  P Q R    ù  S    B ž。 &% ‘< LN&¤­€ Ž€—˜&,¯±$‚ƒRŽ€Þß ÄÅ。 š(û'„,Œ&%Ú¥T,’ “Šïð †0úG,’“žA †0úG。 &% c1 ¤ c2 $—˜¤›œŽ€Þß #"Ž!01,á c1 = 0 ç,‡îˆ ˜F , ‰øñò—˜Ž€ˆ Š  ‹ ; á c2 = 0 ç,Œ›ŽÊ‘’“J”•, –—ïðî٘™。 %Ý,‡&% c1 ¤ c2 Ë?»šç=‰ø› [10] Fig. 2 %2 &'()*+, Flow of particle swarm algorithm ·114·电气工程、信息与通信工程 œïðîÙ¤’“žH 。 3. 3 PSO 2345678 LQR 9:; ¡þÿ~}|{[Ö&¶Ÿ , ¡ 574 Ž ‘ ’ “  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 ,   ­€‚ƒ„, €†‡ˆ‰,Š ˆ‰。 ‚‹Œ LQR  Ž ‘ ’“”, LQR •–ƒ— , ˜ ™ 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) š‚:q1 ——— › ; q2 ——— › ; q3 ——— › ; q4 ——— › ; q5 ——— › ; q6 ——— › ; R———’“ u2  ›  。  ‚,†œ žŸ: ¡¢£¤¥ 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 ‚ā, ŝ ‚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 ށ‘ Èɒ“ K = [ 16. 323 6 109. 208 1 - 188. 631 2 18. 585 8 5. 493 7 - 37. 267 1 ] 。 Ê©ËÌ PSO € LQR ’“” Í Îž¶ 4 Š™。 µ¶ 4 , Ï¡¢  0. 02 m, LQR ’“” 7 s ½¾Ð ­ ,€‚Ѧ;PSO  € LQR ’“” 4 s ½¾Ð ­, €‚Ñ。 ÍÎÑ ÒÓ,ƒ„ †  €   † Œ Ê ©   Ë Ì  LQR ’“”œ €‡Ô ď。 ÁÕÖ Ôˆ ĕ³‰Š‹–×,  €  Function iteration fitness simulation ÍÎŒËÌÔ»’“ ¶ 5 Š™。 ‚, ¬Ô»’“ž 电气工程、信息与通信工程·115· —˜™,š:©ª«¬™š‚ LQR ƒ„ ¨5 – 575 ›š ’“­”‚ LQR ƒ ­ €•–,‚ƒ— „, ˜€,‚†‡ 8 ˆ‰。 Fig. 4 %4 BCDEFG Comparison of simulation results ,      ,   %7  ,    ,    Fig. 7 23QHI45678NOJK9:PI Realtime control curve of linear double inverted pendulum after optimization  。 R1 Table 1 %5 Fig. 5 JLDE Experimental results ™š x/ m e( φ1 ) / ( °) e( φ2 ) / ( °) „  0. 019 0. 048 0. 02 „  0. 015 0. 023 0. 01 HI45678JK9:JL Realtime control experiment of linear double inverted pendulum ­,€‚ LQR ƒ„ ‚, †‡ 6、7 ˆ‰。 Š‹ Œ,­Ž‘ 1。 %8 STUVHI45678NOJK9:PI Fig. 8 Realtime control curve of linear double inverted pendulum for exert disturbance ›‡ 8 †œ‡€, ˆ€‚‚ ƒ‰Š,•‹ŒŽ‘ 。  3 s  ‚ƒ ˜€,5 s ‚ƒ’“ „,†‚ƒ 2 s žŸ¡’“„, ”‚ƒ ­€•–¢。 %6 Fig. 6 23MHI45678NOJK9:PI Realtime control curve of linear double inverted pendulum before optimization ·116·电气工程、信息与通信工程 4   (1) ‚£¤¥¦, œ§• 576 Å Æ Ç µ  w  LQR  。  :,  4 s  ­€,  LQR  ‚ƒ„ ,†„。 (2) ‡, ˆ PSO ‰  LQR Š ‹ ŒŽ ކ‘ ’ 。 (3)  ‚ ‡, ˆ PSO ‰ LQR  “ ‚ ƒ ” •,   – — ˜ ” ™     Šš。 [2] [3] , . › ‡œ[ J] . ­€‚žŸ¡¢¢ƒ, 2013, 18(4) : 12 - 15. , „ ¡ †. ‡ˆ£¤‰ LQR Š[ J] . ­ €‚žŸ¡¢¢ƒ, 2012, 17(6) : 1 - 5. ¢ ¢ ¶ 28 È ƒ tions, 2014, 39(2) : 741 - 748. 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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) ^:,,      ,  。   ]  ,    ­€‚‚ƒ„ †。 ‡ˆ‰, Š‹ŒŽŽ‘ ’ ‚。 ­  ’“€”•Œ‚–—˜。 _`a:; ; ; ƒ™  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 energyoptimized 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 fourrotor aircraft mechanical structure; based on the mathematical model, designing an energyoptimized controller to identify the way a fourrotor 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; energyoptimized; decoupling characteristics jklm: 2018 - 06 - 15 !nop:  qrstuv:  (61573071) ; (1964 - ) ,,,, ·118·电气工程、信息与通信工程 , (201602004) :, Email:hmyi888@ 163. com。 á5 ž 0  ‘ 593 ’,:˜™š†‡ˆ‰Š‹  、 、 , , 、 、 。  ,  [1 - 3] 、      ,       [4 - 5]   。  ­€‚ †‡ˆ‰Š‹,ŒŽ‘ ,ƒ„ Fig. 1  ”。 •‚ Š‹, –—˜™š 1  Schematic structure of new quadrotor ’“ Ê“˜™š, ›。  °ÐÑ,  ‚    ˆ œ — ž    Ÿ  Cetinsoy [6 - 7]  ƒ„ ¡‚, ¢ £ ‚ƒ„ ¤™¥、 ¦§¨‚©‘、 [8] ª«。 ¬ ,Mikami  ©®¯ “”©­, Œ×´ ‹,”° ±² ¦ [9] 。 Yildiz  ¢ ˜³‹, ´± œµ¶‰·†。 œ—µ †®, •Š‹™, — [10 ]  PID Š‹, Œ¸   ²ƒ„。  [11]  BP ¹˜³ PID º», ŒŠ‹© ³¦¼½。  [12] ‘   ,•¾­€´‚±€¿ £œ—,Œ“©。 ƒ„  Back stepping ƒ„ÀÁ, ƒ  , »¯±€ƒ   [13] ± ¸, µÂÃÄ。  [14] ÅÆ˜³±°„‡ ©Ç‡¿£,Œ È­€†£。  [15] ±€º˜³Š‹,  “ˆ‰‚É。 “—Š‹, Š—´ ‚©Ò,ŽŒÓ‘‚ Ô§­,• ‚ ¾’€‚ˁ®Õ。 ʰµÖ ‚ »¯±,،҃­: ºƒ­ F e { O e ,x e ,y e ,z e } : ք,x  ¡ÕÒ,y  ƒ­Ù« z •Ս– Õ。 Îڃ­ F b { O b ,x b ,y b ,z b } : „‡—,z  ƒ­Ù« ¡ÕÒ,y  ¢Ï•Õ 4  2 €‚Õ。 x €‚ƒ­ F λ { O λ ,x λ ,y λ ,z λ } , λ = 1,2,3,4: ƒ­Ù« —,x, y ‚©‘‚©† z Ûܦ‡ Îڃ­´Õ ˜。 Ý, ƒ ÍÊ P = [ x y z] ,™  ºƒ­Ò ‚Úƒ­Ù«,š ˆ‰ Ω = [ φ θ ψ] Í。 ,Š ( φ ) Í´ x ; ‹Œ ( θ ) Í´ y , › ( ψ )  ´ 。 ¬, ƒÔ ƒ±‡Š‹  [16] ‹ ª£‚。 Ê Ž†,´ Š‹。 1 ‚€ †‡ˆ‰™ §­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  Ž˔× Ë­€Ê [16] ˃„‚, Ì 1 ËÍ。 ‹ ­€˜ ™ Ï。 Œ€œ—΄ sin θ,Þß φ ßàœ, 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 ‹ Œ Ž ‘  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 Úˆ‰Š。 ‚ƒ‹, ­Œ € ­ €‚ƒ „ „  PID †‡Ž‘。  PID †‡’“”¬ ‚ƒ ,•–  、­—、I— Ž, ˜™†‡ †š›, œžŸš¡†‡。 ¢£ ¤ 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 Ž¢。 ∫ ∫ ∫ 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:  ,—¨š©  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) šƒ€«¬ÍÎÏ,  ®† ‡ø†‡¯: ͰªÍ çS, ±ƒÍjÍj 。 ², P³†‡´ (2) ª(3) œµÍÎÏ¢£¶¬ (1) ‘·˜ù † ,¸¯Œ ¹, ‡。 ¤Œ· ºù ·, ­»€ „  ® ¼§。 ½–‰ —‚˜¾, ÍÎφ‡ ¯1—·¤6†‡¯¿†‡ ­, ƒ  ­6†‡¯À ž„†‡¯, œ ¹†‡ ­。 œ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 ÍÎφ‡¥¦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; £ ÍÎφ‡¯—·¤ f i = F i+ + F i- + F 'i ,i = 1,2,3,4, (6) , F i 、 F i 、 F i ———š © ƒ Group 1、 Group 2 µ + - ' Group 3。 š«¬ÍÎÏ¿ ®¶—‚ :Á šèÎéÂj‰†‡ 、ÇÄ,ÍÎÏ;Àô¤ˆ, Å x§­‰Æ ŠÉ´ ¿¥¦†‡, ÇȚ© 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 hŒ F i+ Ž F i- ‘, ‡’“”•– —‘ (16) }Ú©ª«¬®àb©ªnŠi™△f ' s(2) ~ (5) ˆ‰Š(6) ~ (9) ‹ + 1 + 4f2x + f2z / 4, f1+ = f3+ = 槡 ,f c ——— , ­ƒ€‚ƒ„, : †‡ - mg / 4。 + 2 + š/,§Ÿ¡h,‹ w f1' = f2' = f c + △f,   f3' = f4' = f c - △f,   ` ` α1 = α2 = 0,   ` ` β1 = β2 = 0 ,  + 1 + (15) m™èÎéjj g、h’ç,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,  + m™èÎéjjK g、}hK,ÍÎÏ;–,h ô,ñ 595 Ô,g:̺»¼½©ÍÎϘ™š›©ª¾¦ Ó - 2 ‡’s#"6­‘“ —y‰ ,  Í þ ©ªnŠ,  ¦ ¶     ‘ , · ¸ g (12) ‡ ‡“”˜™š›, †œ„›žŸ¡ min( ( f1+ ) 2 + ( f2+ ) 2 ) , min( ( f1- ) 2 + ( f2- ) 2 ) 。 (13) (14) „¢Ÿ¡£¤œzðûü™ý¥¦§ (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 Š ‹ Œ  Ž ¬  ® 28  /,Ï? f = C f ω2 , :ω———Ï; C f ———è、g。 3  a, uv  ”, 、 、   ­、z。 ”€‚:  ƒ„ †、  ”€‚sn‡ˆ € n‰、   ­” ­、 z”    € Š ‹ Œ ¨ , € Ž ‘      ”。 y’“, ””•.‹Œ– € ‹Œ, €—˜™‡ š›Œ。 œ”ž‰ Ÿ,s%¡,¢£”™ y¤‹Œ。  ­¥ ¦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 ,:ªš«¬Š•¥¦ ,  2 ~4 。    1, 2。  。  ,  ­€‚ƒ [0 0 0 0° 0° 0°]   „ † ‚ ƒ [5 10 5 25° 25° 45°] 。 2‰ 3 , ‡ˆ ,  Š‹„ 。 Œ Žƒ­€‘‚ ƒ’“”,Š•–, 4 Œ‚ƒ—’ 。 5 “˜, ‹„ †。 ™Š•’“。 š 5 , ƒ ›œ’“”,  žŸŠ ¡¢Š•。 [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) ": , 、 ,  ­€‚ƒ„ 。 ŒŽ‘’“” PI  •–—‘’ 、PI  ƒ˜ ,†‡ˆ‰Š‹ƒŒŽ‘’“” PI  ,Ÿ¡¢—ˆ‰Š‹ƒ 60° £¤¥¦§¨© SVPWM ª«ƒ§¨ ™,š›œ ž ! © SVPWM ¬®¯。 ° ±²:¨³´Žµ—ƒ PI  ž¶,·¸¹º»¼ 6. 28% ;½¨³ µ—ŒŽ‘’“” PI  ž¶,¨¾¿¨³·¸¹º»²À¦Á,·¸¹º»¼ 0. ´Ž 73% 。  ÃÄ¦ÅÆÇƒ€È“ÉʚË̀‚“ÉÍÎÏ,¸¹¨³ƒÐÑÍÒ。 #$%:Ó¾¨ÔÕ¹ž; ‘’ ; “” 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 threelevel SVPWM using an improved coordinate sys tem of threelevel 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:  ( ­€) ‚ƒ„ †‡ˆ‰Š‹ŒŽ( HSK20180117) :;<=>?: ‘’“ (1974 - ),”,•–—˜™‚š›œ,žŸ¡,¢£,†‡¤¥:¦§¨©ª«¬®¯,Email: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———‘;  ,       ­ € ‚  ƒ „ † ‡ ˆ [1] ‰ 。 Š‹,ŒŽ‘’ “”‚•, –— R———“; ˜™š€‚›œ,™šžŸ¡¢£¤¥¦§‡ž [2] Ÿ†¨¦© 。 APF ª«¬®¯°, ±²³³ e q ———• e d ———• d ¢Ç˜; q ¢Ç˜。 ´µ¶ ·¸¹º»¼‘’ ‡™½¾¿–½ ,ª–À®ºÁ°€‚ÃĖ †。 ÅÆ ÇÈÉÊËÌÍÎÏ APF ‡ÐÌÍÎÏ APF ÑÒ,ÓÔÕ Ö×、ØÙ ÚÉÛÔÜ ×Ý、ØÙ»ÞÚɎÛÔ§©ßà,áâã䪰 âåÌæ–çâ。 ª³è’é ( Active power filter,APF) « ¬®¯°,§êë‚ìꖮí¸,îÉï𖠑’ ñò±ë‚™óôõóôöºªìê– ÷øùúû,  ü–ýºþšÿ~}ð|†。 1 {[\]ýºþšªýº^‡  ,_ýº`@,ÑÒ¾ýºþšä ª–á,‹Ñë‚×À^、 ¶ ?_ýº>‘’ Ú –ýº´。 , ‹ÑÒ – €É¼‘’ ¸óôúû¾¿, ã·¸ |。 Š‹=< PI ýºé±›œýº;[ –¶  ,?_ýº±úû‘’ñ [3] ò,;[–¸óô , ÔËԏ Fig. 1  APF  Three level parallel APF topology ª«ž(1) – ùüýº¬ƒþš, / Ž dq ™š-®–¯˜ýº`@。  ùü«É ÐÌ APF – d、q ¢ –°ýº, ë‚ýº ‡¾¿™½–+–,ˆ‰ 2 Š‹。 ¾¿ ð|:·¸|>³è’é– ‘’¾¿´, ˆ‹ˆ–ÐÌ SVPWM ª› ýº;[– {[ÐÌ SVPWM ýº­â–/€‚, ÒÝ ƒ„˜。 1  ÐÌ APF †‡ˆ‰ 1 Š‹, ªŒŽ‘ ’“–”•–,Œ— [4 - 9] ј, ª dq ™š ;–›†{[ PI ýºé––œ.=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 ž°:u d 、u q ———Ÿ-¡ K P ———Ê£;œ; K I ———¤Ç¥¦,œ; S———_œ; q d d、q ¢Ç˜; q } Fig. 2  2  Overall control structure of current loop ùü d ¢ ýº‡ˆ‰ 3 Š‹。 (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 。 ­€‚ƒ„ ­ €:(1) † Ziegler - Nichols ‡ ˆ‰‚ K P  K I 。 ƒ 1、2。 (2)  。 (3)  „。 (4)  。 (5) PI    。 † Š   ‡  ˆ ‰ „ Š ‹ ( NB ) 、 Š Š ( NM) 、ŠŒ ( NS) , ‹ ( ZO) 、 ŒŒ ( PS) 、 ŒŠ ( PM) ŽŒ‹( PB) 。 ‡‘’„[ - 6, - 4, - 2, 0,2,4,6] 。 Á APF “” PI š› 2 727  PI   d Ž‘’,“” 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 ) [ ] [ ] –Š:G RP ( z) ———“”œ—˜; G PI ( z) ———PI œ—˜; G P ———P œ—˜; r( z) ——— ™ž†; y( z) ———š›Ÿ。 G RP ( z ) = z - N K r S ( z ) ·z k , 1 - z - NQ( z) (2) –Š:N———œžŸ¡; 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 ) ] ,œ 3 ””, ¥“”©‰›„: G CO ( z ) = G PI ( z ) G P ( z ) , 1 + G PI ( z ) G P ( z ) –Š,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™Ÿ 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)  ‚¿Œ¥ 1 º, Ç‚œ°È‹‘É´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 。 ¶  · · œ 29 ¹ ¸ €–‘—«¬ a、b、c ¨ ®, ¯ u b 、u c 。 ƒ„° [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 ‹š u g ¢ u h ,±©ª u f ²™š¨³ ´ µ £ ¢ ¯   « 60 ° ƒ„“ Fig. 5 5  Repetitive controller frequency characteristics    ,  ,,    90°,   。  5 ,    ­€‚ƒ„ †‡ˆ‰,Š‹Œ 3  ­Ž€‘ 。 [7]  SVPWM  3. 1  ’‚ gh ƒ„“”,  g •α g †,h Fig. 6 6 system 3. 2   gh ƒ„“”,›œ€–‘—¶ §³ ”ž。 ·³¸¶ ”ž¬”¹¸’¶ º ³”ž» 3、4 。 ¼» 3、4  ½, ž œ¢žœ¾¿²¤¥ u g 、u h ¢ ( u g + u h ) • 0 ¢ 1 ®À¯ ¯Ážœ,± ¥žœ¾¿°š, Š‹¥¾¿Ã ˆœā。 3 Table 3  n × 60°,n = (1,2,…,5) ,›‘—œ (2 ~ ( ug + uh ) > 0 6) ”ž,›Ÿ•–¡—, ˜ αβ ƒ„“¢ gh ƒ„ 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 ‡ˆ‰Š‹60° 。 ŒŽ€–‘—’ “ ˜,  ™ š Œ Ž € – ‘ — ‡ ˆ ‰ Š ‹ “™ƒ„£š 。 ug > 0 uh > 0 ­ Large sector judgment ( ug + uh ) < 0 ug < 0 ug < 0 uh < 0 uh > 0 ug > 0 uh < 0 œÅ”ž œ¦”ž œ§”ž œÆ”ž œ¨”ž œº”ž (5) 4 Table 4 (6) ›œ€–‘—Ÿž ƒ„Ÿ„¡, ƒ„£¢ ‘— 6 。 ¤¥€– u f ,£ u f ¤ ¦š,¥ u f ¤¦¦§¨©ª§。  €­ Small sector judgment ¾¿ÇÈ ž±¾¿ Éʑ— u g < 1,u g < 1,( u g + u h > 1) œ¦”ž (0,0) ,(0,1) ,(1,0) u g < 1,u g < 1,( u g + u h > 1) œÅ”ž (1,0) ,(2,0) ,(1,0) u g > 1,u g < 1,( u g + u h > 1) œ¨”ž (0,1) ,(1,0) ,(1,1) u g > 1,u g > 1,( u g + u h > 1) œº”ž (0,1) ,(0,2) ,(1,1) 电气工程、信息与通信工程·127· ÏÐÑ,ˆ: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 ™š›Š œ‘ PI †,‹žŒ Ÿ„ 6. 28% 。 ¡™š›Š ¢›£¤“ ¥ PI †,­‚‹žŒŸ„ η Ž‘ ¦,‹žŒŸ„ 0. 73% 。 5  ’¢›£¤“¥ PI §¨“ ”©ª•–«’, ™š›Š œ‘ Fig. 7 7  PI †,‹žŒŸ„ 6. 28% 。 ¡™ š›Š ¢›£¤“¥ PI †,­‚ ‹žŒŸ„Ž‘¦,‹žŒŸ„0. 73% ,  Midpoint voltage offset waveform  APF : € 380 V,‚ƒ„ 50 Hz, 1. 5 mH,APF ‡ Ž•§˜¬®ž¯–°±« ²³´。 —¨¢›£¤“¥ PI µ¶˜ ­ †‡ ­ˆ€€ 0. 021 Ω,‰ ‚ƒ 10 660 μF, ‰‚ 750 V, Š‹ ƒ„ 20 kHz。 4 ·,¸™šª›、 、 œ¹ªº»ž ,¸¶ Ÿ。 : [1] [2]  ¡ Á, 2008. ¨©ª. » :  Simulink „ [3]  ­Œ †Ž ‘’“”。  8 ­‚ A †‡ ˆ•–。 — 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, ˆ. ÅÆ”­ †«³´ [ J] . ‚¼½, 2018, 42(4) : 1290 - 1298. ,  , Ç . ­Œ †—¨È £¤ ÉÊ[ J] . ˼½ÁÌ, 2018, 33(19) : 4573 - 4582. 730 ž Ÿ †    [5] .  APF [ D] . : [10] [6] ,  [11] , 2014.  ,  .        [ J] .        , 2013, 33 (36) : 88 - 95. [7] [8] [9] [12]  , , , .  ­ €‚ ƒ[J]. „ , 2016, 28(1): 235 -241. †. ‡ˆ‰Š‹­[ D] .  , 2003. . ­ : [13]   ´ 29 µ   , .  ’“ SVPWM ­ €Œ ”•–[J].  —‰˜™š, 2016, 9(9): 41 -47. †, ‡. 60° „ SVPWM  ›Šœ  [J]. žŸ†, 2016, 26(5) : 573 - 576. , , ‡. Boost ­   Š‹ UPS [ J] . ¡š, 2006, 40(6) : 115 - 117. ¢£,  , Ÿ¤, . ’“ 60° „­  SVPWM [ J] . ¥¦š—, 2013, 32 (6) : 72 - 75.  ŒŽ[ 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]  ,  , §. ­¨©€‚ƒª„ „ †«ª‡ [ J] . žŸ†, 2014, 24 ( 2 ) : [11] [7]  , ˆ‰¬, Š ‹. ®€‚ƒª„ ¡ˆ  , •–, Š ‹. ‚ƒª„ [13] ™° 20GrMnTi šˆ‰  [9] ž Ÿ, ¡ ¢ £, ¤ ¥ ¦, . © €  ‚ ƒ ª „ ™, ™Ÿ. ‚ƒª„ [14] 18CrNiMo7 - 6 ¨©šˆ‰ 46(9) : 147 - 152. •–, € ª, « ­[ J] . š, 2017, ¬, . Elman ®²³¯ƒª„  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] . ±›œ™, 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] ¯ŒŽ‘’“[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. 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(  ) 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) 、  :    ,­€‚ƒ„ † PWM ‡ˆ‰Š PMSM ‹ŒŽ‘’“。 ”•–— ˜ PWM ™š‰Š ›œ,žŸ¡ PWM ™š‰Š¢›Ž‘‰,  Matlab / Simulink £¤¥¦–›§¨©ª, «¬™š ‰®€¯°±Š、 ²。 ³´µ¶, ·Ž‘’“¸¹ºŠ®€» ¼,½¾¿ÀÁ°Š 540 V ‹š¯,ÃÄÅÆÇ, »¼ÈÉÊË¡ 0. 01 s。 §¨³´ªÌ ¡·’ÍŠ¹ÎÏ¿¦Ï。 :PWM ™š‰; ¢›Ž‘; Ї‰; ‹ŒŽ‘ doi:10. 3969 / j. issn. 2095 - 7262. 2019. 06. 017 :TM341 :2095- 7262(2019)06- 0731- 05 :A Research on minepurpose 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 minepurpose 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 twoway 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; : ­€‚ƒ„ ÌÍÎÏÐÑÒ ÓÔ Õ´Ö×ÕØ³ [1 - 2] 。 ÙÚÛ­€ ÜÑ݁†ÞßàÃÖ ´ : 2019 - 11 - 13 2014 †‡ˆ‰Š‹ŒŽ‘’“(201404) : ”•– (1971 - ) , —,˜™š›, œž, Ÿ¡¢, ˆ‰£¤:¥¦ ¥§¨、 © ª , Email: 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  , ­ €   ‚ ƒ „ † ‡ ˆ ‰ Š 、 [3]  、 ‹ƒ 、 ŒŽ‘’“” 。 •–—˜™ n p ———«æ; R s ———éê; ƒ p———Ýê; † š›œžŸ¡¢£ 、 ¤¥¦§¨ 、 ©ª« ¬ ® ¯ , ° ± «   ‚ ƒ „ †  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 肃„ †ø¦·, [6] ¬¸  Üù É , úÇ ö,¦Ô¿ûöüÜÌý, ®¯¬,þð¦Ô。 ,┷¬¸  PWM öÁÉö, òñò 2 óô。 ÎÏÿö PWM öÁö [7] , ·Âö ÙëÜ­é€ï‚¨æƒ„ ┷ÎÏëá PWM öÁ¾† ¹º »²³~},‡ˆ‰­éÂöë,Ìýÿ ö¸‚¨æŠ, ¤¥ÆÇ‹ŒŽ [8] ÷ ,©ª‘’®¯。  PMSM  ÐÑҜžÓ»Ô、 ÕÖ ×ØÙÆÇ,, ÎÏÚ󮆤‚ÆÇ ÎÏ [4] 。 •ßàºá, ┠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 dq 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 öÁ‰“•Îϔ•ë, –· ¬ÿö¸èò 2 ˆ 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、 ™š ”›ë。 œ T ks |ž,T ki Ÿù¡,s k = 1, œ T ks Ÿù,T ki | ž¡,s k = 0。 ¢£{Ÿ¤æ,€ˆ‰ œ s k = 1 ¡,u ko = u c ,œ s k = 0 ¡,u ko = 0。 ∑ 3 uc u on = - s, 3 k =1 k k = 1,2,3。 (1) ¢£(1) ·Âö¸€ˆ‰ 电气工程、信息与通信工程·131· ¬®¯,°:± PWM ‚ƒ²Œ 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 。 ,     Š,‹ŒŽ‚‘’“”。 – • ev = u cr - u c ,e i = i  q - i q ,ƒ 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 €™‚ƒ„š †。  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,‡ˆœ R, 1 3 ud id S v = k1 ( u cr - u c ) - - i L = 0。 C 2 uc 2k1 Cu c ,‰Š •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 Ž“”‘’–ž 3 Ÿ¡。 i d 、i q ¢ PI ‹ ŒŽ‘’ u q 、u d , “”•–‹”“” PWM †—˜†™š。 。 , ­€‚ƒ 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   ,‡ˆ‰, (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 ƒ   , PWM 。 , ,  PWM  ‚ƒ ,   , 、 ­€‚ƒ„ ¡„ , †‡ˆ‰  Ä 29 Å Ã 2 2  s = 槡(  sα ) + (  sβ ) 。 θ s = arctan 。 ‡ˆ‰ , ‘ˆ‰ ’‡Š,    sβ 。  sα Š‹ŒŽˆ‰ ˆ‰ˆ‰ T e = φ sα I sβ - φ sβ I sα 。 ŽŠ‹Œ “”•–、 —˜。 PMSM ‡ˆ‰ ™š 4 ›œ。 ¨†ž©‡ŽŸ‡ž ¢™ 1 ›œ。 ‘¢ˆ‰ Œ Šª‹, 1 Table 1 Kφ Kc 1 1 0 -1 4 Fig. 4 1 PMSM  0 PMSM direct torque control system ž 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 ———Ÿ¡¢, s a  1 œ£¢¤¥¢¦,s a  0 œ £¢¦,¥¢¤。 ‘›­ i a 、i b 、i c : 2π 4π 2 is = ( ia + ib ej 3 + ic ej 3 ) 。 3 Š‹ ‘†§€ ™š 5 ›œ。 -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 ˆ‰。 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,«Ž‘ L q = 0. 079 5 H,ˆ‹  ψ f = 0. 314 Wb,ˆ¬’ J = 0. 003 kg·m , 2 “Šˆ n N = 3 000 r / min,”®‚ P = 4。   V dc = 540 V, Œ‹Š ψ = 0. 75 Wb。 PWM •  ‚: «  ž – 220 V、 50 Hz, ž   — 0. 002 5 F,PWM ˜™š¯ 1 kHz。 PWM •° ‚ 、» ³´µ ž ³ºŸ¡­Ž¢¼£™。  Voltage vectors Š‹Œ φ sα = u2 Š‹Œ R s = 1. 5 Ω, Š‹Ž ¯ Fig. 5 u5  ±²›™š 6 ~ 9 ›œ,•ž  540 V, œ¶ ·¸§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 ¦§’Š PMSM ¨©Ÿˆª« Ð6 Ñ 9 7 Fig. 7 Fig. 9  Rectifier output voltage simulation results 5 735  Speed response  ’Š“”•–—, ˜™­ š›œ Š  –   ž  Ÿ ˆ ¡ ¢, € £ ¤ ¥ PWM ¦§“”•¨©Ÿˆª«, ­,ª«Ž ¬‚®ª«‚¯°±,² ƒ³´„µ,‚®­ª« †Œ, ¬ ˆ­”•‡。 : [1] ­, ˆ ‰, Š ¸¹’[J]. [2] ¶. ·“—‹Œª«£Ž‘ 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  ,。     ,  ,; ƒ„ ,  , ­€‚ ™À–šŸˆ PMSM › ÁŸˆª«˜™[ J] . ÂüĻ , 2016, 32(3) : 1 - 6. œžŸ. –žŸˆÅƤ¡ MATLAB [ M] . ¢£: ¤¥Ç¼„¦§, 2005. [5] ¨È©, ª«¬, ®¯É. ÊËŸˆ¸¹[ M] . ¢£:  [6] ¨Ã, ±²³, ž ´, ¿. ¤ [7] ·¸¹. ·、Ÿˆª«–Î[ M] . ¢£: , ,,  “””, •–—, ˜¾­, ¿. ¤ [8] °»Ì„¦§, 2010. µ›Á¶ˆ PMSM ¨© Ÿˆ˜™[J]. ·Í» , 2015, 23(16): 167 -170. °»Ì„¦§, 2010. “º­, “”•›ÁŸˆª«Ï»[ D] . ¼£: ¼£½ µ½¾Ç¼, 2013. †‡ˆ‰Š,‹、 ŒŽ‘。 ·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. ­€‚ƒ „ † , ­€‚ 150080) ":  , ­€‚ƒ„ †‡,ˆ‰Š‹ŒŽ‘’,“”•–—˜,™ š›œžŸ¡¢£¤¥¦ LQR §–—¨†‡。 ©ª«¬:®¯¡¢£¤¥¦ ! °±² LQR §³´µ•, ¶·¸ ²¹º»¼½¯ƒ¾¿ À› 0. 8 s,Áµ•†Â,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 twostage 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 twostage pendulum, using the linear twostage 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 Ÿ¡ 50  ¢,    2345: 2019 - 10 - 13 £ ¤ ¥ ¦ § ¨。 ÀÁ«ÂƒÃÄÅ,ÆÇªÈɨ§²¯、ÊË ¯、 Ì ¶ÍÎ。 ÌÏÐÑÒÓÔ、 ÕÖ× 6789:;: ‡ˆ‰ (1959 - ) ,Š,‹ŒŽ,‘’, “”•–—˜™,•–š›: ƒœž,Email:wu_jf@ hrbust. edu. cn。 电气工程、信息与通信工程·135· 742 [ \ ] ^ 、, 。  ­€‚ƒ,„ †‡ˆ‰Š‹。 ŒŽ‘’“”•–、 —˜™š、 ›œ•–、 žŸ¡  ¢£•–、¤¥¦§¨©,ª«¬®¯°± ²ž  • –、 ³ ´ µ ¶ · • –  ¸ ¹ • –  _ `   £õßóö。 ŠÚ‚ƒѤ¦Ò ‰ú äåæ‹Œ x、  θ1 、 θ2 ìŠ。 žŸ . . åæ x 、  θ 1 、 θ 2 éŽ . ’ú: d T T ( . )- = 0。 dt θ2 θ 2 ÃÄÅÆ¥ 。 Ç® LQR ÈÉÊ ËÌÍÎÏ,ЪѤ¦Ò‡ÓÔ, [2] ÕÖה•–£‘® LQR ØÙÚ,Ž‘ ùä‘ (1 ) d T T ( )- = 0, dt . θ1 θ 1 LQR ¥¹©Á, ªÂ 1 †‡, ùªˆ T ‚ƒ„ø„ PID 、 žº、 ²ž»¼½¾¿À H∞ 、 Öה•–ÛÜÝ޹߁ÈÉÊˍ© 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,üš®ÅƋ›, Ѥ¦Òâãäåæ、ç、è éêëìŠ, íêîïð¡äñò。 ‡ó ‘(2) œ (3) žŸÒý, ¤¥Ášþ,  ‚ƒ,Ѥ¦Òž [3] Ÿôõ、 í , Ѥ óö mc ‡ 。 Ú,åæ ¦ÒžŸŒ 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 óöëÑ¤¦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) õßóöžŸ。 ¬®÷ߝ 󖁑(4) œ(5) ë,ùª ­€óö‡: d T T ( )- = 0, α = 1,2,…,n。 dt q. α q α úÿû¹~¹¥。 £”,}ÿû¤¥¥, ¦ãŽ‘§Ž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 ‡ˆ Ç6 È 2 t f ———•– ‹; S————˜™œ。 LQR   , LQR  Q  R [5] 。   6  LQR  2  ,   ­    €。 ,LQR ‚ƒ„ 。  †‡ˆ ‰Š‹: 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———‰Šƒ„¬。 K = R - 1 B T P。 ®(6) ¯®,LQR ’€­°± ²§¯°±³¡š Q  R ´©²³。 µ ´“,Q  R š ´©²³¶ ·©¸ , 。 ¹º»:¼½¡ Q  R ¸ ɖÊ˲³, 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 ;  0  300  0  0 Q=  0   0  0 š . . LQR Ž‘’ . † : ‚ “­€‚ , €”• ƒ„ –—†  ‡,ˆ‰Š Ž ‘ ˜   ‹ Œ u , Ž J  ‘  Ž K= ™˜。 €’“ J : ∫ [ x Qx + u Ru ] dt, tf t0 T T :Q———‰Šš ; R———”›š ; ‹; ¡¹”®È‡,œ ÌÍŽÁκ®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] ž§Ï”›, R = 1 。  Matlab ¢ Ð   ¸ ® ‰ Š ƒ „   š x = ( x1 ,x2 ,x3 ,x4 ,x5 ,x6 ) T = ( x,θ1 ,θ2 ,x ,θ 1 ,θ 2 ) T = 0。 t0 ———Œ : ³š 0 1 T 1 x Sx + 2 2 ‹ t f ¦§¤¥, œ Riccati £¢ ‚£Š, ¤¥•– ‰Š¦¨¦§ 0。 § ´©¾¿,ÀÁÂéà ƒ„‹Ä¡š ´© ·ÅÆÇ, ›² Œ‰Š J= (6) µ²¶ Q  R š 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———¡žš 。 Ÿš ¡¢ 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 žŽ‘Ÿš, › €’“ J  Ž™,œ‹Œ © P ª¦¨§¨©š ,Ž P = 0。 ‚§ª«™œ ,Riccati £¢ª«¬˜ . : 743 320 5 111. 190 2 - 196. 807 1 。 [ 17. 18. 391 3 2. 812 8 - 32. 029 7 ] 3  3. 1  ¯°»¼º½Ê¾Ñ¼Ò ‡ ˆ¸,¿ 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 ™ š Y = f( X) ,ˆ Y i < Y j ,Œ X j  ­­€   , 2 。  É n———’Å‰¨Šœ。  ,       É X t = X i + ad Xj - Xi 。 ‖X j - X i ‖ (7) ©‡ªžÆÇÈ«¹¬, ŒÉʦ§­Ä  X j ,ËÌ͜‡ªÎŠÍϮЏ­­€。 ¯ ÑÒÓ­œŠœÔ,ˆ‡ˆ X j ÕÖ¶ÆÇÍ œ‡ª,Œ‡ˆ­­€ X t = X i + ad。 ZHXY ˜„ ’×„  X i , d i,j < R ‚ƒ™Ø°Ùڜ n f  ۄ Fig. 2 '2 ÆÇß͜‡ª。 EFGKLMNOPQR Field of vision and moving step length of artifi cial fish ,δ———àá‹。  X   ­€ ,X n1 、X n2 †‡ ‚ƒ„ 。 ˆ X v ‰Š‹ X „ ­­€,Ž X t ;ˆ„ ,Œ Xv  X v ‘’„ ‰ Š ‹ “, Œ ” • ‚ ƒ – —  。 ˜ „ „ X = ( x1 ,x2 ,…,x n ) , „  ™ X v = ( x1v ,x2v ,…,x vn ) , Œ d———ž‰€Ÿ。 Ž‘£’¤¢“, ­¥Œ¦§¨ © ” • ª,  « – —  ¬ ˜ ”  ® ¯ – ™  ° [8] ± 。 ’²,­³´£Œ‹¦§µš¶· ¦§¸¶¹•›¡, º»­œ‹ž¯ œ¼½¾Œ ™ 3. 2 , ­¥•¡ Ÿ¿¡›¢ –­œÀÁ。 EFGHIJ GHSTU ’ [9] Ã£‡ˆŽœ¤ VWXY 。 ˜„ œ ’ X i , ¥‡ˆ¦§­Ä X j = X i + aR, n = n + 1, :a———[0,1] ›†‡ˆœ; ·138·电气工程、信息与通信工程 âۄ ­­€; ©ž ‡ª,Œ¨Å‰¨。 [\XY ˜„ ’ X i ,  d i,j < R ‚ƒ™Ø°Ùڜ n f ° ÙÚ â Y i ¢ÙÚ X j 。 Yj > δY i 。 nf (9) ˆÆÇ(9) ‡ª, Œ¢ÙÚ X j ×  ”­­ €;©žÆÇ,Œ¨Å‰š。 ¡Šœ¢‹, ŒŒ  °ÙÚ ‰Š‹²ãàዱ“, Œ (7) 䒏 X i ÙÚ X j  :r———[ - 1,1] ›†‡ˆœ;  ’„ š: Xv - X d·r, Xt = ‖X v - X‖ (8) âÛ‰±‹,ãàዞ², Œ (7) ä x = x i + R·r,i = 1,2,…,n , v i Yc > δY i , nf © (8) ͜‡ª, Œ°ÙÚ ,R  ,X V   „ X c ,ÍÏ X i 、X c ÜÝœÞ Y i 、Y c Ð ]^XY ‡ˆ¨ ³ ‡ˆ¦§ ­­€。 äåæ´ ,‡ˆ¨Â X i ­ X i | t ÆÇ 3. 3 X i | t = X i + rR 。 EFGHIJ_UK LQR `ab µ(4) ç(5) ,¶·¸¹º»Ÿ¼½ – 6 ā¾,1 Ä迾,Œ˜„ 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 ƒ„ ¤6 ¥ R = 1。 € 4 ‚,ƒ„ †‡ˆ‰Š,  LQR ‹ŒŽ,‘ 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 ’“Š”•, Ž– —˜。 ‹ ™,‹ LQR  2 4  LQR  3 。 745 †‡ˆ‰£ª« š—‚。 [10]  œ‹ LQR  ž‘’›­› , ›­™ ƒ„ †‡ˆ‰›  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 ‚Ÿ€,AFSA ƒ„ †‡ˆ‰Ž– 、‰‚ 1 ƒ、‰‚ 2 ƒ¡ „ ‹™ 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 ¢›­› £‹ƒ„ †‡ˆ‰‘’ , ‘’。 ›­™  6 。 电气工程、信息与通信工程·139· 746 « ¬ ® ¯ ¥ ° ± ± ƒ„  Å 29 Æ ² , LQR  ­€‚ 3. 5 s †   LQR ‡  LQR  ,  ˆ。 ‰Š, ‹ ŒŽ‘’ ‚,  “。    ,  , ”, • ­€‚ •– ,“—˜™š。 : [1] ,  .  ­€‚ T - S ›œžŸ[ 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¶›œ €‚ [5] Fig. 6 6 ­, €‚ƒ.  LQR ¸ƒ„„ ›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 fishswarm algorithms[ C] / / Proceedings of the 2015 In  2. 3 s 。  ,  。 [ J] . [ D] . ˆ‰: ˆ‰¯¥°±, 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] € ©,  Š, ‹ Œ, ». MATLAB ¼  30 ‡Ž‘ ½ˆ[ 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) 、 、 , ­€‚ƒ„ ! ": †,‡ˆ‰Š‹ŒŽ‘’„ LEACH “”,•’–—˜™š、›œ—˜‰žŸ¡ ¢£¤„¥¦§¨,€©ª«¬®„¯°,±²‹Œ³。 ´µ¶·:¸ 55 ≤ D≤65 „¹º»,1 000 ¼½„¾¿À™šÁÂ。 ±²„ LEACH “”,¸Ãij、Àʼn žÆ、‹ŒÇ ÈɯÊÀ˄ÌÍ。 #$%:‹Œ; LEACH; ÎÆ; ‹ŒÇ 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«, ¬®”› ¯° Ÿ¡ › Ò、ÓÔ、ÕÖ、×、Ø×§ÙÚÛÜÛÝÞß。  àáâãäåæ ç 2345: 2019 - 09 - 20 6789: ‚ƒ„ †‡ˆ‰Š(12543062) :;<=>?: ‹ŒŽ(1975 - ) ,‘,‚’“”,•–,—˜,‡ˆ™š:› œž,Email:396890149@ qq. com。 电气工程、信息与通信工程·141· õ6 ¿ ö÷ø,Â:äå ,  、 、   ,­€‚€ƒ „ †‡。 ˆ ‰,Š‹ŒŽ, Š‘’‹“”•–, —˜ Š™š€›, œžŸ。 “¡ ¢ £¤¥¦, § ¢œ¨©ª、 «¬、 € ®¯ž°,®±²³•´µ¶,·¸ ¢ ¹®º®±»¼、 ½«¾¿ÀÁÂÃÄ Å¶Æ。 Ç ¢ȦÉÊ®±Ë¼ÌÍÎÏ €,ˆ‰,ÐÑÒŠ©ÓÔÕÊÖ× [1] ØÁ®¼,·Ù 。  Ÿ  ¼   ³   Ê Ú  Ò LEACH ( Lowenergy adaptive clustering hierarchy) [2] ,µÛ ,—®±Ê Å ¢ µÙ ¢ÂÜ , ´ «ºÑ ,Ø:LEACH €‚“ ,ØÖ ×Ýށ,º ”,Šށ Å­¦€, Ђ·ºƒ„ ˼®±­¦, †‡ˆ•ß。 ؉Š®±ž  à, ‹ŒŽ‘  ¢‚’“ á。 Ø ”•–—, ŒŽ˜ÑâÏ ¾™š€ ‚†›ã˼®±。 œžäå ½«¾¿,®¼–ŸÊ¡à†„ ,ÜæÊ› âªç,äå ¢¹®。 1 LEACH  LEACH ´¢ÞÏ£Ò, ­¦¶¤  ¢¥®±Ë¼。 LEACH €‚· Ù³„¦, ·èé®±—êÊ¡º [3]  µ  ¢ §, Ü Ï  é   ª ç 。 ‰ ¨, LEACH ®©ºƒë¥ª«œ ©ª,Ó ÔÅÞ¬®±。 Ђ¦¦¯®±Ë ¼,ˆà©ª°€±²Ÿ¸。 LEACH ³ Êà„,ƒ„´µ¶ìí·¸ ¹º,» à,­â¼½ë ¾。 º¿À¹º,ÊÁ,ƒÁ­ î„ ¬®。 ¾„  à [4] 。 ,‹ÄŬ®Å»Æ„ ÅÇÈ º·¸¹º, ƒë ¢ ÌÉÊË®ÌÍ ¤Î à。 Ï, ƒë ¢ i ½ r( i) , ÏÐÏ 0  1 “¬。 ØÑ r( i) ÒÏӀ T( n) , ¢¨ àÔՄ 。 Ó€Ö 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———ÔՄ¬; G———­Ú 1 / P „¥ÛµÔ ¢ ; P CH ( i,r) ——— ¢ i º r „¥à ÌÍ。 ·Ù‰Ó€,ƒë ¢‹º 1 / P „˜ „à。 ïÜ 1 / P „Æ, µ ¢Ýµ ðà。 ºÔÕ„à ¢ðî¥ × ¢ñÞË 。 µß ¢ ºÄ Æ,ÞÏñÞË àĝáâ¤,ã ÀäåæÏçë。 ÔàÄŵæÏ‘ ʼnñÞË ¢Ë Æ,ðË®¥ ¢¬±, è·ë TDMA é¤Öàƒë¾Ê ”ê,   µ¾ ¢ –ÄÅ TDMA é¤ÖÆ, ìí ¿À¹º,¾ ¢  ºÊ ”ê ¬®,ߔêëìíò¼®,¬® ïð。  ¢ àÄ;  Æ, €‚¬®Å»ªç쫝 Å», ‡ñòŠ ­ [5] , ®±Ë¼, äå®±ô „ óÇÈ ÙÍ。 2  ¢ º¬®”—ó˼®±, ®±²óµ¶,ˆ‰Ÿ®¼´ ¢½«  ¾¿õóö÷。  ±»¼  Ą¬®® [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 。 ‘’ŒŽ¢£ ρ———³¤¥¦§; D———•–。 º(2) †¨»©, ƒ¼„ , ½¼¢£  A = M × M m ,  N   ,  。 ­,­€ €  E ( r) ­, ‚ƒ ƒ„  、  T( n) ÀÁ¾¬,¸¯‚ƒÀÁ¾ 。 †Â „ ,††‡ E CH = L × E + L × E fs × d2bs + ¢¾¬, ®¯‚ƒ†¯¾ ¤¥¦§ ρ ¾¬,T( n) þ 。 ¤¥ 2 d ≤ d0 , ‚‚ƒ L × E × N1 + L × E DA × ( N1 + 1) , 。 ‹ŒŽ ˆ‘‚ƒ ,’ “ L bit  €‚ƒ,  ­ˆ‘‚ƒ  ,††‡ E nCH = L × E n + L × E fs × d2ch , ; ,d ch ———‚ ‹ˆ‚ƒ ŒŽ E n ———‘‚ƒ bit  。 3 ƒ”•– LEACH ‰Š—˜, ™š› œž‹。 Ÿ¡,“¢£、ŒŽ‘’ ŒŽ¢£¤¥¦§“¨© ª,« T( n) 。 ¬, “®¯‚ƒˆ ° ª, ®¯‚ƒˆ œ±”•–。 —²˜™š¡ “¨© ›œˆ , ­,  BS( X B ,Y B )  žŸ¡¢³£„´µ, ¤¥ˆ  ƒŒŽ¡ ( X i ,Y i ) 。 ¶ˆ ˆ  ,ƒ³°± ‚ƒ†¯Ã¾ µ±” D •–。 4 d( i) = 槡( X B - X i ) + ( Y B - Y i ) , 2 。 œ  ÅÆÇ¦§ LEACH ‰Šµ D ŒŽ ¯¨©, ȶ Matlab ÉÊ˕。  100 Ì͏ƒ 100 m × 100 m °±·, ÎÏ£(50 m,50 m) , ˆÐÑ 10   10 - 12 - 11  5 × 10 - 11 J / bit,  J / bit · m ,        5 × -2 J / bit,ÒÓ§ 4 000 bits, ÐÑ ‚ ƒ Ô Õ  0. 1,    1 000    ¡ Ö «, œ ¸¹。 Ÿ¡,ƒœ²³µ D רÙ,  LEACH  ˕ÚÛ。 ÜÝ,¨ 30 m € 65 m Þ« D,ß àÓ 5 m áº, 8 ¬Ë•ÚÛ,»” 9 ¬Ú Û,ƒ¼„âã ,¨½ 1 000 、1 000 ‚ƒä、 , 䌎¢£ 卾Ր–。 4. 1   2 , ®¯ 。 †ÂŒŽ½¼°± ‚ƒ†¯Ã¾ 0. 02 J,  / LEACH   , ³ª«¿ Ä¥²³€´, ‚ƒ€ d bs ———‚ƒ€‚  E ovg ( r) ,¶ T( n) ¾ ¦§¾ :L———ˆ‰‡Š; N1 ———‚ ‹; ŒŽ‘’ŒŽ¢£ ¼„âã ( FDN) ,¿æ 2 ‡, Îϵ² LEACH ‰Š。 电气工程、信息与通信工程·143· £¤¥,¦:§›¨©†‡ˆ‚ƒª LEACH —”«¬ ¢6  755 €‹Ž。 ¦,1 000 £¤‚  ƒ§“”。 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 ‚  €。 ƒ 3 „  N。 Fig. 4 ,†‚   Total aggregated message transmitted by cluster heads to BS ,  ,­ ­ 4  4 ‚—” LEACH  D = 30 ‹˜  , 60 ≤ D ≤65 «¬。  1 000  £¤‚,¨©•–ƒŒ„ ƒ®¯™ ®š。 4. 4 „ 3 Fig. 3  1 000  ° † ‡ ˆ  ƒ ± ² ³ ´     5 。 1 000  Total number of cluster heads selected in 1 000 rounds  3 ‚‡, ‰,Š ƒ ˆ D ‰ „­€‹‚ƒ‚„ ‡ˆŒ,Ž‘ ’“,‰ † 5 Fig. 5 ‚ƒ 1 000  N  Total average remainder energy of N sensors after 1 000 rounds 。 ”, LEACH ‚, †‡ˆ‰ ,„  ‰  ‹ ,„ [9] †‡ˆŒƒ±²³´ { , •–‚, —˜™šŠ 。  ,  LEACH 1 000  › œ   ƒ。 Ÿ, †¡  D≤30, ž ‰,  †‡ˆŒ , ¢†‡ˆŽ¢ ™ †‡ˆ’ 。  2 ‘, ‘ 50 ≤ D ≤65。 £¤‚, ¥ ·144·电气工程、信息与通信工程 , ‚ƒ‚   E avg ( r) = ∑ E( r) / 1 000, T are ( n) = ∑ E ( r) 。 1 000 r =1 100 i =1 µ Tare ¢›, ‚ƒ‚ avg     € ‹ ¢ ,‚ƒ’“¶Ž‘。  3 ·¸, ž œˆ D ƒ‰,‚ƒ‚€¹„Ÿ¡ 756 ª « ¬ œ ,。  5 , Tare , LEACH  D ≤30  , 55≤D≤65 。 5 ž ž ¯ 29 ° © stable election routing algorithm for energylimited heterogeneous fogsupported wireless sensor networks[ J] . The Journal of Super computing, 2017, 73(2) : 733 - 755. [3] [4]  LEACH  ,   , ­€, ‚ƒ„ 。 †‡ ˆ‰Š, ‹Œ Ž‘,’ “”,€‚ƒ„ ˆ。  ˜,  ,  ,  , , –. ‹™“š—  †‡,‚ƒ ­ , •–. Ÿ , –.  ‰Š [ J] . ‘‰—œž, 2017, 44(2) : 31 - 37. [5]  LEACH  œ. , 2016, 26(21) : 119 - 120. [6] £, ‡. [7] › ›[ J] . œ¡¢ WSN š› ‘‰—œž, 2015, 42(5) : 160 - 164. ¤ž [ J] . , Ÿ, . ‹ LEACH ¥­š› [ J] . ‘‰—’“”•, 2012, 48(24) : 88 - 90. ‚ƒ„ [8] ¦¡,­€‚. ƒ§ [ J] . [9] š›‰Š ¡¨ž©, 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] ® ˜™š›‰Š[J]. ‘‰—œž, 2017, 44(2): 157 - 162.    , LEACH  [1] ¡ mation Security, 2011, 3(1) : 8 - 16.  ‰Š—‹ ŒŽ­[J]. ‘‰—’“”•, 2017, 53(22): 82 - 86. Naranjo P G V, Shojafar M, Mostafaei H, et al. PSEP: a prolong (  ) 电气工程、信息与通信工程·145·  24  4  2014  7    1  , 2  , (1.  , 2.  ‚ƒ„, „ † July 2014  1  , ! Vol. 24 No. 4          Journal of Heilongjiang University of Science & Technology 2   ­€ 150022; ­€ 150022) “ ” ,  , ­€‚ƒ ": ‡ˆ‰Š。 ˆ‹‰ŠŒŽ‘ ’“”•–—, ”• ˜™„š›œ–ž。 Ÿ¡¢ £¤¥:‹‰Š¦§¨”• ©ª«, ¬®¯°±”• “ ” 。 ‹‰Š¶‚·³¸¹„´† ‡ˆº»。 ; ‡ˆº»; „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 energyefficient 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 energyefficient routing one. Key words:underwater acoustic sensor networks; routing protocol; energy consumption; forwarding delay; network lifetime 0 ¶·,ޏ,¹º£»¼  [1 - 4] ½¾Š‹¿À Ÿ Á ÂÃÄÅÆ ÇÀÈÉÊË ÌÍÄ,ÎÏ ÇÀÈÉ Ê˳žÐ  œž Ÿ ¡¢£¤¥ ¦§¨©。 ªœ«¬®¯、 °±²³ž ´µ ÑÒÓ£ÔÕ。 Ö×,ÇØÊÙ²ÎÏÊ˳žÐ,  “ ÚÛ ” œ Š‹ ÜÝÞ 2345: 2014 - 05 - 12 6789:  。 †‡ˆ‰Š‹ŒŽ(12511475) :;<=>?: ‘’“(1967 - ) ,”, ·146·电气工程、信息与通信工程 ­€•,–†—,˜™,Š‹š›: ,Email:gzsun2007@ 126. com。 î4 Ñ 411 ÷øù,™:òúСÑã [5 - 9]  。 ,  [4]   PBF。   ­€‚­ƒ„ † ‡ˆ。  [5] ‰ Š‹, ŒŽ‘’“ Š‹,­€”•„–—­€” •˜™š。 ›œžŸ¡¢Š£:PBF ¢ ¤,¥¥¦§,›¨©ª ŒŽ¦§Š«;[5] ¬®¯°±, ²³´ { C i | i≠m} ݍŠ¥ïé† ‡,͐ï¶é{ C j | ( i + 1) ≤j≤m} ݆ ‡, ðì,œŒ’¨ƒÛ。 ,Š‹Ý Œ’ Š‹, ­ 烄ݍŒ’ï [5] 烗ݍŒ’ ݍ‘’ ŒŽ 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 ———‘’ŒŽ; e rx ———؁‘’ŒŽ。 Éʍ³Ë‘’ÌŒŽÍ™š, ÎÏ СÑ,ÒÓ¢ [4] Ô [5]  ÕÖ, »¼ À(2 ) , ­‘’ŒŽ­Ù。 ¦§€ 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¯¬®¯°±, Ì ŽÛ Ü      PEF ( position - energy forward e tx ( r) n 2 e rx n( m2 - i2 ) 2 ( m - i + i) + 。 (3) m2 m2 áâ‹Ã¹Ã‘’ŒŽ ,à C i ݹ͏Œ’ 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,čè‹; (3) ݹ͏ Ê; ðì,¢Á¸­ñòƒ¤¤,ï¦ §„, ͊ Á¸Èˤ。 (4) ¹ÃŒéêë,  ­ àìêë; (5) ¹ÃŒé©ªŒŽ。 »¼ÙÚ°±, á⍏  Èà ,  1 。 à‚­ r  í m ʋ,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 ­ñòƒ¤È e i T maxi = e1 T max1 , ÀÝ:T max1 ——— C1 ݍ†˜¸ ƒ¤; (5) ­ñò e1 ——— C1 ݍ‡Œ’; e i ——— C i ݍ‡Œ’; T maxi ——— C i ݍ­ñòƒ¤。 2 ÀÝ,d———‚­。 畄‘’ŒŽ•Ù,¸ (1) 2  È Á¸ò¤, ¸ ð ó, 2 。 D È ç,A Ȁô,B ȍ A 。 ¨ A,B ðó α ¸ È α=β E θ + sin θ ) + (1 - β) ( 1 - ) , (6) ( R - dcos R E ÀÝ:θ———ˆŽ AD õˆŽ AB ‰Š; R———‹ŒŽ; 0 E0 ——— B ‘’ŒŽ; E——— B ©ªŒŽ; β———Ó¸ö†, ”•‚–—•·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 Ž PBF †‡”Ž PEF Ž PBF †‡„½‘’“Ž„ »¾。 ¼½„ PEF protocol forwarding factor ®¯± ¾,PEF †‡„ ‘’“¿¯ PBF ‘’“, À¿˜ PEF schematic diagram Á˜Â—ÀÁÌ¢¶·‰—‹º³Ä®´ ¹‹·Â 。 ʼn†Æ¢„  R -d , v :t maxi ——— C i   v——— 。  (7) ,   (7) ‰—ÃÄ,ÇÈ ·½Éʃ¢ ‰—ůÃijů“ žŸ ” , ‰³Ç„ ‘’ “。 ®¯È,PEF †‡ËȈȿ¯。 ;  , ­  α ;   € ‚ƒ。   α, t i = 槡α × t maxi +       „  NS2  PEF  PBF †‡ ˆ‰, Š‹Œ„ ­€,  PEF Ž PBF ˆ‰,‚„ ‘’“”。 3 1  3 1 1  •ƒˆ‰„–— †„ ‘’“。 ‘’“˜™‰„ ›Š ‹ŒŽˆ œ‘žŸŒ¡’。 ¢‚, „ ‘ 3  Fig. 3 Average transmitting delay and node’ s number relation diagram    £¨©¤¥ CSMA ª«,  1 500 m / s,‹¢šš sink 。 ¦§¦Š‰— 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   ’“£“”•­¤¥•ƒ, –—˜˜™ š›œ­•ƒ。  , ¦§†œžŸ  100 km ×         PEF †‡ˆ‰:  †”˜™š‡ˆ† 。 „    3 ¬‡¨ 1 × 10 ¸¹» PEF   t i : 24 Ð Ï ³º¼, ³ PBF †‡ ‰³¨©­‹ 。 « 4 ¯¬   Î †‡³´µ®´µ¶·‰—–¸• 。 ‚¶®´‹·,¶·‰—¹‹º,    Î ®¯°±。 „ ‘’“¢ PEF °ˆ° ±² PBF, ³˜‹ PBF ², ˜  PEF  Fig. 2  3 2  2 Í         4 Fig. 4  Network’ s lifetime and node’ s number relation diagram ( ­ 434 €) 434 Ž ‘ ’ “  [6] : [1] [2] [3] [4] , ,  .   , .   , 1999, 33(10) : 21 - 22.  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(  ) 电气工程、信息与通信工程·149·                                                         !"   ­€‚ƒ„  ­€‚ƒ „   †     †‡ˆ‰Š‹ŒŽ‘’“”• –    —˜™š›œžŸ­€‚ƒ¡¢£¤¥ ¦§¨©ª«¬   ™š ®©¯°±²³´µ¶·¸¹º»¼½„ ¾¿ ÀÁ™ šÃ¾¿Ä®Å° #$%›œž   ™š  ­ €‚€ ƒ €„‚­ ­ ­ &'()*€ € +,-*€„‚† +./01                                        ‡        ‡                               ˆ           ‰ ‰    Š    ‹ˆ     ‡Œ Š  Ž     ‹‰  Š             ‰  ‹   ‹ Š         Š   ‹‰    Œ  ‰    ‰   ‹‰ Ž       ‘  Š  Š ‰ Š    ‹‰          ’         ‹Š         ‰ Ž             Š            ‹ˆ    ’  “ ˆ  ˆ             Ž     ‹   ’    Ž ’ Š ˆ Š ‰    ˆ     Š   ‹‰  ‹     Ž                             ‹   ‹     ’   ‹Ž ‰  Š Ž ‰  Š   ‹  “ ˆ        ˆ          Š       ‹‰ Š  ‰Ž    Š             ˆ       ‹  Š                      ‹Ž  Š    ’ ˆ   ˆ                         Š       ”                     Ž ’ Š ˆ Š                   ˆ          2345    6789 ‡ˆ‰Š‹ŒŽ‘’“ „  :;<=>? ”•–€‚†  —˜™š›œžŸ¡¢£¤ ·150·电气工程、信息与通信工程 ¥¦§¨© ‹    €€ •‚  ‹ ­‡Ž +*)°‹(­€‚ƒ„ - ,  ’“¡¢²³                              †‡ˆ‰Š  ‹€‚ŒŽ†‡‘ ’“”•–—˜™– ­€‚ƒ„                                š›œžŸ¡¢’“  £¤ ¥¦ §¨ ©  ª« ¬  ®¯« ¬    °±   ¬²³ ´ µ¶· ©¸¹º »¶·¼½¾¿ÀÁÂí ­€ÄÅ üý¿ö“” ÿ ›œøö“¶·ŒŽùúû  €ÄÅ Æ ’ œ Ç È ¿  É Ê Ë  Ì Í   ¹ÎžŸÏ½ÐÑÒ  »¶· ´ Ö © ‘ ¬ûÎ.  µÿ ©¸ï ¨ ¸ÊË®¯  ‹ÉÊ˲Ӊ ŠÔÕÖ רÙÚ¹ÎÛÜ •      ­    Õ û  ÝÞ‹’“˜™Ñ҂”ß«’“  ²³âãä  åæ Êˁ¹àá     çèéêëìíî•ïðñ ò  ’“¡¢²³ó©ô­€‚’“¡¢êë           £õö“÷ Ì͛œø ùúû ‹üýþÿüý¿´ ~¾ ƒ„       Уõ}|‹Ö è µ{[\  ^³ £õö“’“ _ ]Œ            `@?üýö“´»ò[\>=  ¸£õ   Í æ < ¿ ’ “ ¡ ¢  £   ; · : ‡¶·  /«˜™’“   ’“¡¢²³û     Ì   ^³‚     €ø»´¨‚¨Þóá« ƒ肄 ÿ  „  Õ肄 ÿ     Ì  ¨ ÿ  »    †‡      ˆ¿‰Š‡    Ž             _»  ‹¶·Œ         ¸‘úû     ’Ä“”    •  –—˜™Üãä           [  ]                    šÂ›œÕ   ՞Ÿ¡¢£¤¥   õ¦§¨ ÌÍ-  ©            ª—˜ã䑢£¡¶                   »    †‡     ?ˆ¿    Öª    Î  ÖÕ ¾ ï ¹ œ «¬ ¶           电气工程、信息与通信工程·151· Ë#Ì#Í#Î#Ï#Ä#¼#¼#Ð##########˜ !" 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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: „ †‡ˆ‰Š‹(51474100) :;<=>?: ŒŽ‘( 1968 - ) ,’,“”•–,—˜,™š,›œ ž: Ÿ¡¢£¤,guojikun@ usth. edu. cn 。 电气工程、信息与通信工程·155· $3 # 0 261 "÷!,:‡ˆ(·'‰+*)±²³´ !"#  $%&' $%() *"+,  ( UWB) ,   、 , /0 [1 - 2] 。 UWB  ­€‚,ƒ„ †‡ˆ ‰Š‹Œ 、ˆŽ‘’“‰”•–—˜™š›、ˆŽ 12 3,  œž‰Ÿ¡¢£¤¥¦§¨。 ‘’“ © ”• ª、«¤¬®、 ¯œž°、 ±²³´™µ¶ -.+, Fig. 1 1 04 56 9:;< 78  Basic principle of UWB sigal in mine ·´¸¹º»¡¼ UWB ½¾¿À‰¹Á [3] Ã。 ÄÅÆ ÇÈÉÊË ÌÍΤϺ 1 2 »ÐÑÒ¤º»Ó€Ô՚›Ö×؉·´。 ò,'(·'¾¿, ˆŽÀ&ÁÂÎ, ìà ÄÅ。 ?„ ;:±²¥, ÆÇÉÈ( [4] ÙÚÛ ÜÈÝÞ߆à²áâã™äåæ °‰Ðçè鯜ž°ꀂ·´, ëìí Ðçèîðñ¿À‰à²êðñ¿ [5] Àò‰à²óô‰õâã°œž。 ö÷ø ù úûüý·´þÿÉ~}|{[\ŠÌ ͉§¨。 ˜]^_, ˆŽÌÍΤ ©‰ þÿ¡`¾@Š? ­‰æ ©>=],<Ë UWB ?ˆŽ;:±²‰¸¹þÿ   ԇˆŽ¸¹,ݺ<»,?–¦(·¼½ ·¼½óÉ™‰ßÊËÌ, ªƒÍ?‰( ·'œž,  ª‘ÀÀΗ€。 ”à 1 ^•,ÏÐà[ÑÒÓÞ×ԉ(·'œž: ÕÖ、×Õ、 Ø、 ÙÍ、 ÅÚ、 ÛÜ。 Ò 1 ˆŽ ¸¹Ýޜž‰Î–—ßà。 †ˆŽ(·'¼ ]_Þ›± ‰“žˆ±, ˆ³á' /î.。 Ýށ‰œÎ–—,,â(·'šÞ«œž [7] ¨ ÝÞã± äå , æâ(·'á'ҕ ԇˆŽé-«, ˆŽ¼ ±‰¸‰ü€ô, Τ‰ © %、ÕÖ、×ÕØãÞßʓž±‰œÎ ç'。 ³èé é(1) ^•。 ‰ü®, ñ, ­ ,。 ëŠ, ±² ¾‰Ý}, §¨‰ 1 。 , þÿ UWB ? Table 1 ‡ˆ”Ž‰±²³´¼±‰¹Á ^?,×¾‰ ­。 €,‚ƒÜÈÝÞß † Born „ œž ‡ˆ º» ¼ [6] °•µ¶ ‰Î+*)±²³´,˜†~‰œž ‰;:Š‹ŒŽ, ³´‰ƒ:•‘’• ;:‹“。 1 1 1   ”à 1 ^•,UWB –)—Í–)Τ;˜ ™,(·'¼šÞ›± ã¥,„¦§Î¤‰“À¨„ ( ©), ª)* )«¬) 。 ®—ͯˆŽ®¥¦‰Ý°£ ¤, ò;˜®±;:ù²,³ì헀¿À º»Ü´êˆŽœž‰‚µ、 [¶™Î–—¸¹‰ Ÿ, ¯<ƒ˜ìí UWB  Žœž“‰¸¹Ÿ;:·。 ·156·电气工程、信息与通信工程 ©”•ˆ    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 ‰œž±,š± Ÿœ‰Î–—‰â㢡¢Î¤‰ ©”•– ¦£â,^˜¤ˆŽ(·'œž‰Î”•–¦â  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) Õ֊à‰'ñòóæ,m i Õ։ ôõ'ï›,p Õ։ñð ,ε a %‰œÎ× 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  ‚, €­ ƒ„­ ‚,I( ω) ƒ„ ‡ : [8 - 10] €ˆ† ∫ 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) ˆ(3) ‚,Eb (rr ,ω) ‰‰ŠŠ ‹ €Œ,ˆ  ‰Š‹Œ€Œ,Ž p^ r ·E s ( r r ,ω) = k2s ∫ p· v ^ r G( r r ,r′,ω) ·E( r′,ω) x( r′) dV′, (4) ˆ(4) ‚,k s  UWB ƒ„‘‚Ž‘ ;x( r′) ‰’;G( r r , r′, ω ) “”’‹ €•­–—’;E( r′, ω ) “”˜™”’•– V′š€。  —˜™›œ’†šˆ: k s = 槡ω2 μ0 ε s + iωμ0 σ s 。 (5)  σ s ž›Š,k s ≈ω 槡μ0 ε s ,•­–—’œ žŸ¡Ÿ¡ˆˆ(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 ¸ · ˆ(7) ‚,x^ ,y^ ,z^ ¢£¤¥¦§†­ ‡,k0 = ω 槡μ0 ε0  UWB ¢‚Ž‘, 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 。 ”’‚Ž‘­‡ z ‡。 γ0  γs  - £ ‰ ‘,¨©ª¤ ¥•­’。 ˆ(6) ‚œ žŽ‘­‡: 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 ˆ(10) ‚,k0  ˜™•–,k s ”’‚          , ¬ ‰  ’  Œ 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′) °。 ‰Š › ‘  Š, ¨   ‰  ‰  Š  ± Œ €, © ª ² Born ³´µ«¬®。 ©Š, ˜™•–¶¯ €Œ 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) 。 µˆ(6) ¸±ˆ (12) , ¹µˆ (7) (11) (12) ¸ ±ˆ(4) ,º‹‰‹Œ€: 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′, ˆ‚: 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 , ˆ‡ †‡‰Š‹: Step 1: ‰ŒŽ( ‘’“” Ž) 。 Step 2: Š•–“—„‹ GPrMax •–“ —,Œ˜Ž‘‡ ’“”•–Ž。 Step 3: —™ Born  ˜š  ‚› £–,¤¢¥­。 ƒ 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) ™ š•–Ž›œž œ。 Step 4: ŠžŸŸ¡ ž ‡¡, ¢ : ,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 ∫ ˜¤¼Ž, ωmax u2 + u2y < 4k2s ω min x (4k2s - u2x - u2y ) 2 / 3 ) ·du x du y dω] , ∫ ∫ p· ^ ­ˆ€‚ƒ,„ ω min E( u y ,z r ,ω) · ·158·电气工程、信息与通信工程 Ž‘。    r               Fig. 2 (18) ‚ ƒ  „  †, ω min < ω < ω max 。 ΔσωΔε ,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«。 ´žµ¶·±²³´ª«,  ¸ œ 30 ns,¸œ¹ 3 cm。 Š 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•–Ž‘‡ 3 1  2      Theoretical model section  ¦ˆ ε s = 8. 1 ε0 、σ s  。  σ s = 0. 001,‡ μ s = μ0 ;  ˆ ε object = 8. 2 ε0 , σ object = 0. 001。  264 Á Â Ã Ä ,  3  。  4 。  3 ,  。 ,  ,  ,  。  ³ ” Å Å Ç 27 È Æ –˜™­ƒ, €­ ,š“”›œ。 ‰                              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     •–Ÿ ¡, —š˜  ™ š  › ˆ, œ ž   ¢ £ ¤  ¥ £ Ÿ ž   σ s = 0. 01,   (5)  k s  ,,   5 。 ,  ­ ­€ ‚€,­ƒ‚„ ƒ„†, ‡ ˆ‰。 3 3  Š†, ‹Œ‡Ž。  , ˆ 6, ,ƒ‡€,‚‘ ƒ’ˆ“ 。 ‰  σs ”‰ , • 6 Š, ˆ† 。 ‹– , Born ŒŠ  Ž。 ‘’ — Born ŒŠ¦§¨©ª«›œ, ¢¡ - ¢¬£™ š,£Ÿ Born ŒŠ®‚¤¥¦§¨¯°± ­©ª²,‚¥«¨¬†®³´¯ª°  ­Œ±µ²。 «¨¬†® ®««¨¬†®¶³´«¨¬†®›,  °· ,°´¸,µ¹ƒ  ´。 º¥ FDTD( »‰¼ ½) 。 ›œ¶ ,   ’ˆ“ ·¤‘‡ ´“”À。 ­ ƒ“”¾¿, ‡ ­ €­ (  292 ) 电气工程、信息与通信工程·159· 292  ­ € ‚ face using neuroadaptive control [ J] . 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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 ) ‡ˆ‰Š,‹ŠŒŽ‰‘’ ­ 、€ [5] †‡ˆ‰ Š Š “ ‹” •Œ–、—˜™Ž。 ’†‡ƒˆ‘‰ “ Š ‹ ‹, ŒŽ’š›“œžŸ„ , ¡¢‰‘’”£‹“ [6] [2] [3] [4] œž,  Sarikaya S, Weber G. Combination of conventional regularization Å Æ, ‹ [ J] . ¥¦ [9] Ÿ, ¡Ÿ. Ч¢ Ç. ƒ º±£–¶¥€ÈÉ Ê Œ³ ´ , 2014, 39(3) : 537 - 542. ËÌÍ, ÎÏ, ÐÑ, . ÁÂÒÓÔՃ £‚¢€ª«¬ ³, . ¢€ƒ ‚‰[ J] . Ч¥¦ƒ , 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. ®‚¯£–Š‰[J]. Ч¥¦, 2012, 38(9): 28 - 31. °±, ², ® º±Ö×° characteristics inferred from cross - borehole geophysical data[ J] . £‚¨© , 2014, 39(1) : 19 - 25. ­,  , §¨. ©¬ à † ‡ˆ ‰   Ä Š , 2003, 18(2) : 62 - 65. ؐŽ™·‘’[J]. Ч¸Â€ ¤ª«[ J] . ¥¦  ¿. ’ µÀÁ Š †€ ( HIBIT) , 2010: 13 - 20. 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The paper proposes the application of CSDCSK ultrawideband chaos shift ke ying with orthogonal code domain to realize the ultrawideband communication in coal mine. The research is validated by simulating and analyzing the communication performance and propagation characteristics of CSDCSK in coal mine roadway based on Nakagami multipath fading channel. The simulation shows that the BER performance of CSDCSK is related to the fading index of Nakagami channel, multipath number and spread spectrum factor; and given the same channel, signaltonoise ratio, and spread spectrum fac tor, CSDCSK gives a better the communication performance than FMDCSK and CDDCSK, and can ob tain an optimal system performance by a reasonable selection of parameters. Key words:coal mine wireless communication; coal mine; ultrawideband; chaos shift keying 2345: 2017 - 04 - 23 6789: „ †‡ˆ‰Š‹(61471158) ;ŒŽ‘’“”•–—˜Š™ˆ‰Š‹(20132301110004) :;<=>?: š ›(1981 - ) ,œ,žŸ¡¢£,¤Œ¥,•–™¦§,™¦¨©:ª«¬®¯°±²³,Email:76115347@ qq. com。 电气工程、信息与通信工程·161· 556 0 )  ( ' & ó é  ­€‚ƒ„、  % # 27 " $ Ù;™ 2 ; Walsh  W O. N ¥«¬¨<¨ ©, Ë í É ¨ © , ¨ < ¨ © Ò æ     Walsh ¹º\ 。  , 、 、 、 、  、 %        、 †‡ˆ‰Š [1] 。 ‹Œ ކ‘、’“”‘•–—˜™‘,š›œ€žŸ [2] ¡¢、‘£¤¥¦§¨© 。 ª‹Œ [3] ˜™£Ê 。 ËÌ͍ÎϰЛÑ Ò¨ÅÆÓÔ, š›œ€ÎÕÖר¶ FCC            ¨©«¬®¯,°± ²³´µ¶·¸¹º» ¼½¾,£¿­ÀÁÃÄÅÆ、Çȕ É      Fig. 1 ÐÙÚÛ´,ÜÝÞÐßàáâãä,å 1   CSDCSK  CSDCSK ultrawideband chaos shift keying trans mitting model œ€ÒæžÙÚçÝ  èé êë。 ìí,‹ŒîïÎðñòÐ Walsh û¦§Ì;¨¤©+ª• Ò¨óôõö÷ãøùúû, åüý¬þÿ~ [4] }|{Ò¨[\]^_Êóô 。 «ª‰‘ , û¬œ€Òæ*®¯°± n Š。 ²á¨<¨©³´¬ N = 2 , µ N ¶* ‹Œîï`›@³ø?ε>¬Å •Å’,ÍÌÅ@³>îïËÌ Þ¨╮¯µ, ܜß࣠。 CDDCSK、FMDCSK ˆ à>î ïÒæ¶=¹ºÉ ¨©•¨<¨©°¶\  , ñò¸ ”Ú»¶= €¹ º  、        , Ò æ     Walsh ¹ºÉ ¨©•¨<¨©°\ [5]  CSDCSK Ø; 。  [6]  ­ CSDCSK °:•€¨}‘£>‚, ›° þÿ~}¨ƒ„Ò¨‘£ ÇȨ/.•~} Î Ž, ËÌÖ× à ¨/. ÐÌþÿ~}Ò¨ßàΣ±-†, ‡ˆ ~}ƒ„‰ŠŠ‹ÇȨ/., õö CSDCSK °~}ŒŽÒ¨‘£‚ ‘‰ ‰ ‘,¬þÿ~}¹ºœ’Ò¨žŸÁ “”。 1 1 1 ®¯°±¬: H2 n = H2 n -1 H2 n -1 [H 2 n -1 - H2 n -1 Ë?(1) œÀ, 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   。 °Ÿû¡š‰¢£ T b ¤,‹Œ¨©, 1 -1 1 -1 -1 1 - 1 , - 1 1 {0,N, ii ≠= j,j, i = 1,2,…,N 。 *®¯°±ŸûºÀÁû¡ Walsh , ²†Â à ġũÆÇ, æ CS - DCSK ÙÚ/.³´ÈÙ­¨©¬ a ­‹Œ¨©á¬ x( t) , ¨<š‰ b  æ›]‘œž;¨<¨©á¬ a,Walsh Ù; -1 1 (3)  ™ 1 *®¯°±¸¹º W N,i • W N,i »œ€ û¡ ù¡¼,½œ¾¿•}ªß: S CS -DCSK ( t ) =  CSDCSK ÙÚ/.•– 1 —˜, ‹Œ¨©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)  ~}Œ,Ö×ɤƒ„ε, Œ¬Ê ùÕÛË¢¨̐ÍÎÏ,ÐÑ ÒÓÔ´, Walsh Ù;™ 1 ; Walsh  W P. N ¥« ϰé¡ÕÚ、 Öڕ×ڝ。 ØÙ ‘ÎðÚہ¸ ¨©éܜœ¯Ý, åªÇ ¬É Þ÷¢ÅÆ ¨©,‹Œ¨©、¨<¨©• Walsh  ·162·电气工程、信息与通信工程 [7] 。 €•ß:>à£Ð~ È5 É Ë,Ÿ:»¼ Ê ,  ,     mi  [8]   Nakagami  ƒ,„ †‡ 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  Љ˜‹™; 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  ‘’†‡‡ˆ‰Š; ∫ £º Nakagami ‘’‚“ƒ„ m ”, ( k + 1) T b (7) m———­€ŒŽ‚†。 。 ∫ ~ x( t - kT b ) + n( t) ] 2 dt 。 (5) σ ———‰Š‹ k =0 ( k + 1) T b N -1 。 , ˆ:Γ( m) ———†; Σ∫ N -1 ­€‚ 2 m mr ( 2 ) r2m -1 exp( - 2 ) , Γ( m) 2 σ 2σ f( r) = Nakaga , 557 ­€·¸¹º‚ƒÌ ‡´µ¶ ­€·¸¹º CSDCSK ¤»¼ , ¤ Matlab / Simulink  ° ½ ¾ Nak ŒŠšŽ‘’,“”›•œ†‘’‘–†—;  ‚   agami  CSDCSK ‚ƒ»¼½, ³ 。 ‘˜,œ†‘„ Nakagami  ¨¿œ†°‚ ¾¿, “ ­€· ¸¹º FMDCSK、CDDCSK  ŠÀ。 m = ∞ —, Nakagami   ‘ ’ † ‡ ‡     [9]  ‡ ž Ÿ 1 3   ­€™š›‹™ 。  CSDCSK ¡œƒžŸ 2 ¡。 ’ƨ,¤Ã¦ŠÇÈ, ° CSDCSK Áª ¾¿šŽÄ; ÀɦРÊÅ£,   CSDCSK ¤‰ŠÁª ËÆ¾ Nak agami ,“”œ† m ÌÍ´ Nakagami                 Ç,m ÎÇÎÏ。      À„‡ ž Ÿ 3 ¡。 »¼— T = 3 000 s,ÁŒ M = 8,Walsh ª«¬Ã N = 4,Ć L = 3, œ†©¢ ҉Š m = 1、m = 3,S SNR = E b / N 。 ‚“»¼‘      CSDCSK Áª         CSDCSK  CSDCSK ultrawideband chaos shift keying re ceiving model           Fig. 2 2      ¢¢£¤ ¥›£‰Š¤¦§ 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«¬‘®, ¯‚“®°§± ²›³§‘´µ¶,¥‘´§ ¨£‡ Fig. 3 3      CSDCSK   BER performance of CSDCSK under different fa ding channels CSDCSK Áª ÀĆ„‡ ž Ÿ 4 ¡。 » ¼ —  T = 3 000 s、 Nakagami   œ † 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  ,  。 ­€‚   š š œ 27 ž › CSDCSK   Walsh  ­€ 6 ‚ ƒ。 ŒŽ T = 3 000 s、Nakagami „ˆm = 3、  M = 128、 L = 3、Walsh   N = 4、8、16、32。  10 dB ,CS - DCSK  Walsh    ;  10 dB ,CS - DCSK  Walsh  。 ‘‰  M , Walsh ƒ„ ’,“‹Œ 。 †‡                 4 Fig. 4           CSDCSK  BER performance of CSDCSK under different multipath numbers CS - DCSK  ƒ„ †‡ ­€ 5 ‚ƒ,Nakagami „ˆ m = 1、  M = 32、Walsh  N = 4、  L = 1、 †‡       T = 50 000、100 000、200 000、 300 000。  15 dB ,CSDCSK  ƒ„ †‡ †;    15 dB ,CSDCSK  ,  T = 100 000  , ‰ ,CSDCSK      6 Fig. 6      CSDCSK  Walsh    BER performance of CSDCSK under different Walsh code lengths CSDCSK Ž FMDCSK、 CDDCSK  ‘ ’  „   ­€ 7 ‚ƒ, ŒŽ T = 3 000 s、 Walsh  N = 4。  4 dB , CS DCSK  ”“ CDDCSK ” FMDCSK;  4 dB ,CSDCSK  •–“ CDDCSK ” FMDCSK, — ,CS DCSK •‹˜•–。  Їˆ‰Š‹。              7           5 Fig. 5      CSDCSK   Fig. 7   BER performance of CSDCSK under different chaos sequence lengths ·164·电气工程、信息与通信工程       CSDCSK、FMDCSK、CDDCSK  BER performance comparison of CSDCSK, FM DCSK, CDDCSK CS - DCSK  „ˆ   ­ € 8 ‚ ƒ。 Œ Ž   T = 3 000 s、 Walsh  N = 4、  L = 3,  Î5 Ï Å,“:­€‚ ¶  M = 32、64、128、256。   m = 1  m = 3 ,      ,  ,  CSDCSK  M =  ( m = 1)  CS DCSK  M = 64  ,  ( m > 3     CSDCSK   128  1)          a         b Œ­€‚Ž‘’ ‘ ’“” •–,—‰‹ Nakagami       „ Walsh ‡¡ˆ , ž™ †‡Ÿ ‰„。 ”, 、  –, ¨ƒ ©ª‹ FMDCSK  CDDCSK,    Š ” ‹ Œ , CSDCSK  ¢ Œ Ž ‘ FMDCSK、CDDCSK £’“¤”•ž¥—¦§      m =1 «¬®¨¯­€‚°±ƒ ³´¡µ。 —² :  [1]   [2]      [4]  c      m =3 ¡. °±ƒ³´ ˜™ †‡[ J] . š›œ, ¶ ž, Ÿ ¢ž£, Ÿ ¤, ¥. ¸ˆ Costas ¸¦›¹ºŠ ·ƒ, 2015(12) : 1483 - 1489. »¼ˆŸƒ[ J] . ¤Ÿ·½¾, 2015, 37 (6) : 1483 - 1489. [3]     ­€‚ †‡ˆ ‰。 Š‹ Nakagami  †‡˜ CSDCSK ‚ ƒ ™ •­š ,€‚ƒ˜、›œ„    。    , CSDCSK  M = 256  ƒ„  559 ƒ™  ¤Á½½¾( ÂÃĽ) , 2013, 33(2) : 29 - 33. ¶ Å,  ,  , “. ÆЉ“ ªƒ ™ [J]. ÇÈÉijÁ½½¾, 2016, 26(5): 581 -585. Ë †‡[ J] . ޤÁ½½¾( ÂÃĽ) , 2013, 25 [5] ,¢   , ¿. µ§¨©ªƒÀ[ J] .  , ». CS - DCSK UWB ŸÊƒ„ (2) : 259 - 264. [6]    and Chaos, 2011, 21(3) : 799 - 814.  [7]     [8]    8 Fig. 8  d      m =4 CSDCSK  BER performance of CSDCSK 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, «. ­€‚Ÿ[ J] . Í ijÁ½½¾, 2010, 30(2) : 241 - 244. ¶. €‚°±ƒ†‡[ 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  ,  (   ": †‡ˆ‰Š,‹ŒŽ , ­€‚ 150022)  ­, €‚ ‘’。 “”  •–—,˜™ ! ƒ„ š SVD ›œžŸ¡”¢,£¤¥¦。 §š db4 œƒ¨©£¤ªŽ «¬ 7 ®¯°±²³´,µ¶ 7 ·¸¹°º²¶ 6 ·»¹°º‚¼½¾ ¿À、Á ÃÄ,™š FFT žŸ«¬Åº°Æ。 “ÇÈÉ, Ê¡”¢ËÌÍ΁²°Ï ‚¿À、ÁÂÃ,ÐÑÒª«¬ #$%:; ; SVD; œžŸ Ž ÓԏՉŠÖ×。 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 ultrawideband 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 ultrawideband 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 ultrawideband 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 highfrequency components; and FFTtransforming 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; ultrawideband; SVD; wavelet transform 2345: 2018 - 12 - 16 6789: ƒ„ †‡ˆ‰Š(51474100) :;<=>?: ‹ŒŽ(1968 - ) ,‘,’“”•,–—,˜™,š›œ:žŸ¡¢£¤,Email: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———úŽ; n   ­€、 ‚ƒ„ †‡ ˆ,‰Š ˆ‹ŒŽ,‘’“†“ ”•–—˜™š›œ。 žŸ θ0 ———œž†Ÿ; θ ———¡¢¥¦§¨ ޝ†Ÿ; ′ f r ———( ‡Þ; •¹º,¾¿À»Á¶¸ˆ‚Ã,ÄÀ»Å ÆÇÈÉÊË ‹ÌÍΈÏÐє•Ò [1] ÓÔÕÖר­€‚ƒ 。 ÙÄ Æ FMF ”•‘’½ÚÛÜÝÞßà áâ,ãä å  æ ç è  é ­ €  ‚ ƒ     [2 - 4] [9 - 10] 。 ïþ”•ÿ¿ÿ ~}Ò|èéÿ{ûðÓÿ™[\„ð¤。 ]½”•^_, `Ñ ¿@?Ž>¥¦Øåæç ¸= <;,:»ÅÆ SVD ”•½ßà åãäáâ,Å/Ä.œ- ,Þ,“+”•, db4 +*팽 ˆà 7 û+Ëš›, ‰½š›© à FFT , ó - úŽ, ‘’ ˆÏ,藘­€、‚ƒ 。 (3) ƒ l0 ( t) = 2 ‚'ƒ‹, ŒŽ‘ ‚'Ï饦§¨ ‘(。 Ø ’“ïþâ, ”• –ô ӗ ,˜™*Ÿ¿“ ɚ: 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¢ƒ> , : »ÅÆ SVD ”•²½å , ¾È¿ , SVD ”•ÅÔÀ%,ޝ/ĸˆ°ó • Å    œ - , Þ  Ô À , Þ ß à Í Î ‹ 、 ¿Ï 。 ‰ Ä­€‚ƒ ­€¯‚'ƒµ„, † Ò(  ’½ 1 dUcos( θ ′ + ρ( t) ) 。 2 žŸ¥¦ Ø  =  < ; , } Ò ¸ ˆ  µ „ å  , ½        ´ µ ¶ ¸  æ ç 。 Ò 。 ( —‡Þ–ˆ‰݊ žŸ¥¦§¨ ½¯Ä°‘ ,±,ǒ°‘²³©,™ [ 12 ] 팘ÈÉóøÊ“ËÌ> , ½ SVD ” ¥¦Ø *Ÿ¿“ [11] âÅ , ¥¦Å駨©, — œ-(¯ 1 dUcos( θ ′ + ρ( t) ) 。 2  , ¶Á   ¢ ÷ à  ²        Ä Å , ƝÆ+”• , Ç  ) n———©ªíŒ«Œ¬®。 ρ( t) ) + , ÷Äøù Å„úûüý• ­€ó,‘§¨Ÿ 0. 2 ˜ 0. 5 Hz 1 dUcos(2 ω0 t + 2 θ0 + θ ′ + 2 €,‘’ÒÝîïëìíŒðñò떗˜ [5 - 7] 。 ÄóîÓôõö” ­€™œ [8]   l( t) = dcos( ω0 t + θ0 ) × Ucos( ω0 t + θ0 + θ ′ + ρ( t) ) = 。 êÄÀ»Æëì팕‚ƒ­ •™ Ø φ( t) ———ž¿“£¤†¥; d———( ¯¦& úû; ¡ ¢£¤¥¦§¨©ª«¬®¨¯°±, ² ³´µ¶·¸¹º»‡¼。 ½Ÿ”  (2) f0 ———ó;  ,    ,  1 À (1)  žŸÒϖ¸™, ÐÑ>Ҏ>ÓÔ [14] @?> , è, Ò SVD ”•, ½ ÒÝîÕ–ô­, ­íŒŽÖ>×Ø žҎ>,­íŒҎ>׍؞ ÐÑ>。 Ù ψ ( t) = ′ dx( t) 。 dt (5) ›(5)  ψ ( t) ˜Ú++í Œ½ l0 ( t) ßàáâ, ۏҎ ′ >ÐÑ>ÒÇ+©+ÜŒ™è 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) ˆ‰›œ,  α ( t) ,  ŽžŒž†‡’­ŸŸ¡¢ œ, £ ¤«¥¦§­¨, ¬©”®ª«  { h( t) ,g( t) },,  ¯®Œ,¬‰®—  °¢ Š«±² œ,¯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) ,ƒ„  ,†‡, [15 ] ’ˆ“‚„” œ , ˆ‰ c ( j) b ‹­€‚ƒŒ, Ž‘ 。 •–—˜™ š› : = ∑ 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) ˆ  G ;  c ,d €Ÿ ‰‰Š,c ( j) b žj ( j) b  (0) (9) ( j) b žj , ‹¦”•ˆ cj = d j + 1 + d j + 2 + … + d j + p + cj + p 。 ½ˆ¿¾ , ¿‚•–—ÀÁ¹ ¸Â˜™ , —Ÿ ˆ®ÀÁ³ï®¿¾ , Ä , ©Ã Оˆ‰Ë œ, œ,ÌÑÉÎÍ ÎÏ,Ѐ›œ。 Ош‰» Fig. 1 ݆ €Ÿ  g1 ( t) ,˜ : ‰ Ÿ (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) ˆ ±²†   , Þ   h1 ( n) = h0 ( n) ,  € Ÿ g1 ( n) = g0 ( n) Ä,Ž‘š›¤ß±²。  Ä,£¤›‘’­”•àá ,â§ ¨‹¦±ã, ¢ (12) , Œ©™ d j + 1 + d j + 2 + … + d j + p + cj + p = cj 。 SVD  transform ¯Ð ›œÔ–ÒՉ±²¶ÖŒ‹ה [18] Ø,ًÚÓÛÜÏ 。 ½Ò, ÐÒˆ š 2。 1 ÄÅÃÅ¥ÆÇÈ 、 É š›Ìͱ²Ä, ÆÇÈÉÎ [17] Çϖˆ‚ ÊÌͱ² 。 Ž n∈Z ¨, ˜ (9) 。 ƒ Œ©™š 1。 ·§ˆ‰›œ SVD §¾  Œ‹¡Ž。 ¢Š£¤›‘’­“¥ ‰,§–— (8) ž‡ˆˆ ,d  ;Š‹ c b ( j) b ® , ·§ª¸¸¹ˆº , »‘¹°¼º» 。 ¼½ —ŸÒ͍ÐÓ,  H ž†     ˆ ‰ › œ ,  ‰ Š ‡  ‚µ¶ ·   — Ÿ     ˆ ® 。 ¶   ® ˆ Œ ¿¾Ÿ½ˆ± , ÊË 。 。 ˆ‰Š °±,´¤«¥²,Ž‘µ³´ [16] ±²§ª 。 Fig. 2 2  Principle of reconstruction (12) 182 4 Ì Í Î Ï Ð ž Ñ Ñ ¬ 29 Ó Ò ¤®, ¬ 6 ˆŠ‘¤‡ «—†ª—¶’¥, ·¸¬ 4 ˆ“¬ 5 ¢›。 £´µ  ¦¬ 6 ˆ“¬ 7 ˆ‘¤ Š‘§¹。 ˆ‘¤ ,   l0 ( t)   3,  3   , 。  , —º¨»©ª„¦, ¢ª«ˆ‘¤  FFT ’“, ¬•¼¥®г,  5 “ 6  。  5 ¬ˆŠ¯¼®‡ ¤ ®,¼›ž´,Š  0. 299 Hz, ° 17. 989  / min, ª½ ±²¾¬•„ ˆ‰Š 16  / min ¡³„´;  6 ¬ˆ¦Š¯¼ ®‡ ¤®, ¼›ž´, Š  0. 867 Hz, ° 52. 044  / min,ª ½£•„ ‹ 60  / min „µ¶·。 Fig. 3 '3 MNOPBQ* Ultrawideband echo signal ,   SVD  ­€。 ‚ƒ„ †  ‡ˆ‰Š  16 ~ 20  / min, [19 - 20] ,  60 ~ 100  / min Š  50 Hz,  ,  Ž‘’“”•–, —Ž‘’˜™š ‹ŒŠ ›Š œžƒ 1. 5 Hz „ , Ÿ db4 Ž¡¢£¤ 7 ¥‘’, ˜¢ 7 ¥Š‘¤“¦Š‘¤§”•,  4  —­ƒ‘¨,€©‚ƒ—„ †ª 。 Fig. 5 Fig. 4 Š :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 ˆ‘¤‰Š‹Œ,Ž 。 ‘†Ž’“‡, ”•ˆ” ž,•®–Œ—˜”ž, ™¯‘¤˜š° ±,²†Š³‡›˜šœžŸŽ,¡ '6 :^W_YZS[\] Sixth layer high frequency coefficient amplitude spectrum ª¿‚ƒÀÁÂà ¾Ä£ ¿¡ƒ¸¹›Å–² ,º¿Æ„  ˆ‰“‹Œ»¼½¾¿,¢ À£Á—„µ´Â,ª ´Â Ç  «Ä£。 ²†ª„Èɇ,„ ˆ‰ »¼½¾¿ÊˋŒ»¼½¾¿º Ã。 ‘€,š «Ä£ˆ‰Š Ë 电气工程、信息与通信工程·169· ¤2 á ÁÂÃ,¿:­€‚ƒ ,。 ,    7 。 „ 183 †‡‰Š©ª „¯³©ªƒ[ J] . ÅÆÇȹÉÊÊË, 2017, 27 、 (1) : 73 - 76. [2] [3] [4] [5] [6] ,  , , ¿. “¼ ŒÌ‰Š ,  ,  . “¼‘ ŒÌ‰ † ‡   ‡ ª Œ Ì [ D]. :  Ç É Ê, ™ƒ[ J] . ŽÍÊË, 2013, 42(11) : 1370 - 1375. Š’Î¹º[ J] . ŽÊÊË, 2014, 34(3) : 280 - 283. . 2013: 9 - 43.  †‡ŒÌ‡ªÏÐ[ D] . : Ç ÉÊ, 2017: 31 - 40. , , . ŒÌ´[ 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]  • , €, ‚ƒ. “¼Ó“»„” †© ª – [ J ] .   ‡ Ô ‡ — É Ê Ê Ë, 2013 ( 7 ) : 952 - 956. [10] ˆ‰Š, ‹ Œ, Ž‘. “¼ WA - EMD ˜™” †‡ŒÌÕ     2017, 41(2) : 198 - 206. Fig. 7 5  7  Reconstructing breathing and heartbeat wave forms [11] “ ”. “¼ [12] Ö ×, — [13] ¡ ¢. †‡•‹ÕŸ¡Ø¢£Ú©ª¤ K Ü ¦. †” [14]    SVD  ,  ,   ­€‚ƒ „ †‡ˆ ‰ Š‹Œ Ž‘。 ’ db4  “”•–— ˜ˆ ‰Š‹™‰š, › œ  ž ‰ŠŸ¡¢ £ ,  ‰Š¡ ¤ 7 •‹, ‰Š¡¤ 6  •‹。 ¥’ FFT ,˜¦‰Š - § ‹¨ ž©ª, « 、,¬®­ „œ  €‚ƒ „¯°±²ž †‡¯³©ª´ µ¶ 。 ·   ¡   ­ €。    ¥ ’ SVD  µ¶™žŸ †‡ ‰Š‹ ž‰Š¸‚ƒ, „ ‰Š¹º»’¼­½¾、 † ‡ª¿À´ˆ‰。 ³ © ª [ J] . ’  ´ Ò É Ê Ê Ë, [15] [16] щŠ’Î•šÏЁ« [ D] . : –ÑÉÊ, 2016: 44 - 47. ˜, ™ š, ¿. UWB ¾›ŒÌ›Øœ ‡ª•«[ J] . ‹ÙœžžŸ, 2015(11) : 18 - 21. TR £Ûž¥ÏÐ[ D] . : ÇÉÊ, 2013. › ³ŒÌ‡ª•¤—¤ž¥[ D] . ’: ’´ÒÉÊ, 2014. Ž‘. “¼ÝÞ”ß †” ÏÐ[ D] . ’: ’´ÒÉÊ, 2015. ³‰Šà´ƒ Zhang Y. , An interference suppression technique for life detec tion using 5. 75and 35GHz dualfrequency continuouswave 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]. 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":  ,  OFDM  ­€ ‚ƒ„ †‡,ˆ‰Š‹ŒŽ‘’“”•–—˜。  ­™‹( SNR) “”•–š›œžŸ, ¡ ‚¢,ˆ‰Š‹ŒŽ‘’“”•–š›,£¤¥‰ ¦ §¨©, ª« ¬ ®¯°±²³´µ ¶€†‡,·¸ ²‚¢。 ¹º»¼§½:¾ˆ —˜¿Ž‘’ÀÁ£ “ƒÃÄ SNR ¥‰’‚¢,Å£¤Š‹ŒÀÆ –¾  ;ÇÈÃÄ SNR ²É­,ÊËÌÍÎÏÎÐÑ, ÒÃÄ SNR ¨¸ 17. 5 dB , Ó Ô¿Õ¨¸ÖרÊËÌ“”•–—˜ÙÚ²µÛ。 ¦ #$%: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 MaxSNR 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 SAPCE( 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: ˆ‰Š‹ŒŽ‘’( F2015019;F2015017) :;<=>?: “”(1979 - ) ,•,ˆ–—˜,™š›,œž,Ÿ¡¢£:¤¥¦§¨©ª,Email:zhaozhixin0830@ 163. com。 电气工程、信息与通信工程·171· 312 0 $  # " !  ­€‚ƒ„ †‡ˆ‰Š, ‹ŒŽ‘’ [1] LTE  [2] 。 —˜™ “”•–( WiMAX)   OFDM š,›œžŸ¡¢£¤¥ ¦、 ¢ [3] §¨©ª、 «¬®¯°± ²³´, µ¶· ¸¹( ±º» ) ¼•½¹ ( º» ) ¾ ¿’«ÀÁÂÃÄÅÆ ( Ç È ) , Éʗ« ÀÁ Ë Ì。 Ë Ì Í OFDM      Î Ï Ð Ñ 。 —˜™Òӟ¡š, ÔÇÕ žÖו–ØÙ ÚÛ。 ܋, ƒÝÞß ¹ žà áâãä¿ åƒæçèéêë žìí,îØïƒ€ðåÏ•–Ö×。 ´ñ,— Ç «ÀÁä, òóôõžöÏ÷øù á úû¦¾¿’ðüýÇþÿï。 —Ç ȏ«ÀÁä,~} [4,7 - 9] Í OFDM / OFDMA ä|{[\]ð^_`|@òó。 ~ }[4] ?>=<ö”;¾¿’、: á ð üý,—Â: ©ª/.žö- googput ,+äö Ï÷žøù goodput  。 ~}[7] ?>=<ö ¾«( ›Ú¾¿’¶) : ”;ð üý,—Â: ©ª/.žö-á ,+äöÏ÷ žøùá  。 —·¸¹«¬® ¯Ê—°±ä,—ÄÛ¾«ð‰Š、á úû¦‰Š/. CSI ‰Šä,~}[8] Í OFDMA  š `|@òó, @ CSI °± Í ÐÑ。 ~}[9] —öÏ SNR ¾«ð ä, @«ÀÁËÌ、CSI °±、CSI ÷* ⠏«Ë* Í OFDMA - FDD  ÐÑ。 ),ÍžÄÛÖו–ØÙÄ ^_,  ?>(*Üðúû¦¾¿’ðü ý。 —öÏ SNR ¾¿’ð '), –ž ,ãñ¢ ù,?>(*Üúû¦¾¿’ð >žÖו– ,ö Ù­,+ €‚ǁö÷^_,ƒ„ôõžÖרÙ žù,öÏ÷øù á 。 1  1 1  Ï 0 0 & 26 2 1 «,ɏ«‡ˆŠâ—¾¿’)È,—=‡‡ ˆ±‹‹Œ ( TTI) Ž Ã Ä ‘ 。  ž u — & n ‡  ( OFDM) ,    。 ,  [4 - 6]  ±º» OFDM ä|{[, † U ‡ ž,k ‡¾¿’,ž¾¿’«ƒˆ‰ ·172·电气工程、信息与通信工程 TTI & k ‡¾¿’)‡ˆŠâ H u,k ( n) Ã=‡ 。 ž u — ’“”‘,•ƒ–,‰Ìƒ 1 & n ‡ TTI & k ‡¾¿’)—*(SNR) γ u,kln (n) = [9 - 10] γ u · | Hu,k (n) | ,γ u ƒž u  SNR。 - - 2 ˜±º»)ä|„ «“™, —š‡ TTI Ž,'› Í)|¾¿’«`|À Á,ƒ„ä|¾¿’«‡ˆŠâÀÁ•,Ԝã žÖ×ØÙ´¾ λ u ( u = 1,2,…,U) `|úû¦ ¾¿’ð,λ u žž u ØÙÖ×%ÂÖ U ×*•, Σ λ u = 1。 1 2 u =1 ¡ TTI ¢£ n, žÄÛ ¾¿’«‡ˆŠâä¥Û¦, §¨ ¡  ƒ‰Ÿ,ä~ ¾¿’¢£ k。 © H u ƒž u ¾¿’«‡ˆŠ â H u ÀÁ•,«ÀÁË̃ ^ Eu = Hu - Hu , ^ €š,E u σ 2 E,u σ 1 -σ 2 E,u (1) H u ړ¤¥, Õƒ–、 ‰Ìªƒ ^ 2 E,u [9]  ’“”‘ 。 «¢£Í¾¿’«`|À Á,E u ‰Ì [ 9] σ ƒ 2 E,u = 1 / (1 + N r,u γ S,u ) , (2) €š,N r,u ƒ=‡ TTI Žž u ¢£Õ¬ OFDM ®£‡â;γ S,u ƒž u ¢£ SNR。 ›)~¯°,«ÀÁË̉Ì%=‡ TTI Ž ž 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) „žÄÛÖו–ØÙ, —öÏ SNR ¾¿ ’  ð '  ),  –  ž ù  w u ( u = 1,2,…,U) ,?>(*Üúû¦¾¿’ð ,ɾ¿’ k µ𶗷¾¿’)øù SNR ÀÁ•öÏž u  ( k) = argmax w u ·γ^ u,k , (4) ´ž u —¾¿’ k )‡ˆá R u,k = log2 (1 + γ u,k ) ƒ γ u,k ¸¹º»Šâ,œã(4) `|¾¿’ ð¯öÏ÷øù á 。 øù á ³ ÃĹ,§:±Åƹº’­‡ OFDM €‚ƒœžŸ 3   w u  R u  K ,R u = Σ ρ u,k R u,k , k  k =1 “”„ †, ˆ 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) , €‚ƒ„ † ‡,ˆ P u ( w) = λ u , u ∈ {1,2,…,U} , ‰ Š, w = [ w1 ,w2 ,…,w U ] 。 ‹ŒŽ‹ ‘ 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 “Œ 2 - ^ ‘ SNR ’­ €‚  ( PDF) 。 Ž‹‹Œ SNR ’­ “—˜,U ‹Œ  ‘ 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) ˆ–„ †。  ”µ ( ƒ¶— Matlab  Fmincon  ) ‘˜³´ ™š›ˆ–•œ,Ž£¤žŸ¡¢。 3  OFDM ‡¤ 3. 84 MHz,256  ¤¥ 15 kHz, ¦§¨, Œ TTI © u ·¸¹ OFDM ª N r,u = £ , 1,u ∈ {1,2,…,U} , ¹º’­»¼”¼ 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 ) , ƒ›€‚ƒ ¬ 1  w1 œ ­, 2、 3  4  ¯ 1、0. 4  0. 3,° 1 ±˜¾ 1  œžŸ „, ^  u ) ,γ u „ 1  w1 ³”³, ”´ ‘ SNR ’­ ™š 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 - )           ˆ -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 ªŠ ‹Œ;     Σ 1 + Σ θi | θ| = j - 1 U    (6) ¡(6)  , ˆ Σ f( θ) ‰¡¦­ θ  C jU--11 ªŠ ‹Œ¡Ÿ  f( θ) £¤。 2 3 IJKLMNOPQ(R^_`a ŽŽŒ‘«, ’ w U = 1。 €‚ƒ  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  - œ -  γ1 ³”³,”´ 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«Œ  )  ,。 ,©ª«Œ¬® œ 。 ˆŸ¯ ‡ ,                  2 Fig. 2     Impact of average SNR γ1 of user 1 on bandwidth - access probability of users 3  。   SNR    -   ,  ­€ 。         4 Fig. 4 ‚  SNR ƒ„€ ,†‚ ‡  ˆ‰Š   。         SNR  Normalized weighted sum rate of systems vs. aver age SNR of users  SNR ,  ¤ ( £ ¤Ÿ †¡¢£ °‰) ‰Š‹ SA - PCE ,  SNR 17. 5 dB ž, †¡¢£  ¤Œ SA - PCE  99. 44% 。  ,  SNR , ©ª«Œ¬®”®Ž  ±,†¡¢£ ¤‘¤’ SA - PCE ,“ SNR Œ” 17. 5 dB ž,  •–²Œ”Ÿ SA - PCE œ ¢£ ¤。    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) ˆ‰Š   Bandwidth access probability under different aver age SNR of users Ž‘’,  •  ­ – { M0 , BPSK, QPSK,8PSK, “”  16QAM,32QAM,64QAM,128QAM} ,M0 € —˜ [8] [0,5. 30,11. 30, ™š,“”‚ƒ„› 23. 18,49. 67,102. 65,208. 62,420. 55, ∞ ] 。    SNR œ 。   SNR  (2) ¯ ­€‚   SNR ƒ„€ ,†‚‡ ‹Œ 1 ~ 4  ­€—˜ ,     SNR ™ 。 0. 2、0. 4、0. 3  0. 1,  ž, 4 „ Ÿ SA - PCE †¡¢£ ¤—˜¥ ‰¦。 SA - PCE ( Subcarrier allocation with perfect ·174·电气工程、信息与通信工程 ˆ‰Š 。  , µ¶   SNR , ©ª«Œ¬®” ®Ž±,“ SNR Œ” 17. 5 dB ž, • (3)  –²Œ”Ÿ SA - PCE ( §¨©ª«  ) œ ³´,°¢£ ¤。  [1] [2] : š›, œ ž, Ÿ¡¢, . ·¸ wimax £¤¹º» ¥¦§—[ J] . ¼©½¾, 2007(7) : 26 - 32. 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":   ­€‚ƒ„ , † ‡ˆ‰Š‹ WSN( ŒŽ ‘’“”) •– —˜。 ™š,›‡ œžŸ ¡¢,£¤ shadowing ¥¦§œ¨©ª «€¬®¯°±²¬, ³´µ¶ ·¸¹  º»¼½¾œ¿À½ÁÂÃ; ÄÅ, ÆÇ½¾œȖ±²¬°ÉÂÀ½¾ È,ÊË´ªÌ͐¾Î,ÏЉÑÒ´ªµ¶ ·ÓÔ。 ÕÖרÙÚ, Š‹•–— ˜Ûܝ ÝÞº 1 m ßà,º áâ‚ã ·äåæç蝝 éå,êëìíÄÓÔ˜î •–—˜ïð,ñ—˜ ­€êèéò´ª†ó。 ; •–—˜ #$%:; œ;  ;  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: „ †‡ˆ‰Š‹Œ( F2015019;F2015017) :;<=>?: Ž‘(1979 - ) ,’,„“”•,–—˜,™š,›œžŸ:¡¢£¤¥¦§¨,Email:zhaozhixin0830@ 163. com。 ·176·电气工程、信息与通信工程 578 0 ' & % $ ›  # ( 26 ! " *ä, ) “”‚{• –—˜ ID  ‡–,{Ååæ ç ”•  #  ÆÃÄ™ã, •š›,š› ŒŽœøþÆ, •îþ。 èÝ   ,   , ­€‚ƒ„ † ‡, [1 - 3] ˆ‰Š‹ ‡ŒŽ‘’“ 。 WSN    ”•–—˜™š›œ。 žŸ¡¢£ †¤ WSN ”•‰¥¦§¨¤©ª«¬,® ¯°±²³´µ«¬¶,·¸¹º»¼½。 ¾¿–ÀÁºÂ£ÃÄ, Ŕ• ÆÇ È É Ê ¥  à ( rangebased ) Ë Ì Ã Ä  — ( rangefree) ̈́”•ÆÇ。 ÍΣ­Ïž¥– 1 Fig. 1 1 2 Development model of anchor node  çèÝ, åæ çèÝ, ç¡¢, ¾¿’£¤¥¦ çì ž•Ÿ ÀÁºÐÑ£ÂÃÄ。 Ê¥Ã” •ÆÇÁºÒÓÔÕÖר”•, ÙºÚ¥Ì þÆ ÃÄ—”•ÆÇ,ۖžÜÝÌÞßà,áκ â¥ãÎ。 ™£ÃÄ Ê¥Ã”•ÆÇä, Ê¥åæ [4] ê( RSSI) ”•, åæëåæ  çèÝé ž  Ÿ ¡ ¢ £ ¨© ª   n——— ç«ì±ð。 p r ( d) [ dBm] = p0 ( d0 ) [ dBm] - 10n1g( :Þ©õö”•ÜÝï, Î „,Œ WSN <;”•ÆÇ。 Ÿ¡¢ À。 •”•žüú{ú û‚;+㮊ú{É;ÃÄÉ 2  2 1  ä:X σ ——— ¸ ¹ Þ © º »  ¼ ½ È ¶  ¾ ¿ )  žä, „”•ÆÇ· ”©@ †, äÆÇ­º‰Ÿ¡¢£ †¤ ŒŽ”•。 ɀ‚Ù, ®øƒ {„ †Ÿ¡¢£, Å{‡ˆ‰  žŸ¡¢£ÍŠ,‹ÃÄж, Œ•¥”• ­€‚޼。 {‘’ 1 òê。 ž d ) + Xσ , d0 (2) †¤{,@ shadowing Å{ åæ çèÝ ÉÃÄ,   çèÝ; ç´ڵȶ,· åæ 1 1 (1) Shadowing (²È,³êžˆÃÄà þÆ{:/<; .-֌Ž”•。 ‰Ÿ¡¢£ †¤ ç  †, shadowing   È É Í  p r ( d) ———ÃÄ d å毇°ß; – 1 † ” • ä, shadowing  ä:p r ( d0 ) ———¬®ÃÄ d0 ‘åæ [6]   p r ( d0 ) / p r ( d) = ( d / d0 ) n , úû‚ŒŽ”•, ¥[ÆÇº\] ‘¥}|^ä, _`žÂ©@äï–?>=。< ·Þð,ȁ„ •îþ。 {Ì È,(ÈÉ«¡¢: ïÁºÃ”•ÆÇä, úû‚üýî [5] þÇ( APIT) ÿ~}|–Àž{ ú,¾¿ ‡。 [7 - 9] çìíî £ §ÉÃÄ。 íÅ¡¢ Æ£ÃÄ,ۖ¥ †ïˆ,ìíðñ ·òóô,õö”•÷žøùó。 ;ÆÇ  “”‚{•Ÿ 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· ÂÝ,Ä:¯°±ˆ¼½¶¬ WSN ƒ¢ À5 Á ; (3)  3  5 , 3  ,– (4)  4 ,  D、E、F、G (5) †ƒ: 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  ,         :  ›ˆš‚ ¥  ƒ „  ,         š ,       。 ƒ „  š Positioning principle of algorithm with effective in ƒ„ ‰Š D  D = | y0 - k × x0 - b | / 槡1 + k2 , tersection four points ›:y = kx + b———›ˆš‚¥¡;  :      (1)   ­ €     ‚  ƒ: „  (3) †ƒ‡‚ˆ‰Š: [ p0 ( d0 ) - p r( d) - Xσ] / 10n 。 ( x0 ,y0 ) ———ƒ„š 3 (2) ‹‡: ŒŽ‘ ‡‰Š,‰Š‹‡ 。 ”: • 3 ‡ ,‰Š 3 , – (4) (3) †ƒ’“ ( 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 ¯°±ˆš Š‹ŒŽ 9 ‡, „ shadowing ‘²†ƒ‰Š,’“”³Š 0,¡ ´ 0. 5 µ•’“”³。 ‡ˆ›‡Ž”,’“–— 10  ¬®, 3 –¶¬ƒ¢˜ 10 ™·†。 ¸ 3 (4) ‡ j  j ‰Š,i,j = (4) œž’“Ž‘,Ÿ。 ¡¢  £­€: ( a) ’“ 1 , ¤ ; ( b) ’“ 2 , š‚¥ ›; ( c) ’“ 3  5 , 3   5  ·178·电气工程、信息与通信工程 †§¨。 ‡ˆ©‰ª Matlab R2014a «¬®。 ª 30 m × , ¶¬ ƒ¢¹´Œ。   —†ƒ˜™’“ ”š, ( xi - x) 2 + ( y i - y) 2 = d i 2 , (6)  (3) ; ›ˆš   4  d = d0 × 10      ,  ¦         2 2 —†ƒƒ„š   Fig. 2  ¦ƒ„‰Š , ‰ Š  Œ      2 (5)        Fig. 3  3   10      Distribution graph of ten unknown nodes  4 š› ”Ž‘™¹´, œ›¹´ e ª±ˆŽ‘™”ž­ €。  4 , ª ”Ž‘™ ¹´Ÿº»。 ¡¢£¤, ¶¬ƒ¢ª¯°± ˆ¼½Ž‘™, ¥¾¦§µ¿€ ©¾。 ¨ 580 Ð Ñ Ò Ó  Í ¾  ¾ Ô 26 Õ É 。 Ž‘,   ’ 1 m,“ª«¬Œ   ”®¯•,†‡ˆ‰Š‹Œ–§°±“    Fig. 4  '4         ,²  ^_`aKLbcdVefTUVgh Location error of improved centroid algorithm in different position     ³—°,  ­€‚´ƒ, ˜µŽ ²§¨。 mn+.:  , ,  10   1 000  , ev ,  ‚ model [ J] . Jounal of Communications, 2014, 9(5) : 391 - 397. [2] ­€ [3]  1 m ,    。   '5 Fig. 5 4 ZHANG Z, XU X, YAN L. Underground localization algorithm of wireless sensor network based on Zigbee [ J] . Journal of China Coal Society, 2009, 34(1) : 125 - 128. ™ š, › œ, žŸ¡, ¶. ·¸¹º»¼¢½²µ£ ª «, ¬®‘. À‚ RSSI ·¸¹º»¼ [ M] . ¤¥: ¦¾¿§¨©, 2011: 1 - 7. [4]                  LI J, ZHONG X, LU I. Threedimensional node localization algo rithm for WSN based on differential RSS irregular transmission 、     5 。  5 ,   [10]  [1] [ J] . [5] ¿Á²¯ , 2010, 31(2) : 291 - 294. DARGIE W, POOLLABAUER C. Fundamentals of wireless sensor networks: theory and practice [ M] . Singapore: Markono, 2010: 259 - 260.    [6] ijghkl Average error curve °±², ›³´, µÂ¶, ¶. ·¸¹º»¼  [7] [ J] . à —Ä, 2012, 28(10) : 303 - 305. WANG Y. A research on the localization technology of wireless sensor net works [ D] . Hefei: University of Science and Technolo gy of China, 2007.  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School of Electrionics & Information Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China; 2. 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 signaltonoise 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 clusterbased diversity cooperative spectrum detection algorithm by combining clusterbased mechanism with the auxiliary judgment of other users using the local maximum value of sig naltonoise 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; clusterbased diversity; false alarm probability 2345: 2017 - 04 - 03 6789: „ :;<=>?: Ž †‡ˆ‰Š‹Œ(12531572) ‘(1980 - ) ,’,„“”•,– ·180·电气工程、信息与通信工程 —,˜™,‰Šš›:,Email:sy_hit2004@ 163. com。 312 0 2 3 4 5 â ^ 6 6 " 27 8 7 †)¡â㑃¡, ‡¢£¢±²; ¨©ª« ¬¤–Š”¢¥¿À, Œ‡±²¦ œžŸ    ,   ­€。 ‚ƒ„ †‡ˆ‰Š  ‹,ŒŽ ‘ ’ “ Š ” ( Second User, SU) • – Š ” ( Primary User,PU) —˜™š, ›œ žŸ¡¢ SU Š”£¤Ž、 ¥¦§ [1] •¨©ª« ¬® PU Š”¯°±² 。 ³´µ  ¶·¸¹,º»¼½¾¿ÀÁÂ、à ÄÅÆÇ™šÈÉ,ÈÊ, ËÌ SU Š”´µ¶· §ÍÎÏÐÑҜÓÔ±²Õ‹, Ö×ØÙ‚ •–Š”™š,ÚÅÛÜÝÞß ,àᱲ⠧Ќ¨©’ª«±¬: H0 :g i ( t) = w i ( t) , H1 :g i ( t) = s i ( t) + w i ( t) , ™:g i ( t) ———" i Ë SU Š” u i )º; w i ( t) ———®, ¯Ö°± 、 í σ2wi  „²'³; s i ( t) ———•œ–Š” 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, èé‚êëæ [2] ì 。 Ààá †±²íî,SU Š”ï½ðñ òóôõ»ö÷§±²ø, ³ðñòùú ™:T c 、T d ———º¸‘» OFDM ÁºÂ。 {–Š”¿À,, ρ i °,¥, ρ i °。 ûü,ýþÿ~À¸¹, }¿ÀÁ|Èə š。 ÈÊ,{Ÿ‘[÷§±²ø»öê¼Ú ÈÊ,Ќ‰ŠÃ¶\;–Š”¢¥ÄŠ( ¬。 ´µ ρ i ¢ËÅÆ_, ‰Š^Ç>ÈÉ! Å\,]}Ñ¿À^_ø`@。 ?>»=<; Üàá±²íîÐ:ԕðñòùúŸ/, ý í.›œ。 ³Èþ SU Š”~µ§ÍÎÏ þ,-¸¹þ, ,+*)é þ,•¨þ( ¬¯°±²,ˊ” [3 - 5] 。 À»=àá±²í ±²Ðþ ¸¹üÍ'Ê,èé‡^Ç>ÈÉ ρ^ i ǯք²'³Ë。 ̉ŠÍÎ - Ï0б² ¤,,Ñèñ²íî±²Õ‹ÒÓՋ: P d,i = P ( ρ^ i > η i H1 ) = (2) î, SU Š”÷§±²Ð, • Ú±²þǕ, )º Ó^ [6] ,SU Š”) ,àá±²\ÐÑ:Ô 。 òþ, òæ\Еàá±²ù [7] ™š 。 ÈÊ, À»= “ OR” àá±²ô® †àá±²íî, ÷§±²Š ”)ºþ, •÷§ SU Š”¯°Ú ƒÒ'& %§,Ààፏþƒ„‚àá [8] ±²\ 。 •› ¸¹ðñò»­ ÷§;܍ÑҜ€‚Ç™šß , ƒ„' $ †÷§Š”)^•‡ˆŠ”¯ °‰Š;Ü‹, èé€|$'&àá †±² íî,Œ#ƒ„Ž=±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 ¢ÔՀ¾´, η 槡π 2  -x2 x i ¢±²;ÜÖü,M ¢) OFDM ÁºË´。 2  ר¦§¢ôµ IEEE802. 22 Ù¤, ‡ÚÛá(–Š”( PU) ,á´܋¸ ƒ  Š”ôõ( SBS) á ݔ Š” ( u i ,i ∈ 瓔 + ) ,ý u i Š”À܋¸ÞßàᤠÅ'³,SU Š”½â‹àáã•( ¬¤ º±²,܋¸äÒ;ÜÜ¢¥ÄŠÃ ¬。 2 1  %‘,OFDM âãȇ„ †‰Š‹、 ’Á™ šÇ“”,䜕úùŽ=æç »=<;Üàá±²íî±² -: Ž=Ú SU Š”„÷§±²_ 1 bit  âã ­ €。 È Ê, ƒ    – ± ² – Š ” — Š OFDM º˜™š›Ú› •œ\。 †±²¢› ø»öéŽ=© ôõ, ôõµ¨<;Ü1!ä Ò+;Ü, å “1” •œ PU Š”¿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 ­€ ‚ƒ„ , ‚†、 ‡ˆ‰,   SU Š‹ŒŽ‘’“ 3  ”•,,–—˜™š ‚  ›“ OR” 。 › “ OR” œž—˜Ÿ¡ 3 1  { N Q d = 1 - ∏ (1 - P d,i ) , i =1 ,¥­¦€§¨。 ©‚, –«Ÿ¡¬® ¯°± ²,³°±²´ƒ„µ¶²,„¥„ , †´·Ÿ¡–‡¯¸ ˆ‰Š‹。 ŒŽ,SU “, ¥†‘ SU ´·Ÿ¡¤’¹, —˜Ÿ¡º »¼½Ÿ¡¹»,“¾”Š。 ¿, • ¼À•ƒ ›ÁÂטŽÄŸ¡™š。 2 2  ÂÁ–± “ OR”  —,  ÅÁ ˜ SU —˜Ÿ¡™™, ¼ÀÁÂטŸ¡ ™š,Œ¦š›› 1 。 Ÿ¡: ¯—¢£¤Á¥¦§ Hk , ŒÆ¨© SU ªÇÁ«ÈŸ¡«¬,®Á C k ; (1) (2) Á C k ˜ SU ¯°œž´·ŽÄŸ µʁ±² SU ´ ·Ÿ¡,ÆÁ˜Œ¶ SU Ÿ¡œž€€ “OR” ,Ë·¸ÌŸ¡¹»; (4) Á¥˜Í“ OR” œž¹º—, º , Î œž‡ ™š¤ž¹, ¼Ï½Ð  Á¥Ò °±²¾¿, Ӎ•Á ”» ˜ SU ÔÀ–‡²Õ¡。 Ñ ·182·电气工程、信息与通信工程  Ê® u max ,Œʁ® R max 。 ©‚, u i ÃÄ - ÅÖÆ–±Ç¯°œ ž´·ŽÄŸ¡, Ó‰¢£ P f , ȹ™ (3) ×ÀŸ¡ η i : η i = ( 1 / 槡M )·erfc -1 ( 2P ) 。 (4) f ؙ(4) ¤ÉÊËÀ, Ÿ¡Î P f  M Œ,   M  ‰ÙÚÇ, Ÿ¡ ‰。 —™(1) (2) ,¤ËÀ Ç,̽,  ρ i ÌÊ。 ÛΛ ρ i < 1,  P d ÜÊ, Ý    ½    Ÿ ¡   ¤ ’ ¹  Þ ½  ͐。 ¶ ŒŽ,Í´· u max Ÿ¡η¸Œ É́ SU Ÿ¡。 ΁’ÂÏ ¤ ŒÆ  u max Ÿ¡¢£Ê, ® P d,m 。 •Á˜Œ¶ SU œž€€ “ 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 , Ÿ¡ (3) Hk   – « ´ “ OR” 。 ½Ð  Á N  SU  u,ÂÇ L  Á,® C k ,k = 1,2,…,L。 Á C k ˜ SU Ë Ÿ¡™šœž ¡,É“œž±²,º ³±²–«´ H k ; detection u i Ɂ“œž±², Œ N Q f = 1 - ∏ (1 - P f,i ) 。 Ÿ¡™š Diagram of clusterbased diversity collaboration  N k , u i , i = 1,2,…,N k , ∑ N k = N 。  i =1 SU ª    ,“ AND”  ;  ,  “ OR”  。  [2]       Ÿ¡¢£ Q d ¢£ Q f ¤ 313 ÁÂטŽÄŸ¡ Ў, } (5) Ý N - 1 ¾Ò·¸œž “ 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 ———Á˜ß j ´· ¢£ ;  Ÿ ¡ P d,C k,m ———Á˜´·Ê u m  Ÿ¡¢£; 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 ,  ,   ƒ SU ­ N, „ L ,†­ C k ,k = 1,2,…,L,‡ N = 2L。 ˆ , Q f = 1 - (1 - P f,C ) L , Q d = 1 - ∏ k = 1 (1 - P d,C k ) , L ‰:P d,C k ———Š k P f,C ———­  } ¸ Ë 4 1 ‡,†­ - 12、 - 15、 - 18 ³ - 21 dB, ¦ ´ ,™šŸ¡ 2 ¢£。 µ¡ 2 ‰¶ ¤¥·,¦œ©ª©ž‡ƒ¢¸‹,“ OR” ³“ AND” ‡¸©ž‡§ ‹¹, ©ˆº· ª»。  ‹«¬Œ, ¦ SU ©ž‡‹, ¦ “ OR” ¨ ‡“ AND”  ®¼。    (7)   。 P f,C k,2 = P f,C k + Δ , ”•。 } (8)     : †Ÿ“¡‡¢,  £¤ 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 - ),¬,Œ®¯°¤,±²³,´µ,¦§¶·:¸¹º»¼½¾¿À,Email:76115347@ qq. com。 电气工程、信息与通信工程·185· _4 ] 0 @,›:[\ WALSH àî¥ï - ¤ - ­€‚ƒá¹×Ø?ÄÇ `  1  , [1]  ­€‚ƒ,„  ­€†‡‚ƒ ( Dif ferential chaos shift keying, DCSK) [2] ˆ‰Š‹Œ ( Transmission - reference,T - R) Ž‘, ’“”• –—˜™š,›œžŸ¡¢£¤¥¦§¨ ©ª«¬®¯°±、¯²³ ´°,µ£Ÿ¶· ¸‹Œ¹º»¹¼¹º½¾¤¿ÀÁ, —˜ÂÃÄ [3 - 5] ­ 。 – Å Æ DCSK — ˜ Ç È É Â Ã   ,ÊË [6 ] Ì Í  ¤ - ­ €   † ‡ ‚ ƒ ( Fre quency modulation - differential chaos shift keying, FM - DCSK) —˜ŽÎ,Ï DCSK —˜Ð [7] ÏÓÇÈÔÃÕÖ CD -FM -ODCSK  1. 1  479  CD - FM - ODCSK ‚ƒµ£×Øû 1 ø 。 ¹ºµŠÍ¹º  x( t) , ­ õ¤Ü€  x′( t) 。 ¹¼­õ‚ƒÄ„ Á°¹¼¹º  a, ­õ†ç‡Á€ˆ ¨¹º  a1 » a2 。 ¸ ‰  Š Ï Ó ½ ‹ T b  x′( t - T b / 2) 、a1 ^ WALSH ൐ 1 ° ^‹Œ¹º x′( t) ށ  s1 ( t) ,x′( t - T b / 2) 、a2 ^ WALSH ൠWALSH à W P,K Œ  2 ° WALSH à W Q,K Œ ^‹Œ¹ º x′( t) ށ€  s2 ( t) , ‘’ s1 ( t) » s2 ( t) ­õ € 熇Áµ“Í”。 ÑÒ , ›ˆ T - R ‰Š רÙڗ˜‰ŠÛܯ、 ÝÞÄÇ­ [8] 。 – DCSK —˜²³ß, ÊË [9] ÌÍ –à†­€†‡‚ƒ ( Code shifted - differential chaos shift keying,CS - DCSK) á¹×Ø, ’“âã ä¡¢¥¦å, ›—˜æàÄÇ –¸œžŸ [10] ç èéêÌë 。 ÅÆ FM - DCSK —˜ ¯Û Ü ‰ Š  ì í, Ê Ë [ 11 ] Ì Í  î ¥ ï - ¤ - ­ €   ‚ ƒ ( Correlation delayfrequency modulationdifferential chaos shift keying, CD - FM - DCSK) ṎÎ,ðî¥ï¦‰Š 2 ¨¹¼ñ Ì߉ŠÛÜ,›òóôõö¹º [12 - 13] €È,Ùڗ˜æàÄÇ øùú ûüý ÷ 。 1 Fig. 1 CDFMODCSK chaos shift keying transmit ting model ߤ•– c( t) = A c cos ω c t, —˜é™Ÿ„• ¹º x( t) ­õ¤Ü€ŠÍ x′( t) = A c cos( ω c t + k f ÷ÄÇÿ、 æàÄÇՐ þ ṗ˜~¡¢}åá¹|{ À [14] ‘ î¥ï - ¤ - [\­€ ω c ———•–š¤Ü; k f ———¤—; ¤¹º。 WALSH à€¸ÏÓ]‰Š‹Œ òµ“¹º ¹¼ ¹º, Ñ [\Ä,« ‰Š¹ ú¯ ÷, Ìߗ˜þ ¹º  ¸_ l ŠÏÓ½‹,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;¦,¸œžòáõ[\ WALSH ମà€ö²Ç, Ç ÷¹º€È, 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) ———˜éÔäܙŸ„• ‚ƒ ( Correlation delay - frequency modulation - ODCSK) × Ø。  × Ø ¸ — ˜   ò ð  [ \  ∫ x( τ) dτ) = A cos φ( t) , t (1) ¶·,€Ì͏ [\ WALSH à CD - FM - ODCSK   ¹º€È ÅÆ—˜æà ‘ :x′( t) ———‹Œ¹º; 480 ² ³ ´ µ ¶ · ¸ W P,K 、W Q,K ——— WALSH  K  ; y′1 = a1 、a2 ———。 ,  a1  a2  “ + 1” ,  ;  a1  a2 “ - 1” ,   ,   。 WALSH      ,  ( Hadamard) ­€ ‚。  ­€ƒ„­  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 —˜™šž 2 ›Ÿ。 ‹ ¡œ¢˜—˜ˆ £¤¥¦§, œ˜ ž WALSH ˆ  ¨©, ª Ÿ¡¢£¤¦§«¬。 ®¥ ¯‰Šˆ°¦±Ž, §¨ N0 / 2 ²©ª³´µ n( t) ‘’, ¦ —˜«¡œ¢ r1 ( t) = s1 ( t) + n( t) , r2 ( t) = s2 ( t) + n( t) 。 } (4) y1 ( t) = ∫ ∫ ¸Š®° ( 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 ¸Š®° 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) + y2 ( 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 ‰† š›œ。 ∫ (l - 1 / 2)Tb a1 ∑WP,K WP,L WALSH ˆ ŽŽŽ ‘’‘’“”“•†‘ ’,­–”„—Œ•”,Œ˜–™­ ( l - 1) T b x′( t) ·x′( t - T b / 2) dt·W P,L + a1 ∑WP,K WP,L (3) Ї‹ ˆ‰Š ,Œ‹ WALSH Œ  ( l - 1 / 2) T b y′1 ( t) + y″1 ( t) + y1 ( t) , ( l - 1 / 2) T b i, j = 1,2,…,N。 CD - FM - ODCSK ‚ƒ„ 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¿ - œ¦ - • 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 + z1 , 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 ÀÁÂÃÄŒ z1 = 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 ”•©ƒª«Œš, CD - FM - ODCSK †‡š£œ¬¤ 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  CDFMODCSK chaos shift keying receiving model CD - FM - ODCSK  ‚ƒ„ CD - FM - ODCSK †‡ AWGN( Additive white gaussian noise) ˆ ‰Š‹Œ,:(1)  x(t) Lo gistic Ž ­€‘。 (2) ƒ„’ “ n(t) 、”• N0 / 2 ‚–ƒ—˜。 (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。 ”ˆ, ‰Š 2  ‹ Œš Ž‘’“›, x i ”•– FM œž‹—  x′( t) ‚˜,n i ”• n( t) ‚ ˜,Ÿ˜‚˜¡¢ R t , ‡™š££›œ ˜ž˜¤¥”• β = R t T b / 2, †Ÿ ¦¡§”• M = Nβ,  (5) ‰¨’“› Œš z1 ”¢ ·188·电气工程、信息与通信工程 (8) ®‰¨’“”¢ E b = NβE[ x2i ] 。 (9) ¦§¨©¯‰ ª, ž˜¤¥ n i «¬ƒ„®,  (7) ¯ ƒ „®。  (7) 、 °®±  ²³ x i ®。 (7) ´«¬ ° Nβ µ”®。 ¡¥,  ‹ ¶· «¬ƒ„®,¸±¹²Œš z1  ”•,”•: E[ z1 ] = a1 NβE[ x2i ] , var[ z1 ] = N2 βvar[ x2i ] + 3NβN0 E[ x2i ] + (10) 1 NβN20 。 4 (11) ºª¬¤°Žž “ + 1”  “ - 1” »¼ ³,‚ƒ„, ½ (10)  (11) ­ ´(12) , µ¶· CD - FM - ODCSK  ª« a1 м¢¸: ¢ 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 €žŸ M 8、16、 32、64。 ’©–, ” E b / N0 < 10 dB ‰, CD - FM - ODCSK    ƒ † 。 ” 10 < E b / N 0 < 20 dB ‰ , CD - FM - ODCSK  ¢  £ , ‚ ¤    (16) § , ¥« ,  ª„­€  ƒ†¡–  ¥ « ¦  ¬。 ™  Š•¨© , ¤ª «¤¤˜¥¬€¦¥®¦ ¥« 。  , Š• , ¯”°± ²³š CD - FM - ODCSK  ƒ†´ 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  ƒ†‡  ,  CD - FM - ODCSK ƒ„  ´ b , €。  (14) ´  CD - FM - DCSK   P b ( e) = «  (13) ,   CD - FM - ODCSK   (13) ³ 3 ˆ,  ­ N = 32,    ƒ† 3a , WALSH  M = 128 ‰, CD - FM - „‘’ŒŽ CD - FM - ODCSK   ODCSK Š‹­€‚€ŒŽƒ ” 3 Fig. 3 ƒ。 „‘ M = 32 ‰,ƒ„‘„‘‰ Š •‹。 ŒŽ‘–’“—”˜™š­€‚ ›•–œƒ• ž—, Ÿ ¡¢£¤˜¥™š›¦§‚‹€œ­ different spreading factors  WALSH  †‡ˆ; “ BER performance of CDFMODCSK under WALSH ­ CD - FM - ODCSK ƒ†´µ‡ 4 ˆ, ­€žŸ N M = 32, 8、16、32、64。 ’ ©–, ” E b / N0 < 12 dB ‰,CD - FM - ODC SK  WALSH ­  ¤ª WALSH ­¥®¦¬。 ™  ƒ†­€·; ” 12 < E b / N0 < 20 dB ‰,CD - FM - ODCSK  电气工程、信息与通信工程·189· ‹4 Œ Ž ‘,†:’“ WALSH ‡”• - – - —‚˜™š 483 M = Nβ ( 16 )  ,        ,   WALSH  N  β  。 , WALSH       FM - ODCSK 。   ,  CD - 4 CD - FM - ODCSK  WALSH  Fig. 4  BER performance of CDFMODCSK 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。  ­,€‚ƒ„ 10 dB , CD - FM - ODCSK  †  ­‡†;€‚ ƒˆ 10 dB ,CD - FM - ODCSK ‰ €‚ƒ„Š­ 5  CD - FM - ODCSK   Fig. 5 BER performance of CDFMODCSK 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 š’   。   FM  ›¾ŒŽ§˜Ç ¥­€ÉÀ。   ,      ­€ ‚ ,ƒ„    †‚。  WALSH  N  ,  ,­€ ‚‡ˆ ‰Š,  ‹, †‚, ­€ : [1]  CD - FM - ODCSK  BER ŒŽ „6 †, ‡ˆ‘‰’ T = 10 000 s, Š “‹”‚Œ‰ M ’ 8、16、32、64。 •Ž – —,Š“‹”˜‘,’™šŠ“‹” M = 8,  14 dB ,CS - DCSK ŒŽ“ › CD - FM - ODCSK,  ODCSK œžŸ¡¢”  CD - FM - ÁÊÂ, à , Ã. Ä· [3]  . · DCSK ËÌÐÑ[ D] . :  [4] à , Ó¬, Ã. · WALSH  –Ÿ¬¤ ¡‘ª«Œ,  ¤ †, ® ¯ ¥  › †,  ° ¢ £ ‚ CD - FM - ODCSK ¬¤ ¦§±Ž¨ ¥², ‡ ˆ   Œ Ž © ³ °  ´ µ。 ª « ¶ ¬, CD - FM - ODCSK ¡˜ CD - FM - DCSK § CS - DCSK ¥­š’›®ŒŽ。 [ J] . ͔ÎÏ€, 2012, 38(7) : 103 - 106. ͍Ò, 2014.  2017, 19(3) : 157 - 158. ª« WALSH ¡¢¸¹ - “ - º‚ »¼( CD - FM - ODCSK) • ½¾, ¯°¿À± „Š“‹”、WALSH 、  ¸¹‰,•‡ˆ‚µƒ ‘ Å ¢,‚Œƒ CS - DCSK、CD - FM - DCSK  ŒŽº»‡ˆ˜。 ‡ˆÆ¼½œ,  §Š , 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 ͍ÒÒÚ( 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 ƒޕ ȌÐÑ[ J] . 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(  ) 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   ,  ­€。 ‚ƒ„ ­€, †‡ˆ‰Š‹ŒŽ‘, ’ “”• 2 / ! 3 / 4 / 8 ,L = 15、r = 2、K = 8 bits –—˜,™š› MIR UWB œžŸ¡, Ÿ¢£¤’“¥ ¦§¨Œ©ª,«ª¬®¯¬ Ž‘。 °±²³: ’´µŸ¶·˜, ¸¹  MIR UWB  ­€,ºŠ‹ŒŽ‘»¹š› MIR UWB , ¼½¦ ¾¿。 #$%:; MIR UWB; Š‹Œ;  doi:10. 3969 / j. issn. 2095 - 7262. 2017. 05. 023 §¨Œ &'()*:TN911. 22 +,-*:2095- 7262(2017)05- 0565- 04 +./01:A Research on multiuser 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 multiuser 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, multiuser 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; multiuser 2345: 2017 - 03 - 24 6789: ­€‚ƒ„ †(51474100) :;<=>?: ‡ˆ‰( 1979 - ) ,Š,‹ŒŽ‘,’“,”•,–—˜™: š› ·192·电气工程、信息与通信工程 œž ,Email:daqingzhq@ 163. com。 566 0 ' & % $ # (  ( Impulse radio ultra wideband, IR UWB)  ,  , 、 ­€, ‚ƒ„ ‹ŒŽ。 2004 ‘,Paquelet †‡ˆ‰Š ’‚  “”•–,—˜™ ( Multiband im š „   › œ, ž Ÿ ¡ ¢ £ —      —˜“¨©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\]^`æ•ì 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; 。 ÇÈɂ§ T c ———ÍÎØ。 ÊË“”•–, Ë̓¨ÍΙϛ ror rate, BER) ¾Ù。 ; T s ———+; ¹º»¼½¾„¿À¾, Á¬®¯ œ,ÐÑҙÏÓÔÕÖÎר ( Bit er ; óÜ a i ———`æ ,±²³©ª´µ¶·®,—¸ °ÃžŸ—ÄÅÆ ß  。 2016 ‘,¤¥ [4] ¦‚§›œ“”•– ®¯° r }, |{™[ pulse radio ultra wideband, MIR UWB)  [2 - 3] = 27 0 ! K = r + [ logC L ] ýþ,õ§žŸñ  [1]  " ¡ç·ä, ±²žŸ·ä   " 1 2  ©ª MIR UWB À›œÚ Û 2 ÜÝ。 ›œ;*°。 ‚ 1  1 1  à,ú¨ PSWF ‚· / ¹‡  ©ª MIR UWB ·®À›œÚ Û 1 ÜÝ。  ¬®¯°, ±²¿À©ª´µ ¶Þß·®, žŸ—¹º» þ¾, Å µ\ó¶。 õ§,   r( t) áâ) L ó]^› v i ( t) ¡ ç;,Òï,›)·à;Æ PSWF  ¬®¯°žû, ³ r ó]^ 。 ú·®à ·®,žŸ‚;•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 ߞ©ª ñ    。 。    ‚·®à, áâã·ä塿 è é ê, ë ì ä í ¬ ® › î,  ˜ ð „èéꞟ˜ ¬®¯°, ±²ò L ó•頻 r ó ( ±óô‹¢óÅÆ¶ ) Þß·® 。 õ§,‚ a i ï³ r óö÷øù。 ú¬® ¯°žû,ò L ó¶•頻 r óü¾ 2 Fig. 2 2  Receiver model  ©ª MIR UWB ™Ï· ®à›œÚÛ 3 ÜÝ。  Ï,= n óÏ·ä ïԂó D ( n) áâ Âè / ­ 电气工程、信息与通信工程·193· 5 Î Ïв,Ñ: ­ MIR UWB ¹Ÿ¡ ( 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 ƒ„ ; a ( n) ——— n  ; C (i,jn) ——— n  i  †‡  j ‡ˆ。 ‰Š,‹ŒŽ‘,’“ 2 ”•, –—˜™š› 。  œ Nu ž‰Ÿ¡‚,Œ  n   ¢,– n  Œ £—˜ ¤ , ¥,¦Œ § ™。 ¨©•™ R( t) = An S ( n) ( t - τ n ) + n mui ( t) + n( t) , (3) ‚:A n ———, τ n ——— n  —˜; n mui ( t) 、n( t) ———¦Œ ¤ 。 › ª«,“ 2 ‚ ¬,¨­€®  n ƒ„。    L1 Table 1 IJMNOPQR System simulation parameter settings ¹Ÿ¡ º»‘’ / GHz N u +∞ a ( n) ? j / N s 」 p i ( n) ( t - jT s - Σ j= -∞       567 š¶ ­ 3. 1 ~ 10. 6 ‹Œ 3. 1 ~ 10. 6  MIR UWB MIR UWB T s / ns ¹Ÿ¡ 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 œ ­ 15 2. 9 3 5 TH - 2PAM ‹Œ 15 2. 9 3 5 TH - 2PAM  MIR UWB MIR UWB  ­ MIR UWB ¹Ÿ¡ —‰ 2 / 3 / 4 / 8    ½ ¾ †,   Ÿ ¡ BER š ¶ ‚ ,Ÿ¡Á¨Â—˜ ¸Ã ƒ, ­ ¿Àœ , ˜Ÿ¡ — ˜ Ä » 。 L = 15, œ r = 2 ,K = 8 bits,L = 15,r = 4 ,K = 14 bits, “ 4 ”•™™šÅ½¾†Ÿ¡ BER š¶°¸›Æ( ¥ ½¾) 。 ª“ 4 ‚¨£,ǜ—˜¸Ã / Ä»( vEN ) žÈ,Ÿ¡ BER š¶€”ŸÉ。 ʙ, —˜ ¸Ãœž¡¢œÁ ­ƒ ¿Àœ r ž,‰Š £¤¥¦ Ë»€”Ÿ É,˜§¨Ÿ¡š¶ ©ª。                                                           Fig. 3 3 FGHIJ@AKCD Multiuser system transmitter model  ‚ƒ,‰› „ †,¯° ‡±ˆŒ ² ¥。 ³“ 3 ”• Ÿ¡´µ, °Ÿ¡ ¤ š¶‚ƒ ‰。 Ÿ¡‹ PSFW ·™Š, § ‚ƒ„ ’© 1 ”•, UWB Ÿ¡ ®°¸Ÿ¡‹Œ MIR ‚ƒŽ。 ·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†, Ÿ¡ BER š¶ ‚ƒ,‰ L = 15,r = 2,K = 8 bits ½¾†, ̋Œ MIR UWB Ÿ¡¸Í, ¸Í«¬šŸ ¡ —˜Ä» 。 ‚ƒ ™ ¥¤®¥šÅ ½¾,¯“ 5。 568 Ä  Å Æ Ç ¯                       MIR UWB      a      UWB                 [2 ]    £€ ˆ  MIR  L  r ¤ •–—˜™。 Win M Z, Scholtz R A. 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(    ) 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]?:  • – ( 1978 - ) , —, ˜  † Š ™ š, › œ ž, ’ “, Ÿ ¡ ¢ £: ¤ ¥ ¦  § ¨    、 © ª « ¬, Email: jlynner @ 163. com。 电气工程、信息与通信工程·211· '2 ( 0 185 $#",š:*ãò²ËÌÍ!ÀÚ× ;Ë,s i )]' i Ó, ' i Ó  ¿;Ë。  ,   ,   , MIMO( Multiple input multiple output, MIMO)  ­ € ‚。 MIMO ƒ„ †‡, ˆ ‰Š‹Œ,Ž‘’“”•–—˜™š›,œžŸ¡ [1 - 2] ,ˆ ¢£¤¥¦,’“§¨©—ª«¬®¯° •±”„², £³’“§¨‚ 1 [3 - 5] 。 ´ª«, µ¶·¸¨¹±” [6 - 7] ƒº£³, Š»¼ MIMO  MIMO ½¾ ¿’“ÀÁ±”„•², Âà ÄÅÆÇÈ。 MIMO ÉÊËÌÍ­ MIMO Î ¼Ô, ՗ÌÍÖר Ù¸ÌÍÚ׃Û¸ÌÍÚ×ÜÝ。 „¸ ÏЗÑÒÓ 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 ƒ ZF [­ÉÊË\ӂ]^_`[ §ü|@,?Àè>=,<‚]^_`éê, } MIMO systems model }ˆÉÊÉʹˍ]—)] x = ( x1 ,x2 ,…,x N r ) T  ,x i )]' i Ó ,' i Ó¿ÉÊË。 -ˆ: 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) 、àŠíî MIMO  … … h1N r   ,  h N tN r  :H———N r × N t ÿ~,H Ó, ;¹ÐÉʐª«; s———ÓË(;ˍ]; n———‚]¢/ ž­,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, — ˂]ì,î@?Àè¦ÁËÌÍ, ¶|ëì¿ÓÉʂ]^_`¦ÓÉ ÊËéê,µãò²¢ù MMSE œˆ  *。 º½¾¿, –— ML .-ËÌ ÍÀèÀÁ, Ñ ML .-_Ú ¨ ,  OSIC ½¾¿¶·¸à*Ì͂ ]Àè, |*Ú×ãò², ±”Ú×ÌÍ ¸’。 1 T àáâÖãäÌÍ MMSE ƒù¸Ú× ZF ¢†,MMSE ëìéêÑÒóô „ [8] ,ƒ õö÷ø ,†‡ˆ‰Š。 ‘­„ ZF ‹‹óô ëì™éê, ëìéêÑÒ£³ŒŠ õ ö÷ø。 MMSE ѸÚ& G µÎÏÉʹ %ò¬Éʎ™âÖãäàá, ‘ 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  , ž, 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 Œ ü ü Î 29 þ ý “›:s———žŸª¢£; ‖  ‖———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« , ¡Ž¬®„«¯ , , ® ¯ , ×°¬ —˜ ¯ ° ,  ª «    ¯  ¯ °  Ø Ù , ɪ« 。 ț˜ÂÆÇ s t ±§¡Ÿ , N ,  ,  G, ­€‚ƒ„ † ‡ˆ‰Š‹Œ, Ž‘’“­Š‹” ²³´µ±¡®ª¢¶·¸¡‡žŸƒ»¡ ŽÚ , ²Û¹¡Ÿ , ¡Å‰ÜºÝ»¡Ð¤Þ   , ɲ³´µ±¡»Þß , ¡Åà¼áâ ðÙ 。 ã´¯¯°®Ÿ ȍ© ,ML ½ 。 2. 2  ML  ;®—˜  “  ž Ÿ ª ¢ Æ Ç — ˜ ,  Á ¿ À ª¢Á ³  ä å ½ , œ æ  ¥ ¦ Ê ç ” è ,  é   Œ•–—˜ ML  MIMO ™š›œ [9] 。 ¡Žž ¢£¤¥¦§,¨¥¦©žŸª¢ z «, —˜  žŸ ¥¦¬„¡Ž§¢£®ª¢ z  ,¯¡°  z  。 ²­³€‚,ƒ¡Ž´µª¶·„ ª¢, ± ­³,¸ ¹º»†‡­³,ˆ•– p( x | z) ,±Œ , ‰ ŠŽ‹­³Œ¼Ž。 ƒ‘’½“, Œ¼ ML     — ˜  。 Éãóà¼á Äáêë ,  ƒ  ¡ £ ¸ ¹ ß  Ë Ì ½ ,ML  Á Å® ì°Í 。 2. 3  MMSE - OSIC  MMSE  ›,  º»Ê£ ¦Ó ¯Å¾íÆÇî“, ï SIC  Àš»Ê£ ©Ä«¤‰î“¯ s^ i , ðà ñƉ ¯ s ¡ŽÊ£。 Éǰé ț, È »Ê£¯É‹,ÀʯÉ‹ÒË,¿À ±ÌÍÌÊ£。 é«, ò·Î· OSIC ÏÈáÐÑ ¿À, ó ”ØÙ [10] Ž” z ML = argmax p( x | z) 。 Ω Ê£ÆÇ, ¥¦ª¢Ê£ÆÇóò·。 Œ•–•–Œ¾—­³¿ À,Á˜Â™žŸ šª¢­³¤ÃÄ ÅÆÇ。 Œ¾—È [ ln p( x | z) ln p( x | z) + = 0。 z z z ML ] ɨ›£ —ÊœÁ‚Ë̽, Á , ¡Å͍“›ÎÏ œž¥Í“ p ( x | z)  Œ ÆÇŸ, £。 ‰ [ ’ ¡° z  Nt ,¥¦ƒ¡ Nr  MIMO ™š,žŸ ‡¥¦ ¡ Ð ¢ Ã Ñ £ ¤, ž Ÿ ª ¢  £  s = x = (x1 ,x2 ,…,x Nr ) T 。 ª¥Ò´ H ¦Óª¶Ô ‚Ë̽, ML —˜¯ s Œ•–: 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 ™š›,»žŸƒ¡ T ÈÓ, ÜÔÐ G o ›ÇÕ£ ò·¯°ó。 Ž  ] z∈Ω W o §¡Œ ¡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 ,  Œ ‰ ÄÛ ,ÔÐÇÕ£ W o §¡ ò·¯°‰ó。 ²ÅÅ¯ s ºÊ£ ® G o ÇÕ£ w o ö¸,¡ÅØÊ£,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«ÇÝɐ™Š (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 ˆŽÃ †ÄÅ r max = min( N t ,N r ) Ư² °±—Ä›¦ÄŽ, ÇȜɍ,ª«‘’ “ʘŸ。   。 (5)            s     。  ­€‚ ƒ,„ † MMSE - OSIC ‡, ˆ‰Š ‹ŒŽ, ‘’“。 ”•‘•–—ˆ ,˜ ‰ ‹ŒŽŠ Š ™Š。 3  MMSE - OSIC - I  MMSE - OSIC —, ˆ‰ 2  ‹ŒŽ,‘’“,–— š›Š ,‘•œ žŸ“¡。 ž™ Љ MMSE - OSIC - I ‹, † ML ¢£ MMSE - OSIC ¤¥ MMSE - OSIC ‰‘’ , œ¦˜› “ˆŠ §ˆ,˜š¨。 ‰ © 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 ¬ ˆ ‰       , † QPSK ¶ · ‚ s4 ,: ©­ˆ‰ € 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 ¢£ƒ„ ML † ¹ º,  ‡ ¬: ‖x - Hs1′‖ ′, ‖x - Hs2′‖ ′, 2 2 2 ‖x - Hs3′‖ ′, ‖x - Hs4′‖ 。 (4) œ (3) ©ˆ‰ 2 Flow of MMSEOSCII algorithm ´Ë MMSE - OSIC Ì MMSE - OSIC - I •ž ML ŸŠÈÍ¡。 ½†­¾’ ‡,s n ¬ n °±²³,–¿¢ ²³£›­€¤¥。 Q m ¬ m   · ¶ Œ。  ¸ ML   [Q m ] ¨¹º©•ž [ Q m ] 2 2 [ ] ª “ ¶ Œ   «  € ‚ MMSE - OSIC - I   ¦, ¬ °± ²³°± ¦, § Î   —ÈÍ ( µ — )。 „  ¸ ‹ŒˆŽ —† ML , µ®®¯ ¯Ï† MMSE - OSIC , ”•°§ÎŠ [ Q m ] 2 ¨¹ º ©  •  Ì [ Q m ] 2 —  È Í。 ­È¸Ð« MMSE - OSIC, ѬÀ [ Q m ] ¨¹ 2 º©  • ,    Ÿ  Ä › Ò Ž, – ¿ ­ È ¸ ML,£ ±²[ Q m ] ³•。 ”•½²³° 2 ±—ÍÀÓÔ´,MMSE - OSIC - I Ÿ´ ¸ ML,¾‡­¸ MMSE - OSIC ¦, Ÿž µÒŽ,–¿žŸ‘’“。 †ˆ» ¬ˆŠ。 ‹”¼®¯Œ ޲³ˆŠ 。 ™Š MMSE - OSIC - I ‘’ 2 ”“。 ½† QPSK  2 × 2、8 × 8 V - BLAST ª «‡,¾”•†,‘•žŸ§ ‘’ “。 – ¿ ½ ¯ ² ° ± —  ˜ À, ™ Š ‰  MMSE - OSIC - I “¡˜™。 š ·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 ̙Љ MMSE - OSIC - I 。 Öº¶·™Š×‰Š“¡È Í,¶·’ 3 ”“。 188 À Á Â Ã Ä  Å Å  5 € ˆ‰Š 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 ‚ƒ „。  MMSE - OSIC - I  Performance comparison of MMSEOSICI under different transceiver antennas ‹ 5 ‡ , †‡ˆ‰Š Œ,‚ƒ  ,  8 × 8 †‡ˆ‰ MMSE - OSIC。  , MMSE - OSIC - I  Ç 29 È Æ     ,    Ž ,    MMSE - OSIC - I MMSE - OSIC  4 dB, Ž 4 × 4 †‡ˆ‰ 1 dB, Ž 2 × 2 †‡ˆ‰ 2 dB。 ‘ ’†‡ˆ‰Š„,   MMSE - OSIC - I   , ’ “”•–。 5  MMSE - OSIC - I —˜’™ƒ MMSE - OSIC š›œ,žŸžŸ¡¢£¤¥ OSIC ¦§¨© ML ª¢,«  —˜。 ¬® ML ¯°­€ MMSE - OSIC —˜ ±§ —˜²Š。 ³´²‚µ,   MMSE - OSIC I  , ­,¶·Œˆ‰,Ž MMSE - OSIC ,  ƒ¸ §—˜  ML。 ¹’ †‡ˆ‰Š„,   MMSE - OSIC - I µ™ƒMMSE - OSIC Ž ±  „ 。 †  ¶ ‡,    MMSE - OSIC - I,ˆº 4 Fig. 4  MMSE - OSIC  MMSE - †‡ˆ‰„Œ,‚ƒ ,’«ˆº ¼½¾®‰Š MIMO ‚ƒ¿—˜。 OSIC - I  Performance comparison of MMSEOSIC and MM SEOSICI in different transceiver antennas 、±•», · : [1] Zhou S, Zhao M, Xu X, et al. 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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:  †‡ˆ‰Š‡‹ŒŽ‘’“( Hkdqg201806) ; :;<=>?: ™š (1978 - ) , ›, œ 163. com。 ”•–—‹˜’“(12543062) žŸ¡, ¢ ”£, ¤¥, ‹ ˜ ¦ §: ¨ © ª  « ¬  ® ¯ °、 ± ² ³ ´, Email: jlynner @ 电气工程、信息与通信工程·217· 628 0 . - , +   * * ( 29 ' ) MIMO ¡¢,  †,°¥žŸ®ª«‡ ˆ<,´®ª«ù‰,‚‹Š,„Êþ‹‰,  þ‹‰Œ°ø‹¨Ž©œ;á,®ªŸ ,, µª«Œž, ¬£¥‹¨©¬£Ž¥  。  ®,®ø‘¬£©; ¬£¥, , ­€,‚ƒ„ †‡ˆ €‚,’“¦Ê”•, ¦ƒÌµ;–, ‰,Š‹ŒŽ‘’“”•–—˜™ š‡› ¬,ª«®ÈÉ; Û, ¬£¥Ðø—€ž MIMO ( Multiple input multiple œ。 ‹ ž Ÿ ‹ ž ‹¨© output) ¡¢,£¤¥¦§‹¨©ª«¬£ ®。 ®¯°®,±²³´µ¶·, ­¸¹, ˜ Ž¥‹¨©’“”•, £¤¥‹¨©› ™ ØÌ̺œÖ¡, ʞ š‡›。 º MIMO ¡¢»¼, ½¾¿À Á‹ÂÃÄÅÆ,ǁ,®ÈÉÊ˹Ì“ ƒÍÎ。 MIMO ¡¢, ƒÏÐÑ ‹žŸ‹ž ­Ò,ÈÉÓÔÕ֓ƒ。 אÈÉÔØÙÚ ®Œž\:,Ž¥˜™›Ê}š, ®: ( Max likelihood, ML) â。 ºãäåÔ²æ, ç¤ ¿。 ML ôõöºë쪫 íî÷”,¬£¥Ðøùú­ÒÛ,ML È [1] ɽ¾Ûû 。 ê ML üý”þÿ~}ú|¯ ©þ{ØÖ,üý[þ\]^,Ã_Ç`Óð ñò@。 ö ML ÓÔðñò, ƒ üý[þ。 ÈÉÓÔ ( Sphere decoding,SD) ÈÉ®,ÈÉ?¯ ML Ì,ðñò ã ML ÓÔÜ。 SD ÓÔ¤å,VB ÓÔ¯ CL Ó Ô。 ¤åÓÔã,Èɽ¾Ì,ðñòœ,CL Ó ÔÑ。 VB ÓÔƒ÷”Ê“ðüý, [ , ÷,˜ œ。 ‘º VB ÓÔ Ìå£Ã>€³ô, =ª VB ÓÔÈɽ¾û。 1 h ij ———£¤¥‹¨©’“µ­Ò,Ê ð™£¤¹,ʔ•,¥ƒù¢; s———Ž®,s = [ s1 ,s2 ,…,s Nr ] T ; °¥  1 ²³­ N t ©€‚, ƒ±, ¬£¥„ €‚,©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 š 0,ß σ 。 2 2 VB  VB ÓÔÊ Ûª FP ÓÔ», ’ FP ÓÔ«ò„ø‹Â«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 üýˆ‰¿¼½ÀÁ r Û”。 –üýº»¿ ؋ÂÂ/¹,ÃăÜüý d, Åøüý ›ØÂ/¹,Ãă­üý d, ƒ±ƒíü º»Ø¥ÆØÌ ML Â/¹; –üýº»¿ MIMO   1 Ê MIMO ¡¢。 (1) T H———µ,õŸ¡‡ù¢,H = [ h ij ] Nr,Nt ; ‘èé,êǬ£¥‚ƒºëìíîïÓ,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 ǗÈÉ。 ‹¨© 2 Fig. 2  Model of algorithm ­5 ½ 3 :§œÁ§œ¼ÂšÃÄÅÆ— 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 ] ‹Œ:  y M - 1 | M = y M - 1 - r M - 1,M x M ,Ž(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 ‹Œ,Šƒ‹‘’ [6] †‡“,Œ„† x1  ‹Œ 。 ƒ,”Ž x - y ‖2 = ‘’,•‰„,–‰„— ‹Œ,“”‚ { x M ,x M - 1 ,…,x1 },•–,Š †‡。 †‡,—˜‹˜™†‰„ ‘„’ ,“šš››。 ƒ”†‡ [ 0 ] x - [ Q ] y‖ = ‖Rx - Q y‖ + ‖Q y‖ , x™‹Œ ,˜‹˜™ œš,››Šž”,•–,œ R 2  1  2 (4)  2  2 (4) : Q1 、Q2 ———Hermite 。  , d2 - ‖Q2 y‖2 ≥‖Rx - Q1 y‖2 , 2 š››Š¥¦,£¤Š¥。 §,ƒ ‘¦,£— ¨,’š›Š¥§,Š ∑(y - ∑r x ) = ©¥‹Œ,£¤¦。 ‡ˆ,Ÿ † ‡œš¢’››¡‚¢。 ¨©ªˆª« 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 ‚, ƒ ­­, y M + d′ y M - d′ ? ≤x M ≤? 」, r M,M r M,M :「 ·? ———€ ‚; ? ·」 ———ƒ€ ‚。 †­ x M - 1 „ x M - 1  ,†‡。 [9] ,®¯®–¯°±°²³˜´。 ”†‡ µ, †‡¶ ¬«¬ ƒƒ (6) (6) [7 - 8] 。 ŸŠž“ƒš›› Ž‹ ¡ „,Ÿ †‡œš ¢’››¡‚¢。 £—¤,’ (5) , d′ = d - ‖Q2 y‖ ,y = Q1 y,  ­Š 2 d———。 ‖ (10) ˆ‰, y———; :Q0 ———N (9) ‡ˆ, , H 629 (7) : d″2 = [ d′2 - ( y M - r M,M x M ) 2 ] α。 ”ž‰“†‡·¸‡ α,α ±²³¤£—, ¤£¹š› ›,‚°º¦£¤´¤。 ˆ»,Ž α ¼ƒƒ: α=k ×e β - × r SNR _ (8) (14) - + (1 - e - β × r SNR ) k , (15) :k、k、β———½©‡; r SNR ———¾µ。 ˆ˜™¿¶•½©‡ α  VB ¤™ ( α - VB) 。 ·,¨©À¸¹¤™º» p Á€ d  ¼: 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) ƒ€„ †‡。 Š­€,‹€„ · 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 ž‰,MIMO ›¢Ÿ, ¡¢ 2 × 2,£¤“£ 16QAM,“‘ 0 ~ 20 dB,n ¤ 0, σ2 ¥¥¦[10] 。 § 3 ¦§ 4 §­‰ Š K - VB  ™¨¢‹‘。 ,ˆ‰ †ŒŽ。 ‚ƒ 0 < k < 1 ƒ„, ‹‘  k ‹€„ †ŒŽ。 € † 1。 ‡† 1  。 ƒ’“‘ˆ‰,k = 0. 01 €, „ †ŠŠ’ CL , ‹ŒƒŽ‘, ’ ”­“”Š 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 •–,—˜“”Š β ™‰ k  1,— ‹‘ α = 1 - 0. 98e β - × r SNR  β ‹€„ œ† 2。 † 2 ‘ˆ‰, €  „ α - VB  Š α š›,– 。 (19) †ŒŽ。 € ž, ˜ β < 0. 04 €, ’“ † ’。 K - VB   ™ š ‡  Ÿ›œ。 ·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 KVB algo rithm and traditional algorithm ‡§ 3、4  ,K - VB © ¨©,ª«¦¨¢ª ¬。 ®¯,ƒ ‡,K - VB ª«°±«¨¢²¬  。 § 5 ®ª³´µ ¯‹‘。 Ž‘ ½5 ¾ ¿ÀÁ,¨:ÂÃÄÂØ ,  16 dB ,K - VB   VB  CL ,  K - VB 。 ‹ÅŒ VB ˆ‰ Š‹ 10% Œ。 Ž 16 dB,  ‘ , α - VB   CL 。 ’, ­‘ ,ˆ‰ VB ,  α - VB ,  “”€€ VB 。 ‚ƒ„ •  β < 0. 04 ,α - VB ˆ‰–—。 5 5 Fig. 5 Comparison of computational complexity 0. 10、0. 50。  MIMO ˜ †™„š›,‡­€œž ML ,ˆŸ‰€,’, VB ‰¡ •¢£。 Š VB ‘‹Œ,¤‚   6  7  α - VB  ,β    , 631   0. 02、0. 04、  VB ˆ‰, K - VB  α - VB  。 ¤ ¥¦Ž‘’“”, ­ €•‹–—˜™,ˆ‰˜€ € VB , ‘, šš  CL 。 ›¢£ VB  –—ˆ‰。 : [1] œ ž, Ÿ¡§, ¢£¤, ¨. „©ˆ‰ MIMO ˜¥¡ª «¦§ [ J] . ¨©Ž¬¬®( ª¯°¬«) , 2011, 32 œ±¬, ® ¯. „©ž²³ MIMO ´ (4) : 493 - 495. [2] [ J] . °±µ¶·Ž¬¬®( 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]  , , . ޏ MIMO ´ ¢£[ J] . µº, 2017(1) : 32 - 34.  Lee H J, Kim D. A Hybrid zeroforcing and spheredecoding method for MIMO Systems[ C] / / International Conference on Wire less Communications, NETWORKING and MobileComputing. 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 multiuser 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 AMGM  β 2010: 217 - 220. [10] 。  7 , ⠐ β ¹»ˆ‰[ D] . ¼: Wireless, Mobile and Multimedia Networks. Beijing: [ s. n. ] ,  ­€‚ƒ, ¼ެ, 2012. inequality [ C ] / / Proc. of the 3rd International Conference on different β values  6  7   [7]  ,  ,  ,  ­€„。 0 ~ 16 dB  , , ˆ‰ Zhang Jian, Zhu Qi. A novel adaptive resource allocation algo rithm for multiuser OFDMbased cognitive radio systems [ C ] / / Proceeding of International Conference on NetworkComputing and Information Security, Guilin: [s. n. ], 2011: 442 - 445. (    ) 电气工程、信息与通信工程·221·  27  1  Vol. 27 No. 1          Journal of Heilongjiang University of Science & Technology 2017  1    , , (   , Jan. 2017   150022) ­€‚, ƒ„ ( UWB)           ,    ­ € ‚ ƒ ! ": ( EMD) „ †‡ˆ‚‰‚Š ( ICA - R) ‹ŒŽ‘, ’ˆ ( UWB) “”•–­ —。  ICA - R ˜‘™š‚‰, ›œž˜Ÿ ¡ , ¢ EMD Ž‘£¤ § IMF ‚‰,¨©ª«¬‚Š¡®¯°±, ©² §³´µ ¶·¸¹º»¼ ¿ÀÁÂÃ:Ď‘ÅÆÇȞ˜ŸÉ¡ŸÊË Ì,ӐԞ˜Ÿ ÕÖר¡›œ。 ‚ƒ¥¦ 。 ½ ¾ Ì,ͪÎÏÐÑ¡Ÿ¸¹、 »¼Ò ; ž˜Ÿ; 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 ultrawideband 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 ( ICAR) 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 ICAR 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 tonoise 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 noncontact life detection under the landslide body. Key words:mine; UWB; landslide; mine EMD; life characteristics; wave filtering 2345: 2016 - 12 - 06 6789: †‡ˆ‰Š‹Œ(51474100) ;ޑЋŒ ( QC2016093) :;<=>?: ’“”( 1968 - ) ,•,Ž–—˜,™š,›œ,žŸ¡: ·222·电气工程、信息与通信工程 ¢£¤¥¦ ,Email:guojikun@ usth. edu. cn。 74 0 ) ( ' & % * $ $ " 27 ! # τ v ( t) =   ­€‚ƒ„ †‡ˆ‰Š‹ Œ。  Ž€‘’, “”•–—˜™Šš ›、œž ­€, ”•Ÿ¡¢£¤¥š›、 œž— ¦£•,§¨©ª«¬¢£®¯œžŠŽ€, d0 / v,τ r = A r / v,τ r = A hb / v,½š›、 œžÏ‰, ,_ Š«Š˜ τ res <。 \] ‹®Œ ^Ž_ÏôŠ _,  p( τ ) , ç[ޑРR( t,τ) = p( τ) ·h( t,τ) , ‚ ­€³。 ´µ¶·Ž€¸ ‚¹º»€¼½¾—, ¿À‚ÁŠÂ—à (6) R( t,τ) = Σa i p( τ - τ i ) + a v p( τ - τ v ( t) ) 。 (7) °“±² ÄÅÆÇÈɗ—¦。 (4) τ v ( t) = τ0 + τ r sin(2 πf hb t + Δ ) + τ res ( t) , (5) „ (4) (5) þ,v Š‚†‡ˆ, τ0 =  ( UWB) , , , 。  2d( t) , v i ’ τ “ t Ïô,“ Ê˵̝ Ž€ŠÍÎÏÐ, ÑÒ Š ÓÔÕ, Ö × ICAR ­€, Ø£• R( m,n) = Σa i p( nδ T - τ i ) + a v p( nδ T - τ v ( mT s ) ) , ÙÚªÍۈÜ, ÝÞßàáâãä®åæ­ €ŠçèŽé, ê EMD ë ICAR ìÒ­€íæ (8) ¾—,¤ÃîÝïðñòŠÉ— 。 óô,õö² EMD ­€,”•«˜、 ͺ÷Š ø, Ø Ð ù ¨ Š É —    ú û ü à IMF Ü,ýþÿ~ï }ÜÆ|{[。 1 i (8) þ,T s “ δ T  Š‚ «됫ה •,´ýÉ—–— R( m,n) þ¤¥, _`@ۈ+。 2 EMD  ICAR  Ê˾—*, Ë`@_ɗÁ˜ Ċ‹Œ,„ ϙ, š›œ¾—íæ, ž¹  \]^Ž_`@_?> ŠÙ d0 , c( t) =<;ٜž:/ûŠ.- _ŠšŸ+。 ^Ž_ˏ_ɗ¡ “ § ø, ;¢, £Ë_ɗ¤«  ?>,°“š›/ûŠ,_。 ï Žƒ„Š,_ùÙÂ, ¯,Ø¥Ò¦¾—Š_ɗŠ ܧ ¨_Š ø+,§¨©,¹© ‚,,_<;:Š˜<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 ———š›Š_; ;    ; ; Δ ———œžÛ˚›ÀŠÛ res( t) ———,_ /ûŠ \],_ë[ Ü, ¬ û  ç   Š ¾ — í æ。 ê  EMD ë ICAR ­ € Š ¾ — í æ ë   Æ | ® ù ¯ ° 1 ±。 þ:A r ———œž; f r ———_œžŠ f hb ———_š›Š Š ICA ­€‘^Ž_¾—돐_ Š。 ýÉ—þ¤¥ë© }ª«Š      。 ÏŸ¡Ù±, h( τ,t) = a v δ( τ - τ v ( t) ) + Σa i δ( τ - τ i ) , (3) ŠȲ٠  Fig. 1 i 1    Clutter suppression and signal reconstruction theory „µÌ²ÚŽ‘Š`@ɗþ, ³„¼½ (3) þ, τ <«, ´<é ´µŠ¶[ø×”,‚,ê« +,t ‚ç ¸ «, Σa i δ ( τ - τ i ) ®< i ­€Û˂ƒŠ`@_,,_Š a v δ ( τ - τ v ( t) ) <, þ ¯ŠŽ€· Š–¹。 Ê˺»‹Œ, ´× EMD ­€,ú¼“_ŠÉ—£•。 ² EMD ­€›œ« ¯,´Ø¶º÷、¶[øŠÉ—£ 电气工程、信息与通信工程·223· Â1 â ,  、 。    EMD ,   , ; ;, , ,   ­  EMD 。 € IMF ­ €‚ƒ­, „­‚ ,ƒ†‡ˆ‰Š „ „­†‡, ˆ‰Š‹Œ†‡ˆ‰Š €‚­, Ž‘€ ’„­†‡ƒ“”‚•–, ‹ —˜ ˆ‰ŠŒŽ‘, ™ˆ‰—˜š ’ “。 ”, ›,•– —˜™š› œ,ž› 、Ÿ• œž¡¢ Ÿ¡。 £›¤¥ SVD  ,¢Œ€’¦§­ €‚ƒ­,¨£© ª€¦§­¤“„­‚«€‚, „¬®¯ˆ‰ °, ®¯†‡Š¥ ±•–。 °•–, ¦²›¡¢ ­ EMD , ³´ ˆ‰ †‡ˆ‰Š IMF ­。 ”¢€­§µ, ¨¶£  IMF ­,©ª«¬®¯°’ “。 ­· ¸¹±²,³,”ºŽ¯†‡ˆ‰Š r1 ( t) , r1 ( t) = r( t) - IMF1 ( t) , ¦ r1 ( t) ÏÙ “,Â’­ ¿­Âڒ IMF ­ IMF2 ( t) , ÛÜ  n ¼,ݝ¹ n ’ IMF ­«。 Þß r1 ( t) - IMF2 ( t) = r2 ( t) ,  r n - 1 ( t) - IMF n ( t) = r n ( t) , } ƒ r n ( t) Ãà¾ÊËáÌ,³, n r( t) = ΣIMF j ( t) + r n ( t) 。 (10) j =1 Ê(10) ,r n ( t) âã¾, ºž “ä。 ÄÈ­™½´ ɽ´ ,  ’ÄȀ¸åæç, Äȧèç ¼ƒ³€ IMF ­, Äȧè§çéê “ëìíî±ï,·€Ä¤È。 ÍΜ( UWB) ÏÐѕº³˜ðÒÓ, Ô ˆ‰ °Õ­º, ñ —˜ÆÃ¬®、 ¯°Ö׈, ³, ØÙŠš 슗˜ †‡ˆ‰Š  ¹¤ˆ‰‘。  EMD ò§óôõ´ IMF ­, ñ, Éö­÷µ˜øù, Úö­úµ˜ øù。 ¦È É IMF ­ ( Û ¡¢ ­) –,¦œԈ‰Š€‚­ ¹ž,  ¯°、¬® “。 ÜÝ, º EMD  ¦ »¼ƒ。 3 75 ãä,å:à³ÍΜ˜™ØÙŠšˆ‰€‚æçÙ  ½´ r( t) ­ EMD ’¾¨¿ ­,–—Àµ ¶·Á½´Âà ĸ。 ʽ´ r( t) Æ ¥, º»¼Ç½¾ ­¹ r( t) ¿。 ÈÇ, Ž´ r( t) ØÙŠš † ‡ ˆ ‰ Š °ô´à N ’ IMFj ( t) , ñ,j = 1,2,…,N, Þß, ûʋü n1 , “ s rp ( t)  ( n4 - n3 + 1 ) ’ IMF ©ý,¬® “ s hb ( t)  ( n2 - n1 + 1) n2 ,n3 ,n4 , ¯° ’ IMF ž©ý,³ K2 s hb ( t) = Σ IMF j ( t) , ÀÁ, ­¹ r( t) š¿。 ¹ š¿º m1 ( t) É, ³, ½´ j = K1 Æ ’ IMF  Ê(9) ¹: h1 ( t) = r( t) - m1 ( t) , ƒ¸,h1 ( t) ­ÃÂ’ IMF, ËÌÄà IMF ­ÍýÅ。 Æ, h1 ( t) Ώ ¿­ k ¼,ÏÐÑ£ IMF ¯Ò Ó, Ô«Õdz。 ”¿­Œ« ’ IMF ­,Ö­ IMF1 ( t) ,½´Èɧ ™ƒ’­, h1( k - 1) ( t) - m1k ( t) = h1k ( t) , IMF1 ( t) = h1k ( t) 。  IMF1 ( t) ½´ r( t) ׎¹ž,  Œ’–—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–—› ɐ’åæ– , þ ÙÊ。 þÙ ~Á, –  “, }„|¼« {ÄÞß[Ä¿¸€¸。  4  à³  , ­ à Š \ ]  。 Í Î œ (UWB) ÏÐѕ½´ۚœˆ‰Š‘ r(t) , r(t) à³ EMD á ICRR  › –—¿­, ™†‡ˆ‰Š‘ “ Ø Ù Ú Û 。 ,( EMD) , 、 ,  。  ,  ­€ r( t) ‚。 ƒ EMD „ ICA - R Ü °                               、 €,›œžŸ‹¡,  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 ™, š Ý °Ä˜ƒ„ RES ™,ÅÆ«œžŸ‹Ž‘ ŸˆŸ™š。 ÂÇ£, È «Ž ‘Ÿ ‚。 †‡ˆ‰Š‹€, ŒŽ‘ ­’“”•, 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« ’Œ¬®,ª«  ‚,¯ IMF3 „ IMF6 、IMF7 ­€‚°ƒ„ ™±²,  ‚, 5 。 £ IMF ™, †³´µ ‡ ˆ‰Š©‹Œ¨Ž, ›§‰Š¶·¸‹ йº‘’ »¼, “½–«¾ ³ EMD „ ICAR †—¿À, ” IMF1 ™¥•½Š©, –³©‹ŒÁ。  ¥ Á—’Ÿ IMF2 ™Â。 ’,‰à †ºÂ£Æ›, ICAR   „ EMD   É †,ºœ‡ˆœžŸ‹Ž‘Ÿ­€’ 、 ,ž°Ê©Ÿ¡ÊË € 、 ¢。  EMD ºœ  €,§£¤¥¢,ª‰ŠœžŸ‹¡„ÌÍÊ ¦À§¨©。 ­™’, €Î™Š Ï,­¦†³ÐÑ€Òª°Ó。 Ԗ Ÿ¡£€ œžŸ’«¬Ä®, SVD  Õº œžŸ‹Ž‘ŸÖ  ¯Ö。 5  °±´µ ם‰², ( €‚ƒ 96 „) 电气工程、信息与通信工程·225· 96 Õ Ö Œ ¤ 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) ƒ„   , ­€‚ 150022) ,  ­, †。 ­ BPSO ‡ˆ‰Š‹ŒŽ‚‘ ! ’,“”•–—˜™š›œžŸ¡œ¢£¤¥¦—§¨©ªƒ«¬,®¯°–±² ©ª,¥¦ ³´œ。 µ ¶·¸ ¹º »¼½,¾¿À Á Þ¹Ä,ÅÆÇÈɲʴ。 »¼ÇËÌÍ,­Î³´œš—§ÏÐёª¨ ,  ÒÓÔ Ó՜šÖל。 ­ BPSO ØÙ Ú´šÛ”œ。 ; ; ­; Öל #$%: ; 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:;: ƒ„ (1970 - ) ,†,‡ˆ‰Š‹Œ,Ž‘,’“,”•–—:˜™š›œ,Email: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] ­€‚ ƒ„, ƒ ‡ˆ‰Š‹, ŒŽ‘’   “”•–—˜ FTU ™š‰›œŠ‹。  ž FTU Ÿ¡Š‹¢£¤¥¦§, ¨©, † 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。 ¿ˆ­€‚À [3] [4 - 8] , ‘Ý ‚ Á¡‚ Ã ‚ x †Ã ‚¢£ï禧。 ðñ òÄŠÂç¦ßà°Ç­Ù Î, ó¡ôÄÅ ¯õŸ,‚ö÷øö。 ùúøö‚ è òÄÅÂÊËÌÍ Î,Öß໼ ½, ûâãËäÇ­Ù, üýøöÄÅÂƈ° Ùþÿ ~}。 1 1 1  ÄÅÂ( Particle Swarm Optimization, PSO) | Kennedy  Eberhart óÝ ‚¯õŸ, ´† {­€‚。 PSO [›\]^„_ (2) t +1 in t best. in t +1 in Î;r1  r2 ‰$ t ˆ, ›Ç­ÄÅ (。 ó‰ŠÆˆ‘, ‹Œ­€~}|µŽ‘’ö !Ӂ。 Ÿ“”[ PSO • ­€~}, ¨©, ™š [10] ˜–—˜ ´†’ö! ÄÅ Ã ­ € ‚  ( Binary Particle Swarm Optimiza tion,BPSO) 。 BPSO ‘ÄÅ (|›œ¼ ( x in •@ 0 ‘ 1, »¼ ž,Ÿ’´=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 |© Ž‘´†\ª,« {0, 1} ,  ž « @ ¬  Ä Å » ¼ 。  (v t +1 in ) ¯°±, ý»¼ v t +1 in ® ˆ 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) ƒ“?Ç­#ÊËÇ­;c1 、c2 > 0 "„¨Å, ٛÚÛÜ;ÄŤ¡‚ ÝÞ,ßà »¼ ½,á§¾, Ï«âãËäÇ­Ù, åæ  t +1 in t =<;»¼ (;p best. in ÄÅ i ó t  , ›“?Ç­ÄÅ (; ω  §­€, ˆ‚ ÄÅ  èéê¹ëì œÓ€,Ö íîÓ¶ ÛÜ, ž =x +v t in ‘,n = 1,2,…,N, N <;=;v ,x  †Ã‘$ i “ÄÅó$ t + 1 ˜° N ‘ÄÅÂƈǁÈÉ。 ¡‚¢£ÊË ÌÍ Î,ÏÐÑҐÓÔՖ, ÖׂØ, Ù禧。 t +1 in (4) ó PSO ‚‘,’“ÄÅóÙ<;‡˜ ( ­€~}Ù, ’“ÄÅ¢£»¼ 1 2 ,þÄÅ÷%。 “†Ã[› Ç­ (ŸÄÅ Ç­ÙÌÍ。 ‘, ’ µ­—。 Ï|ª‚«âãËäÇ­Ù, ׂ ¥¼û。 Ùþ ´~},ý BPSO ö÷øö, Ö “ÄÅ  Å ›Ǿ (  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§ ¶ˆ° ö·¸µ¹º“»。 ¥¦¼。 ø (1) {¼@。 BPSO †ÃÄŽ¾€™ ˆ{, ™š [11] ¿ , ÀÁŒÃÄ Ó3 Ö çèé,ß: 279 ­¡¢Œ°±²³´¿Ÿ N N , 。 ,  F = ∑ | I i - I ( S B ) | + μ∑ | S B ( i) | 。 (7) ,。 (2)  ­。  c1 、 c2   (7) ·, €‚Ƥ•–。  (7) Ó i ¶˜·¸ Ÿ,N ²µ Ÿ · ¸ ¢ ¶ ;I i •–, — ˜ ™ ” Clerc €‚·¸½¸†‹³´±†, †‹§Õ³´±† ¦Õ³´±†;I  ·¸¹ºÖפ, § i ( SB ) €‚ƒ„ †, c1 ‡ˆ‰Š‹ ,c2 ‡ˆ‘ ’Š“” Ž Œ Ž š›  , ‰  ( 1 ) v tin+ 1 = φ{ ωv tin + c 1 r1t ( p tbest. in - x tin ) + œ c2 r2t ( g tbest. in - x tin ) } , žŸ, φ= 2 | 2 - C - 槡C2 - 4 C | (5)  i i =1 i =1 FTU ԛ¬³´‹±†ƒ„,I i = 0、1、 - 1, ­ ©¹ 0、1、 - 1;S B €‚°±²Ÿº»¤,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 ˆ¥ 4。 (3) ¦§。 ‡ˆ ω ¨¥ “, ™” [6] ÚÛÜÍ , ŸŸ§ ϝ±†°±²®Á¤°±²³´¿ Ý©ºÁ,˜·¸ FTU Ɋ³´‹±†Ä ÅÆ,Çޖۋ±†«Õ。 È 1 , ‡ ω ‘©¡¢ Ž。 §‡ª, œ ɱа±²。 ¡¢  «¢, Š ω •ˆ ω max   ω min , ω  ω = ω max -  ¬• t( ω max - ω min ) , t max (6) žŸ,ω max 、ω min ­€‚ ω •ˆ®•,t ¯„ †,t max •ˆ„ †。 2 2 1 ƒ   BPSO  °±²³´‡, ²µŸˆ¶·¸¹º» FTU €‰Š¬³´‹±†ƒ„, ‹¼³´Œ½ ¾Ž‘Ÿ’,‘Ÿ’³´¿“À‹” ³´Œƒ„,•–¿³´—˜, ™š³´¿。 ›¥°±²³´ƒ„Áœž,—˜ŸŸ BPSO ™š°±²³´¿。 BPSO ŸÂ€‚² µŸÃ¡—˜¢; , £Ã¡•– ¤, €±²Ÿˆ¶—˜¤。 žŸÄ¶—˜ §¥ 0 ¦ 1, ­€‚§Å¦³´¤。 À‹ (7) ƁÇȖ¨,¶É  pbest   g best , ©‡。 ƒ Ê¡ª«¬®¯°‡, —±š •–£ á•–¤,ư±²ˆ¶—˜¤。 2 2               Fig. 1  1   A simple doublesource distribution network È 1 Ÿ,A、B ±ÐÊ,CB1 、CB2 ­ÛË Ì,l1 、l2 、l3 、l4 、l5 、l6 °±²Ÿº»ÍÎ,S1 、S2 、 S3 、S4 ˜·¸,K ϵ·¸,K = 0 ¦ 1 ­€ ‚Å·¦ÅÐ,§ÅÊ߇,K Å·。 Ķ·¸ º¨ FTU •‰Š³´±†。 šŒà¿±Ð A Ñ Ò±Ð,ž±†«Õ §«Õ, ϵ·¸ÐÓ, ¥Á ÔÈ 1 Ÿ l2 ˜Äų´‡,CB1  S1 †‹§Õ³´ ±†,¤ 1;CB2 、S2 、S3 、S4 †‹Õ³´±†, ¤ - 1。 Æ¥ S1 •Õ,ƒ l2 、l3 、l4 、l5 、l6 ³´‡,S1 ¨§ «Õ±††‹,ƒ l1 ³´‡,S1 ¨«Õ±††‹, ( ∨ Öד ¦” ,& Öד ®” ) S1 §«Õ¤ :l2 ∨l3 ∨( K&( l4 ∨l5 ∨l6 ) ) , «Õ¤ :l1 &K; S1 ·¸ဂ : 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 ⬕ڰ±²³´¿。 ¼½, ‰ ËÁÌÍ¿³´—˜¸ ²,Ÿ³[4] ³´¿Î´, žµ«Æ¥Ï ˆ·¸ FTU —㬳´ƒ„ ” (7) Ÿ, Š (7) §â•¤, ÛÁ•€Ü°±²³´ ±Ð°±²³´¿Ñ¨‡ª¶Ò: —˜äÝ,›‰³´¿åæ£Þœ  £¤Ã 电气工程、信息与通信工程·229· 280 Î Û Ü Ý Þ   Ä 24 à ß ÂÁ¤›¶žŸÃ, ¡‰ŠŽ‘¨ ›¶。 ©Ÿ, ÄÅÆ’“ 。 2 3  M,  1;ĢƝ’“±£ ¾¤: ¥›¶ž ǝ„¦»,’“ - 1;§„¦», ­, €‚, ¶,K1 、K2 ª·, ¥Éʖ—¦¶Ë Ì,CB1 、CB2 、CB3 «ÍŸ¬; ©®Î¯°± 。 (1)  。   max C, c1 、c2 ,  ω max 、ω min ,  p best ,  g best ,   t = 0。 (2)  ’“ 0;„¨»‰Š,’“ 1。 — 2 Ÿ,V ©È¶,DG1 、DG2 –—¦ †‡ˆ‰Š‹ ŒŽ。 ²–‘( ³´ S1 ~ S17 ) ,°‚«‘µ« Ž‘ ( ³´ l1 ~ l20 ) , V ›¶¶, ½· niform distribution)  Ÿ¨º»€—Ÿ·¸°²。 ¥”ŸÏÐ  BPSO,´— 2 Ÿ¹ ‰Š¾¿³‰Š ƒ„  (3) ‘’“ŒŽ。 ”•–— ( U ‹˜ x i = ( x i1 , ™Ž v i = ( v i1 ,v i2 ,…,v in )  0。 x i2 ,…,x in ) , š     ‹ ˜, › œ  Œ Ž    ž p best Ÿ,¡ p best Ÿ  Œ   ¢    ‹ ˜,œ£Œ¤ g best 。 (4) ¥¦(3) ~ (5) §‹˜™Ž, ¥¦(6) §。 (5) § p best  g best 。 œ“ŒŽ¨© „ª‹˜­«,€¬¢¤‚šª‹˜, ®œ © ¯   š  ¢ ‹ ˜;   ­ « ° ± p best   g best ,§ g best 。 (6) ƒ„² , ® † 。 ‡®, ˆ‰Š‹ (4) ,  。  ¢‹ ˜Œ 3 ‹,˜:   ‚    20,  80,Ѻ φ  4 1, c1 = c2 = 2 05,»¼   w max = 0 9, w min = 0 4,      100, ¼ Ì  20 ‚ ‰ Š [ CB1 ,CB2 ,CB3 ,S1 ,S2 ,…,S17 ] 。 ”Ÿ‰Š¾¿ K1 、K2 ’“¯–ƾ ,[ K1 ,K2 ] –—¦¶©,K1 = 0 ¿ 1 – À±² – — ¦  ¶ DG1 § Ë Ì ¿ Ë Ì   ; K2 = 0 ¿ 1 ±² DG2 §ËÌ¿Ë́。 ‰Š¾ ¿ÁÂÃ‰Š 2 ‰Š, žÄ±ÅÒ ­ ÆÓÇȳ˜™, ÉÊËÔ³ 50 , ˜™ ¬€± 1 °²。 Ž‘’“。 1 Table 1  ‰ŠŽ‘ [K1 ,K2 ] ”Ÿ•–— 2。 — 2 •³˜™ –š。                                    Fig. 2  2  Distribution network for test exmple ´¤µ–—¦¶·, ³‰Š‹ ¸¹›œ‰Š„º»¼, ½ ¾¿· ”‹˜À,–Á¤‰ŠŽ‘¨›¶‚ ·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 ÃՉŠ„ ­ ÆÓ ­ Ì Œ [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 Ž‘‰Š,›Ä± S1 、S3 、S14  ­ÆÓ¾¤,ÊËÔ³ 50 。 ÎÏЃ BPSO ѱ ÅÒÓ×Ì¡¢, ÔØ¥ BPSO Ù² ÚÍÌ¡¨€。 ¨€Ó­«–± 2。 È3 É 281 ÊÀË,‰:­€‚›ƒš 2 Table 2  Comparison of accuracy of algorithms     / %  BPSO 48 2 96  BPSO 50 0 100  BPSO  ,¬®,¯    [1] : , †‡ˆ, ‰. °±в› €‚ƒ, „¨ [ J] . ³´, 2004, 18(9) : 60 - 63. ƒš  BPSO  BPSO  3 。  BPSO    BPSO。  , BPSO   BPSO,   [2] Œ, Ž‘. µœ [ J] . —’ [3] “¶·, 2012, 40(5) : 34 - 37. , ˆ, . ¸ °± ¹ [ J] . º³´, 2009, 35(2) : 255 - 259.  。 ‹ 。 [4]  ,  ,  ”•ƒš [5] , . ¸ »[ J] . —’  . ‚›»¼ [ J] . ³´, 2011, 35(1) : 224 - 228. –·­€‚ —½¾, 20, 24(6) : 39 - 43.   [6]  , ¿, À, ‰. ¸    [7] , Ž, , ‰. –·­€‚¾›  ˜Ãš (7) : 30 - 34.              [8] 4 3 ,  , ­€, ‰. ¸ 35 - 39.  Convergence tendency of two algorithms  [ J] . —’ ›[ J] . —’  Fig. 3 “¶ ·, 2013, 41(4) : 33 - 37.   ­€‚Á‡¾ †‡ˆ‰Š”•[ J] . —’  [9 ] “¶·, 2009, 37 –·­€‚™š “¶·, 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   ­€‚。 ƒ„  BPOS †‡ˆ‰Š‹ ,ŒŽ‘’“”•–—,˜  ™ BPSO š ƒ›“ ” 。  œžŸ, ¡¢£¤£¥¦˜ §¨©ªž , «­” 。  [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 œ, ‚ƒ„. ¸ ­€‚¾ †’ ž  ) ‡ÄÅ[ J] . ˆŸÆÇ, 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) ! ":  ­,€‚ƒ C - „ †(FCM) ‡ˆ,‰ Š‹ŒŽ‘’“”•Ž,–—•Ž˜™š›œž;Ÿ ‚¡¢£¤¥¦§(LSSVR),¨©ª•«¬ˆ(PSO) ®¯ °±°²,³ ®、¯ ´µ¶·。 ¸¹º»¼½¾¿ÀÁ˜™ÂÃı—,ÅŽƗÇÈÉ ­,ÊËÌÍÎÏÐÑÒÓ,³ ŽÔÕÐÑ。 ³Öרµ³Ö’ÙÚ,‚ÛÜ ÝÞßàáâãÒäåæç»¼ OTL èéêëìíî¡ïðÀÁ,ðñ PSO - LSS VR Â©Žš›。 ¨òóô:õ‡ˆ´µö÷æøùúûüý,° ®»¼ LSSVR ˆ、ε - SVR ˆ,àþÿàáâãàþÛ~}–,–—|´€¬Õþ° °{。 [\³Öš]^Ö_`‡ˆ 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 PSOLSSVR 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 onsite date collection. This alternative strategy involves firstly dividing the circuit model into multiple submodels via fuzzy clustering mean ( FCM) according to data features, and weighting the samples of the submodels 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 realtime 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 PSOLSSVR model. The results reveal that the proposed method PSOLSSVR 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 εSVR, 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 PSOLSSVR evaluation method. Key words:PSO - LSSVR; incremental or decremental interaction; analog circuit; online perform ance evaluation 2345: 2014 - 07 - 10 6789: ­€‚ƒ„ †‡(61304149) ;ˆ‚ƒ„ †‡(2013020044) :;<=>?: ‰Š‹(1977 - ) ,Œ,Ž‘,ˆ’“”,•–—,˜™,š›œž:Ÿ¡¢£¤¥¦,Email:Jsxinxi - zah@ 163. com。 ·232·电气工程、信息与通信工程 &5 ¿ éêë,¡:¸¹º» PSO - LSSVR €¼½‚¯„ ,  。 , , ,  ­ €‚ƒ„ †€‡ˆ‰Š‹Œ。 Ž‘, ’“ [1 - 3] 、›œžŸ¡ ¢£¤ ”•、–—˜™š( SVR) ¥¦§¨,©、ª«§¨£ ¤¬®€‚¯°±²­³´µ。 ¶°· ²¸¹º» PSO - LSSVR €¼½‚¯ „ ,¾¿ÀÁœÂÃŸÄ­ÅÆÇÈÉʀ Ë,ÌͬÎÏ,О¦Î¥Ž。 1 ¹Оº, »¼½¾ÇÈâ¿。 2  C -  FCM ‘ÀÁ C - ÂûžŸ ( é HCM) Ä ,žŸÅÆ。 Ç X = { x1 ,x2 ,…,x n - 1 ,x n } © _É,u ik (1 ≤i≤c,1 ≤ k ≤ n) ‘& k ÛÒ& i n ¹ΞÇ, | 0 ≤ u ik ≤1  0 < ∑ u ik < n, k =1 FCM ŽœžÇ© 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 = ↩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  Çï„ÉÊ,ö †,á‡Õ¼@á 3 1  µè¦Î° µï„ˆÎ¼ ‰ [9 - 10] Ž。 Š‹,Chen Zhen ¡ ›œžŸö ² LSSVR æÇï„ÉÊ,ïÕ¼@Ö×ÉÊ †ŒŽ@Ö׋Ç'>, ‡Õ‘„  µè¦Î{³“”。 PSO ž Ÿ•© –`@–—˜šï„ß, ¾ ™š ›ï„ŽœžÇŸ´µ_’¡¢,£ï€Ë’© ö ’©~}, | ¤·,|{[¦Î’ï,¥:/]_,¾ö æ ,]_:/Þ¦™­§Å žŸŸ¨² Çãä。 ©­ª½'«žŸÒ@Û§¬„  >®¯°Ö×,¾±ƒ۲Ǽ ³´µ。 Þ¦™­§Å žŸ:/,¶·¸ÛÇÈÚ (4) œžÇÑÒÓ·*)ÃÔ, ÙÚÊ (3) 、(4) Õ Ö×,ŽœžÇÊ(2) ÀØÙ。 3  (3)  C - Âû¸¹žŸ‘, `@ÎÏÐÃŽ | ž™ª, µ¡†Š。 ÑÒ¥¦ µè [8] ‹Œ,¡ ­€‚ƒÃŸÒ LSSVR æ ² , n ÜÝÞº²ßà, á.-,+»û*)ãä( ®~}¡Ö×。 ÑÒ†Š,¶; FCM : >Ûº», ( FCM ܰϲÌͬÎ,á.¼ÿ (2) ÌÍÊ(2) ï„Ê(1) , öÖ×, îþÿö ~}, |{[¦Î\。 ]^[6] _, °·`@?κ» PSVM ß, Ü» ð (1) v = ( v1 ,v2 ,…,v c - 1 ,v c ) ; ¡ ¾© ƒ。 n i =1 k =1 Ê_:U = { u ik } ; ¯ÃŸ,îßÜÝÄ­‚¯¬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 ©¹Èǎ,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 } Ì͌ŸÖ ×,;Ý/ûÙÚñÞÏÞ´µßà  ( x) :R → d R d ,îáâ´µÌÍžÇ 珔 ÚÛ© y( x) = ω( x) + b, Ê_:( x) ———áâžÇ; ω、b———›ŒÌÍæÇ。 (5) LSSVR Žœ©ãŒ“‚äåæ(äåçÙ „,çلäåžÇ© 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 ,    ­€  ‚ƒ„ 。 , †‡ˆ‰  ( x i ) , Š‹ŒŽ‘’“”•–— ­, ˜ (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———Š ‹ Œ Ž ‘ ’  , a = [ a1 , a2 , …, a N - 1 ,a N ] T 。 ˜‚†(8) n b、a ƒ LSSVR „ y^ = ∑ a i k( x i ,x j ) + b, ,k( x i ,x j ) †‡ Mercer  Š›œ‹( RBF) š i 2 j 2 (10) :σ———šž 。 ˜šž σ、 Œ’ γ  LSSVR Ÿ¡ ¢£Ž,Ž  LSSVR „ ‘¤ƒ [12] [13] 。 –¥‰¦ §’¨— ˆ˜Ž ( 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 ”• ¡§’«š¬› ®œ©ª, ¯¡§’ ž   v i = ( v i1 ,v i2 ,…,v im - 1 ,v im ) , °¨«Ÿ§’ 𬛠®œ©ª p g = ( p g1 ,p g2 ,…,,p gm - 1 ,p gm ) ,§ ’i ž 、©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¢£ˆ¤¥[0,1] ; ω———³¦§¨,´‰¥µ— ·¸ / ¶¹·¸“ ω Ž ©¶ 。 ›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‘ ¤Œ’Èɑ¤Œ’, ²Ê³ 2 。 ´,§’½¡·¸µ¶Ë­,§’ ·¯ŸÌÍ ¤Ç‘¤“ ̸ Èɑ¤“ ;˜ Î, ¹§’Ï¥©¶®, к£ §’¯ŸÌ¸ ¤Ç‘¤“ ÌÍ Èɑ ¤“ 。 ‹¥ÑÒº‚, «»—¯ŸÓ œ¼½¦,ˆ‰‘¤Œ’ 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×®œ。 4 PSO - FLSSVR  š。 ˆ‰ ( ‖x 2-σx ‖ ) , k( x i ,x j ) = exp -  (9) i =1 ’“ Þ Âà ثÄž¿Â„ ÙÚ ÛÆÜ• ,“ݏ¼½,ÞÞº£ ½¡ÙÚÇß ­àÈÙÚ。 ¥–É [14 - 16] »€ Ê ‘¤—,Ë̓áâŠ㉬äÇ,ÍÂÙÚ ÇߛΏ,ÉåÏ Ã Ùڞ ,£Â ¶›æÎɀ®ç‰ ,  ç‰ èé ¥ÐÑ,Éåτ ÒÓÔ 。 – PSO - LSSVR „  ­ÊÀ‘¤ê롱—。 Ÿ±ÇÕ­,¥‰Ê‘¤Ö׫„ ¬¡±,±ÇÛÊìƒ V ,¥‰À‘¤,  PSO - LSSVR „ ؗž ٞ¦。 4 1  í PSO - LSSVR „  M ¡ îï, ™ M + 1 ¡ Õ­, º£ÙÚ«Ÿ Ûƒ ±„ 。 ´À ß 5 ¯ ­•Œ PSO - LSSVR š˜™¤¥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 €‚Š‹  1: ­† c,‹ ζ, €‚’“” ξ。 ] , (13)  2:FCM €‚•‡ˆ ­, –‰ c ­,—­Š€‹ŒŽ  Œ   ˜ ™  γ  Œ š ‘ σ, – ‰ c  PSO - LSSVR 。  3:›’›’, Š€‹œ“ž Ÿ 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 ‚,      ƒ( x k ,y k ) ,     PSO - LSSVR 。  PSO - LSSVR  A ζ αζ = Y ζ ,  Aζ = , 1。 † PSO - LSSVR ŒŽ­ ,ƒ„‘ p D + 1 = [1,k( x1 ,x D + 1 ) ,…,k( x D ,x D + 1 ) ] T ; 。 ,ˆ (19) x Tk ] 。 … k ‡ 549 }   1 Fig. 1 PSO - LSSVR  Flow chat of PSO - LSSVR 5  5 1  —¤˜™–š˜›œ¥ž˜ ™ OTL Ÿ¡¢¦’§˜™。  ”£ (18) 珘i,j ) ,i,j = 1, † A ζ - 1 = ( α 2,…,ζ - 1, ζ。  Q „ A ζ--11  k  – Multisim120,OTL Ÿ¡¢¨ 2 ©ª。 、® Ÿ¡¢¤¥¦§ «¬¨ Ÿ¡¢ ¯°、¥、±‘、˜、¢¡ ©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  ˆ“,30  ”•–—‰  ƒ‚。 Š  PSO - LSSVR ˜ ŽˆŽ,™€š LSSVR ›、œž ε - SVR ­ ƒ‚ ŽŸ¡ 。 ƒ­´µ¶³  ¡Ž¢£­·,Ÿ¡” 1 ~ 3。  OTL power amplifier with bootstrap circuit 1 ¢£ A u 、   f H 、    ­( σ,γ) «, ®¯°± ² c, š³›³ V,¬›œ žŸ ξ。 ƒ ª  OTL   ­‹Œ€‚ „,­ 100  ƒ †,‘†  ¡,“„ y i ∈{ - ε,ε } ,”•–—ŽŸ ¡˜。 ª™  PSO «¬›Œ•– !)*+"% !)2+%" Table 1 ƒ,  ƒƒŽ。 ‘ ¤’„ ¥ U om 、 ‘ ¤’„ P om 、¥ U S  U N ¦§¨©Ÿ / ! " /'/ 0 ,--  ,-- . 2   3  150% †‡ˆ 3  350% ‰Š f L 、‘ , --- . (! % &'!  ,- . ¿ 24 À ¾  ‹“Œ Ž f BW 、  % 1 ½ , ­, €‚ 100   ƒ,­ 100 „ !)2+%" 3, + ,4%--567 ,- 0 89:;* <&= (, , ½ 5 2 ! "# / <&-  ¨    Result of data feature and comparative error of training sample  MAE  MSE Ÿ¡¸› 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 Ÿ¡¸› 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 Ÿ¡¸› 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 ¤¥š / s 0 008 3 0 606 8 0 529 6 — ƒ »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 Ž – —˜™š›,  œ € (21) ¥ A u ‰¤ Ÿ †’, ƒ¦§—˜ ¨¦§ „’, ” †© Ž‘ —˜ —˜ ,  1、  。 。    2 ,PSO - LSSVR  LSSVR  ε - SVR。 žŸ,, ­¡ Œ„¢ˆ, ‚¡’。  4 „£ MAE = max | Y i - Y i | ,   15 551 ­±’¿À Ž 1 ( Yi - Yi ) 2 , K∑ i =1 MSE = а    3  OTL              ­ €‚ƒ  „  ,† ‡ˆ,    。  3 „ U O ‰Š‹Œ                †’。 Ž‘                                                                                                                                                  Fig. 4            6       4    A u  Regression effect comparison curve of Au without abnormal point        Fig. 3 3       ª«¬®¯ а ­±— PSO - ˜™   ‡ , ©   ²  ³ ´ µ ¶   U O  Local regression effect comparison curves of UO LSSVR Š ° ­ ±   ’    。    ˆ LSSVR,‰Š‹Œ„ ±, Ž¥ FCM   ­Š‹‘µ¶’‰ ‘·¸ 电气工程、信息与通信工程·237· 552 Æ ¿ Ç ³ 。 ,    ,    ,  。 ­€‚ƒ, „ PSO - LSSVR  †‡ˆ‰Š‹Œ、 Ž‘’‹“、  –­— ˜。 ™š›œ [2]  。 [4] [6] [7] È 24 É ¬ 689 - 693. 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[18] “•–, — ˜, ™ š. „¥«®·›œ ¢£¤¥¦§²[ J] . ž 21. º»«¬, 2011, 33(11) : 14 - (   )                                                             !" †‚ƒ„  ‡ˆ‰Š ‹ŒŽ‘ ‡ˆš›œ­ ‰ÅÆÇȍ    ­€‚ƒ„   ’“”•–—˜™‚ƒ„     ­   ƒ„£¤¥¦§¨©ª«¬ ‡ˆžŸ ¡¢  ®¯°±²³´µ¶·¸  ­  ¹º‰»¼½¾¿¯À¯ Á·Ã㈚›¶ ‡ˆÉÂÊ­Ë̍€‚ƒ„ ‡ˆ †‚ƒ„ Í­ÎÏ ½Éм½ÑҍÓÔÕÖ #$%  ‡ˆ €‚ƒ„ †‚ƒ„ ™‚ƒ„    ­ €  ‚ƒ­   „ &'()*   +,-* ‚ƒ­‚ ‚„ +./01†                                          ‡  ˆ    ‡   ‰                               Š             ‹    ‹  ‡   ‡     ‡  Œ     Œ   ‹    ‡    ‹    Š        Ž ‡‡     ‹     ‹   ‹                   ‡  Ž ‡       ‹ ‹ Š ‘       ‡  ‹           Š ‹         ‡ ‹ ’ ‹         ‡   ‹      ‹               ‡Š ‹       ‹  “    ‡            ‡         ‡  ‡   ‹      ‹            ‡                ‹   ‹‡      ‹   Š  ‡   ‹      Ž   “    Ž   ‹       ‡    Š  ‡  Š “  ”      ‹           ‡ ‹ ’ ‹        ‡    ‡   ‡     ‹            ‡      ‡          ‡          ‡  ‡        ‡    ‡       ‡    ‹            ‡ ’ ‹        ‡           ‡   ‡       ‡ 2345 „ ‚ ‚ƒ 6789 €‚ƒ„ —˜™š›œž † •„­ €‡ˆ‰Š‹Œ †„ƒ–  €Ž‘’“”•–        †  :;<=>? Ÿ¡¢ ƒ ‚ £¤¥€¦§š¨‡©ª«‹Œ‘¬ ‡   —  Œ‚  ˜     ‡ ®¯°±²³´‰Ž 电气工程、信息与通信工程·239· :/.-,ÛÛ+>  *   üÑ      ­€‚ ƒ„­  †‡  ˆ‰Š‹ ˆ‰ŒŽ€‘ ’“”•–—˜ ™ š›œžŸ¡¢£’ “ ¤  ¡ ‚ ¥ — ¦ § — ¨ © ª « – ¬ ®  ¯  °  ±²       Š ³   ´ µ ¶ Ž ·¸¹¸º»¼½ˆ¾¿ÀÁÂÃÄÅ ÆÇÈÉÊË    ÑÒӝ  ™ ÌÍÎτРτÐ ÔÕÖ ØÙ ÚÃÛÜ Ï„ßÁ¡àáâãäåæç è ׍˜†‡¡‚¥— Ýޝ éêë”ìíîï›ðñ òòêëßÁó¬ô›õö ´µŠ³                            €Ð›®­ ¬‹Ž  ¯[Ѱ­     ûüτßÁ ]õ ?ñ¬‹Ž  ㆇ±ë^Á€ÓßÁ²¬ Þñ³Ï„ ´µ¶·¸ñ¹º?ñùúûüß Á 㠁        Þñ~}°­ ¬‹Ž  Ãû ¥@†‡†» ²Þñτ®­´µ¼½        ¾­†‡¿ÀœžÁ ÕÂñù úûüœžÁ     ûü › ¬‹Ž      û >”à  ü?ÄÅÆÇ‰‡ùÈ®­‡É„ʉ              ÷øùúûü   ýþñ  ÿ ÷øùúûü~}‚Ë|{[à Ȑ°­ËÌ €Ð›Ñͯ®­      ûü ~}˜Ž ²Ò–”¾Ã‹Ž   †\  Ì ñτ]õ ñ÷øùú   ­  ÿҖ ÎÏÐÓ       ûüÑÖ>’îúûüõ =‘ú  èô~}  à ûü†^  Ì ˆ_ _   ûü      ûüõ ã’à    ûü›ÆÇÕ<—˜ ÒèÓ}ÖÔ ’à  ҁ€— Þ‚ó¬ ²`±Ï„Ãõ ­ €   ûüÖ× —€‚– Íùúûüô†ƒ„   †‡   ľˆŠ³τßÁ ËÙäåà       àáó¬ôõö      _ˎËØ¥@ Þ^ _Í   ûüÚÛÑ >’Ã÷ø       \Җ”¾Š ÝÞùúûüô‰       ûü ŒŽÑ‘úûü ˎûü             ’“      ûü                     ”  ì              ‚  Ñ Ü Ý ; Þ ß à Ñ               •    ã      ì 槡    áÆ¥@      •                         âáÆ¥@äåˎ       ƒ         [    ] є‰ä囿ç± ô é~}–—˜™š›œž       韉¡¢£¤          Þñ¥@Î         암‰Ã¦¥@  ë›\èé ›\èéê    }                       (  )      _ª«§@û ·240·电气工程、信息与通信工程      ŽÃ¦¥@  Ñ¡¢£¤ í‘ú        §@  ŽÑ‘ú         ‹Ž§@  ¨Þ©‘ú    ûü‹ŽŒŽãÏìÏ  Ì ÷ø    ûü¥@íèñŸ‰ˆ_   ‹ŽÖÔ   ûü   ­ „   ­ Ì  ¤î ï  Ô @  † ‡ ® ­    ð     š›°±­˜ «¬®¯                               º        »ª          ¨¥¤š ¥¦¤š§ —  ©—                                                                                                                  ­€‚ƒ„ ƒ     ‡­ € ‚ƒˆ    ‰Š„‹ŒŽ ‡ˆ  ‰„“ ‘’† ‘Š                   † ‘’†      ‘Š ”•–—€ ‹€˜Œ      ‰‘ ™š ™   Ž                     › ™š’œ’†“ž‰„                                      ‡ˆ ‘  Ÿ ‰„•    ކ”£       ¡¢  ¤š•­– ¥¦¤š§ —¨¥          —  Ž † ” £    ¤š˜‰„         Ÿ‰„©—      ª †«™¬š›œ®ž¯Ÿ ” °±²³„´«¡¢£¤¥µ                  ¶· ¦§¸¨ ˆ  –©¹  电气工程、信息与通信工程·241· ¯°±›ž¢œœ§¤  ²                                                                                      ­   ­€­ €‚ƒ„ †‡ˆ ­‰ Š ‚ ƒ„‹ ‡ˆƒ„ †    ‡ Œˆ ‰‚ Ž‘ƒ„ † ’“ƒŠ‹Œ”   Ž‘’ “”• –• —–—˜„ƒ„ †     ƒ˜›œžŸ       ™š    ­€‚­ƒ„           †  ‡     ˆ ‰  Š Š  ˆ†   ‡  †  ‹        ‡ Œ †  ŠŒ † Š І   †      „       †    †   † Œ   ‰   ‰   Ž ‰ ˆ†  †  ‘       ™š ­›­œžŸ¡ ’¢ ™š “ ¡ ¢œ    £ £¤›­¤   œžŸ      ”  ™ —Ž¥¥Ž      ¦¢œœ§        ”€  € € •””­ ­•””    † Š    ‡ † † Œ‰             †           †     ‡ Œ †  ЇŒ †        Š     ‘ ‡  ‡   „       †   †   † Œ”  ‰    ‰    † Š   ”                “€  •”ŽŽ”–„ Žˆ‰ †  †       ‡ Œ †  Š ­  Œ Œ  ‰       ‰   †  Š    ‡ †    †  Š      ‡      †    „ ”””Ž  ‡   ‰   † ‡† „ Š   † ‰  ‡ ‡          ”­–”‚ —–” ”­–‚    „ Š   ‰ †  †    †                  ‰      Š    „ ­  †   †  „ Š    ‰   ‰  ‡                ¦ ‹¨ © §            ª«¢œ ¬®›œ        —€“” ­„ –˜­–­ „                                          ·242·电气工程、信息与通信工程 ­ ” ­„     †  Œ    ‰          ‡ Œ †  Š ‹  ˆ  † ‰    ‘   Œ † ‰ †     ‡    Š              “         † ‰  ‡ ‡            27  1           Journal of Heilongjiang University of Science & Technology 2017  1   BP   Vol. 27 No. 1 Jan. 2017  ,  (  ,  150022) , ":  BP  ­€‚,ƒ„ †、‡†ˆ‰。 Š‹ŒŽ‘’“”•, –—˜™ !  ‚ˆ‰‡†、 †š›œžŸ¡†,¢£ ¤¥¦§¨©ª«†, ¬®¯°± ³´ 。 –ƒ„—µ¥¦§¨©ª¶·¸¹ º»¼½š。 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 algorithmbased 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 backpropagation( 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 ¶·¸Ÿ¹º»。 ¥¯¬®¼¦½¾¿ÀªÁ ø ù Ú û ‚ ð Ÿ ü Î、 ý þ ÿ ~ Ï  } , |¦½ ¾ ¿ À ª Á  。 å { [ Í « \ ] ¥ ¦ [1] Â,ÃÄÅÆ、ÇÈÉÊ、 ËÌÍÎÏÐÑ 。 ÒÓ ÔËÕÖº», רÙړ۽¦ÜÝÞßà。 á ^Í_` @ _ ` , ? Í > « ë Ò = Æ < ; : / [2] . 。 -, + * ) ( ' , Ä [ Í å .  & % ⦽ãäåæ,çèéê,ëáרÙړìí îïðñçòó,òóïôõö÷ ®øùÚúŸ。 2345: 2016 - 12 - 13 6789: ­€‚ƒ„ :;<=>?: ‰ ½ , ?ÍÄ0 ~ 5% $ä , #Í«ð 55 m / s " [3] !01 。 ¦ ½ Ù Ú “  2 ¾ ¿ å 3 4 , 5 6 †‡ˆ( F200921) Š(1964 - ) ,‹,ŒŽ­‘’“,”•,–—,˜™š›:œžŸ¡¢¡£¤,Email:xujie640101@ 163. com。 电气工程、信息与通信工程·243· 88 Ø Ù Ú Û Ü                   。 ,  BP 2 ­ € ‚ ƒ € „ † ‡ ˆ ‰, Š ‹ Œ Ž ‘’  “ € , ” •  Œ –  — ‚ ˜ ™ š › 2 1   BP(Back Propagation) œžŸ¡¢£¤ [4] 。 „¦œ”ž¤£, œ¤。  ¨©ª«¬®¯°,¢、¢、 §› [5] 。 ¢¢±²,³ ´†‡ ‰ ( Genetic Algorithms,GA) œµ Holland ¨ 1962 ¶œžŸ ·¸ š¹ º•、 †»。 »³¨¼½ [6] ¾¿¹‰½ 。  GA  BP ÀÁ 1   ¨ GA Ÿ¦ §‰‰„¨œµ©Ê², ª ‰¬®¯’“, ’“Œ¿‡、 ˆ。 – ½†‡€ž›œ ‰,ŒŽ ž‰ ‰, ‰°½ ‹± q a =1 µ :q———‰; w a ———BP È a ‰¶·; S———¸¹Í。 º GA ¾ÎÀ¡Ÿ», [7] 。 ¾» ¼½。 ǽƟ˜‰„¥‹€À, ³ŠŒŽ Ÿ¦ ¸¹ž‰‰„ m ¾Î¾¿ r m ¹: lm = rm = ,³ŠÇ½Èž‚Œ GA ‰„¢€,£ ¥‰„ 。 Ë̵¹ I = S ( Σ | wa - fa | ) , †‡’“ ¢€¹‡ˆ‰§‚。 §É ‰„†‡ ž¤ GA šÅ,”•Œž‰  (  ) ¿‰ ,ª‰¿« ²³ ²´œŸ¦ ‰„¥‹€ ޔċ• ; 、 –’“—”ʐ , ™ÂšÅ½†‡ ‰›œ€ž。 Ɵ ‰‚¡ ,¨ [9] 。  À­Â€¹‚:ž、’ϐƒ„ ±, Š † Œ Ž   ‡  ‚ ˆ   ‰ ; Š、 ‹  GA ŒŽ‘‡、 ˆ, È 27 ß Þ [8] Ê©     ‡ 、 ˆ  ž ž ‹ 。 –  GA ŒŽ¿«‰„É, ‰ ±, ³ŠŒŽž  BP  ¥ Ý  ‘’ 。 1 Ý S , Im lm Σm = 1 l m N , ,I m œ‰„ m ¥‹€, ¨ÀÁ°ÏÃ¥‹ €Ð‰„ºÂ¾¿Ã, ŠÂ¨ GA ¾Î ÀÄÑ‘Ò £˜Å。 N œŸ¦ ‰„ £ Ƃ。 ˆ‰Š†‡  „ †‡ ‹ŒŽ‘­’        „ “ ”•   ¹§‰‰„¨œµžÇ©Ê², Š 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,£ š À¹  U ke = “”›œ     ­ €‚ƒ   ­ €‚ƒ žŸ¡ 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———žÑÒ; H max ———¿Ñ; c———[0,1] ›ז。 ¾1 ¿ 2 2 Á,Â:¥” BP ‡ˆ À   、 ,       ,v   v′, 1 。  。 ,   ­, €‚ƒ„ †。 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 ¢Ÿ‹Œ‡ˆƒ ‰£“‰“’ 20 ”ƒ 、„ Ž£¤¥‘’, ‘’ [ - 0. 728 6, 0. 750 6] ,  “ ‰ £   ‰ ’ 10 ” ƒ [ - 0. 681 1,0. 750 6] , “‰ 10 ”„  ‘’ [ - 1. 684 2, 1. 801 2 ] ,   ‰  ¦ ” „  0. 914 5。 £•§–¨—˜‡ˆ, © 30 ℃ ‰™š, ‚› ™œª‡ˆ  2 。  2 œ, ‡ˆž Ÿ¡,  vy ‘ «¢。  2 ‡ˆ, ‰ Š 10,‰ ­€‹ ” tansig” , ‰ ­€ ‹“ purelin” 。   ‚ŒŽ 2 。   0 442. 5 442. 3 20 385. 6 386. 9 60 271. 8 40  BP 80 BP network structure ,p ,W1 ‰‘‰’ƒ, H1 ‰,W2 ‰‘‰“’ƒ,H2 ‰   , b1   ‰ „ [10] v y / m·s - 1   Fig. 2 , b2    ‰ „ 。 ‡ˆ†‡”: net = newff( p,t,10) ; 329. 9 214. 9 215. 4 271. 7  –¬, ›¤® ¦, °± ¥§¯  3。 ² 3  ‘ ,¨± ¦© ª´«µ–‚ƒ„ ¶¬。 net. iw{1,2} = W2 ; · net. b{1} = b1 ; ®•§–¨—˜ GA ¥” BP ‡ˆ ¯¸£–‚ƒ„¹º net. b{2} = b2 。 •– 30 ℃ —˜™ˆš, › 30 ℃ ‹ŒŸ¡Ž 3 。 3 328. 7 œ, §³± net. iw{1,1} = W1 ; ™œž‰œ, humidity environment v′ / m·s - 1   2 Ultrasonic velocity at 30 ℃ in different £ª / %     Ž2 Table 2 30 ℃ Аœž‹Œœ。 、  , ª , ¢°±™’»²£°¼,‚› 4 。  4 ³,¸¢Ÿ‹Œ‡ˆ  3 ´µ½¢ « ¶”±·。 电气工程、信息与通信工程·245· 90 ¸ W3 Table 3 º ž Ÿ € ¡ ¡ » 27 ¼ ´ ­€。 ‚ƒ ­†€, ‡ˆ ­€ , mhdengoepqHrst Downhole measurements of same  distance at different depths  Š­†€ „ ‰, ‹。  / 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] . ˜™Œ 1 000 5. 00 2. 79 [3] ƒ , „ ¡, †‡ˆ. ¢£¤‰¥¦Š Ž ‘, ’ “, ”•–. 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] . ŒŽ‘’“” —, 2015, 4: 86 - 87. [7] [ J] . “ “”­š„›œ[ J] . žŸ€‚–‹, 2015, 10: 66 - 66. š„ [ J] . ‹ŸŒ, 2015(05) : 24 - 26. Š ˜™š›[ J] . œž¥ªŸŒ, 2012(05) : 20 - 24. Ÿ¡¢, „£¤, ¥¦¦. © [6] Ž‘’ •‹– « BP §¨ — §–¬®¨ ‹›œ[ J] . Œ¯“, 2014(05) : 116 - 119. ª«, ¬, °®¯, ±.  « GA - BP §¨   ²³[J]. ‹‹¡´, 2013(01): 153 -160. Gamal Eimasry, Sergio Cubero, Enrique Moltó. Inline sorting of ir regular potatoes by using automated computerbased machine vision system[J]. Journal of Food Engineering, 2012, 7(112): 60 - 68. [8] [9] °±², ³´µ, ¶ . §Œ‘ Œ“, 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 environ ment[ C] / / 2010 2nd International Conference on Intelligent Hu manMachine 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] . ¸¹ºžŸ€¡¡´, 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  ­€ ,  ‚ƒ BP  ­€ „ 。 †­€ ‡ ­€ ‚ˆ‚ 0. 005 0、0. 014 2  0. 006 2,‰Š †。 ‡ˆ ‰Š‘’‹Œ。 ƒ„‹ ; RBF  doi:10. 3969 / j. issn. 2095 - 7262. 2018. 04. 006 ‚Š ‰ #$%:; ;  &'()*:TD324 +,-*:2095- 7262(2018)04- 0383- 06 ŒŽ,  Œ†, ­€ +./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 multichannel compression strength information using the ROCK60050 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) ,­,,€,‚ƒ wu_jf@ hrbust. edu. cn。 „:、 †‡ ,Email: 电气工程、信息与通信工程·247· 384 ¢ £ ¤ ¥ ™ Ö Ö ¨ 28 © § ’ 100 mm „ 0  †。 ‡ˆ‰¯Š ROCK600 - 50 èT¨.‹。    ¦   ,­€‚ƒ„ ,†‡ˆ ¨.ŒÊŽ2‡` 5 MPa, “‘“` 1. 5 MPa / min,  Ÿ ’ “ ` 1 s。 ¨ . ‡ ˆ Ð ” 1 •。 [1] ‰Š‹ŒŽ‘ 。 ’“”•–—˜ ™š›,œžŸ¡¢£¡¢¤¥,¦§¨Ž ©ª。 «ž£¡¢¤¥¬®¯°±²³ ´£¡¢,µ ¶·¸¥¹º»¼‚,¨Ž ’²“©ª。 ž‰½¾¡¢©ª¿ÀÁ´ˆÃĪÅ© ªÆÇÈɈÊËÌ,Í­©ª²“ÎÏÐÑÒ。 Ӝԛ›ÕÖר,Ù¡¢ÚÛ¤¥,ˆÊ“ [2] Üݒ޲³“。 ßàáâ Ýãœäåæç èé¡¢, ­œ D - S êë¹ìíî ¡¢ÚÛ¤¥, ¨ŽÉ•©ª, ݒީª²“。 ¤¥ «Ô››ÕÖ¿ÀïðˆÊñò–,óô õ,Ñ äåæçïðöÖ÷§øùúŠÅ。 ö 20 û ü 90 ýþ§ÿ,ˆ~ӜÑäåæçÚÛ¤¥ [3] }| Çó{ãŽ。 [\]â Ýãވ‰Ó 1 Fig. 1 1. 2 $[5 - 7] #Ӝ RBF äåæç,"!Â012"3 ª¡¢、45678ª8¡¢§ø9òABCD¡ ¢ÚÛÞ¤¥。 «%$™žEÂFGHÚÛ¤ ¥, Â3ª¡¢>¹ôIJK、 ²³“Î’, Â=  ¤ ¥ L © ª M ð N ™  O P。 Q R S œ ROCK600 - 50 èT¨.š›Éó´UÞ 20 ¨.,ɬ®Ü, Sœ RBF äå æç“ë"ÚÛ¤¥, ±¸ˆÃI` ²³¤¥ë,^Ӝ Matlab Âô" Triaxial test platform َ 2  ‡ – — 5 MPa / min  ‘ “   ¸ 5 MPa,‡Ê“‘“` 1. 5 MPa / min,  ˜™š•,›Ÿ„œ=,žŸ¨.,Ýë, ¡"¨.ëЌ 1 •。 1 œäåæç^Û_æ `@?>¹, êë¹ìœ [4] =?¤¥<¹¿À。 ;:/â Ù D - S êë¹ ìí BP äåæçÚÛ¤¥, .êÞ<¹¿À。 [5] ,+â }|ޞÔ*)Š(¡¢¤¥'&。 %  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 ¨.ŸöŽ, 1 195 å Êïð –。 `Þê¨.Uó´–, ŸM ãö´ˆŸ,`Þ¨,Ÿ  。 ɐL ­¹‡Ö–€ª Ê@Ý,Ÿœ‚ ƒ 50 mm, œ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   ­€‚ƒ„ ‖d‖ºÅ¹,µ R ‖d‖ = e - ‖d‖ 。 2 (2) „  †‡,ˆ„†‡‰、 Š, ‹ Œ,Ž‘’“, £¶´ R( σ p - c i ) = exp( - 1 2 ‖σ p - c i ‖ ) , 2s4 (3) ­,€”Ž•–,‚—  Œ˜™šƒ„ [8 - 13] ¡ ›œžŸ†¡‡ˆ 。 ‰¢£¤‡‰¥” ¡,¦„  §€‚ƒ ,Ѝ‹ŒŒ˜Ž©‘’¡“”•,–—ª « RBF ¬®¯°±²,³”´™ µ ™ ˜。 ‰¶·,   , ¸ σ    š›œž, Ÿ¡¹ M = ( m1 ,m2 ,…,m1 200 ) T ºŸ¢,  £ :c i ———RBF ¬®¯°Æƒ·; s———¸Ç。 RBF ¬®¯°È¡²¬®¯°É, ¹Ê æ§Â、®»Â¦‹ÂË。 ɬ®¯° ªº»¼¸½Ì¾¡Í‰£Ì¾¡‰, ¥ ¾¡ª–Ë®»Â, ¨Â„¦§Â ¿¹,¸½ÌÀË£Ì。 RBF ¬® ¯°•–Áª 4 «。 ¤ 9 , –— 3  RBF ¬®¯°,  ¬®¯°»¼ 3 ,¥¼ 3 ¦§¨½, ¦‹ž©¾, ¥¦‹¨½ 1。 „¿• ´ÀŸ¢,±²Áª 2 «。 Fig. 4 4 RBF  RBF neural network structure ÁÂ,RBF ¬®¯°͋Œ¦§Â®»Â Fig. 2 2 RBF  Fusion model of RBF neural network ›¢,Φ‹Â“¦‹¾¡Š,ÏÐà ĿÑÅ,ƐÒ–»。 ¦‹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, š›œ M y = ∑ ω ij φ j , ¸ j =1 (4) ,ω ij ———。 ‘”­ ¨§¹¨º。 ”­© 。 ”­ € 1, ’  。 ›–»‹  BP ª¼«¬“”’®,BP  › RBF š›。 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———€‚ƒ„ †‡ 。 23CE#FGH ˆ‰ M = ( m1 ,m2 ,…,m1 200 ) T ,   9 , ‹ RBF ,ŒŽ 2、 RBF Ÿ BP € ; N——— 3. 2 Matlab ’ ¼ ‹       “ ” ¶ ·, ; T——— G——— ?K1L ‘ 3。  ’“ ‘ 1  σ4 ~ σ6 , σ1 ~ σ9 。 Š σ1 ~ σ3 , ‘ 3  ‘ ‘2  σ6 ~ σ9 , 3 ”­。 “ ‘       ‘ 1、 1  , ’  € ”­。 ‚ƒ•„, “ —† 1 200 ‡ 3. 3 Fig. 5 › ‘“”•ˆ—–—,˜§ X im - X imin X im = 。 X imax - X imin ’®½ 5 ~ 7 „³,RBF Ÿ BP  ‘,RBF € ˆ‰À¹€ ·º»。 † €  ‘ š›œ¨,˜Š, ©ªˆž。 ,   P、T,G —•©²³ ±£, , ¤Š, › ´µ¥,¶·­¦, ž•Š© 10,n 1。 ·250·电气工程、信息与通信工程 k, 0. 000 01,v « ¬¡«®ž«¢¯°‚ƒ ˜Š, ‘ 10,N ·¸¾ˆ ¿±。   ,€ 67I2B$J Ÿ Fusion curves of sample 1 ¤´¹¨ºµ¶€ (5) ™ MN 1 B89OP Žž。 ‘Ÿ‚ƒŸ¡¢Ÿ£¤, ¥¦’ &5 ­, ˜Š™ˆš‰ 1 200 , , Š 800 ‹ œ,Œ 400 ‹ – ®¼,¤ À¹ª ‘ 1 ¤ BP  À¹Áªˆ‰À¹Ãš’ ‘2 Ÿ ‘ 3 ¤ BP € ´µ ¼Ä。 ½ 5 ~ 7 ½¾Å¿ÆÇÀÈÁ€ 8 ~ 10 ©  ‘€ ´µ, †½ À¹。 ½ 8 ~ 10 ¼„,‘Ã´µ¥ RBF Ÿ BP  ­€ ,°±É˜ 2。 ˜ 1 „³,š› ‘´µ¥,RBF ¤ 4   ,ˆ: RBF ‰Š‹† 387   ,­ RBF  €‚ƒ„  †‡。 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 ¤ ¥ ¦ œ ‹ – ª ª § 28 ¨ – —˜™ 0. 005 0、0. 014 2 0. 006 0。 (2)  BP ŒŽ‘’, ˆŒŽ“ “Ž,  šŠ›†œ —˜™ 0. 100 0、0. 024 0 (3) ‡ ŒŽ ”  : [1] ‚ƒ„. 0. 023 0。 ” RBF žŽˆ —• † ,  –ŒŽ , šŠ›†œ ­Ÿ€Š ¡。 †‡¢‚ˆ‰£¤¥Ц‹Œ§ ¨[ D] . Ž‘: Ž’©“–ª, 2017. [2] «¬®, ”•.  Dempster - Shafter Œ ޝ°±²Ÿ[ J] . ¯ª–, 2003(1) : 86 - 90. [3] ³´µ, ƒ, , ¶. ŒŽ¦™’[ J] . ª [4] ¹º»,  . D-S¼ ·—˜¸ ©›, 2003(4) : 412 - 415. BP ¸¾ ¤½ ¿ÀŒŽ[ J] . Á”™À™Ã, 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] ­€, ‡ˆ . RBF ‘˜¸¾¿À ‚, ƒ´„, ¶. žŸ†‰Ý¯Þև ‰ˆß€ÇÈ[ J] . °¡àª”©›ª–, 2016, 35 (10) : 1954 - 1964. ‚, , « . RBF ‘˜¸¾¿À ŒŽ› £Ø£ÙÚÛÜ [ J] .  œ ‹– ª ª –, 2016, 36(2) : 271 - 274. [11]  20 ,  ­€,  ‚ƒ„ 1 200 †。 ‡ 20  ­†, ˆ ‰ 。  9 ˆ„ ,  3 Š RBF ‹†ŒŽ。 (1)  RBF ŒŽ‘’, ˆŒŽ ·252·电气工程、信息与通信工程 ‚, , « 2016, 36(2) : 271 - 274. [9]  “Ž†• , RBF ÒÓÔ ŒŽ›£Ø£ÙÚÛÜ[ J] . œ‹–ªª–, –ŒŽ ‚ Š, ‹ Œ, Ž, ¶. ŒŽ‹Œ 𐑒§¨[ J] . ¢£‰‘œª‹Œ, 2013, 9(3) :  ROCK600 - 50 ,  , “” , ‚Ñ», , ¶. 126 - 130. [10]  RBF ËÌ͘ŒŽ§ , ÕÖÖŒŽ§¨[ J] . Í×ÍØ‹Œ, 2015, 46 (1 ) :   . „ ¨[ J] . Κ£”ÏÐ, 2011(6) : 103 - 107. [7] between two algorithms ‘ÇÈŒŽ[ 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. [13] Sergey V M, Liudmila I K, Ekaterina Y E. Interval data fusion with preference aggregation[ J] . Measurement, 2017(1) : 175 - 178. ( )  28  4           Journal of Heilongjiang University of Science & Technology 2018  7  Vol. 28 No. 4 July 2018  1,2  , 1  , 1  (1.  ,  2.    ,  150022; 150001) 8: ,  ­€‚ƒ  †。 ‡ˆ‰Š‹ ŒŽ‘€‚ƒ’“, ”•–— ’˜™š›œž, Ÿ¡ 7 „ FREAK ¢£¤¥¦¤¥›œ。 ‰§¨©ª«¬®, ¯ž°±²³´µ¶·¸¹¢£º», ¼½¾ ›¿ÀÁÂÃÄ  ®,”Ì  ™š„ ,™ÅÆÇ„ 。 €È ±,‰ÉŽ‘ʀ‚ƒ’“ Ë ÍÎÏÐ 0. 36 mm。 ¸ÑұӁ†ÔÕÖר,ÙÚ¡ 。 ­€‚ƒ; FREAK; ¢£º» doi:10. 3969 / j. issn. 2095 - 7262. 2018. 04. 012 Û „ 9:;:„ ; <%#=>:TP391. 41 3?5>:2095- 7262(2018)04- 0415- 04 34@AB:A Threedimensional reconstruction method based on color pseudorandom coded structured light Wang Guoxin1,2 , Ru Hongfang1 , Zhu Xianhui1 (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 150001, China) Abstract:This paper presents a threedimensional reconstruction method based on color square pseu dorandom coded structured light and designed to enhance the surface information of objects in threedi 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 threedimensional information of the object using the principle of triangulation and ultimately completing the threedimensional reconstruction. The results indi cate that projecting only one structural light pattern means a 0. 36 mm RMSE for threedimensional recon struction of the planar objects. The experiment proves that the proposed method with a higher precision could work better for threedimensional reconstruction of noncolored objects. Key words:threedimensional reconstruction; coded structured light; FREAK; feature matching CDEF: 2018 - 04 - 11 KLMNOP: (1980 - ) ,,  ,, ,  :  ,Email:wanggx1980@ 126. com。 电气工程、信息与通信工程·253· 416 0   · ¸ ¹ ž ‰   º 28 » Ñ   , 。   ,  。     ,  。  ,  ,Z. Song ­ € ­‚ €,ƒ ­‚„ †‡ˆ,ƒ„ 。   ‰, ˆŠ‹ [2] T. Z. Sun ­ ˆŒ ‚€† ‡Ž Ž„ ­‰, Š 3 × 3 ,€ ’ “‹‚‘”†‡‘‚, ƒ  [3] 。 J. Pagès ­ •’„–—˜ Œ††™š›Ž De Bruijn ‡ˆ , ˆŒ™š‰ 、 ‰ž , ‘’Š、  ­Ÿ†‡‹Œ。 ¡“” ˆŒ†† De Bruijn ‡ˆ¢‚•£ , ††¤  Š [ 4] ¥–¦ ¥ˆŠ, Ž‘§ ©,€ ¨”—。 ª,     Š  • ˜ –  — ‰  ™, « ¬, S. M. [5] Tang ­ ˆŒ ˜™š–†›® ’¨“ ­ ­€Ž , ƒœ ­‚„  ,•’ž ¯›°±†­†‡²‘‚,³ š´µ Š   Structured lightassisted binocular stereo vision system ²Å、¹§’“、 ­™Æ§¹ºÇ»[7] ,޼½¾¿。 š ’“ª“–°¨À©´‰Á, ,ƒˆ‡‘ ‡ ‘œ Fig. 1 [ 1] 1 «¬¢£ ±¤»°¨À¥§À ‰ ²µ¶·¸Ÿ。 ¢£  ™Á ¯ , Ǐ¶ €Âê ™ Æ Œ: (1) ³‡È  œ   ‡   Ä   Å,†¢É“ž。 (2) ÊÆžË™Á¯, †¢ ®ˆ‡ž, Ǚ¨À©´ª ˆ,Ȟ‡Å,ɞ‡Ê€ Å。 ɉ Ǐ´§、、、、 ‡€Â 2 ¥Ã,  ¶ ·‰Ì 50 × 50, ËÌœ‡ 2 × 2 ̶ ·Äµ¶·¸Ÿ。  [6 ] 。 ®Ÿ­ ˆŒ œ›¡‰¢£œ¤‚’¥¦  žŸ。 ¶¡§·­¢¨—·¢£ ,©¦¢£©§ª« ’£¬‚¸¹,º¤»ª«’†‡ ®¼¥´µ 。 ¯žŸ’“°±,‚ ½´²¸,¦³¾¢£ §€ €,€ˆŒˆ ,¿ FREAK 、¨À©´‰Á žŸ,ª«´µ 。 1 Fig. 2  ¹‚¬Ž ,  1 ¥Ã。 𢣮ˆµ¶·¸Ÿ, ƒ  ‚¯, •’ˆ ,´µĕ ·254·电气工程、信息与通信工程 。 2 2   Color squares coded structured light image  š‡­µ¶ ²Í, “Í­µ¶ ¦,Îϐ†‡ 3 × 3 ζÐ, ³ 4 • 417 ¯°»,œ:±¼½¾²¿Àˆ‘³’‡Œ 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) ƒ„ ,  C c 、C d 、C e 、C f ,    T  †。   (4) €  ,‡ (2) 、(3) ,  (5) ‰    3 ×3 ˆ。 ­ Fig. 4 。 , 3 3. 1 4  Down sampled image corner extraction   Alexandre  Raphael œ  FREAK Œƒ„— †”ž•ƒˆ [8] ‰Š€˜ 。 ™¡𔛇œ¢žˆ”›‡œ ‰“‚”ž•Ÿ– Ÿ£,‰Ÿˆ‰¡¢£¡¤¥,  ¤Š¦§ˆ‰, ¨©£¡ª ‹,¥¦Œ ¤Š‡§ˆ‰,«Ž„¬®¨ –‡¯, ƒš’“ˆ‰Š€˜°©。  5 ±€š®¨²ˆ‘, ‰Œ Ÿ、Œ›ª’³“。 FREAK ˆ‰Š€ŒŠ‹Ž®¨” ´ Fig. 3 3  Gradient operator template Š‹€Œ,  4 。 ”•,„– ˜。 ­ƒƒ, ™ › 3 × 3 ,Š‹ ‹Œ,ށ  †‡— š  ˆ‰Š€ ­‘€’‡。 F = T( P a ) =  4 ‚,Ž‘ ƒ’“, µˆ‰«,–: { 2 a T ( Pa ) , ∑ 0≤a < n 1, 0, I ( P ra1 ) - I ( P ra2 ) > 0, ¶, ”:P a ———·; n ———ˆ‰«’; I ( P a ) ———¬ª’³“ 。 FREAK Œ€Œˆ‰Ÿ¸ ¹ Ÿ® , 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   , ƒ, „   †  ˆˆ‚ƒ‰Š 4  ‘ ½ ½ Fig. 7  1 000 。  ,,  — ‡€,    。 ‹Œ ‡Ž‘’“ MER - 310 - 12UC,  2 048 × 1 536 ”; ƒ• computar M1614 - MP2;  –    — ’ “ XR - D255XA。 ˜ 28 ™ Ç 7  3D reconstruction image of plane ¤ Š 0. 36 mm。  7 „ ¥, ­ – ¦€‚›§ƒ ¨ „, ƒ ˜ „ š ›œ,© ª˜ «¬。 5  ¥ ®‚†‡Ž€‚›§¯°ˆ† £ ˜,‰ ›§ƒ ‰ 2 × 2 Š‹Œ ,ˆ Œ Š‹‚ 。  ‡„¬±ƒˆ ¬ Ž,† FREAK ˜  0 « 1   ,‘  „š ,£²³„™€,¯ ´© ƒ ˜ 。 ‚›§ƒ’ “” ,µ¶’“‰ˆ†™€‰Š ‹,Œ· Ž•¸¹º。 : [1] [2] Song Z, Chung R C K. 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Vandergheynst P, Ortiz R, Alahi A. 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.  ‚ƒ„ , 2  †‡ˆ‰, ­€ 150022) ": , ­€‚ƒ„ †, ‡ ˆ‰Š‹ŒŽ,‘’“”•–—˜™š› œžŸ¡ˆ, ¢£¤¥¦§Ÿ¡¨, ©ª™š ! «¬®,¯°‰Š‹ŒŽ±­, « £¤¥¦§。 ²³´ µ,¶·¸¹ºŽ„、»¼ŒŽ±­°„½¾¿ÀÁ 97. 16% , ÃĉŠ  ‹ŒŽ±­°„«ÅŽÆÇÈÉÊ˃。 ̌ŽÍ «„¿ÀÏÐѐÒ。 ­€‚œ, ɚ ; ’“; › œž; ; ‰Š‹ŒŽ #$%: 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: Š‹ŒŽ‘’“(51674109) ;”ŒŽ‘’“( LH2019E084) :;<=>?: •–—(1959 - ) ,˜,”™š›,œž,Ÿ¡,Ÿ¡¢£¤,¥¦§:¨© §,Email:wu_jf@ hrbust. edu. cn。 †、ª« †¬®¯‡°±ˆ † 电气工程、信息与通信工程·257· '4 & 0  497 %$#,:(òŒÑ"Õ,+*-¾;:_Ä/)? 1  , ,    1. 1  ;:_Ä/ ( SVM)  Corinna cortes ÌÍø ­€‚ƒ„ †‡ˆ ‰Š‹Œ。 Ž‘’,„ “”•–—˜™, [10]  ,εϽ¾Ð·¶° ,£¾ÃÉ¥øù,ÑÅз¬ÒÖÓ¥¶ š›œžŸ¡Ÿ¢,Ÿ¡Ÿ£¤,¥¦ §¨©“ª«¬®¯¤Šš›°‚, ­ °,°•–,[àáë:³´ÔÕÃÉ。  Öò“”Ëר, Ù(òâ«Ú=<Ûô ±²³´ ““µ¶£¤·š› [1] °‚ 。  ¸¹ º», ¼½ ž\©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(– ÑÔÕÖרٞ、 ÚÛٞ、 Ö×ÜÝ、 ÃÄ ¬ ÞߕàáâÍãäå, “ Óé”ËÔÕ¥ f( x) = ωφ( x) + b, ¿ÀÁÂÃÄÅ«ÆÇ [2] ÈÉÊËÌÍÎÏЌÑ ( AE) 。 Òӌ ÞßÒӓ”ËàÑ φ( x) àÑ¥ùáâ,Ò (1) 懰ç,㓵‡Éš›èéäå,–êàáë ìí,ÅïðñòðóãËôäõö÷, ã:ω———ÔÕäžå_Ä; b———§áž–æ‚çÒ。 ðÒòøù “”˺»§Ô±èéê, ë ” ˖à ,ìí ܱ°ò 1, ÀÜ, ÿ~îï¹Ä [3] “úûüýþ 。 1870 ’, ¨© ÿ~ŒÑúû,Í}|ŒÑúû¡{å‡ Éš›,[\š›­‹ÈÔÕ š›­‚æ‡,— ÔÕ, èéäå。 ©] äå ^  ¥ ô   ¢ ¦ ,  M. Khandelwal ã [4]  ç Ö ,  ζ i , ó-¾äž¹§ ð s. t. [5] ç_üäå。    ½ ӌÑÔÕ, á` Øžˆ­、Ø­、ߕ°。 @ç,{å^?€‚ð: ƒ„?、 [6 - 7] 。 ä削^ ††å?、>‡ˆÑ? =<€‚ð:‹ŒŽ?、BP ü?、;:_Ä/ [8 - 9] ? 。 ‘ò–’ˬ“”Ë,  ӋŒŽ?¼•–—?˜¯™,BP ü?š .›œ~ž¶-Ÿ,—?’,;:_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———ñòôõ•Þ。 öÓ Lagrange ÷+, ÑÅ  Lagrange äž, ­ÿ~øäž k( x i ,x j ) ,¥ SVM ÔÕ䞧 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/¨,©ª⫞\,  ä偬Ï®;:_Ä/Ÿ¯°•–、 “”Ë 2 øäž¡ôùŽøäž(K(xi ,xj ) = exp( x -x′ / 1 2 σ ),g = 2 ), í§¡ôøäž¢ž g á`ñòô σ õ•Þ C £¾ÃÉ©¤, Å,+*)?ð Ô±,²ÃÒÓ,+*)?³´µ-ÃÉ-¾ ;:_Ä/¢ž,  ¶·¸ ³´µ-ÃÉ,ù‚Ó,+*)?-¾;:_Ä /¢ž。 /?‘òí§¡ô¢žÅ.›£¾Ãɤ, § ä健¦£ÒÓ, §,+*)?ˆ ¥¹ºäå。 »¼äå½½¡ô¾‚ ¢ž,¿‘ò ÀÁÂÃÄÅ,. ›äåžÆË, ¡ô¾‚ÔÕ¢žäå àÇ˖ù。 â«(ÈÉ, Ê˨ Þߕ, ;:_Ä/äå。 ¢ ¢ž` ·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¶-Ÿ 。 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 ƒ 1 μs,¿À¼½ƒ 40 dB。 2. 2  、 、   ( P best )  ( G best ) ,。  D , n   D Ú ²®¤¥¦§¹Á‘ŸÈÉ,¨  ,– Œ°¸¹ºÂ©¤¥¦§, ʤ¥¦§¢ ,‘—̸¹ºŠ‚¨©¤¥ Ë© ¦§£͆。 ÎϤ¥¦§¨©‰Ð, ‘—¸¹ºŠ‚( ÃÄ ‚、 ¼½Å ) ²®¾§ ‚。  i  v i = ( v i1 ,v i2 ,…,v id ) ,  ŸƃÇ。 ÃÄ ( p g1 ,p g2 ,…,p gD ) T 。 ¼½¿ÀÌÃÅ,Œ‹¿Ð、Ÿ  T ƒ P i = ( p i1 ,p i2 ,…,p iD ) ,„ƒ 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 ———Š; ‹[0,1] Œ Ž‘‚。  ­ €       ‚ ƒ  „ [ - X max , X min ] ,[ - v max ,v min ] 。  ”•– ’„ ’ †‡ƒ “”•, ‹ 。 Œˆ–Ž‘—˜™ ‘’‚Š‚ g š“ Œ‚ C, —›œ˜™ž‹ œŸ、¡š›†œ,€ ’žŸ¡˜™ ;²®¾§ŸÒÓ¶¤¥¦§¹ © Ÿ‚,Ô€ÕÖÒÓ¤¥¦§ˆ× ¼Ø。 ‘’‚Š‚ ͌ˆ–Ž‘—˜™ g €Î“”•– Œ‚ C, — ›  œ ˜ 、 ¨ © , ŽÙ¥Ú‚ÍÛ“”• , ˜™ ‘¹ Ü   Ý ¥ Ú • Ï ™ Þ Ö ß à  œ   v id ———,i = 1,2,…,n,d = 1,2,…,D; ˆ‰、Š‚„  ¢ k———ˆ‰‚; r1 、r2 ——— ʉ‚,Œ‹¤¥¦§Ëʆ,¼½Å¶È Á ; ‚¶ÈÑÉ ‘Š‚‘— œ ,  ’£„ †Ö œ , œŸ 、 ¡š› Î Ï PSO - SVM ¤ ¥ ¦ § ¨ © ‰ Ð , ‰Ðá   â Ç  ¡  Ý  ã       Ž Є , ¢£š› , ¡˜™ – ‘’‚Š‚ g €Î“”• Œ‚ C, ¢£¤¥¦§¨©¢ , ¨ ©‰Ð ä 1 ³ , ä• : (1) åæ›,¹‰‚ T max 、 ‚ N、忉‚ t = 1 s。  Ž‘ÑÁ N   x1 ,x2 ,…,x N ,åæ X( t) ,  ,¢£¤¥¦§¨©¢。 åæ V1 ,V2 ,…,V N ,åæ V( t) ,¹ƒ 2 ˜™  2. 1  ‘¢Ë g、C „ (2)  X( t) , 。 ‚, š ŒˆÖ, äÝ‹Ö³ ,çƒ, ‚ƒä•,y i ƒ Ž‘ª«‹¬£¤¥¤†Ž¥ ¦,„¡ª«‹§®¥, ƒ¯š¨“”© ,¥ ^ è,y i ƒ¥Ú ƒ±’±²ˆ¢•, ³®¥°´’Š´ «µ 50 mm,£ 100 mm ¶·¸µ。 ¹º»†¶€’· ROCK600 - 50 ¼½޾ ¿·¯Ÿ¸³ÀÁ SH - II ¸¹ºÂÃ。 » ¼½޾©¸¸µ¼½œ§Ä ¸ ¹º¼½²®¾§Ÿ, ŽÅƒ§œ ƒ 5 MPa,¼½޾Ьƒ 1. 5 MPa / min, ¸ ¹ºÂùư 20 ~ 110 kHz , °Ç N F = ∑ ( y i - y^ i ) 2 。 ¦°ª«±Š¬。 ²®®¯Ÿœ³†°© (6) i =1 (3) ́ (4) 、(5) Áš, Ñ Á X = ( t + 1) ,V = ( t + 1) 。 (4) é¶ ê¡Ò”Óµ, ç­ t = t + 1,ß ¡ 2 €‚,«¡ê¡Ì‰‚ T max 。 (5) ¡’‚Š‚ g “”•– C 。 (6)  Ã Ä Œ‚ ‚、 ¼ ½ Å 、 ¾ § Ÿ  Ô Õ ƒ 电气工程、信息与通信工程·259· ‹4 ª 499 «¬®,:¯‚°±²ƒ³¡¢£¤œ´µ¶Ÿ·¥ ,, 。 :“”、“”、、。  W z ( t) Š,  “”、“”、、 ,„Ž‘ ‡  [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 , ƒ 1 , „ † 1 ~ 200    ,201 ~ 230    , € 。 „ , 、   、   W( t) A( t) - A0 , A max - A0 W( t) =  [12] (7) Ž 1]  x′ = a + b × A0 ———ˆ; A max ———‰Š。  i =1 :W i ( t) ———t ‹ i ; (8) Œ。 ƒ 1  (7) ,  2. 4 ƒ›œ, 1 x = ( x′ - a) ( x max - x min ) + x min 。 b ¡¢£¤œ¥¦§†¢ C1 = 1. 5,C2 = 1. 7, ‰Š (8)  [0,0. 25] 、(0. 25,0. 50] 、 0. 511 9,¨ (0. 50,0. 75] 、(0. 75, ∞ ) „Ž‘ ·260·电气工程、信息与通信工程 (10)  Ž‘Œ:[0,0. 25] 0. 25,(0. 25,0. 50] 0. 50, ( 0. 50, 0. 75 ] 0. 75, ( 0. 75, 1. 00 ] 1. 00, ’„Ž‘Œ (9) :x max ——— ‰Š; x min ——— ‰; x———ƒ›žŸ; „  f i ( t) ———t ‹ i x - x min , x max - x min x′———ƒ›Ÿ。 3 W z ( t) = ∑ W i ( t) f i ( t) ,   €‚—˜„™š, (9) ­ƒ›œ„,– ‚ [0, •– 。 :A( t) ———t ‡;  Partial data list N Predict model flow   ­    N、  M、  Table 1 œ 100, ‡£ˆ 20。  2 ‰‘ Š¡¢£‹œŒ, ‰‰¤ g 0. 93, ‰ ¤  C 15. 51, ‰ ¤ ‰ ‘  Ž 0. 010 8。 ‘‡ ’ 3 ’ƒ 2 。 © 500 Ê Ë Ì « © Í 3 ¬ ¬  Î 29 Ï ¶  (1) „ ­†, ‡ˆ‰†Š‹Œ Ž‘’“、‹Œ”•–ƒ—˜™, '2 Fig. 2 š“˜ , › œ €‚ƒ 。 (2) œ, „ ,   “ž•,Ÿ ­€¡。 klmnKop Fitness variety curve (3) 、   ,  PS0 - SVM ¢ ,‚ƒ , ­€‚ƒ „ †‡。 ¡ yz+.: [1] [2] , ˆ, £, „. ¤¥ ©ª‰[ J] . , Š, ®Š, „. œ‡ˆ‰‹Œޝ‘ ° ± ¦ ­  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] “”•. „–­’ ˆ‰¬, £, ­Š, „. œ—¼½ ¿˜†Š²³[J]. [7] [8] ,  ,   ,  2  e  R  , ,   。  2  ,  , ‚ƒ。 ,  [9] §¿Á[ J] . [11] ­¾‹ ¬¶, 2008, 33(8) : 866 - 870. –—, ˜™™, š ›, „. œœ ²³[ J] . žŸŸ, ¡¢£, ¤ § [10]  ¬¶, 2011, 36(2): 239 -243. Œ¥Ž, ‘’“, ”¸·, „. À™š‰•›€‚¦ƒ „ €‚ƒ  †‡‡ˆ‰†»Œ²³[ J] . ´ µ«¬©ª, 2010, 42(2) : 82 - 87. 41 - 45.  ©ª€§ˆ‚‰[ J] . ¦·¸ ­. ­ ¹ƒº, 2003, 30(4) : 12 - 15. Rock Mechanics & Mining Sciences, 2009, 46(7): 1214 -1222. [5] Comparison of performance results of three models ¦€‚ƒ†§¨ «¬©ª, 2011, 39(1) : 11 - 15. BP œÂž ¦ «¬©ª, 2017, 45 (10) : ¥. œ­¡¦ [ J] . §„«¬´µ, 2010, 26(3) : 46 - 51. Cortes C, Vapnik V. Supportvector networks [ J ]. 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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 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: ‚‚ƒ„ †„‡ˆ‰Š‹Œ( Hkdqg201806) ;‚Ž‘’“‡”‹Œ(12543062) :;<=>?: •–(1978 - ) ,—,˜‚™š›,œŽž,Ÿ¡,‡”¢£:¤¥€¦§¨©ª«¬®¯°±“,Email:jlynner@ 163. com。 ·262·电气工程、信息与通信工程 502 : / . - , ý ó ó OMP ‚à 0  ,÷¹èަž^Ā‚ƒϊ  。 ,  , »Ç˜È CoSaMP `@ ²É¢‚ƒŠëÉ, Á=ÊË SWOMP ëÉ ŽÌ–§ ÍÎϊ²³, ÎϜ ìÅÆ‚à  * 29 ) + ± ‚ƒÆŠÐÑ。 †‡ˆ‰Š‹Œ。 Ž‘’“”•–—•˜™Šš›œž,  1  ­Ÿ¡¢, £¤¥›, ¦§, ¨©ª« [1] ¬®¯° ±²³´。 µ³´¶·¸ й 1. 1  º»¼½€。 ¾¿½ÀÁÂà ­ –ÄÅÆ³´ŠÇÈÉ。 ÈɐžŸÊËÌ Ñ¿ÒÓ¨„’ªÔý›’¤ ¥ÃÕ,Ó¨„’Ö×ýÃՊ。 ØÀ ÓÔÕÖ, רž  Þ。 ¦ß ÙÑ,ÚÛÆÁœž³´¶·ÁÜÂà  ݊³±² Þ。 ÍØÞ Èàáâãäå,æçÐ蜞éê。  ÞëÉ¿³´¶·¸Šìíîï, ð ÙŸÑ,¶ÆÁèßÝàáØàáâã ފÈÉ,žÄÅ。 ¾ÆÁèä¤à ¯,ñ™òóôõö÷¹øùÀúÃûüŠ Þë É。 ¼ÝëÉý¤ÆÁïˆýþ, ½þ¿ÿà L1 ³´©ÄÅ,åæÂ筊, µç°öà N ‰¥Š˞^。 ä¤èé  ­€‚ƒ„  ÍŸÎϜÐÑÒ Š“ÙÚÛܼÝÒ ‹’~}Šÿ|{ëÉ ( BP) , [½þ¿\]ëÉ。 \]ëÉÃß|{ëÉ Š,¦§,œžéê。 ¡žŠ\] ëÉâ|{ëÉ ( OMP) 、  | [3] {ëÉ ( ROMP) 、 ³ ´     | { ë É ( Co [2] SaMP) [4] 、ï^ |{ëÉ( SWOMP) – [6] ï^|{ëÉ( StOMP) 。 ÿüÝëÉ [5] , š › ó ô ÷ ¹ ø ù À   _ ± ë É。   [7] `øŠ, ž [8] `@ׁŠÈÉ。  ­Ê Ê ï€‚ƒŠÎϜ±²_±, „¼Ý †‡ ˆ¿‚ƒ‰’Š_±。 ‡Šëɋø CoSaMP Á Š’“”。 ¦§, •–‚ƒ Š—˜ ¹       , Ü µ ™  ø   š òŒŽŽ‘`@ [9 - 10] 。 StOMP ëɛœè‚ƒž^_Ÿ¡ ¢’Ø StOMP ? OMP á⣤¥ŠÑÄ, ­ ¦§ £„Ѝ²Ë© £¢ŠѪ €。 „¿,StOMP Š‚ƒ«¬áâ½®€Ñ。 ¦ [5] §,T. Blumensath Ê ÷¹ž¯ ‚ƒ StOMP Á°±¼Ý²³,´ SWOMP ëÉ。 SWOMP ëÉ áâ¡¢’„、 µŠä³,„¶ Ö   È à ¨  ½ Ý ² ³。 ¦  Þ >‚ ƒ – SWOMP ëɎ¿Øž·¸Š‹’©¹‚ƒ—˜ Š«¬,µ¿Øžÿ÷¸‚ƒ—˜Š~ý¬Š ³«¬。 >‚ƒÈà,ëɺ» OMP ëÉ ¼„ø¡¢’,„¿,½¾‚ƒ•–Š>¿±µ ¡ÕÀ,Á¤¥,‚ƒ•–>Šš ­Áý。 §, ÂôÕ SWOMP «¬‚à – êë x  N,ÅÆ x[ N] , N x = ∑ s i ψi = Ψs, i =1 ì,s———íî N × 1 ¿<ð, s i = 〈 x,ψi 〉 = ψTi x。 ×»,x – s ¿ŠÊçÄÅ,ß,x ¿ ÞªñÞŠÄÅ,µ s ¿ Ψ ÞŠÄÅ。 ܽòŠÐÑ;ðó©ô, ‰³´¶·Š M ¿ x –õðö { j }j = 1 ®ËŠ M ‰™÷Š ë。 øÍ y j = 〈 x,j 〉 , ;ð¬ y j Í M × 1 <ð y н‰ÅÆ,;ð<ð Tj éù M × N ÚÛ Φ в。 ÚÛ y ÆÁúû y = Φx = ΦΨs = Θs, ì,Θ———½‰ M × N ŠÚÛ,Θ = ΦΨ。 ;ðŽ¿ÎϜŠ,¼ûü Φ ¿ýŠ× Žþÿà 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) ¿{ž[˜¢;ðÚÛ Φ –êë\] àá( DCT) ÚÛ Ψ Š³´¶·;ð,ï’ s i Š <ð¿Š,  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,´µÓԬ̐ÍÕ u (2) ¨ A r t - 1 ÇÏ T h ¼¼½¾¿。 ¡¸Ö×: T (1) ؓ,θ t = 0,ÓÔ r0 = y,½¾¿ÙΛ0 = ,½¾¿ A0 = ,t = 1。  s  K = 4 , y «¬³´«ÁÅÈÉÆ¡ OMP ¡¥Ç Ĕ,ȱ²³ Ѓ´µ‚¡’»“ ( 0,1 ) 。 Ï  ´ µ Æ Ç     ¥ Ç Í ,   T Œ»,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   ƒ †‡ˆ‰  ””• [1] •–—–—• ˜™š。 ”›œžŸŽ‘¡¢“。 1. 2 min‖x‖0 subject to y = Φx, ¦,¦§  L1 ¤¥ ¢ (3) ,‖·‖1 ———«¨¬。 ©®˜™  £ ª ¯ ,      Ž ‘ §   ¥°Ÿ 。 ±œ²¡«¬³´ ¡ ( MP) ›Ÿ’µ , ®¶·¸¡¯°± ²³´µ¶¹¥°Ÿ , ·¸¹º’“ † , º ’»´µ’ » ´ µ ’ » £ ¼ ¼ ½ ¾ ¿ , ‰ (6) ³²Þ  K »ß¯³。 «à, Í¢“¡á ”’»´µÆÇ ⢓,OMP ”âš¸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 ———›¤,¦§¨。 ”œž›Ÿ,L0 ¤¥  ‚¡ ƒ§ ÀÁŸ, θ t = ( A Λ t AΛ t ) ’»。 ρÆ´µÆÇ, ”¡“À«ä Á´µ ÄÆÇ¢“。  Ž‘˜™£š L0 ¤¥ A TΛ t y。 Š N  †‚ƒ„ ‹, †ŒŽ x∈R ‡ y∈ R M ˆ‰‘’Ї‹Œ, “’ŽŽ‘’“ †。 503 ¥ ÀÁ½­¥°Ÿ 。 «¬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¥ÇÍҒ»,ÓëÔç³ ² † ,ìÑ¿,íÔç”îº K Ñ † ´µ。 ºÆÇ‚‡ÆÇÀ“ÀՂ²´µ­‡ Ղ²´µÌ A Ù†¿ J。 ïðŽ‘ñ, ǸåîºÑ†–Ö´µ òó’»ô×õö。 ØÙ¯°À²´µ¥ À Á÷ÏéøÇÑÉ Tg ,„­òó´ ÆÇ“À¢“ 。 µ’»£ùú。 À²´µ½¾¿ ¢ƒ¿ —£®Ǽ¼×‚²³ÓÔ。 Œ®, ØÙÏ 2 SCWOMP  ´µœÚ。 ùúÑ, ®¶¥ ÀÁ÷“ À’»À²´µ, û›´µÆÇ ³² SWOMP  õö,“݇ ¸åÑ¢ƒ½¾’»¡Í‰ ‘,Œ®,üڂ¡ÛšÏý¢ƒ¼¼。 ÂÔ’»´µ 2. 1 «ÁÅÈÉ«¬³´ Ê«ÁÈÉ«¬³ ´¡( StOMP)  K Ë̒¢“¡。 á Β»,ºƒÏ Ž’»¿´µ¬³«¬’»。 «ÁÈÉ Äů° ,®¶Í ’µ ·264·电气工程、信息与通信工程 ’±²³¼¼ÓÔ ´µËþüړ‚¸Ý。 , Ü®Ñ ´µÞ‚²´µÇ†Íߏ ´µ ¤à,†ÿ¥á¯’»’ † 504 ¹ º » ¼ ½  θ t ≥T g = gmax Φ r , , g∈ ( 0,0. 5 ] 。     €‚, ƒ­€„‚  ƒ„ , †‡†‡ˆ‰ ˆ‰,,Š‹ŒŠ‹ŒŽ, ƒ„Ž ‘ˆ‰‘’。 SCWOMP  SWOMP “’ •1 ” ” SCWOMP  ,Ÿ Λ t ¡¢(4) 。 (7) £­¡, ¡, –Ÿ θ t ;Œ¡,£­¡Š¤ 。 ¡Š¤¥†¤ F = 1,(2) ; Œ¡¥¦ F = 0,(2) 。 Ф     , ‖ r t ‖2≥‖r t - 1 ‖2, ¤。  ¥ ¥§ ¨§¦,©ª•€«§¦, ¦ ˜ M,  ¡¥¬®–Ÿ。 ¯ „ §: §, ‖r t ‖2≤ε1 , ε1 ¨° Ž ;§, €‚ (5) „ “ Ž 。  29 À ¿ (6) †¤,r t = y - A Λ t θ t ,t = t + 1。 (4) ,。  ,  OMP、SWOMP  ­ 2. 3 (5)    Tg  T ¾ (4) ž y = At θt Ÿ,θt = ( ATΛt AΛt ) -1 ATΛt y。 。 ,  , 。  ¾ © , ± Ÿª„‚‹, ² š›œž A  ³´,‹±ƒ¬®–Ÿ;   ˜ M。 „¨ §,  µ¡¶·µ¥ ¸Ÿ,–Ÿ。 3  3. 1  ¹º—¡‘«»¼ˆ‰, ¯ˆ‰«½ N = 256, ­Œ 5 ©¾。 © œž Φ ­ M × N ‘« ¿¬œž, ¹º—¡ SCWOMP  , ®‰ ®¯° 。 Š » ¼ ½ K = 20、 © M ∈ [ 50, 1 000 ,®¯‘’, ®¯ 1 × 10 - 6  100] Ž,© ’,“• 2a ” 1 Fig. 1   θ t 。 ˆ‰‘’,“• 2b ” SCWOMP  y、 š›œž A; –Ÿ–•ˆ‰ x (1) –—‹,θ t = 0, r0 = y,˜™Λ0 = (2) ( F = 0) ,—¡š A r t - 1 ,› T ,  u = T h = 0. 5max A r  u T ” ¢œ, £•„ j a ;  ( F = 1 ) ,  u = AT r t - 1 ,› ”¢œ,£•˜™ j a 。 (3) †¤˜™,Λ t = Λ t - 1 ∪j a 。 M ‹ˆ‰‘ M = 128, »¼½ ŠŒÀ»¼½ K ‹ 。 †• 2a ƒ„ÁŸ, Š À ˜ M Ž SC WOMP    ±†‘ˆ‰‘’,  Flow of SCWOMP algorithm ,˜™ A0 = ,t = 1,F = 0。 。 Š© K ∈[10,70] Ž,© €‚“Ž: –•—˜™ ŠŒÀ©  g = 0. 5、M = 80 ‹®¯’Ã,  0. 4、 0. 3  ˆ ‰ ‘ ’ † 。 SCWOMP   OMP、CoSaMP ² SWOMP Ã®¯‘’”Ä M †。 †• 2b ƒ„ÁŸ, ¿³»¼½, ® ¯‘’ŽÅ´½  , ¬Ã K = 70 ‹ Ƶ ®¯,ƒ®¯¶·†。 3. 2  —ˆ‰ f = cos(2 π / 256t) + sin(2 π / 128t) , ˆ‰»¼‹—¡ÇȲɊ¤ ( DCT) ¸ ,   g = 0. 5。 —¡ SCWOMP  , ˆ‰ ˆ‰ÊË —Êː“• 3 ” 。 电气工程、信息与通信工程·265· ³´µ,ž:Ÿ¡SWOMP ¶ƒ„•–—˜ ±4 ² 4 505 †   OMP    , SWOMP    。     , SWOMP  OMP   ­€‚,  CoSaMP ƒ„ , †‡ SWOMP , ˆ SCWOMP  。  ‰, ­  ­€‚ƒ„Š † ,‡ˆ‰€‚。 Š‹‹Œ Žƒ„, „。  Œ‘’“‡ SWOMP ށˆƒ ‰ƒ‘”•。 –, † Œ’ “‘–,—ˆ”。 : [1] 2 Fig. 2  Recovery probability under different measure [2] ments and sparsity Donoho D L. 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[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  ­™™š( ›šœ™ ›œž, ,  †[ J] .  ) , 2018, 54(3) : 538 - 542. , ž. Ÿ¡Ÿ¡¢£¤ƒ„ SAMP •– —˜[J]. †¢£¤¥, 2018, 35(4): 1084 - 1087. ¦§. •–¨©ª¤¥[ D] . ™, 2018. : «­ , ¬, ¥¦. Ÿ¡ CS £¤§€‚ƒŸ¡¢ ›®£¨©¯°[ J] . 43(10) : 2109 - 2117. ª­™ ™š, 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; ­€ ‚ƒ, „ 3. € †‡ˆ,  150001) !  ": ­€,‚ƒ„ ž SIFT †‡ˆ  ‰Š„ ‹,ŒŽ‘’‡“” ‹Ÿ‡“¡¢”—˜£¤¥¦§¨©ª«, „ ´¬®¯ µ¶ ·¸¹º» ÃÄÅ,ÆÇÈəÊˊ 。  ¬®‡¯° •–—˜,™š‚›,œ ¯ ,± ¦¼,½¾¿ÀÁ,¥¾ ²³ ­€。  ,ÌÍÎÏ。 #$%:; Ðё’; Ҋ 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 ScaleInvariant 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: ‰Š‹ŒˆŽ‘’ :;<=>?: “ (12511454) ”(1977 - ) ,•,–—˜™š›œžŸ¡¢,£¤,¥¦,Ž‘§¨:©ª¢、«¬®¯°,Email: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,©ÆÇòƒÊË,èß#% :Ò=òƒ~±)='•, µžëÓÊË  ,   。  Ô°±œ~±@‹º»×”, ה§“ ¡¢ÕՄ»Ö, °±œ†È¡ ר ̺ÙÚ。 ÛÜ÷`ïò 1 ÝÞ。 ­€‚ƒ„, † ‡ˆ、‰Š ‹ ‘’。 “”•,2012 –—˜™š›   œžŸ¡¢ ‘’ 4 6 £¤,  1 1 £¥ Ÿ、5 £¦ž。 §“¨© ª«¬®¯, °±œ ŒŽ  ‘’“ ŒŽ Fig. 1 ªØ³ ñò、 óñò、 ôõö÷øùú。 °±œû™á⠏,™ëü¼ýþ,ÿÕÖï~ˆ、ó}|{、[\| 、ö]ø。 ³­^_èßéê°±œ™ëÊì [1 - 3] , ?äå å흫¬°±œáâ`@ Žáâ>éê,³ Á,Ž ßå,。  äàÙåæŽ  , éê°±œ°±, Þ°± = Õï<、~、‹@Þ° [4 - 6] 。 ? ±å; 、 ® 、  ­€øÖ‚ åæ   Ž  : /  ò ƒ „ å æ †  ‡ . , ˆ ‰Ší‹Œéê , Ž‘°±œޒ “ , Ž ¦ - ö 、 ¡ ” 、 • – 、  — ø  ˜ ™ š 。 ?›éêהˆ ³•,ü†œ“ŏž ë , ÂÐ  , Ÿ ¡¢£¤ 。            ” •      ­€ ‚ ƒ    ¾ 90% ‘’™。 ÂÃ,Ä«¬¼ÅÆÇÈ ¡ÉÊË,›ÌͰ±œ,ÎÏÐÑÇÒÓÔ Ý·,ÞßàÙáâ°±³ãäåæ。 ç äåæ,èßéê°±œ™ëÊìåí,îïð   ‰Š‹  ² ³´µ‰¶ 0 5 s ·¸¹ “ º» ” , Œ¼½¾ 50% ´µ‘’。 ¿ 1 s ·¸¹ “ º» ” , ÀÁ½ ½¾Õ։¶´µº»×”,  «¬ÙÚÛÜ。  2 '1 „ † ‡ˆ @ABCDEFGHIJ Flow of detection system for fatigue driving  °±œ°±`†, ~±)=‹`@ª ßÞ àáâ,ÂÃÁÔ ãä°±œåæ½ ~、ç~、è~ԛ~ø?­¶ÞГ,  „ °±`ŽéêëÎáâ。 —ìÁÔí, °±œî·åï,®¯ àáâ͆,à:· åÈ¡,¿ ~±åæð ñÎò@ ‹,À®¯°±œÃêëÎ_áâ,³ó õÌÍ»Þ。 2 1 ô KLMNOPQRSTUV6W'X ~±)=ðÐö÷øùÏÌ@, Ôú û þÿð ( Pitch) 、 x、y、z üðÐ,ՄýÐú ~}( Yaw) |{( Roll) 。 ~±)='•[ŽÕ© °±œÞ°±`†~±¿)\], ^? ¥¦+*§ , ¨©ª«¬Ü , ®_«¬è )=_`‚#@òƒ。 ?,æ, Ñß ÐÏ ¹åí,Ô°±œ>ßÉה, Ù=°) ߯Ù¥¦°ƒ~©°±œ~±)=† §ÆÇ‹  ² ³ ž ë ( ,   ´  , æ © ~ <,Ý:·å,µÃòƒ“‚#@òƒ, ; ^Ï:"ד"@:"×,ïò 2 ÝÞ。 ±)=†'• , µ¡¢¶·&»¸¹ , ´°± œž%‰¶ ° ± ) =  Ì º » & , ÿ ‹ » @ ¼   ‘’™ 。 1   «¬ ލ©†½¾Ù¿Àß,  è   ßÙÁ½¯¥¦°ƒ~Ï«$¼òƒ„ ÃÄ,ÅÆ$¼°±×”ø¸¹,°±œ± `†ÇȰ±œ†‰¶”„ 。 Éה ÊÄ¡Ë Ì¥¦°ƒ~、 òƒÑÍÎ、 •,ü、 ·268·电气工程、信息与通信工程  '2 Fig. 2 UV6WMN Frontal head’ s pose Ÿ1 ° 2 2 ± ²,:³’“  ,  。 ,   0°。  101 ­ œ;C1 、C2 ”³¡˜ž;l′ ŠŸŸ•,   x1 , Ÿ - ,     ¡ ¡  ‘ 。 — l′ = Fx1 。   、 、 。 ,   ­€‚ƒ„。 (2)  †‡  ˆ‰ Š ‹ Œ     Ž  ‘   ­ ’ “  [4]  ,  †‡‹Œ”•€–, —˜       €–‚ ™šƒ­’“, ›œ , ­„ 3 žŸ。 † SIFT ­ ¡¢£ [5] ¤¥’“‡ , ¦§ † ¨©ª«¬, €‚’“ ®‡¯°, ˆ ¤¥€–。 ‰ª€‚Š‹,70 × 80 ±,²Œˆ 150 ³。  Fig. 4 4   Ultimate geometric relationship of two images , ¢£.•š„ 8  ­/& '。 ¤Á, ¥/±’“ ½。 Œ  ˜Ž" K,š ˜&' P = K[ P | t] , (3) x^ = K (4) x = PX ±•,šÂ    𹥕 X  ¨© Š‹Œ€  ª«‡’“ ¬ Š‹Œ€    ­€‚ƒ ®¯Š‹Œ€Ž ƒ°± „ †‡ˆ‰Š‹ Œ€Žƒ‘’“” ­€ .•š -1 K ,È -1 x, ˜.•š&' x^ 。 ˜&' ¡/&' '—¿&'#¦: — ˜¿0& E = K T FK。 (5) ¿0&'Ċ12Ň+Æ34§¨,—: E = [ t] × R。 (6) ©(6) Œ5¿0&'2Å&' R。 2Å&'ŒÅšª6, —ÇÈÉ z、y、x 2Å ‚ •–§˜™ •–—˜™ š›œž  α、β、γ,2Å&'ŒŠ7 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  š›œž ¡ ¢£¤ Ÿ¡ ¢£¤ ¥¦£¤  3  Fig. 3 Frame of image feature’ s matching 2 3 €–ށ€‚, ’’“8ʔ¶¡¢£¤¥É2ÅË x、y、z [6] ® ·³ƒ«¡ 。 † RANSAC ­ ’“  €–ށ€‚, † ‘´ µƒ­’“”¶¤¥。 —·¸¹ ¥º• X,»¼ ”³ ,–  x1 、x2 ,–!— ˜"‡¡˜¥ ¡ #,Ž ½,—$%½ — ¤¥¡ ¾™,š†‡: x2T Fx1 = 0。 †™ ­’“¤¥/&'‡¿0&', (1) F ¿&', ›‘()*ÀŠŸ。  4 žŸ e1 、e2  ‘,—” ˜—–+ 9́, ˆƒ# ¥/&':͒“€‚。  3  ÆΦ’“½’“¬, ®† ±¯§Ï¦, Œ ŽÐ;žÏ<。 ‚  =•£, ‚  ­ 电气工程、信息与通信工程·269· 102 ¿ À Á  , RANSAC  ,,   ,   α、 β、 γ   5   。 ,  5a ,   ,    » » Ä 24 Š𠐐 ­€, ƒ( ) „€。 ‚­  5b ‚ †,‡,ˆ‰Š ­ ƒ ( „ ) , ŒŠ ކ‘, ‹ 5c ‰ ‡ ’ ˆ。 Š( Š ) , ‹ ‰ 120 , “” ŒŽ•。 –‘ ‹ Š˜ ™š,›œ。 4   à ­ 5b — 5c ’€,   Ÿ, “¡“ , ›ˆ”•–。 ¡ ž   ž,¢—£               ˜™ ‘ , ¤¥   。 ¦š§, “ “™‘, ©‡ ‘ªˆ›œžŸ,“¡‚«¬®¯¢°±。 ¡¨     :  [1]   lumbus. 2003: 444 - 449.         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(   )  28  4       e Í Í Î Journal of Heilongjiang University of Science & Technology 2018  7  Vol. 28 No. 4 July 2018 m^$/"‹Œ ,  , ,   ( eÍ Ú‹ßæ4Í,  150022) 7 8: ­€‚ƒ„ † ,• Ž‘  §¨ ® ‡ˆ‰ Š ,   。 ‹Œ, Ž‘’“ ” –—,˜€™š Extended Yale B  CMU_PIE Ÿ¡ Š “ –— –›œ, ž€ ¢£。 ¤¥™¦, Š ©“, ª« §ª¬ ¨¥,²³ ¢£ ´µ。 ¯°±§ª¬ ; –—; ‚ƒ„ 9:;: † <%#=>:TP391. 41 3?5>:2095- 7262(2018)04- 0419- 06 34@AB:A doi:10. 3969 / j. issn. 2095 - 7262. 2018. 04. 013 ¢£。 ‡ˆ; ™ Research on face recognition algorithm based on wavelet and sparse matrix Wang Guoquan, Qiao Qi, Zhao Yanqin, Gong Yan ( School of Computer & Information Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China) Abstract:This paper proposes a novel face recognition algorithm based on wavelet and sparse matrix in an effort to improve the face recognition rate under illumination changes. 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:  ͏ï ( F201436) KLMNOP: ýÔ((1968 - ) ,, 126. com。 ,,,†‡‘:GGô、ڋßÙÚÖ,Email:gqwyx@ 电气工程、信息与通信工程·271· 420 § ¨ © ª   · ·  28 « à t 0  ›:x ———­™€–´; x t + 1 ———­™ƒ‡´; η———·„  。 、  , œš ´ x, †¸“‡ 2 ©ˆšµ‚ L( z1 ,z2 ) = ‖ z1 - z2 ‖2 ,  ‰  。  ,  、 ,  2z1 ,ž¸­™¹Š z1 ˜ z2 º›‚ [1]  。   ,   。  ,  ,  。 ,      [2] ­€‚ :ƒ„  ­,­ ,† ‡ˆ‰Š [ 3 - 5] , ­  ; ‹Œ Žˆ ,† ­‘’­€“”; , –—•‚ ƒ­  •‚ [6 - 12]   „€, ƒ、 ƒ、 Retinex ‹Œ˜•‚™ ƒ­; ™ ‚› š  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———žµ´; t 2 t 1 (2) (3) t———­™ƒµ。 ·„ η ‹» t Ÿ¡¢£, ²­™ ‡ z1 ˜ z2 ¼½,š „ ‡ƒ。  °–ƒ¾ƒ 1 ¿³。 ƒ 2a ˜ 2b € Ex tended Yale B ˜ CMU_PIE ¤„  ‡ƒ。 ƒ­ ( HCLWT ’­ )  † š ˆ‰, † ’­†‚  [13] ‡ , ˆ›„€‰  Š,Š ‹ˆ‰。 œž, ŒŸ•¡œ™ ¢Ž ’­。 £¤„ [14]   ‘¥¦, § ­ ™ ™ ’‹Œ“•‚  ,¨ 1  ©ª€«¬®€ 。 1  1. 1   Fig. 1 Face original image 2  ””, œž••¯, °–ƒ‚ F、 F j ( j = 1, 2,…,j) ‚ƒŽ—±ƒ, ²ƒ €‚˜„€,€ z1 ˜ z2 ³ƒ 0 0 Ž „ €,  z1 ˜ z2 ‚      Ž ­ ™  € –´。  F1  F  2 , z1 =      Fj / 2  Fj    F  j -1 。  z2 =       F j / (2 + 1)  šµ 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 ƒ 1 ˜ƒ 2 °–ƒ  1. 2 (1) ƒ™ Œ¡, „ ¤¶Žˆ  。 ‚•‚¥¦ ÀŽÁœ‘。  ’‡ 𠓐ƒ L L ˜ 4’ ÆÇÈ,É:š˜  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 š˜ ©ª—«  3 ¦。 €‚«: (1) ˆ‰Š‹¡¬ t t t t +1 t t t ® z = z1 - η ( z1 - z2 ) ,z2 = z2 - η ( z2 - z1 ) 。 ƒ„  L′, (5) † 1. 3     R′。 , L L  H L 、L H  H H 。 (3) ˆ•‰  λ i (0 < λ < 1) ,‘,‘ L′。 (4) ƒ„(5) ,I′ - L′   R′    R′′。 (5)   ‚  “”  y = Ax •–—, ƒ— ˜™• , ƒ st. ‖Ax - y‖1 ≤ε, ε≥0 , Š‹; }  A ¨œ†°。 (7)  „—ŒŽ—。 x1 = argmin‖x‖1 ,st. | | Ax - y‖1 ≤ε。 Ÿ:d i ( y) = ‖y - Aδ i ( x) ‖2 。 (9) ·µ Ž        ¸ ¹: θ ( y) = argmini( d i ( y) ) 。 (7) 3 Fig. 3 ’。 δ i ( x)  ’¡ i ˆ‰Š‹ ¢’,ˆ‰Š‹¡’ Š‹  0 。 ­£ min d i ( y) Ž Š‹¤ ‘Š‹Ÿ¥, ‚Ÿ¥ Ž Š‹¦§ : min d i ( y) = ‖y - Aδ i ( x1 ) ‖2 , :δ i ( x1 ) ———x1 ¡˜ ’; ¦³ˆ‰Š‹ R′′1 ´Œ A = [ A1 ,A2 ,…,A k ] ∈ R mn , ‹µžŸ¥ ε, :y———Ž ε———žŸ; x1 ———Ž Š‹‚ (1) ~ (8) ¶ ƒ„ˆ‰Š‹ Š‹ y ‘ ’, š˜ L1 ›œ: x1 = argmin‖x‖1 , •   R′,  Šœ, ±¬²  R′′ PCA ­€†,  R′′1 。 ƒ„Š©, Ž (5) †°。 [15 - 16] ‡ „Œ A,Ž  t +1 1 ƒ„, Š‹  ­。 (2) ¯†°ˆ‰Š‹ ‡ (6) (6) Š‹¨§。  ­€‚ min R′ = min ( I′ - L′) 。 (6)  min d i ( y) ———Ž  。 421 ‰“© (8) i ˆ‰Š‹¢ 3  Algorithm flow  º»¼š˜ ©³½,  Extended Yale B  CMU_PIE  ‡ ”»¾¿,˜ ¯†°©À ©š , „„†¤—¬‡ ÁÂ, º ©‘‚,¸Ã”»¸ ¹, Ä   „ †  – ˆ 30 †,  Å    电气工程、信息与通信工程·273· 422 ‡ ˆ ‰ Š db1           ,       50 。 3. 1 Extended Yale B  Extended Yale B  ‹ — ¶ ¶ Œ 28 Ž · ¬€®,• MSR  SQI   ¯, °±,Ÿ¡  Extended Yale B  ˜ ²–。 , 38 ,   64 。    ,   ,  ,  3 ,    。   4a  4b   1a      [ 9 ]  HCLWT  ­    €  ‚         。 ‚ƒƒ„  HCLWT  †€‚‡ˆ  ,‚‰ƒƒ„,Š‚ , Fig. 5 ƒ„。 ‹ Œ ˆŽ‘ , ‚ƒ   ’,  €­ HCLWT  “”ˆ•,  Table 1 1 Recognition rate comparison Extend Yale B  w/ % ƒ„,   ˜™˜, Š˜™š 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 ›œ ­ ˆ•žŠ‚ ,Ÿ¡ ˜“。  5 ¢  ( SQI) 、Retinex  ( MSR) 、  € ( HCLWT) £ ,  Extended Yale B  ˆ•¤”。 ¥ 1 †¦,    5 § , ­¨ w €‚ 88. 297% ,     n € ‚ 20 § ,    ­ ¨ €‚ 98. 385% ,© ª‚,  €‚«。 ›œ 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 、 ¥ƒ 。  68 , ˜ 21 ³­„,  ,  ,   ,      3 ,   。  6a  1b  HCLWT  €‚  ,‹ 6b   Š‚  。  6b †¦, Š‚ ™˜。 Ÿ†  CMU_PIE  “,   ( SQI) 、 Retinex  (MSR)、 € ( HCLWT) £ ˜  ´µ。  7  CMU_PIE  ­4 € 423 µ¶·,¸:‘ˆ’ 。  2  CMU_PIE 。 。  7  2  , 。  8  ­€‚ƒ    ,   „ 。    ,   k  30 †, ‡ˆ, ‰Š  30 。 ‹ Extended Yale †  B  ,   30   Fig. 6 6  †Œ。  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/ % Ž‘ˆ’­ ,“”€‚, 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 §šŒ 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   –—˜, ’• – š”。 ‹Š‘ Ž’ ’• ™ • –,“”•、 ›šœ žŸ¡¢£Ÿ。  ‹ Extended Yale B  CMU_PIE   ¤¥¦,§’• – —˜,š¨ž§, •–©—˜。 : [1] Moses Y, Adini Y, Ullman S. 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BP Ÿ¡¢£“”“‹¥’ ·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) ! ":  ­€ ‚ƒ„, †‡ˆ‰Š‹ˆŒŽ‘。 ’“ˆ‰”• –—˜ Yale ,™  š›œž–—,Ÿ¡、”•¢£¤¥ ¦ƒ„,§ ˆ‰¨© –—˜,™  ª«¬ œž‹® Ÿ¡ª”•, ¯°±² ¢£­€¦ƒ„。 ˆ³´µ, ¶Ž‘·¸¹ Yale ˜º¹¨  ©˜,­€‚ƒ„»¼½。 #$%: ­€; ˆ‰;  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 selfbuilt database. Key words:face recognition; local graph structure; convolutional neural network 2345: 2019 - 09 - 27 6789: ‚‚ƒ„ †‡„ˆ‰Š‹ŒŽ( Hkdqg201806) ; ‚‘’“”ˆ•ŒŽ(12543062) :;<=>?:  – — ( 1978 - ) , ˜, ™  ‚ š › , œ ‘ ž, Ÿ ¡, ˆ • ¢ £: ¤ ¥ €  163. com。   ¦ § ¨、 © ª « ¬, Email: jlynner @ 电气工程、信息与通信工程·277· 758 ) ( ' & ¨ °   * 29 ^ % ,, 。  、   ­€‚ƒ„, †‡ˆ‰Š‹ Œ,ŽŠ‘’“”•。 – ‘’ —˜™š„›œžŸ¡¢£,¤ˆ 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¶˂ˆ PCA ÌÍ΃Ï,ÐšÑ‚Ò ÄŽ/|– ÓÌÔÕÖרÙÀÁÚۈÜÁÝÞ·´; ß àá⟡( Local binary patterns, LBP) [4] LDA Ê PCA КåÔÕØÙæç,LBP š¼½èé ßàêȵ¶。 ëìÂßàíîï [5] , ðñò óš LBP „ôõÖ, ö†Ò LBP ÷èøã ù,úšûüýÌþÿ~}Ê|{¢£。 [“\] ˆ^_`±@?Ò~}Ê|{̄>=<, ð ‚ßàíîïè鉊ß൶, á“î =<̄>èø。 ñ;Ò 1 LGS( x d ,y d ) = , ãä  ß à í î ï ( Local graph structure, LGS ) š ∑ s( g - g )2 , 7 k =7 d n p ¡ì:( x d ,y d ) ———”•€ C ƕ; p———ÇÔ,p = 7, 6,…,0; ( g d - g n ) ———Ͱ€ƒÞÈ。 s( g d - g n ) = s( x) |– 1 x ≥0, s( x) = 0 x < 0。 ÉÕÄÅÓÈ,LGS Ê­í 2 Ö。 ”• € C  9, 唕€Ÿ’, ¡ËÌ·,,8  9 Í, Ãñ*„›áÖ¬Ô 0, ñÎ, ˆáÖ¬: 00100111,Ï¥ŒÐÖ¬ˆ 39,ˆ”•€ C  LGS â。 LGS ³:Ñí 3。 { Abusham Ê Bashir  2011 è„ôí êȵ¶èé·´,Í LBP ³:,LGS µ¶è é½/ì,ðñÌ=ÀÜíÝÞ.-。  ,š„›ßà,™  , ì„ í˜ .-  2 ¾ãä Fig. 2 . -‰Š,ðñ; ¾ ·è‰Š。 ,š„›ÍÒ,ҍž LGS  Instance of LGS ,­ €â‚ƒ、„ †ÒÔ,Кã。 ,ð ñ҄>‡ˆ‰Š‹ŒŽ‘ã。 ãä LBP Ӓ³:,LGS Ӓ³:š> “„› 3 × 4 ”•ì,­í 1 Ö。 LGS —›˜™€, ¼½š›”•€ C „›œâ, †žŸ’¡¢ ¦§ £·,¤¥‚ ”•€ C, ­<˜™€¨â+ 3 Fig. 3 ”•€( †Íä¨â ) , ©ª¾«„›áÖ¬ â® 1 §¯°±²›³´, µ¶·¸¹â® 0。 í¦º »ž, ”•€ C ϼ½, † žñ¾¿·,( À £·, ) ‚ˆíÁº €‚Íä½/,¤ˆÃˆ”•€ C Ï。 ·278·电气工程、信息与通信工程 , 2 LGS  LGS operator  ^_ ` ± @ ? ( Convolutional neural networks, 6 æ çèé,:ÑÒɖ—˜ CNN)  20  60 ,  ,    。 CNN  4 。     ,  ­€‚  ƒ„ †‡ˆ ‰Š, ƒ‹ ŒŽ ‘’‚“” 。 • [6] –—˜™š›œ Y. Lecun   LeNet, ˆ LeNet ž Ÿ AlexNet [7] ,   ¡  GoogleNet [8] , ­€¢‚ ResNet [9] , ‚ƒ ž „  †£, ™ ¤¥‡¦‡ˆ。 § ‚¨‰Š© ™ ª LeNet žŸ。 «‹ LeNet ™Œ,Ž‘–—˜ ¬’。 º»¾,¼µ½ ° S2 “ƒ„ ( feature map) :8 × 64 × 64 ²  S2 “ 2. 3  Fig. 4  2 × 2,C1 “‰± ƒ„, ¥¦ ¹¢ 64 × 64。 ¿À“–—˜‚ ŒŽƒ„ÁÂŽ ¡ÃÅÄ Æ 15 Ž ´ÁÃ, °Ä¸Â ÆÇŸ±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) ———Èɓ l ÉÉ“ i ¶·。 ° 4 ‚ C1 ƒ„( feature map) :8 × 128 × 128  , – — Ÿ ¸ ¡  8, – — Ÿ 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 ———–— Ÿ  d “ m ± n ¨ a d,i,j ———  d “ i ± j ¨ª«; w b ———–—Ÿ ¬š»; x d,i + m,j + n ———  d “ i + m ± j + n ¨ª«; f———®¯°‡。 2. 2  ±²“³´«¼µ“, ®¯©°  ƒ„ Ÿ±¶·,­‹Šƒ„„¢,½² ·;­‹Ÿ±ƒ„¶·, ®¯ƒ„。 ¼µ ­€¸, ›¹© ›¹¾¼µ†º»¾¼µ。 n ×n b (l n) ———ʓ˜ª l ©; ¬š»。 3  LGS  3. 1  CNN ®¯ ƒ„ÊË, °ƒ„’Ì ËÍÌ,–— ͙Î•ÏЃ„Ñ Îϖ͈,—±²“ÐÒӹÓԾ²³,Õ ÖÑÒÉÓÔÅÕÖפ。 Ø LGS רÙÚÛÜ ÍÝލ¤ß,Ù ڋàáÛÆÜÝ «,ÎϖÍãä。 ¥¦å¯¸žŸ º‚:D——— £·; F———–—Ÿ ¹¢; ›¹¾¼µ¨¿¼ ´ 1 × ¿À“‡; x (i n - 1) ———É“   LeNet ™’“ 7 “, ‚–—““”“。 ® ¯© ©¦° •Ÿ±ƒ„ , –— ˜ ™š²³, ›‡ ´‡, †µ œž ©; ©–— m———¼“˜ª‡; 2. 1 a i,j = f(  feature map ´ÆÇ, Ž¡Èˆ¿À º‚:n———ÈÉ 4 µ µÀ¾。 ,¼µ¸¡ 8,¼µ¾  n×n µÀ¾。 º»¾¼µ ¼µ½ À‚ 759 áâڋ µÀ‚ ›¹¾, âÅ €ÌÞ Íßà。 3. 2  æ°¼çÃÅ, «”žŸ: “á⇈èé㉠LGS   䒃„½, ê  CNN ‡ˆ,ØÍ ¬ë• ‡ˆ,ì LGS † CNN Áí。 LGS îï ÑÒ­™º Âð²³, Ïñ、 †ºò¾ ,  ‰ LGS ‘’ • CNN ‡ˆóô CNN °Ñ҃„ ’Ì。 CNN °áâÛÆÜÝ Ú‹Ìˆ, õˆö÷ LGS ­‹ Íø。 Œ °¬ë CNN ™Ÿ±žŸ。 €Š© • LeNet ™, ®¯ã‰€ùžŸ™ ¤¥,¦ œžÑՖåڋÇ。 «¨¬ 뙁 žŸ。 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 šŠ ³·’¸ ( Stochastic gradient de scent, SGD) 。 SGD ¹º˜­ ¤—,•©’ Adam , ˜™š  Œ, §, • ¸Š €°»¬ ¼   ± ½ ¥ ¦ ¬  ¬ ² ³   , Adam ¬‘。 ­€。   ‚ PRelu( Parametric rectified linear u nit) [11] 。 PRelu ­€‚ Relu( Rectified line ar unit) 。 ƒ„‚ †‡ˆ, ƒ‰„Š Relu ‹‚,Œ † Sigmoid tanh ‚,Ž Š Relu ‚‡‘ ˆ’ “, ‰  ” Š, ‹         。 •  Relu ‹‚‹Œ,Relu ‚– Ž— ( Zero centered) , ‘†‡’˜ –™š( Dead relu problem) 。 “””Š, [12]  Relu  › œ, • Elus ­ PRelu。 PRelu –žŸ Relu Œ, ‹ –  Relu ¡—Œ。 ¢ 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) šŠ›‰‚¦œ§ž‚, ¨©Ÿ Šˆ,•€¡¢ª, €‚£«˜¬¤, ¥ ¦¬。 §„¨ Softmax  ( Softmax Cross Entropy) [13] ,Š©®¯¨©°±ª 。 ²•³: „ 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 = —。 ,¶ˆ„Š Adam — ›œ’¸–¿¨À : (1) µ¢¶œÁÂÃ,´¢ 7。 ¢¶ à ÄÅ ·»‡, ƒ –Æ, •¸¹±º—,¢»˜  –±½ ¼Œ, ­½ÄÅ ¢¶ˆÄŪ¤,¢¶¾®¿ÀÁ€Ç, à ȖÉ。 ¢»Â֞ ‚­,ÂÃÉ¥¦ “。 z k 1 M ^ [ y log y i ] , M i =1 i l =1 ek z L———§ž‚—; M———batch ¬µ®; (3) „Н— ´¢ 6。  6 LGS - CNN  Fig. 6 Flow chart of LGSCNN ei i z———Softmax   ›œ’¸¾» = £ˆ: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 †•‚ – — ,Ї˜™ˆ‚ ‰Š 100 × 100 × 1‹ Œš 64 × 64 × 1, Ž› Adam œ‘ž ( Minimize) Ÿ,¡’ 0. 01,”“ ”¢, Š•„£›‘“¤¥ ¦‘,– ( Batch size) ‹。 '7 Fig. 7 —§ LGS ‚ ‚   LeNet ,—„¨,  `ab Pretreatment (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 ‚ 。 ­ƒ€„ †‡ : 、  / „、 ˆ、 、 、 、 、  、 。  ORL ,Yale ­  ‚ ‰、†‡、А‹Œ ,­€‰‚ƒŽ‘’ 。 Yale  “„ ' 10 ‚ 8。 Fig. 10 «‚ 9 ¯,© jkqrsmlt Time spent in training 10 ¬Š®™,š›„ ­€’ƒ€¯,œ© ‚° ˜±²³。 ´Ž™¦‘­€’ ¯”™ˆ‚  CNN ­€ ’,†–‘€µ¶。 4. 2 uvcdZefBg •”ƒ, ž› OpenCV «·„ ³ƒ‰Ÿ †“˜‡¡ˆ 。 ‰ Yale Š ¡¸  , ­¢ †‡ Ž‹Œ 600   , ¢ ›,£¸ LFW( Labeled faces in the wild) Ž Fig. 8 '8 Yale cdfBC Yale face database instance  600 ‚ 。 ­€ƒ ,¤­—¥,¦“ §” € 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) , ˆ。  Yale ‚žŠ‹Œ·,  ” ÁÂ,«¬§ LGS ŠÃ  CNN Size, 7 ∶ 3,  ©²°¨’¥ Ȉ。 840 / 20 = 42。  : 。  :Num_Batch = Len( Train_X) / Batch_   1 200 × ( 1 - 0. 3 ) = 840, Num _ Batch = [14]       ,  ,  “  ”  15    ,     LeNet   LGS  „  [15] , ­„   , 。  [3]  , € LGS   ,„ , ‚  ƒ 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  ­€, ‚ƒ„ 150022)  (    : , ­ €‚ƒ„ ,†‡ˆ‰Š ‹Œ Žƒ‘ ’“。 ”•–—˜™š›œžŸ¡¢ £¤¥¦—,§¨©ª«¬®¯°±、  ±£¤¦—, ²³´„ ˆµ—¶·。 ¸®¯¹ºš»¼½¾¿¢ÀÁ©ª«Â®¯« Â,ÃÄÅ£¤¦—,ÆÇ´ÂȈŸÉʗ­ŽƒÉË,ÌÍΈÏгž。 ÑÒÓ、 ÔÕÖ¦—Ÿ¡,׺ØÙ¶Ú¶Û,Üݵ—¶·Þß, „àˆáâãä¬åæ ç。 è隧êëìíî,„àˆðÒñäåç,òóôõö„÷øù úû。 :áüâýŠ; –—˜™; ›œžŸ¡; 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 lowpass 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 online 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; online monitoring  : 2013 - 12 - 10 : †‡(1969 - ) ,ˆ,‰Š‹ŒŽ‘,’“,”•,–—˜:™š›œžŸ¡¢¡£¤¥,Email: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 €‚ƒ,„ D1 = I1m sin β1 = 2 tan δ †‡ˆ‰Š‹€Œ Ž‘ 。 ’“”• ‡–—˜ˆ‰€Œ, ™š›ˆ‰œ žŸ¡¢£,‡¤¥¦§¨—©ªˆ‰«” [ ∫ 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˜ˆ‰ Ÿ¬®¯,°±¡²³”´µ‚´ ¶·¸¹ º、¨—ˆ‰ ¡¬µœž»Ÿ¼½–—¾› ‡ tan δ = tan[90 o - ( β1 - α1 ) ] 。 ¿ÀÁˆ‰ , ¶·¸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× œžØÙ( ÚÛÜÙÝ ) 。 ÓÞ, —®Ò° ±²³‘ßɗàá, âã²ä²åæ ç [1 - 8] 。 êëì›í, ²³¶·¯ èéÒ îïðñ¹º, —òóôõ ( nT) ö, ÷ª— âïøÎùúûº, üý”•þÿ¡î~ã—ò (2) (3) 2 23456789:;<=>()?' 2 1  ÊË。 좣}|í, {³¢£[\º]^_ ˆ‰Ž‘ì¬(—'& 2 。 {³^_`@Ҙ D / A .º、  `@Òº?× >=<;:ºã› ¢ £;:,ïø/è§.]-,æ+*?× ‘ß) ¢£[\º?× >=<;:º, ã¬À 、 <;¢£ç ïçèº,ã <;¢£ 、‘ßçè。 è,›¿¤ ;。 À、© çè+*,çè \ ­€å‚åƒ,Ó  1 #$%&'()*+,-./01 ˜ˆ‰ δ = 90° - ( φi - φ u )  èå À èå „Î,çè \ å‚ïø Ώ†‡,ˆ‰ èå ÐÑ。  1 。         “ ”        ‡ ˆ‰   •–        €‚‘’           Fig. 1 ›œ     ž Insulated equivalent circuit and phasor diagram of capacitive equipment ·  · ƒ„‹     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 。     ŒŽ‹            Š  ‡ † ­ ˆ‰     †      ‡  ˆ‰ ­ † €‚ƒ„  1 üý,; I C x · ŒŽ‹  ·     €‚‘’  —˜™š    1 €‚ƒ„ 2    Online detection system block diagram of high voltage equipment insulation parameter  I x  ‡¤¥¦§¨—ˆ‰«” Ÿ¬®¯, ¸  ¹º²³¶·¯¸¹º, ¸¹º TA » ç1 Ú êëì:š폐 。   TA    Z1   ŒŽ‘’“”•,–— ‚˜ƒ ™˜š ‘  ›。 œžŽ Ÿ¡ Ž¢£¤,Š¥¦§¨š ‚˜ƒ  I t  I x  U x ,   ­€‚ tan δ、     I x ƒ ™˜š ˜。 ©žªŽ Ÿ¡  «˜¬£¤,Š¥¦§¨Ž¢®”•,  C。                                                               ¯°¨ˆ±²³,´µ 3 。 ,‹  „ †‡ˆ‰,Š                                  '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 ǖ 2 186 Ž¢•³ 490 2 108 455 2 151 2 010 1 883 1 700 1 455 968 472 418 372 301 196 49 ÇÙƒÚ¥×ȹĘ›¦ , ÛÜ®§ ¨Ê、©ª«、™šš¬Ý™®  ވƒßàá®Я°±²â· ž。 ÕÊ¢Ö 4 。     ǖ 1 386 1 352 1 337 1 310 1 264 1 205 1 119 947  —˜ÈəšÊ¬® ¹º”•ƒŠ [8 - 12] ,œž¨› ‰ÊšÌƒÍÎ ¥¯Ë›Ê ϟ¡ÐÑÒ«ÄÓÔ ÕÊ ÕÊ¢ Ö。 ÍÎϟ¡ÐÑ‹£¤‰Ê×ÈØÄ,                     '4 Æ” 2   [\]^_`YZa:VQFbc ”•,ªŽ Ÿ¡ ¾½‚³ÃŒ,Ž‘Á¾ ’ 10 mm。 ¢ÄÅ“ 1 。 3   €。 ­„€® ­€ ½†¾‰ ‡,¶·¿³ˆ‰Š, ­„€š‰, À ®¹º²³”•ÁÂ。 ‹, ¦§Ž¢  1                            Ÿ¶·Ž¢¸, Ž¢ ­¹º, ­€ R24 ‚ž°»¼²ƒ Ž¢•³ 1 457    Ž Table 1     Fig. 3 d1                     93 ­€‚°²³£å Fig. 4        ghi< Filtering model  4 ,x( k) ÇÙ,d( k) Ú¥, m -1 œž³´µÄ ε = ∑ E[ | e i ( m) | ] –¶·‰, 2 i =0 2 £¤ÍÎÏÕʸ¹,–[ x( k) - d( k) ] → 0, º—‰Ê×È¹Ä F0 ( k) ,F1 ( k) ,…,F m -1 ( k) 。£ ¤ ã, ÍÎÏÕʸ¹œž®‚¹, ž»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¿—À“¼ Â肞‰éÄ, 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  „Š‹†ŒŽ‘’“”•–—˜™š, •›†œ†„ 110 kV žœ‡ˆ‰Š•–—˜,—˜ Ÿ–†‡、 ¡¢£ƒ†¤、 ‹€†Œ¥、 ¦§ ¨©ª、«¬®Œ¬。 ƒ 6 Ž‘’Š„¯ °±,“”•–—˜‘™š›œ²,ž–—˜ Ÿ¡³´š›­€。 ƒ 7 µ ActiveX ¶² ¦¨—˜Ÿ¢–。 · €‚, ƒ„ , , †‡:  x( t) = 4  cos(3  pi  t) + 0 5  cos(5  pi  t) + 0 3 cos(7 pi  t) + randn(1,5 001) ˆ‰  ,‰:d( t) = sin( pi  t) 。  €‚ƒ 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    †Œ¸‘’¹ºœ†‘’, Ž£»¤¥  ¦§‚œ²¹ ¨Ž£“”•–—˜¼½©ª «。 •‚¾¿ ˜ÀÁÂ, ¬®ÃÄ  Ū®ÆœÇÈÉ;•ÊË”, †Ì‘¯°±–†‡、ÍΆ¤²³ˆÏÐ,            ´·µ¶Ñ·Ñ‹, ´·Ñ·¸ Ò¹º,°±Ñ»¼½¬。 ¿ Ӳޣ 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 œÖ¼ÏЉŠ ×,‰ˆ¿‚ÃÍΆ¤ À。 Á ÂÃÄŸ, •ÃÁØÆ Çف。 (  ­ 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. :   ƒ , 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] , . †‡ˆ ‰ Š ‹ [ J ] .    Œ   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] „, Ž‚‘,  81 - 85. [4] [5 ] †‡, ˆ‰Š, ‹ “, 2006, 20(2) : Œ. †‡Ž”‡’‘„ “”•Š‹[ J] . Œ ‚„‡’Š—Š‹[ J] . Œ ¡ ¢, £ , ¤ [11] , . ¥¦§„€­€ƒ‚„ ‡’‹‰‚‹[J]. œ˜™, 2007, 31(1): 52 -55.  “, 2006, 30(7) : 51 - 54. ®¯°. ±žŸ²ƒ‡¡‹‰œ³˜™¢£ [ D] . ®™: ®™ ´ µ, ¬„¶, , 2010. ·, . ƒŸ¤¥ŒŽŠ‹ [ J] . œ˜™, 2004, 28(8) : 58 - 61. ALLAN D, BLUNDELLl M, BOYD K, et al. New techniques for monitoring the insulation quality of inservice HV apparatus. KIM JONGWOOK, PARK BYUNGKOO. 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(  ) 电气工程、信息与通信工程·287· ë  ì ëí š  î  ï  ›   š”  „ ‰    Š ‹ œ   ›  œ  ê Œ „ ƒ  †  Œ œ‹  †‡ˆ‰Š‹ŒŽ‘’“”•€–—˜™     š›œ ž€Ÿ¡¢£¤  ¥¦§   / 0        ­€‚ƒ  „ †‡ˆ‰Š‹„ŒŽ‘’“ ”•  –€—˜™„ŒŽ‘š›ŒŽ‘ œ žŸ¡¢ £•¤¥¦§¨©—˜ª —˜«¬®©¯œ ¡¢  –€žŸ °± ²³ª´«µ  ¶¬®©¯œ·¸¡¢  ¹º»¼½¾ ¿ÀÁÂÃÄ  123   ¬®©¯  Š‹„ŒŽ‘  §ÅÆ   –€    45678 ­ 9:;8  9<=>? €                         ‚ ƒ  „    † ‡      ˆ ‰    Š ‹ ‰   ‡  Ž Œ „ ƒ  †  Œˆ   ‘‘ ’  ““   ” “„„”     „     „   ‹” „  ’ ”    ‘‹ ”‘  “”    “ ”  „    ’ ” ˆ     „  ˆ  “      ”‘ ­ ”“Œ ‘   Œ ”“   “  „ •  „”  –  “  ”” — ”   “  Œ•    „”  „  “  Œ   “ ‘  Œ     ”   ”   —  “ “”     ”    ”  „  „ ” Œ „”” Œ ‘‘Œ      –‹  Œ  ‘‘  – – “– „”  ­ ” –       “  ‘ ‹“  “” “  „”  „   “„„   “    “ „ ” Œ „””        ”‘ ˆ  ‘ ‹ “   ”   ” Œ „  ’ ” ˆ  “    Œ   ”  ­    ’ ”   „ ” Œ „””  •  „”   – “– „”    ” ‡¨‰Š©ª«¬®‘’“¯­°±²³ É  ’”•‹ŒŽ‘¼£Ê  Ë̍Íˆ‘ ˜™ ´µ¶·‘¸”¹ º »  ¼”•½“¾¹‹ ŒŽ‘¿ À Á   Ã Ä Å Æ © ª « ¬ ® ‘ Ç È ÎÏ  ÐÑÒ­ÓÔՑÖ×ØÙ°ÚÛÜÝÞ ‘®—¹ß—  àáâ ¼ãäåæ“ç‘èéÚ !"#$ %&'(  )*+,-.    ·288·电气工程、信息与通信工程   ­€‚ƒ„       !  „    ­€‚ƒ †‡ˆˆ‰Š " ‹ŒŽ‘’“”•–  !>> [5Ö  ¬STAB L ª     ,  ­  ä  012ç9µÍ[»  - ­ —  ˜™†‡š›  œ ž Ÿ   ¡ ¢ £ ªÛ9¬Ö   2 ©   »    9 ¬ ¤¥¦§  ¨©œª«¬®¯š ֟  »ԟ  -ª«012(Ø °± `9¬֟ U2»  †‡š›  :»ªï  Ÿ" N| Ò°µï  ª« -34536%/78957:; Ä /ä˜ô (ô * õö  #  Ö ­²³‹  ´µ¶·¸  ¹ ¬º»¼½¾¿ÀÁÂН  Ā Å ‰Æ–ÇÈÉÊ  ËÌÍÎÏÐÑ Ö÷ ÒÓÔ  ÕÖ×в³       Ø Ù   ÚÓÛÜÑ Ý  Þ ¢  Ð  Ñ ß  à á   Ûθ”Ø $%& åæç âã䩏 è锕  €êëìŠíî '()*+ µ ï ð ñ òÎãäÖ«Õ  ¢ó„ Ö ˜ô # õö        ¡¢  3ï45 öš ST 2 345678"/9:;< !  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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¶·š¸,¹º»¼½,¾±²¿ ÀÁ。 ÂçÄÅ Modbus RTU ¬ÆÇÈ, µÉÊËÌ¿À ÍÎ ÏÐÑÒ¬, šÓ Ô Ï Ð Ñ Ò ¬  Õ Modbus ÍÎÖ×,ØÙÚ«Û܁©»Ý。 6789:;: ”•–(1969 - ) ,—,˜™‡š›œ,žŸ,¡¢,‹Œ£¤: ,Email:shenxianqing2001@ 163. com。 电气工程、信息与通信工程·293· =4 < ;:/,Û:–—£¤  ,  ­、 €‚ƒ„ †‡ˆ‰­Š‹。 ŒŽ‘’€‚ƒ„ †‡“”• Modbus –— ˜™š ,›œ†žŸ ¡¢  Modbus –— £¤,¥ 、¦†§¨© ª«¬®„。 1 Modbus  ¯°,œ€‚ƒ„ †‡±“,²³ ”• RS - 485 ´µ Modbus –—。 ¶–— modicon ·¸¹Ÿ ºœ»¼½¾¿À Á ¬®±。 Modbus ºÃÄÅÆ–—,§Ç à ȂÉÊËÌÍÎÏÐ,ÑÒÓÅ RS22 / 422 / 485 †‡„ÔÕ֒Ÿ× ØÙچ‡Û[1 - 2] 。 Modbus –—³ܙÝ,Þßàá℠²àÜáâ,œãäÚå,æçèéê¥áâ áâëØìíàîï。 ðàÜáↇñçà ò óô,¶óôõöÎ÷¥ l ~ 247,óô 0 ¿ øóô。 ¿ø™Ýù, ç©úéï †‡ñûü ä,ýþÿéï。 1 1 Modbus RTU  ASCII  œãä~,Modbus –—çºÅƈÝ, Modbus RTU § Modbus ASCII ˆÝ。 º™Ý  ñØ ™ÝÅÆ,ðà Modbus ñÞßó [3] ô¾、˜¾、¾、¾ 。 }• ASCⅡ ˆÝ ,RTU ˆÝ  ,| [4 - 7] 。 , œÁ ç{  »¼[ñ³ Modbus RTU –—。 1 2 Modbus RTU  œ RTU ˆÝ, ““ù“þ\ 1. 5 àÅÆù“。 §“ù““þ\ 3. 5 àÅÆù“。 ]± ç\ 1. 5 à ù“ ­€,É©†‡^‚Õþƒ„ † [8] ‡†àáàÕ  óô¾ 。 Modbus –— ( PDU) §”_ÁÂà ÏÐ,ˆê´µ‰Úå~ Modbus –—Š‹Œ [9] œ ( ADU) ~Ž‘’“”¾ 。 Á  Modbus `•– 1 —。 2 455 ¢[   Modbus –—£ ¤ @•€‚ƒ, Á\€‚ƒ?§ ³ Modbus –— †‡ÁÂ, ƒ‹}  †‡ ˜™„。 €‚ƒ?  †‡Öš›œ, †‡žÉ‹˜Ÿ¡¢£,† ?€‚ƒÖš} Â。 Á\~\ >,ƒ‹€‚ƒ} †‡ ¤¥、 ³¦„Ɵ˜。 £¤´§†ž`•¨ – 2。 Modbas RTU >– 3 —。            Fig. 2   2  Overall design structure         ˆ‰†‡     „ †‡ „ †‡ „ †‡          ‚ƒ         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 、、 、、 。   ,  , ‚ ƒ­,„  †,‡ ­ 。  ˆ 3 1 Ü Ü ž 26 Ý ½ µ¶·¸–›œ Modbus RTU  Œ‹,Ž“ ¹‘” ’«­’«‡ º‹Ž  ´ ’’。 “”,ŸŒ¥§ˆ¦»—¼•ˆ–  «,ª°Ž»´ Modbus ½­ « ¾¿,ŒÀÁ‹Ž’¨ —˜。 ™ š, «ŸŽ›œžŸ¡ˆ¢£Š ‰Š‹, ŒŽ »Â ¨ ‹ Ã Ä    ,  ¥ ¤ ¥ ¦ ‹ ¦ §。 XML ¥ ¨、©¦、 ÃÅ、 ¢£Æ¾  † ‹‘’„“。 3 Û  [10]  ­€ Ú ­ŸªÇ‹«È, š›œ XML ¬’ 。 «‰™Š‹ 5 ³。 «  ” Qt •€ –, — ˜™ , !" •€ ,š›œžŽ•€‹ Libmodbus “ #$%&  Modbus RTU ‹•€,œ Qt + Lib modbus •€‹Ÿ”¡¢£¤, ¥ ‹¦。 Libmodbus §ˆ¡¨ ‹ API  API   ­。 ª 5672 '(%&)*  © %&+,-(./  «€‚­¬®ƒ„ %&)*0! ­‹¬‚­, ™ †œ‡¯ ­, °±²。 ˆœ Libmodbus •€  RTU ‹‰™Š‹ 4 ³。 %&12+,34 5672   +,8$%&9:    ;<12  =>           5  Model configuration flow ÉÊ, ”®¨¯°±²³»´¼• ‹ XML  «,” «µ¶–ˈ «    Ç。 Ç—˜‘、 ‘·、 ‘、 ‘–‹·¸­­Œ。   Fig. 5  3 2 ­  €‚ƒ„ ˆ‰Š ‰Š Ž‘‰Šƒ„ †‡ Ž‘‰Š ‹‡ Œ 4 Fig. 4 ModBus RTU  ModBus RTU develop flow ®̗͔ ­Î ¼•¹º, Œ½Ϭ。 ” Ð,»Ä¼ÑÑÎ,¼ÑÑΜ“ ˆ¯½½‹Ò¾ÑÎ, Ò¾Ñ΋¿ÀÁ« ­¯½Â‹¿Ã¥¾。 ” libmodbus –¥Ó ā¼ÑÑ΋Ԍ struct timeval, ŗ®ÕÆ long tv_sec ŒÇ—¨È,long tv_usec ŒÉǗ ¨È, Ê˼ÑÑΗ 1 000 000 μs。  电气工程、信息与通信工程·295· Î4 Ï ,  Modbus RTU  ,  Modbus RTU   _1 , ,  ,。   API , modbus_t  modbus_new_rtu ( const char  ’ device’ ,int ‘ baud’ , char ’ parity’ , int ’ data_bit’ , 0000 ~ 0004 01H 02H 1,0,1,1,1  3 3    _2 Table 2  0,  WXYK  =<`@Óã¬á`@;:˜/ ‹þ  ‘ ¦     ¡ Ü                  ¥  .- ~•,_ =+* )('                                              !   9  "#$% ! &'()*+,*+ -,+./,.+*- "#$% 9 :;.#)62*(, /#+/.#, 7'8*2 '< 5+'5'-*8 /'()*+,*+ 电气工程、信息与通信工程·299·  :;! #          #  ! ­€  ‚ƒ„     ·¸¦¶  !"  ¹º»¼  Ä ­€ $ •˜ÈÉ  ! #!  $  !    •˜ % *.+%,-. #  ! žŸ  ¦§  « † % ‡ˆ‰Š‹ ¬¯±² ¬ ! ³© ¨ ª # ´”®  ŒŽ µ›¦§ ‘’ ‡ˆ‰Š‹“”•–&''() ‡ˆ‰ ¨ ª« ¬¯±² ¬ . ³©  ! ´”® # ´”ÕÖÓ¬  »¼  · —˜™š  ¸ »¼×¦¶ ¹º  # ÀØ •˜ # *$+#,-$ ›œ    žŸ   .   ¡ † " /  ¢¢£ ¤¥  ¦§  ¯° #  . ”¢  ¦§ ¬® ¬ ! ³© ¨  ª« ¬ # ´”® µ›¦§ ¨ª« ¬¯±² ¬ . ³© ! ´”®  ¦¶ ©·¸¹º»¼ ¯±² ¬½¾¿ ¯±² ¤¥  Ä¢£ . ¬¯±² ¬ ! ³© ¨  ª« ! ´”® »¼  ·¸ ¹º ٛ  56   † " 8  #  µ› ¬ . ³© # ´”ÕÖÓ¬ »¼×¦¶ ¢ÅÆÇ› •˜ÈÉ  ¨ª« # ´”® ¬¯±²  ¢¢£ ¢ÅÆÇ› •˜ÈÉ  • ˜ " *%+",-% .  ¡  ¦ § ¦§ #! 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":     , (APFC)  ,­€‚ƒ„ † AC / DC ‡ˆ‰。 Š‹ŒŽ‘ƒ„’“”,“•–—˜™ 20、 24 ’ 30 V š› °®± œ。 žŸ¡¢:£¤¥¦§¨¥©§, œª«¬ 85% ®¯, † AC / AD ‡ˆ‰†²,³´ƒµ¶, ·¸¹, , œ, º»¼ ½¾ ’œ 。 #$%:; 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 singlephase 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 ’“ ”•–— ˜™ š›œž Ÿ¡¢ £¤¥。 ¦§ ˜™ ›¨©ª, «¬’“ ” ®¯°±²³Ÿ¡。 ´µ¶·¸¹º»¼½¾¿ ÀÁ STM8S207RB ³ÂÍ, Ä APFC [1] Џ ,ÅÆ¢ÇȬ®¯ AC / DC , Éʘ™Ë̬、®¯Í,ÎÏ®Ð Ñ 。 1  ˜™ Ò ¡ Ó Ô Õ Ö、 Boost × APFC Buck ×ØÙ Ö、PWM ÚÛ¿¾ Ö、 ܎ ÂÍÞßà, áÆ 1。 âãä 2345: 2014 - 07 - 12 6789:;: (1981 - ) , ·304·电气工程、信息与通信工程 ,­€‚ƒ,„ ,†‡,ˆ‰Š‹: ŒŽ‘,Email:21841934@ qq. com。 Ö、 ÖÝ åæŒçÙ 544 | { [ \  24 V ,,   Buck  , ­€ 24 V ‚。 ƒ „, †‡ ˆ‰Š‹ŒŽ ‘,’ˆ“ „,‹Ž”•–—˜,5 s ,™š™Œ。 STM8S207RB ›œžŸˆ¡¢£¤€ A / D [2] ¥,¦§¨©ª«,¬®¯° 。 †± (APFC) ²³´¤µ, ] “ ^ ^ ` 24 @ _ ë¦ìµ,µ«íî MC34261 € ïðñ“ñ“, ¶«˜Ã£¤òó€ ôõÂö,÷ôõÂöøÃùÇ€í î«,ˆòóñ“€Çº £¤€ ï ð ñ “  Å  ,     ê ë é Ž MOSFET ¨ BUK7520 - 100A, ÁÃ ­€ DC90 V,Ì  PF à 0 96。 Ü 2 ± ABCD µ Нöʈ‰Š‹ŒŽ€ [9 - 10] 。 €ö ¶·¸²¹º»¼½¾¿ À,Á AC / DC €ÂÂà 2 2 Buck 、Boost ÓÔ Buck - Boost ÏÐÕ。 Ú,ÛÜ 3 ݪ。 Î¡Þ Buck ÏÐ ,À¦ SG3525PWM ÀúûÔàá€â ƒÄƒÅ€ÆÇ, ÈÉ ÊË 1, ̐  ­。 APFC ÍÎÏз¸ÑÒµ, µÃ             Buck  Buck ÎØ¦ÎÀÙ [11 - 12] 。 ΀Â ãÙÚ 90 V, Ÿ ˆ ¦ MOSFET ¨、   、   ¨ Ù Ú € Buck ÏЍç耫。 À€é    Žêë¦ìµ, µ«íî SG3525 € £¤ïðñ“€íÅöñ“, ïðñ“   €«ºÙڀ, ƒ € PWM éŽêëéŽ 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 €,  éŽ ,ü éŽ 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 ÓÔàá€âãÙÚ  ˆ ‹ æ      , Î   €     à [3 - 8]                 ‚     ƒ      ‚       ­                                                                            €‚ƒ„  „† ‡ˆ‰Šƒ     €‰ˆ‹„ƒ€ˆ    Š‚ƒ‰‚ ‡ˆ‰Šƒ  Šˆƒ Œˆ‹ ‡ˆ‰Šƒ € Šˆƒ ƒ†ƒ ‡ˆ‰Šƒ       Fig. 2 Fig. 3      ­                  €     Buck  Buck converter hardware circuit       2 ­ ‚‚  „     ‚‚ †    ƒˆ€      ƒ€  € ­    €   ­          ƒ ‡ ‚ƒ€ „       ƒ ‰ƒ  €    ­ ƒ        Ž ‘Šƒ‰Šƒ   3         3      Ïз¸ç耫。 À€éŽê                  AC24 V,Ÿˆ,Ÿˆ Boost      Boost  APFC  Boost APFC hardware circuit à †     À ˜   ý,       20、24  30 V € †þ , ÿ 1。 È  1 ±µ þ ‡ˆˆ ­, †€‚ƒ„ 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) ,€‚ƒ, „ ,†  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 ‹Œ , 20 25 20 37 Š, ‡ˆ‰ Ž‘ „  ’“”  „•– BUCK  MOSFET 。  4c  —˜™ , „ ’ š›œ ,„ ‚ž 0, Ÿ¡¢ 4  APFC ¥¦§ AC / AD ”¨ ª。 Ž°±,²³‚ AC / DC ”¨ © «¬®¯ ‚, ®¯ STM8S207RB ¢ ¯,¶­Ÿ APFC、DC / DC ”¨、 ·¸¹º »¼¡¤,€½Ÿ®¯‚ƒ Ž。 ®¯ ´µ® 、¡¢、»¼¾¿À¤ª, „ ®¯‰À。 ­ÁŸ 01234 : [1] †Ã, ‡Äˆ, ‰ Š. ‹ÅưŒŽ‘ÇÈ ¡¢£›[ J] . ÉÊÃË¥ÌÍÌÎ, 2012, 22(6) : 604 - 607. [2] ’“”. •ϐ‚–—™˜®¯ÐÑ[ J] . É ÊÃË¥ÌÍÌÎ, 2013, 23(6) : 552 - 556. %)&&& * "#$ %&& '( +,-./&)&&& * [3] . ™Ò‡. ˆš Boost ”¨ APFC  ޲›œ[ J] . Þ ÓÔÕÌÌÎ, 2012, 33(1) : 56 - 59. 56789:$  01;34 [4] Ÿ¡¢, £ ¤, ¥¦¤. §Œ APFC ¨´ [ J] . Ö´, 2010(1) : 24 - 27. [5] ©×ª, «¬®, ¯°±.  APFC Æ°–—™² ” [6] ÐÑ[ J] . ³´¥¦, 2012, 46(3) : 52 - 54. ‹ µ¶, ·¸¹, ¯Šº. ˆš  » ؼ PID Æ °   ‚ APFC  [7] ?;7%9%  ‰½¾, ¿ªÀ, ÁÂÃ, Ù. Ú šÄÏÛÜÝÅÞÆ APFC ÐÑ[ J] . ³´¥¦, 2013, 47(1) : 86 - 88. 6<$ %&& '( 6<9)%&& ( %)&&& * =,-./&)&&& * > Ž[ J] . ”¥¦, 2012, 34(5) : 23 - 25. [8] ¯ÇÈ, ÉÊË.  UCC3818 Õ¡ APFC µ ”ß [9] ÌÍ, 2013, 32(1) : 51 - 54. ÎÏÐ. ´µ ޲°±Ñ[ M] . ÒÓ: ´ÔÔÕ Ö, 2011: 140 - 157. [10] רÙ, × Ž[ J] . Ú. ÛàßµÏÚ ÜÝ[ J] . ÉÊÃË¥ÌÍÌÎ, 2012, 22(5) :521 - 525. [11] áÄâ, Þßà, ¯áã. äâãäåæç˜è鯰®¯  [12] !  4 Fig. 4 Ž[ J] . ¾½²ç áÄâ, × ë, ‰ çê, 2009(3) : 58 - 60. ì. íîïðñ””ßÝÆ®¯ [ J] . ÉÊÃË¥ÌÍÌÎ, 2010, 20(6) : 457 - 459.  System testing results ·306·电气工程、信息与通信工程 (  )                                                           !"  ­€‚ ƒ „ †‡ˆ‰Š ‹ŒŽ‘’“ ”• – —˜™š›œ‚ –žŸ•¡ ¢š„£“¤¥¦§¨©ª«†¬®¯°± ²“³´ µ¶·µ ¸¹ ªº» ‚ƒ ‹ Š›œ‚•¡ –¼½ ¾®¯°± ²“¤¥ µ #$% ‚ƒ ®¯°± ²“    ­ €  ‚ƒ­   &'()*„ƒ +,-* ‚ƒ­‚ ‚ +./01                                 †                                   ‡   †        ˆ ˆ    ‰      Š ˆ   Š       ‰   ‰ ˆ            ‰‰         ‡     ‰    ‰            ‹          ‰   ˆ ‰    Œ  ‰       Š         Ž  ‘ ‡          ˆˆ   ‰ ‡   ‡     ‰   ‰          ‰ˆ ˆ    ‡     ‰   ‰        ˆˆ  ’  Œ  ŒŒ      Š ˆ   ˆ         ˆ     ‡ Ž     ‰ ‰ ‡  Œ                    ‰Ž   ˆ        ‰ “Š „”                     ŒŒ      Š ˆ  ˆ      ˆ    ‡     ‰   ‰     ‡     ‰   ‰    Š ˆ   Š         “Š „” ÊËÌÍÎÏ ÐÑ ÇÒÓÔÕÌÖ×ØÙ ÚÛºÜÝÔ ÞÇßàáØÙ âà  ã ä ´ å æ ç Ì Í è é ê ë ¿ º  ì  ‚ š›œžŸ¡¢£œ¤¥¦§¨œ¤¡ ©ª«¬®¯¢°± ²³´µ¶·¸ £œ¤ í ™ ¹ºžŸ»¼  ¡Â ÃÄÅÆ  Þ×ØÙ ½¾¬¿ÀÁ£œ¤ ™¡ÂÇÈ É îëïðñòóô™ ½¾õöÌÖרÙ÷øùú¬ ÝÔ ÷ø ûüº ýìþ ¥ÿ~‰Š 2345  ‚ ‚ 6789:;   ­ƒ ‚ ­€‚ƒ„ †‡ˆ‰Š‹ŒŽ „‘’“” Œ   ­ ƒ •–—˜™ Š •‹‹  Œ 电气工程、信息与通信工程·307· ôõö÷øùúúûç  ü   Þ½ «¬ ß¹ºÃĔŸ áâκã  䡂 ٙÚÛÜÝ‰Ï à„      ÌÍåæ‘™ç ¡‚ÊËÌÍ š «¬¥¦‡  ÃÄ蘹º            †‡    ­ € ‚ ƒ „ ˆ‰Š‹  ŒŽ ‘ ’“”•–—˜™ š›œž ÁÊËÌ͹º äµ¶ ÑÒé Í ÌÍ蘔 ÁÊËéÍêë  Ÿ ¯ ç¯ÑÒÌÍì ÑÒ Ì́œË獯æí éÍ ;> /0    »  ­§Ñ  Òîƒ  ÑÒîï  À»‚„   ÌÍð    ÌÍ ‡ÑÒîïñ†™ ‡ÌÍë͊ˆ  ŒŽ  †       /0    04)%8 ,/0?.# ' * 5& ' )' ,)9!* "( ( , & 7"9!# 92 ' ", )* 5     :, * ' "(* "@7"9, 9'    ÑÒîï ÊËÌÍëÍ                       槡        槡        槡        槡                                    槡        槡        槡        槡             ÊËÌ͝‰    /0 1# 23/045( , , 6 75)& ,' 5( , , 6 8 , 2# 9:, ( ' , ( Ÿ¡¢£¤‚ƒ†‡ ¥¦  ¡–§¨ š›©ª—˜  «¬  ®¯°±²³´  ˆ‰Š‹  ŒŽ µ¶  ·¸¹º »¼½­€°±¾¿¡À§¨  š›Á                         ;0 ‹Œòí Š¶‹Œíêž‘  ”Á ‹Œò Ž‘ ÑÒ † 1# 23;045( , , 6 75)& ,< "=( 6 8 , 2# 9:, ( ' , (  ÊËÌÍ ÊËÌ͊‹  ŒŽ ž’“”• óƒ  –ŸÁÊËÌ͋ ž’“”ëŸ ’ ¹ºÃÄÅÆ§ ¹ Õ“” “”Ÿ  —¤  —¤»ä ˜éÍ™  ºÇÈɹº ÊËÌÍκÃÄÏ  À» ÊËÌ͹ºÃÄЧÑÒÓÔÕևר ·308·电气工程、信息与通信工程 € ™ä‘ ˜† ͚”€  ™ ÌÍð Ì ¿ÀÁŠ ½ ¾ ‰  ­                                                                        ;>;0  ­€œ‚ƒ›„ †‡ žŸ †ˆ¡¢£‰Š€‹Œ¤ƒ¥¦           — ’“‚ƒŠ      Ž ­‘  ­”•–  ‚ƒ  §  —˜ ™  ­  š • ¨©ª«¬®‡ª«‚ƒ •› ¨©         œ¯ž‡‚ƒ —ª«°±¬  —ª«°± ®‡¤ƒ¥¦ ‹   A0 1# 23A0?7)* ,:"8 ' )2,:, * ' "(  ެ®‡ ¬®‡ ¤ƒ¥¦ ‹  ­ª«‚ƒ                    ­€ „ ‰„Š    ‚ ƒ †‡ˆ „‹     Œ   ‹     B0             1# 23B0C5"# * ,"<& .# ' * 5# 92 :, * ' "(& , D=, 9* ,              Ž‘’ “                                                        ­³¢ £¤¥¦§¨ ©´š­µˆ ¶µžª« ” Ÿ¡² ·¬® —   «·¬®žª ¸§  ¹ º  »¯ˆ°±¼ž°›‘’¬®                                                         • ‹      –Œ —          –  E0  –Œ  —  – 1# 23E0?# @=8 )' # "9"<@)# 9* # ( * =# '  › ˜ƒ™š­          ‹ ˜°±± ‰¯²³‹   ¬®§ 电气工程、信息与通信工程·309· ¯°±²³´µµ¶  ·         ¢„ £¤¥¦ †‡     £¤¥¦ †‡  ˆ‰‚ Šœ“¦ Šƒ ‹Œ‚  ˆŒ§ ƒ Ž   ¨£¤‰‚ Šœ‹ƒŒ“¦Šœ© §ª‘‘’‚  ˆŒ§ ƒ “Ž       ”   €          ‘•–«£¤¥¦‚¨£¤¬® †                                                              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='  €‚ƒ„ †‡ ˆ‰ ­  ŠŠ     ‹ƒŒ Ž‘‹’“       ‘ ”      „‰          ‚ •  •  —˜ – ™ ‚ ƒŒš›œˆ­€‰ ž‚ ™  Ÿ¡ƒ„ ¢ ·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)* , ÁºÃœÄ¢£ ¿! 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[1 - 4]  ­€ †‡ DC - AC   ‹Œ 1 Õ 2 2 4 29 5 3 ¾ ,C o °±¾ 。 ^&Ä BOOST €•å。  Óª õ• H4  ,ƒ°±Ó&ôõ, š%÷„  , 、   、  0 Ž‘’†  、 。 ‚ƒ„ DC - DC ( 。 ³, Ê {• ,  2 ž。 ˆ‰。 ‚Š, „ “”•–—, ‡  ˜™š›œ„žŸ¡•¢£ ¤ ‰ž¥¦•§ £ 。 ,¨©ª˜«¬,ƒ‚®¯°± –²³ 2 ´°±µ²¶·, š¸°¹• £Šº¨ »¼½¾ £,¿ÀÁÂÄ DC - DC  Ä °¹ŠÅ Æ 2 ´°± “µ²•¶· £, Ǩ È©ª˜«¬,ɨ„ DC - DC  ÅÆÈÊ Ë• 2 ´°± [5] “µ²•¶· £ 。 ¨Ì͖² ÎϕÐѬ,°±ÒÓÈ©ª˜«,ÈÊË • 2 ´°± “µ²•¶· £šÔՄÖו ØÕ®¯°±–²,¨Ù °±–²¬,È©ª˜« ÉÂà •‰ÚÔÛ, Ü݉„•¢£Öו ¸Þßàá。 â„, ãäÊÈ©ª˜«¬°± “¾åæçèéê ëì, íî ò„ó•ôõö÷øù°± £Ä [6] ï±ðñ “æ•çè。 úû [7] ü ý±ñòþÿ½¾~}•|{½¾[õö ÷。 \] [8] Fig. 2 2  Traditional voltage control model  2 Š,L Ó¢£“ ,D Ó£», U i Ó“Ò°¹ “,U o Ó“Ò•°± “,L f ,C f Ó°±¾ ,U r Ó “•ï,G v Ó “•ôõ。 “  °±¾ °±“'œ “(  ­€Ö‚ €ƒ• „。 BOOST °± “Ô Ó G1 ( s) G2 ( s) , (1) L( s) = UM Š:U M ———PWM †‡•ˆ,V。 ¨„‰ôõŠ,š U M ÖÓŠ 1。 ÓðÊ “ôõÄ)(ˆ £ôõ•·‹Œ,  ;:[9] ,Ÿ±$ “ôõ¬• Boost  • $ ^_`@?>•ôõ=[õ È©ª˜«¬°± “æ•çè。 <Ê £Ê˕éê;:/.,Ó-,,+*Ê °¹ £Ê˕çè, ý±ñò)( ôõ¡°±•$Ž‘„Ó G1 ( s) ;BOOST “  °¹ •’“ôõ$Ž‘„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 ž。 , “ 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 ) Š:U o ———°± “,V; U D ———”£Â'ÅÆ•“•,V; D———&–Â'—˜ D′———&––—˜ Fig. 1 1 r L ———“  Cascaded inverter architecture  1 ЄӢ£“Ò, ‚Š 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 • ˜™š,›:  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 , ‰Š   , ‹ŒŽ ‹‘ ‹,’ 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 +    ­ € ‚ ƒ   „ [10] ,ˆ ( 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 ­€‚ƒœžŸ¡¢£¤ – -   - 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 ˆ „ 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 ‘ ˆ 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 Ÿ 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 ,  - ,     -  。   ¤ ƒ ¥ ¥ § 29 ¨ ¦ 27°,‚ ƒ   3 „。  4b ,   130 V ,­€  ‚ ,†ƒ ‚ 4b  1 ‡ 2 „ , €  ­†ˆ, ‚  ­‡ˆ‰  Š  , ‹  Œ Ž  ­  ‘ ’ “ 。 ‰  BOOST Š‹ŒƒŽ‘”Š ­, ’•–—‡˜™ “š›œžŸ 。 š›œž Ÿ ”–—‡‘ƒ¡¢•£š›œžŸ ¤,–—˜™¡¢Ž¥Ÿ ,¦ Š‹Œš§ CCM 3. 2   ,¨©›ˆª«。 ¬žœž,  Matlab ® 80 V  ‡ 130 V  œž, 5。 4  Fig. 4  -   Controloutput 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   œž,    œž 。  80 V ‡ 130 V    电气工程、信息与通信工程·315· µ5 ¤ ¶·,¸:“”Ž™š•‡–¹®¯  5 , , 5a  5b  1  ,  5a  24. 5 dB, 5b  ©,Ž”‚ 625 †‚ƒ«¬。 70. 6 Hz,  120 Hz,  36. 7 dB,    , 5a  5b  2 。  , ,  。 ­€‚ƒ -  „,„ ­,€‚ †‚ƒ  ‡ƒ„ BOOST  †ˆ‡‰  ˆ‰Š Š,‹ŒŽ ‹‡‘’ Œ,Ž‘“”,‘ ’•‡–—˜。 4   6 Ž™š’“。 ’”•: •‘  30 ~ 48 V,–—˜› 2. 7,œ ,™ BOOST ˜’• 80 ~ 130 V,œ 60 kHz ž 220 V, Ÿ 500 š W。 ‘  ’  •   800 μH ‘    › ¡   330 μH; BOOST œ š œ MUR3060,,š’œšž ›¡ ST26NM60, ƒ  œ 25NE50,š’ 1 mH,𛡠4 μF。 Fig. 7 5  7  Nonlinear load waveform in two modes  (1) ª‡Ž™š •‡–— ˜,«¬€®¯®¯。 ° °±²,‡£®¯ †®¯ - ,„ ­³±„ ´µ¶,  ¸ (2) ’”¹ †®¯·‹ƒ„ 。 Ÿ ²³,‡›£ 500 W “” †®¯• ,´ †®¯­• ‘ º» 50% ,  •ž¼‡–, Fig. 6 6 ‰½¾  Physical of cascaded inverters Ÿ¡¡ CH2 ¤ 20 A,CH3 V,CH4 ¢£¤ ŠŽ™š•‡–—˜。 : [1] tributed power generators : anoverview[ J] . 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Nov. 2014   , (1.   Vol. 24 No. 6 2   ,  201306; 2. ­€‚ƒ„ †‡, ˆ‰Š 150001) ,  RT - LAB  ": ­€‚,ƒ„€ 、†‡ˆ‰Š 、‹ŒŽ‘ 、 ­€’ “”“ PWM •–—˜ 、SVPWM ™š›œ ž。 Ÿ¡€¢£¤¥¦§›œ¨©¢ ª‹Œ›œ,«¬€£¤£®Ž‘ ©¢¯©°±,²³€´µ¶·£¸¹º•»  ¬¯©¼½¾。 ¿ÀÁ: ÂÃÄÅÆ›œ°±, ¿ÇȨÉʲ³ 。 ËÌ,ÍÁ #$%:•¼; SVPWM; ; ÎÏ doi:10 3969 / j. issn. 2095- 7262 2014 06 017 &'()*:TM614 +,-*:2095- 7262(2014)06- 0627- 06 +./01:A RTLABbased real time simulation of permanent magnet synchronous wind power system ZHANG Milu1 , WANG Dan2 (1. Shanghai Maritime University, Logistics Engineering College, Shanghai 201306, China; 2. 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 RTLAB realtime simulator, including wind turbine module, the maximal wind energy capture module, power tracking module, permanent magnet synchronous gener ator and the backtoback 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 realtime 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: ‹ŒŽ‘’“”(1160707800) :;<=>?: •–—(1988 - ) ,˜,™š­›œž,Ÿ¡¢£¤,¢£¥¦:§‚¨ ·318·电气工程、信息与通信工程 ©ª«¬,Email:zhangmilu@ 126. com。 628 0 ) ( ' &  œ % % ]‰ò  {  , 。    。  †‡ˆ‰Š‹ŒŽ †˜™š›œ, žŸœ¡¢£¤¥ ¦§¨©ª, «¬®¯˜™°±‘。 ²³  ´µ¶·¸¹˜™º,»¼½¾ ¾Âؙ †。 ψ d = - L d i d + ψ rd , ψ q = - L q i q + ψ rq , ‰øò Tm = Te + , ­€‚ƒ„ ‘’“”•–—。  # 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 ) ———Œƒ d( q) Œ ˆ、,、Ž]‰ö‘; ψ rd 、ψ rq ———ԃ d、q Œ]‰ö‘; R s ———Œƒ‡ ; †¿¨ÀÁ, ω r ———ԃ’Ô“”; T m ———•–—ÔŠ; ÄÅÆÇ¶·Èɘ™ÊË, ˜º¶·ÊË RT - LAB ÌÍ MATLAB / Simulink ˜Î»¼ÏÐ, T e ———]Ԋ; Ñ Simulink ÒÓ¨¶·¸ÔÕÖפ¥Ø ٘ژº¶·¸, Û̀ÑܩݘÚÓ¨ J———ÔƒÔø‘; ¶·¸Þß,à̀Ñܩᶷ¸ßÞ。 âãÖ× I / O äÍåæ¿¨Äçè, Ìéêëˆ k F ———Ôø™š p———˜´; k θ ———›Š ¿¨Ü©ÝìÜ©áíŠîÕ,ïð,ñ ̀¸¹Î˜ †²˜º¶·ãòÒ²óô´õ ‡,ðö÷ †øùãò。 RT - LAB ÒÜ© ¶·¸ú̀èûüýºþÿ~}, ƒ| ·˜ºŽ。 †¶ {[\]^_ †`\]ˆé [1] @   { è ? ø ^ _   í Š     。 >é@=<Ã;] †:øæö/,  [2] à † 。 . RT - LAB ˜º¶· †, \]^_ †íж·¸,  RT - LAB ¶·ÝÒÓ¨^_˜º¶·é¿¨²ó 1 1 ´。 œž\]Ÿ˜, ¡¢£¤ ž² Park ¥¦º d ŒÍԃ\]ˆ•]â ê,Ψ f \]ˆ]‰,§]Ԋ¨® 3 T e = pψ f i q 。 2 ©Ü©é@ª 1 «¬。 ©¥,ÝÜ© ÔƒÔ­‚Œƒ‡ý®®­。 `­”å ¤,,¯¤°Ü©©, ©Ø@ˆ’±¸: { ˜º¶·éíŠÅö÷, ˜º-È †¶·é˜ºŽíŠö÷。 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,]š;(3) , Ä ,。 œ ´ { ˆò Ud = - R s id - ωr ψq + Uq = - Rs iq + ωr Ψd + dψ d , dt dψ q , dt Fig. 1 õ­ \]^_€‚,ԃ+„² †‡, ˆ、]‰]Ԋò̋Õ:           Control of machineside ˜Î d、q Œ,õ*݈’±¸²^ ³ ê Ü © † 。   d Œ  ,   ´ , µ i d ≠0, ѕ¶ Δ U d € · ¸ d Œ  ˆ 。 d、 q Œ  ,  ¹ · ¸  ˆ ’ ±  º  » ¼, ^ º  ½øùãò  d、q Œ ¾ ù  ˆ , ² ø ù ã ò Ò > õ*Ý ¾ùˆ 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] ­€ ­€‚ƒ 。 ‚„ ŒŽ‘ 1 ƒ„ †‡ˆ‰Š‹ s k ,s k , †ŒŽ’,s k 0 ƒ„ŒŽ’, †Œ q p i  d d q d i  q q d q [ ( )] [ ( )]               ‚ƒ  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 gridside RT - LAB  RT - LAB £¤¥¦§•Ÿ 3 ¡ƒ。 Ÿ 3 ‹ RT - LAB ¨©™ª PWM Source «¬ PWM ª «,¨©«¬¨©“®, “®¯ƒ¬ƒ ‹,® ¯ª«°ƒ¯ƒ。 Š‹:U d 、U q ———‹‡ˆ d、q ”•‰ † –‹; C dc ———ŒŽˆ;         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 ———‡ˆ d、q ”•‰†   ‡ˆ d、q ”•‰†  (1) Š(1) Ÿ¡ i d ­ i q ¥¦,  ‘©  d、q Ÿ¢£ 。 a、b  c。 “ a、b  c  ,k Ž‘  ( ks ) ( i - i ) + ωLi + e , k U = ( k + ) ( i - i ) - ωLi + e , s Ud = kp + ž,¨ˆ 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 ƒ¨©   ‹; U dc ———Ž—˜; e d 、e q 、i d 、i q ———、 d、q ‘™; L——— ; R———; ω———”•š‡›œž; i be ———’ƒŽ。 “”•Ÿ 2 ¡ƒ 。    Fig. 3 3   RT - LAB  RTLAB simulator and PWM source Œ¢    – ‚ —    ˜   £   [6]  。 ™𤥦 , – PI ›œ †±²:(1) •Ÿ 4 ¡ƒ, ¬ 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)  ,       ­€ ‚ ‡€œžŸµ,¯§°±˜³ 1 666 A。 ƒ€ ‚ RT - LAB  Subsystem of RTLAB     ­                             ‚‚       ƒ   ­      €                                 。 – 7 ¬®—, 1 2 s ˜¯§°±,™•²– 1 1 MW,š –›,ž€†Ÿ ³ 1 200 V, ´ “•š‹      ˆ:œ ƒ„ 400 V,œ€ƒ„ 1 666 A,– 1 1 MW。 ˆ‹Žˆ– 10 kHz。  7  [9 - 10]     ƒ 2 ¦–ާ•‘–, ‚¨Ž šš‹¢©,’ª“–«”,  Fig. 4  24 à Á ‰›,••–¡š Š,˜™¢£•, •šš‹¤Œ, ¥       4 À 4       。  À € 3. 5 × 10 kg·m ,•‚œ€ƒ„ 1 500 A,œ  ƒ„ 1 250 V。 ž€†Ÿ 1 200 V。 ‡“   µ       ¿               „  †   ‡   5 Fig. 5 3 7 Fig. 7  opcomm  Opcomm module adding in grid transmission   Starting process of PMSG system  8 ˜™¢£•¡¶Œ¢£ ·¢。 £ 8 ¬®—§,  ƒ„ 1 200 V   6  RT - LAB  。  SVPWM ¸ ¤,€‚ •€‚ ¹º³œ¥ ( ¦± ¹ºœ¥) 。                                          †  ‰                                           ‡ˆ     ‚ ­ €  ‚ƒ „ ‚            ­   „         ­       †„ Fig. 6 6 ‡     € Š  6                          ‰                                          ‡            Permanent magnet synchronous generator main circuit system                           ­€‚ƒ„  † ,ˆ ‰ ,„  Š„ ‹Œ‚Ž。 ‘’“ ˆ”:•“ˆ:– 1 1 MW,— 35 m。 •“ˆ:˜™’™ 1 48 Wb,š›­ Fig. 8 8    Output voltage and current in machineside  9 ‹¡¶Œ¢£·¢。  9 电气工程、信息与通信工程·321· §¨©,ª:«¬ RT - LAB ®¯°Ž±²   400 V  SVPWM ,  。                     631   , 11  0 2  3 s ,    , 12 ­ €。  12 ,‚ƒ„€ †‡,ˆ‰Š ‹。 ­  ¥6 ¦         Fig. 9 9 Fig. 11    Output voltage and current in gridside  ,  。           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 ‹Œ, 13  Ž 10 μs,Ž ‘’“”  34 29% , • ‘‰” 34 29% , • Ž 10 μs, ­ ‘ 62 51% , €  4 ‚, RT - LAB – — ƒ  ˜    RTE 。 „™ ‘š                   Fig. 13  13 Fig. 10  10              Output voltage and current in oscilloscope ·322·电气工程、信息与通信工程 ‘š† •‡ˆ € žŒ ,Ÿ¡¢Ž ‘    š† ˜ œ    ‰Š 。 ‹‡ ˆ    Assenssment of realtime simulation  , ›“ 13 ‚ ,  ‘’ ,  , “€ ¤” 。   。   13 ž 4,  £ ˜ 632 4 ± ² ³ Œ ¤ ¦ [6] Ž Ž º 24 » š JIANHU YANA, HEYUN LINA, YI FENGA, et al. 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": ,  SSCI  ­€‚, ƒ„ STATCOM  ‚†‡,ˆ‰Š‹ŒŽ„‘’“€”•–— STATCOM ˜™𛆇, œ ‰žŸ¡¢Ž, £ PSCAD •« ‚¦§。 ¨§©ª: –— STATCOM ˜, £” ¬®¯’“€°”•±²¬®³´µ¶·, ”•š›¸; –— STATCOM ™, £¹‚ º» ÃĦ ¡¢¤¥ STATCOM  ¼½¾¿¯ STATCOM –—À”•¼¾¿¾Áµ¶·,”•š›Â, ‚。 ¡¢¨§¤¥Å STATCOM ÆÇĦ ‚È 。 #$%:É ; ; š› ‚; 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 subsyn 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 doublyfed 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 doublefed 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 subsynchronous 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 subsynchronous oscillation of wind farms. sator Key words:wind power; subsynchronous oscillation; damping suppression; static synchronous compen 2345: 2019 - 06 - 06 6789: „ †‡ˆ‰Š‹ (51677057) ;ŒŽ‘’Œ“”•–—˜™、š‘、›œžŸ¡¢Š‹( TSTAU - R201805) :;<=>?: £¤¥(1976 - ) ,¦,§¨Œ©ª«,¬Ž®,¯°,˜±²³:´µ¶·,Email:suxunwen@ 163. com。 ·324·电气工程、信息与通信工程 _4 / .-;,[:ר—˜Ù±Åΰ < SSCI ÜÝÂ,Ú 473 Þ。 ;¥[6] ùú,SSCI õ¦›œ 0  Ɔ‡ˆ‰¨©òʪ  ,  [1]  。   †‡ˆ‰, Š ‹Œ Ž‘’“”•–—˜™š ( SSO) ›œ。   ­€‚ƒ„ ‹Œ SSO žŸ¡¢£ ¦§¨©ª [2] <、 §” ‹Œ¯°±àᦸ ÀÁç³ ¯°,ø†‡ÜÝ«º¬ë。 ;¥[7] „ ®™ ,Á ¯°±–—˜  SSCI ²‹。 ª , ¬¹^¯ ®,  ‹^ ‡™。 ­ 2 : ‹Œ¤†¥ «¬–—˜®™ SSR、  ‹ Œ¯°±¥ ‹Œ¤†¨©ª «¬–—˜ ™š SSTI、 ‹Œ¯°±¥¦§¨©ª ¬ –—˜¯°¨©ª SSCI。 ²³´µ¶·¸  ¬¹ SSO žŸ‘º»¼, ½ ‹Œ¾¿À ÁÂÃÄ,ÅÆ ÇȪ É, ÊË,  SSO ‹¡ÌÍΰÏÐÑÒº¶ÓÔÍ ÕÖ。 ר—˜Ù± STATCOM Ú Û, ÜÝ Þß,ª SSO ΰàáâãäå 。 E. Morsi æçèéÂêë¡Ììíîï ð¯°± 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。 }|{[Ǒ STATCOM \] 𯰱Í ‹^ȉ±†‡’,IEEE _ †‡Ü݁ó™`。 å ^ ô, È STATCOM ÜÝΰò, Á PSCAD ¸ @ STATCOM  æç’ ‹Ž‘ƒ  STATCOM ΰÞ。 †‡, 2 Fig. 2 Mechanism of SSCI generation SSCI ¥^¯³Š 1 SSCI  ³Š¶±¬·Å 1. 1 SSCI  õ–ƒ SSCI žŸ¸ SSCI  ±¯°´¨µ。 ^¯ †‡¸¹¯°, ÁŠº»: ¼°¶º½?õ¾¿, À ùˆ‰。 ­‘,¨©¥ÄŤ ‹Œ‹†‡ ¥ ,­ ±¯°ˆ­ 3 [8] ‹­‘Á ‹ÂÁ ¡Æµ。 ^¯³Š 。 †‡¸Å™šžŸ„Ü ݃ü?,Ȑ SSCI žŸÁ’ 。 ­ 1  2009 >€= Ajo  <‚ƒ SSCI „’ ð†‡。 ²­ 1 ˆ, Á 0. 25 s ‰, Šû‹‰ë 3 Œ, ð뎑 Šû‹‰ë 1. 5 Œ,  ‹Œ’“”。   †‡  3 s ’, •‰–—àᘙš­ ›œ¸ •‰  ž ‚, ø      ™ š ž Ÿ Ÿ ˜ 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 ———Йō–¦©Š„Ǫ ; ω0 ———€‚«ºÍÇ; ω m ———–—¬€ÒӞŸ¡µÇ; θ c ———¶·Ô‰Í; γ———ª ljÕ。 ­ [9]   PI €‚ ƒ‚ 4 ,,i dr ­ d ,i   dr ­ d ,Crc ƒ „„ †,Cr ƒ ‡ †‡†。 Crc  Cr ƒˆ‰Š‹ˆ‰ŠŒŽ ‘‹’†。 “ PI  Œ” G(s) = kp + ki / s,• kp ƒ –—€”,ki ƒ ˜€”,s Ž,™‘š›” 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) œ(1 ) ’,G i ( s) “ž” k p Ÿ, ¡” k i  Ÿ,SSCI ­•–—¢£Œ ”˜ „¤¥‰Š¦§¨,˜„™© SSCI ž€ PI Œ”。 5 Fig. 5  STATCOM  Wind power system with STATCOM Ë̆‡¢Œ, “€‚ 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) œ: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¶·Ô‰Í。 Æ¥¤³´, «¼ STATCOM Ï˜„¨ €‚µ¥Ø 6 Ù。 STATCOM €‚ª«‰Š‚ 5。 ¬š›¢ Œ®¯¤œ°, ±²³´– žŸ¡µ Ž ¶ ·。  ¸ ¹ STATCOM § ¨  ¢ º » ¼ € ‚,STATCOM ½¢Œ¾Ÿš¿•ÀÁÂÃęō ( SPWM) , Æ¢ºÇ£¤È¥¾ŸÇ 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) œ:m a ———Ðō; U dc ———Ñ; ·326·电气工程、信息与通信工程 Fig. 6 6    Seriescompensated transmission system equiva lent circuit ¼½¾,œ:‚ƒ¿ÀÁ޶¯¹ SSCI —”Ã± 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 ] 。 ‰Š ω0 + ω m Š‚ƒ  ,   △φ = Asin( ω m t) , } (4) . △ω = Δφ = Aω m cos( ω m t) 。 ‹€Œ‚  Ž, ‹ŒŒ‚ƒ , ’Œ‚ƒ ƒ 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) Ž△ψ sd ≈0,△ψ sq ≈0, ‘ d Š’ 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) ž,‹ŠŸ¡ [11] △i′sα a ,‚ƒ ­ € 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。 † ,¦§“¤Œ‚ƒšœ ¥¨ r s 、r r ———、。 △U≈△ωψ0 , ¢£。 “¡¤ ¢™ Š “    ,  ˜ ™ £  “ ¡ ¥ ” ‘ ψ sd 、 ψ rd 、 ψ sq 、 ψ rq ———、      dq  € —Š›。 ™,STATCOM šœ›œžŸŒ‚ƒ i sd 、i rd 、i sq 、i rq ———、 dq ; ­€ (9) –   –  —  —  ˜ ™ „ š 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  Ž©©ªª§«†, «¬ STAT COM ©ª¬ ‚ƒ, †„‡ †,ˆ‡ˆ α⠐‰,  ’°±©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¶ ®¯, ®‚ƒ¯°š° , 。 dq ²³®¯±’´, †† “·³´,µ´¶¯,·˜¸¸ £ dq ²³®¯ [12] 。 STATCOM ®¯¹ 8,ω € ω ref º “   »   ¹ ‚ ƒ   € ¼ ½  , U dc_ref ¾¼½„,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 ¸ šŽ 0. 69 kV / 36. 75 kV ® T1 „ ¯,° 36. 75 kV / 230 kV  T2 。 ˆŠ ‹›Žœ, ±¬ 8 s ˆž²³´™ °Ÿµ¶,¡¢ 0. 05 s。  10 ’£¤ˆ 40% ¥ ­·,   ­,¦§¸ Z。 ˆ’£¤ , — ¹º¨©。 » ­· £ª  Matlab §¨,—«ˆ°¼ 2 Hz Ÿ¬ž ޽³, ¥— ®¯°±©。 STATCOM  STATCOM control  8 ,,PI   COM ,         dq   STAT ,  [11]   ,PI   ,  。 STATCOM  dq  STATCOM  Fig. 10 ,   。 €­‚ ƒ€„‚, [8] †‡ƒ„ ˆ‰ ,  †‡ 。 3  10 ­ 3. 2  Frequency sweep of system   11a “ STATCOM ¾¿²š。  11b “ STATCOM ¿²š。  3. 1  ˆ PSCAD Š‹ŒŽ, ‰Š IEEE ‹ˆ‘ ’Œ“”€ 9 •–。 Fig. 9 9  Doublyfed wind farm system  ށ—˜™𛑠­,œžšŸ’¡š›, ¢£ 5 ¤“ STATCOM “ STAT COM ¥¦§¨Š‹。  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¡¢Ùڂ SSCI Û Õ4 Ö  11a ,, (9)  STATCOM    ,  ,   8 s  ,11 s   , 。  11b ,  (11)   STATCOM    ,  STATCOM  dq ,  STATCOM   8. 5 s  ,  ­ ,€ STATCOM ‚ 3. 3  ƒ„ 。  12a  STATCOM ƒ†  。  12b  STATCOM ƒ†  。 477 ÜÝ ƒ‹­ ,  0. 5 s  ‹­ , € STATCOM ŒŽ ‘’。 4  ­ , “”€•–‚ƒ— ˜™ š, „ STATCOM , – › †‚ƒ—œ †‡ žˆ ‰Š,  ;–‹ŒŽ˜Ÿ¡¢£¤‘ ¥’†„“ £¥’¥”ˆ‰Š,   ,ƒ„。 ¤¦• SSCI – —§ — STATCOM   SSCI     ˜, PSCAD ¤¦€¨©™ƒ„šŸ¡ ¢ª«。 : [1] [2] [3] ¬®©›. ¯“ ° , 2016. ²³ , ,  ” ±[ R] . : ¬®©› , ´. —µŸ¡¢¥ž‘ ’¶·¸[ J] . ¹º»¼½, 2015, 30(16) : 154 - 161. 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IEEE Transactions on Power Systems, 2014,  Active and reactive power curves  12a , STATCOM , (9) , ‡。 ƒ 8 s ˆ ­ ,  3. 5 MW,  8 s ˆ ­ ,  - 2. 4 MVar,ƒ†  11. 5 s   , 。  12b ,(11)  STATCOM   ‡, ƒ† 8 s  ,‰ STATCOM  dq , Š STATCOM €, ƒ  2. 7 MW,  - 0. 2 MVar, 3 s  „ Æ, ¢—§¤¦[J]. ¡º», 2013, 37(11): 3073 - 3079. 30(3) : 1442 - 1454. [9] Mohammad A, Marta M. Understanding the origin of oscillatory phenomena observed between wind farms and HVDC systems[ J] . IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electron ics, 2017, 5(1) : 378 - 392. [10] ÊËÌ, ˆ‰Š, ‹ŒŽ, ´.  ‘—´ ¢‡Š —µ ÍÃÂ[ J] . ÎÏÐѺ¼¼½, 2017, 27 (3) : 228 - 232. [11] ‹ [12] ” ’. STATCOM Ÿ¡¢‹§Ò¤¦[ D] . £­: “ Á¼, 2012. •. ӇІ STATCOM Ÿ¡¢[ J] . ԇ, 2018, 48(5) : 53 - 58. (    ) 电气工程、信息与通信工程·329·  27  3  Vol. 27 No. 3          Journal of Heilongjiang University of Science & Technology 2017  5    1   , (1.   1  ,  May 2017  2 3  ,  , ­€‚ 150022; 2. ­€‚ƒ ­€‚ 150001; 3. ‡ˆ‰Š‹ŒŽ‘, ’“ ‡” 461000) „ † , ! ": , ­€,‚ƒ DIg SILENT / Powerfactory „ †‡ˆ‰Š‹ŒŽŠ‹, ‘’“”•Œ –—˜™‡Š‹ š›œ žŸ。 ‘’¡¢: £”•‡, ¤ˆ‰Š‹¥¦, ; ŽŠ‹§ ¨©ª«¬ £–—˜™‡,®ƒ ¯®ƒ°± Š ‹。 ²ƒŽ¡³´ µ ‡Š‹¤ˆ‰Š‹ ¶·¸¹º©»。 ¼‘’½¾¿Ž À´ ÁŸŒÃƒŸ。 #$%:†; ‡; ;  doi:10. 3969 / j. issn. 2095 - 7262. 2017. 03. 005 &'()*:TM315 +,-*:2095- 7262(2017)03- 0228- 05 +./01:A Single machine equivalent modeling method of wind farms with variable speed wind turbines under wind speed fluctuations Su Xunwen1 , Qin Haoyu1 , Yang Rongfeng2 , Yue Hongxuan3 (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 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:variablespeed wind turbine; wind farm; wind speed fluctuation; equivalence 2345: 2017 - 04 - 03 6789: •– —Ž‘˜™( SGSDDK00KJJS1500155) ;•– š›œ˜™(51677057) ;­€‚žŸ¡¢£¤¥¦˜§œ ( ¨©ª) ˜™( RC2015QN007019) ;«¬©¤¥¢®¯°¤±˜™( LBH - Q15125) :;<=>?: ²³´ (1976 - ) ,µ,¶·¸¹º¢,»¼½,«¬,¤¥¾: ·330·电气工程、信息与通信工程 ,Email:suxunwen@ 163. com。 \3 ] 0  [18] ‘) [ 。 (1) ר·ÐÑ。  ,    。   229 ^_¹,Ž:°±‹²Ï°·¸Ý·Ž‘’“—˜ ­€‚ƒ„ †‡ˆ,‰Š, ‹ŒŽ‘’“”•–—˜™š›œžŸ¡ [1 - 7] 。 «¬®¯‡ˆ, ° ¢£¤¥¦£§¨©ª ±‹²‹ŒŽ‘’“—˜§¨³´。 µ¶ °·¸,¹º[8] »¼, ½°¾¿ ³À,°±‹²Á¦Â¦‹ŒŽÃ’“—˜Ä Å °·¸ŽÃ“ÆÇÈÉ ÊËË Ì;。 Š, ¹º [9] μ °·¸Ï Ðю‘—˜。 µ¶ÒÓÔÕ³ϰ·¸ ( 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] ¼ר·¸Ý·Ž‘’“— ˜,ޗ˜ßà·¸Èáâ°ãä²Á ~:H T ———ר·ò£ÀƒÂÑ; H G ———ר„·ò£ÀƒÂÑ; ¦Ñáâåæ, çÁ¦Ñèé° ‡êëуçì푵°î펑。 ïޗ †Ñ。 ˜ðñßà·ò£。 ¹º [11 - 17] ‡ó ¼ר·¸¤ÙÚÛÜ·¸ô ·Ž‘“。 µ¶°±‹²ô·Ž‘“ ,½°õöÏ÷ø, ‡ùúûüÆýÏ÷, ‰Š,þÿ~¦Ý·Ž‘“。 Ý ·Ž‘“ñ †°、“Ýæ。 Š, K———ר·¸‚ (3) ·‡ÏˆÐÑ。 S T,eq = NS T ,Z T,eq = ZT , N ~:S T ———·‡Ïˆ‚; Z T ———·‡Ïˆ­。 (4) Ë̉Š“‹¡Œ‚。 ޶|{ÐÑ ‘’‘,‰ŠŽ‘“ø”‡|{ÐÑáÏ, ­ ¼°±‹²×Ø·¸¤ÙÚÛ Ü·¸Ý·Ž‘’“—˜, }øÁ¦ Ï÷Ë̕‚“‹ñËË̕‚“‹¤ÊË Ë̕‚“‹Ž‘¡Œ‚。 “¤Ž‘“ ˜£。 ~:S P ———Ž‘“Ý·ñËË̕‚–— ¡Œ‚; 1 †‡ˆÝ·Ž‘—  Á¦Ï°·¸Ï|{å£,  ·¸Ê˼  , áÇÈ °·¸ ª。  1 ¼Ý·ר ·¸Ž‘“。 Ž‘ÊË   Fig. 1 1     Singlemachine equivalent model of wind farm with DFIG ~·¸‚¤ÐÑ« â,²¼ 1 ~ޑר·¸ÐÑ ( ñ  S P,eq = NS p ,S Q,eq = NS Q , S Q ———Ž‘“Ý·ÊËË̕‚–— ¡Œ‚。 (5) ÏÊËËÌ|{Ðߑ。 N Q ref,eq = ΣQ ref,i , ~:Q ref ———ר·Ï Ê Ë Ë Ì | { Рߑ。 ~, ²‘ eq ˜Ž‘šÉ·¸øÐÑ, ²‘ i ˜\ i ר·¸。 ™·¸ ‚«â,šŽ‘·ÊË|{Ðߑ N ›Ý ·ÊË|{Ðߑ。 (6) œŽ‘ž。 Ž‘žÐÑñ ­、¤,­¤ё³Ÿ,¡¢Š, £ Ž‘žÖ。 ¤¥¦š  œˆ«Ž,Ž‘ž޶ޑ“ œž§ý¤。 电气工程、信息与通信工程·331· 230 ± ² ³ ´ µ ¶ · · 27 ¹ ¸ X′2d ——— d ˆ‰–†; (7) 。 ,  ,, X′2q ——— q ˆ‰–†; 1 v eq1 = v, n i =1 i X″2d ——— d ˆŠ‰–†; X′1 ———‰–†; Σ n  :v i ——— X″2q ——— q ˆЉ–†。 i 。 , 。  ,   (2) —‹Œ†Œ。   S D,eq = NS D ,Z D,eq =   ,   , , ­ N,   :S D ———†ŒŽ˜; Z D ———†Œ‡†。  €。  i  ‚,   P i   P i = f( v i ) , „ 。  Σ N v eq = f - 1 ( 2 (3) —‘Œ。 —‘ŒŽ˜†’ ,™š,: S eq = NS,C eq = NC, Ž“”Ž­ :f——— - ƒ 1 f( v i ) ) 。 N i =1  †‡ˆ‰Š N ‹Œ、 ‹Ž ­‘, 2 ’“”­€†‡ˆ‰ [18] •Œ 。 ZD , N :S eq ————‘ŒŽ˜; c eq ———†’Ž。  †‡ˆ‰ˆ、•—–Œ、 —˜•™›šŽ˜、、œŽ •Œ 、›œŽŽ­ž •ŒŽ­Ÿ‹。 3  3 1  DIgSILENT / Power Factory ¡ž“ 3 Ÿ¢¡¢£。 £ %"&'( %")*( !"#$ +"/ *(0 %"3 ,3 12. 012. +" ,-. %"6 %"45 7*8 15. 9:;< 2 Fig. 2  Singlemachine equivalent model of wind farm wind farm with PMSG 2 •Œ,  30 ‘,¤¤–¥¦¥¦§ š Crowbar ¨ ©,     ª  • — – Œ (35 kV / 690 V) ›«¬§¨©ª ( PCC) ®,¨¯—–Œ(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 , ˆº»­ ”­€•ŒŽ­ ( ‚ ) ƒ‚。  (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 © Éʒ,“: ˜‰  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。         。    ,        、ƒ„ †„‡ƒˆ Ž‘’€ 5  ­。 ™‘   †‰Š‹Œ, †“”•–— † ‰ŠŸˆ‰。  5  Fig. 5   3 2            ž            4          speed fluctuations  š DIgSILENT / PowerFactory €±žÀÁ  ­  † “ 6 Š‹, ­。 묮。  ±,±² , ³´² 6 “± ¯°, , ™  (35 kV / —¹º‰, ›»   (110 kV / 35 kV)  PCC º‰ —˜ ·œ。 Ä † 1. 5 MW, Ä 3. 3 kV,Å¼Æ½ÇÆÈ   ­。   1. 7 MV·A, 6% ; 5  Output characteristics of wind turbine No. 5 4 Š‹,¡¢ŒŽ£Œ“‘¤,   Dynamic response of wind farm at pcc under wind  50 MV·A, 11% 。 ,’ 4 € 90  98 s  ƒ †¥ “ 10. 2 m / s,¦ ƒƒ †§“ 1. 69  1. 46 MW,¨Š‹, ”“ š•   €µ¶·Š„š, 3. 3 kV)  ,¸     Fig. 4   “ ­、 “  ­€ ­š›œž PCC ‡„、 „ ˜‰ “ †„‡ˆ ­€‚ƒ 5 ‚  4 ­€ ,               –© ¦  ƒ †› ,¤¨, “ ª«š¬®。 —˜, ™ 5 € ¯Š„š,  “ ­  ­€ ­° © ¬®。 œ„ ›ƒ  † ­š²³ ˜‰Ž‘“  ±ž ‘«šƒ ¬®。 ´““ƒŸµ¶”•, ·¸”•¡¢ £     ¹º ( »´¹ º¤¥) ,’¼“½¦  , §¨©— ˜ Fig. 6 6        Single line diagram of wind farm with PMSG  6 Š‹,   ,  ,, ¾¥   电气工程、信息与通信工程·333· 232 Î Ï Ð ½ ˆ ® ®  27 Ñ ¯ 。  7  (  1、2、3   1 、 2 、 3 ) , 1  „ , †‡ˆ‰Š,  ( )  (  ) 。  8    † ‹­ ,ŒŽ‘’ƒ。 PCC 、   。  9 ­ 1 €、 ‚ƒ。      9 , “”€•, –—˜™ €  ­€š›, ‚ƒ , ‰Š‡„。 œž, ŒŽ‘    Ÿ 。     8 , 4     ›–—˜™€      7        Fig. 7 Wind speed fluctuations (1) ¡ŒŽ“”€ –— ˜™€‘Ÿ ,  ¢£ †‡。  (2) ¤›“”€,   € •¦ˆ‰Ч¨, †‘ „ ©‹­ª‰Š。       (3) ¤›–—˜™€,       ›€¥ƒ €š›Œ,  Œ› ŸŽ  ‹­ ; ‘ †  。    :  [1]   8 Fig. 8       Transactions on Energy Conversion, 2011, 26(2) : 532 - 541.  [2]   Brochu J, Larose C, Gagnon R. Validation of singleand multiple machine equivalents for modeling wind power plants [ J] . IEEE  Dynamic response of wind farm at pcc under wind speed fluctuations [3] ‘’“, ” •, – š œ, žŸ¡, . ‹›± °, › “”€Ÿ 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, Ą¾. ¿›“”ÀÁ [8] ¹º», ¤¥¦, ” [9] ¹º», ÅÆ«, ǒÈ. ŒŽ²¢£Ÿ       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. ƒ [ 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  Ÿ ³´。 (2) SVPWM µ¶‚ƒ· ¸。 †‡。 Matlab “Ÿ‘”•„   : [1]    9 Fig. 9      Active and reactive power output  ,   , THD  , , 0 kW ,   ,­€,‚ƒ„ 5  . ‰ [3] Á,   10 kW [4] [5] [6]  †‡。 [7] Š‹ŒŽ‘’“, ”•–、  ™š、€‚ƒ›„ ­—˜ MPPT œž、† [10] ‡ˆ‰Ÿ¡ §ž¨©Ž‘Š‹ŒŽ . Âà LCL Š‹ŒŽ [ J] . ÄÅ , 2016, 46(9) : 39 - 43. ,– , ” MPPT [J]. Ê,  [ J] .  Ȅ , £. Âݓ˜ Ë̞Š‹ MPPT º¥¦ ›¼½ 2017, 29(3) :102 - 110. Boost “Š‹ŒŽ , , Íȍ, £. ‰ [ J] . º•» . ‰ ÆÇ›žŠ Èɼ•» 2013, 29(1):16 - 20. . ‘“ ™š  ¼½,2017, 37(8) : 2328 - 2338. Š‹“ŒŽ“¥¦[ D] . ¾¿À: ¾ ¿À•«¼, 2012. ÎÏ. Âà SVPWM ‰ [ D] . ­€: ­€«¼, 2011. Š‹ŒŽ¥¦“ Ren Yuyan, Gao Jinling, Zheng Cunfang, et al. Swithching losses suppression method for threephase PV grid - connected inverter [ J] . Power Electronics, 2014, 48(3) : 7 - 9. •¢Š£œ¤‘‹Œ¥¦。 ( 1)   Š‹ŒŽµ¶¥¦[ D] . ¾¿À: ¾  ‹ [9] ’Š‹ —µ¶[J]. º•» ¼½,2014, 34(3): 5803 - 5810. [2] [8] ˆ‰ LCL “ŒŽ“ ¿À•«¼,2013   3. 18% , –,  , , £. ¹   9 ,,  ¼ °œž±²          ™  ‚. ‰ Š‹ŒŽ¥µ¶¥¦ [ D] . ƒ„: 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 ) MercadoVargas M J, GómezLorente D, Rabaza O. Aggregated models of permanent magnet synchronous generators wind farms £¡[ J] . [16] [ J] . Renewable Energy, 2015, 83: 1287 - 1298. [12] [13] † ‡, à Œœž[ J] . ˆ. ‰Ð Ž “, –Ž”. ‰Ð Ȅ ›, 2012, 36(2) : 42 - 46. œÒŸŒ‰ ƒ œ, Õ Ñ Ž•, 2012, 40(15) : 1 - 6. [17] [18] Œ‰ Ñ Ó §¨ØÙڐ ‰ ѩӣ¡œž [ J] . º  , ªÍ«, ¬®, £. Âԝ“ DFIG “‰ £¡œž[ J] . º 1097 - 1105. Ó È„ Ž•, 2014, 42(1): 70 -76. ­, žÖ, £. ·Ÿ×‰ ¥, £. ˜£¦ (13) : 3231 - 3238. Œ’ –—˜, ™š, – ‡. “› €ÔҟŒ‰ Ñ£¡ ¢¥¦[J]. [15] š ў‰ ¢, £¤,  Ó ‘, ’ £¡[ J] . [14] Ȅ Š‹œ‰ ¡ ™š, 2012, 36(12) : 222 - 227. ¯°Î. ‰ ¼, 2010. Ñ •»¼½, 2015, 35 •»¼½, 2015, 35 (5) : Ó£¡¢œž[ D] . އ: ±« (  Ñ    È« ) 电气工程、信息与通信工程·335·  29  4  2019  07    1 1  , ,  2 1 ,   (1.   2.  ƒ„ ! ":、 , July 2019  1  , ­€‚ 150022; †‡ˆ‰Š, ­€‚ 150022) ,  †。 ‡ ­€‚ƒ„ ˆ‰Š­€‚ƒ„‹Œ, Ž ‘’  œ 1 ‰,Ž žŸ¡’“¢£¤ –—­€‚ƒ œ 2 ‰,Ž ¥Ÿ¡’“¢£¤ –—­€‚ƒ˜™š›   “”•–— Vol. 29 No. 4          Journal of Heilongjiang University of Science & Technology † ‚ƒ˜™š› ˜™š›  œ 3 ‰,¦§¨ ©ª«¬® ¯°±², ³´µ¶ 9 ·¸¹ º º¤´¿À­€‚Á„Â 1. 00% , ¤。 »¼½¾, ­€‚ƒ ÃÄÅÆ #$%: ÇÈÉ。 ;  ­€‚ƒ; 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 flatthrow kinematics model to model the output characteristic curve of photovoltaic cells. The method building on the idea of threesegment 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; IV curve; error comparison 2345: 2019 - 06 - 06 6789: ‹ŒŽ‘ ’“”(51677057) ;•–—˜™š›œžŸ¡¢£¤¥¦“”( UNPYSCT - 2017144) :;<=>?: §¨©(1975 - ) ,ª,•«¬¡,®¯,°±,²³´:Ÿµ¶·¸¹,Email:zhu_xianhui@ sina. com。 ·336·电气工程、信息与通信工程 .4 < 507 -“,,±:œË@?`>º_²³´¹ºÔÕ 。  , 。   ­,€‚ƒ„ †‡ˆ‰ Š‹ŒŽ‘’“。 ”,”• –—˜™š ›œž™š,Ÿ¡¢£¤¥›­¦š§ [1] ¨©ª«¬®¯°± 。 ² ³´µ¶·¸¹ºœž­¦šª«» 、¼½ ™š¾¿À,ŒÁÂÃĬŸ¡ÅÆ [2] ¯°Ǿȼ,ÉÊËÌÍÎϏ¾ÐÑ 。 ÒÈ, ²Ó¾¹ºÔÕÖ׿ØÙÚ [3] ÔÛÜ Ý Þ ß Õ 、 ¿ Ø Ÿ à á â  · ¸ 㠂 [4] [5] Õ 、¿ØÖäåæçµ¶èéÕ ¬êëì Fig. 1 1. 2 1 Topological structure of photovoltaic cells  I - V  ¬¤ 1 ù¥²±™ž, ú ² I - V ÔÛ ±。 ʁ,ÙÚÔÛÜÝÞßÕ ר ©íîï²ðñÄò, ´³´µ¶ áóßôß,ÏõöŸà÷ø、ùúûüýþ÷ø » ¥ÿë§。 ~ÊÜÝÞß}Ûö¾ |{ [\],ŸŸ¡É­¦š ª«。 Ÿàáâã‚Õö¾Ÿà÷ø, ùúûü ¥ÿ ­。 Öäåæçµ¶èé Õýö¾Ÿà÷ø,{[ Œ ,^۟ þŸ÷á⻠φ‡], º_» ¬¶ Öô。 êëì[Õ»  ½, ~Ê Þß}Ûýö¾ ­ {[\],  ¶·¸。 ¯ ­‡›ò§`>€‚, ƒ„³´µ †ÜÝÕ{[²ÙÚÔÛ ßôß׿¨, Öôå‡_ˆ²³´ I - V ·¸‰Š,à‹ù¼º_õ­ { [\]¿À,ËŒ¼½³´µ¶·¸ » ,<×Öäåæç·¸ºèÕ¹º †‡¼Ž‘¬’“。 1  1. 1  ׃„²”£ P - N ûµ¶, •–‡ —˜™šº_›œ²žŸ¡û¢, £º _”¤ 1 ù¥。 ¤ 1 ,I ph צ,A;I0 ט™šî;§¬ ¦,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———˜™šñ°±®,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 ½Žá( I ph 、I0 、N、R c 、R b ) ÙÚÔÛ, Ê{[ ¾ ,׿ì{[}Û, ÀÁžª§ ( V oc ,0) ¬ž ¦§(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^۟Ê ­¦šª«„ ¬†‡。  : V + IR + IR ) ] - 1} - R , { [ q ( VNKT  `[ \ Öäåæçµ¶èéÕ ¿À,_@?`>=º_×ɏ,‡\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 ———²Ážª,V; I sc ———²ž¦,A; V m ———²­¦š§ª,V; 1. 3 I m ———²­¦š§¦,A。  ײ³´µ¶·¸‰ŠÖô¼¿ ¨,ÃÀÄÅç(1) ùÙÚÔÛÆç, –‡ÜÝ ÕÉÊËÌáóÞß。 ç(1) ƒ„²³´µ ¶·¸ϙ¶ÇÈúɈÊË ÌÍÎ, ~ ÊÏØÐ¸¶ÔÛ,ýÑ“¶ÞÒÓç,Ԑ‡ áóÞßÔç´Õß。 Ö †ÜÝÕ‡ ׍_áóÞßÔÕ, ¿Ø×Øó‡ Ù„ÓçÉ/óËÌÚÛÞß, Üú‰ŠÂØ Ýó×Þ。 ±ß, àá–‡ †ÜÝÕÉç (1) ÙÚÔÛÞß,£¦Û[7] ⤠2。 ‡¤ 2 ¦Û, ûé²³´µ¶· ¸Žá,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 ))。  ­€‚ƒ„ 。 } (6) ±º¾(4) ~ (6) ,­²¿’“  ¬ƒ³º。 ­³ ’‹´’“³º µ¶,·¸†‡ˆ‰ÀŠ‹Á ’“ ‰Š, ù ¹Â ºÄ »‘。 ®¬‘¼Å³º, ¼³ ­·¸†‡ˆƒÀŠ‹¬ƒÆ¬, ŽÇ’“  Fig. 2 2 2 È»­É¹ ¬ƒ¸‚, º ±”Ÿ,ʽ¾·¸Š‹»‘¿ À«´ 2 ¯„´ 3 ¯ˆ‰ƒ„©ª›£Á š º。 •¾Œ´ 2 ¯Ã§¡©ªˆ,  Iterative solution flow char  †‡ˆ‰Š‹Œ[8] Ž‘ ’“”Š•–。 •–—˜Œ, ™’ “ I - V  š›œžŸ’ ¡,š›œžŸ ‡ˆ‰ƒ„¦ ’¢£¤­€‚,¥† ›†, §¨Ÿ‡‘© ªˆ¤ˆ‰ƒ„­«¬ƒ‰Š。 †‡ˆ‰Š‹Œ‹’“ I - V  ‚®Œ¯,°‹Ž‘¯‚‘§ ’©ªˆ¤±¦ ‡‘“£¨Ÿˆ‰ƒ„²Š³。 ±”®´ 1 ¯ ’•–µ— 0 ~ λVm ( λ ®˜™,š® 0 ~ 1), ©ª›£® 0,’ ¡, ‹¶”¯ œ†•·ž“£® v0 Ÿ£¡ ˆ‰; ´ 2 ¯—  λV m ~ V m ’•–µ,©ª›£® g1 ;´ 3 ¯— V m ~ V oc ’•–µ,©ª›£® g2 。 ®¢¶”†‡ˆ‰ƒ„¥ I - V  𛏠¹©º,£¶”ˆ‰»¸¼½¤¥»¦§Ÿ ( V = V oc ,I = 0) 、 š›œžŸ ( V = V m ,I = I m ) „¨§ Ÿ( V = 0,I = I sc ) ,ˆ‰ƒ„•¸‚‘®  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 ¯šŸ® n,«¼Ì° g22 = 0. 5g2 / ( n - 1) 。 (8) ´ 3 ¯’Éç¡©ªˆ, ¡©ªˆ“ ® 0. 5g2 , Å® g2 , ¡©ªˆ®ÊËÌÇÈ, £ ç¾(7) 、(8) ͍Ωªˆ›£š·¸ †‡ˆ‰ÀŠ‹©ªˆ, Ë’“Ƭ †‡ˆ‰À³ºŠ‹。 ̧¾ (7) „ (8) ¬¡©ªˆ,¦ÏÍη¸†‡ˆ‰ƒ„ ´ 2 ¯„´ 3 ¯³º ¥ρ Ð,юǁ Ð。 3  3. 1 I - V    Matlab ¹ÒÓ®†Ô, ‚‘·¸†‡ˆ ‰ÀŠ‹、 Æ ¬ † ‡ ˆ ‰ À Š ‹ „ Õ Ö   – ­ ר 3。 ÙØ 3 Ú, ·¸†‡ˆ‰Š‹š ›œžŸ„š›œžŸ Ñµ¦Ò› ,½¾Ûқ¿ÀŒ†‡ˆƒÀŠ‹´ 2、3 ¯©ªˆ›£Ü º, ƬŠ‹È»Æ ËÌ¡„ÊËÌ¡›£ÝÊ, ­Š , λ = 1 - 槡2·( I sc - I m ) / ( V m ·I m ) 。 ® m,«¼Ì° g11 = - 0. 2g1 / ( m - 1) 。 (4) ’¯©ª’。 ˜™ λ «¾(5)  °¡©ªˆÄ§¤¨Ÿˆ‰ƒ„³º  。 ¡©ªˆ“® 1. 2g1 , Å® g1 ,¡©ªˆ®ÆËÌÇÈ,£´ 2 ¯šŸ KC200GT ‹´’“¬ƒ¹‚, I0 = I sc , ¾¼,I0 、I1 、I2 ——— ³º。 ¬Ó‚ÞÔ,  (5) •–¦Ï„Öא。 ՎƬ’“”Š ¼4 Þ ßàá,Ç: 509 ”•€  ”•€–—‘ 30 ms,­“˜, ™€š˜ ­€ ›ˆ‚ƒ„–—。 ’ ”•€‚†‡œ‡, žŸˆ  ¡‚‰ŠŒ‹–— –“ ” ,Œ”•€¡¢£Žœ ¤‰¥。 3 Fig. 3 3. 2 4  I - V  Comparison of IV curves of different methods ‘’¡“”¦§’ ” •€¨ © • , –  — • € ¡ £ ˜ ª   ‹ Œ  , ,       ,  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   ” , ‡ œ , ” ̏ƒ[J]. ”°±[ J] . ÍÎ ÍÎÏ, 2018, 42(5): 685 - 688, 692. Ï, 2016(4) : 927 - 930. Ò, 2001, 22(4) : 409 - 412. , ¢ˆ’[ J] . Ðџ’ ˆ’[ J] . [5] , . Ö׺» [6] Qin H, Kimball J W. Parameter determination of photovoltaic cells €, Ç. ÐÑ ÔΒՒÒ, 2005, 18(8) : 5 - 8. ³[ J] . ²º¦§Ì ¶ØÙ³´, 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,  Š, ‹ŒŽ 4. 0% ,   ‹Œ‘  2. 70% 。 ‰,   ¬, ® [4] ­€ ‘“1. 00% 。 , •   , :   KC200GT ƒ„  §œ¤‰¥ 。  g1 ÃÄ 。 ÀÁ –˜ ‚ different types of photovoltaic cells λ  €‚†Ÿˆ Å Æ   Error comparison of output characteristics of  ´µ¶›·œ¸¹®žŸº»‹Œ« ¬®¡¢¼ 2 ½ „  £ ¤ ,  – ² ¥ ³ ´ µ ¶ ÀÁ¨Â ƒ„  ˆ [9] [10] 。  Œ  ¯ °, ±    – ² š ³ «¬®™Ž   ›·œ¸¹®žŸº»‹Œ«¬®¦ ¢¼ 3 ½„  • € , ¾    ­  ¿ Œ   :I p ——— ; I n ——— ­€ 。 1  Ú , , , Ç. ¨˜ Bezier ˆ²”  ¦§[ J] . ‰ÛܟÍ, 2016, 34(5) : 656 - 659.  ,  [ J] . , ­, Ç.  ¢ˆ’¦§ ¢ÎϒÒ, 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. BonitoMato Grosso do Sul, Brazil: [ s. n. ] , 2009: 35 - 45. [10] Ó€µ‚ƒœ¶·„.  ¯†‡Ýˆ[ 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) 、  ­€, ‚ƒ ! ": SVPWM 。 ˆ „ 45° † ‡ ‰Š‹ŒŽ‘’“”•–— ˜™š›œž, Ÿ¡¢ Š £¤¥¦— ,§¨©ª«¬ •–,®¯°±” ²³´ SVPWM 。  MATLAB µ¶ ·¸¹º,®»¼„ EP2C8Q208C8 FPGA ½¾«  ¿ µ。 ÀÁÂÃ:„ 45° † SVPWM ÄÅ、¯¸,— œÆ,ǚÈÉ ”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 fivelevel 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 fivelevel SVPWM algorithm found too complex to be used in highpower 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 muchneeded reduction in the processor computing time, thus enabling its application to fivelevel and multilevel SVPWM algorithm. The proposed algorithm is validated by the simulations on MATLAB and the provision of a fivelevel 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 fivelevels; SVPWM; 45°coordinates algorithm; FPGA 0  ¾¿À,ÁÂÃÄ ¥ÅƨÇÈÉÊˊÌÍ ˆ‰ÎÀ。 Ï ‡Ð ‡ÑÒ, ÓÔ  ¬®¯°, ¥±²³´µ¶·›¸¹º»¼½ ÕÖרÆÙÚÛÜݧ¨Þßàá, âãÙ Ä ÜÝ,ä×,Ï ‡åËæ¥É磪 2345: 2014 - 09 - 28 6789: ƒ„ †‡ˆ‰Š‹(12531592;12541725) :;<=>?: ŒŽ‘ (1974 - ) ,’,“”•–—˜™š›,œ„ž,Ÿ¡,ˆ‰¢£:¤¥¦§¨©ª«,Email:madhavan1990 @ sina. com。 ·340·电气工程、信息与通信工程 648 ÿ ~ } |        ,          [1 - 2] 。  、   SVPWM ­€‚ƒ„ 。  , †‰Š‹ŒŽ‘,­€’“”• [3] –—˜™š›œž‡Ÿ¡, ¢­£¤¥ ,  †‡ˆ ¦§¨©ª«¬® 。 ¯”°, ±²³ SVPWM ­€,·¸´µ ¯” 45° ´µ¶   { { \ 24 ] [ ‹Œö¹²ö½, ÷¯ç ”Ê£。 1 2 1  „” ÈÉÊ£„ àø  ,45° ´µ¶¹ÈÉÊ£ùÌ 2 õ­。 €¶ž  m ¨ú” 1 , ‚ƒã [5 - 6] ¹„ ‰è†‡ ¶¹º»´µ¼½ž, ¾¿ÀÁš›œž Â,ÃÄÅÆÇ ÈÉÊ£­€¢­£。 ± 1 1  SVPWM                                                          à„ÈÉÊ£áâÝ 5 ã ÈÉÊ£, ä忝ç Ê£ 61 125 » 。    ­€ר‹ŒÙÚ,ÄÓÛÜ­€ÝÞß。  SVPWM  Ê£©´µ¶  ²ËÌÍÎ MATLAB ‡Ä EP2C8Q208C8 Ï FPGA  ÐÑÒÓ ÔÒª·¸­€,Õ֐ 1 Ê£Ãč 3   »。  Ê£‰èéÌ 1。 „”  êÊ£,ë» 60° †ˆš›ž£ 16。 Ãé,  2 Fig. 2  SVPWM ­€ 45° coordinate system under 2 level and ˆÌ 2 Ãĉô, õݯçÊ£© 45° ´ µ¶ îŠñ½ž´µ‹, ŒûŽ´µ‹ Š‘ 1。 ’ƒ³ “õ”Ê£ V r •©´µ¶ ,– V r —˜•©™á»›š›†ü, ù Ì 3 õ­。 © α′ β′ î¹, V r —˜ð • © á » ý V0 、V1 、V2 、V3 õþ í†æ。           five level space vector coordinate system ÈÉÊ£­€„” ž”š  à,¢­£씢­,–©É¢­í î。 °,ï³ 45° ´µ¶ [4] ,­£ðÅÆÇ 。 45°                                       1 2                Fig. 1                     1                       Traditional fivelevel 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 ªšž G = 0  G = 1 º¡­ V r © í † V0 V1 V2 V3 ¹ † ΔV0 V1 V2  † ΔV3 V1 V2 。 ›ù,³ “•© 휹ž‰‡Ÿ ž‰¡,Ê£ÃÄ š»¯çÊ£¢ ¡­。 ùÌ 3 õ­,£ (1) ‰Š¡­ Vr •©œ¹› ‡Ÿ›ž‰†Œ‹Œ„öö¹½ 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 €‚, ƒ„   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 。 Š a ›«Ÿ¡¢¥œ T2 = (0 5 - 0) T s = 0 5T s , } α′3 = α′1 = α′0 + 1,α′2 = α′0 , ¬žª‡¤Ÿž °,ª±ž , 2 ® ¯ ²¡ª¢˜³´µ£ ¶ª‡。 ¤¥ ”„, ¦ L = 45 mH, § R = 10 Ω, ­‘ 700 V,¤¥ 0 1 s, 4、5 ŒŽ¨· ·¡ € ­©,€ ­ ­· ­· ‘¸ ¹, ¹。 ‘ª    ,  Ÿ † ‡ ¡ ¢   V0 ( α′0 , β′0 ) 、 V1 ( α′0 + 1, β′0 ) 、V2 ( α′0 ,β′0 + 1) 、V3 ( α′3 ,β′3 ) ‹ˆž ‰£¤ ‡¥¦‘ T0 、T1 、T2 、T3 、V0 、V3 ¥¦Š‹ } (6)              4 Fig. 4  Five level cascaded single phase transport   •–­—€。 ˜™‚š› 3, œƒ„ T s ‘ž   †Š    , ‹ Œ 45°    Ž   。 ‘ 45°  ’“‘”,  T1 + T2 + T0 ( ŒŽ‘ T3 ) = T s 。  (9) MATLAB  (5) ( β′r + α′r ) > ( α′0 + β′r ) + 1 。 ŒŽ‘’“ ‘: V1 T1 + V2 T2 + V0 T0 ( ŒŽ‘ V3 T3 ) = V r T s , }   ‡ ˆ,45° ‰  649 ¬œ ™¨,  45°      © Ÿ ž  a ( 3 4, 0 5) ,šª‹Ž,T s ‘ž , :  ¹ SVPWM ®  [7 - 8]  ÂÃÄ,Å:45° ÆÇ¸  ”§•–, V r   † ‹Ž—ŒŽ¡¢ ‡¨˜(7) ‹Ž˜(8) ŒŽ: 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 ©ƒ,š½ ¾©, ­© »¼¸ [9] €«¬ 。 ®Œ, ˆ,»¼ ,¯ 45° “‘”°¥±²³®´ ;¾µ,¿¶À·Á ˆ,45° ‡ 650 Ò Ó Ô Õ º Ç Ä ,  [10]   1 / 3。   3 × 24 Ø Å    。   45°  Ä 45° FPGA       , FPGA   FPGA  , ­€ ‚ƒ,„ † ‡ˆ, ‰   ­,€‚,ƒ†,„ Ё [11] ‹ , ­ Œ Ž Alteral † ‡ EP2 C8 Q208 C8 FPGA ˆ‚‰‘Š‹,€ŒŽ Quartus ‘’。  „“’ 6 ‰”,24 “„“” ƒ •。            Fig. 8 4  8  Line voltage waveforms  45° ƒ¨œœ©ªž«。 ”ž›¡ SVPWM š¬,45°  SVP WM ®Ÿ, ¡¯¢Ž。  MATLAB £ FPGA ‚‘°±²¥¡³§´ , µ,45° ¶·ž›¡ SVPWM š› ¸,¡ ¤¥¹Ž¦§。 : [1] Fig. 6 6  24  SVPWM  SVPWM waveform of switching sequence •–—˜™ A š›œ“ AB –›œ“ ’ 7  8 ‰”。 š›œ“žŸ›¡ š—¢,–›œ“£” ˜ ›¡,¥ ¦§  ­š›。   ­¤™          ¨©ª. –«¬® SVPWM º» °: ¼±½¾™²¿, 2011. 、”¹Ž[ M] . ¯ [2] À [3] ¼½¾. Á›¡•–—º»Æ„¹Ž[ M] . ¯°: ¼±½¾™ [4] [5] ³, ´ µ, ¶·¸. Á›¡•–—Âè¹ º¬°ƒ[ J] . »¾½ÄÅ, 2012, 11(12) : 36 - 39. ²¿, 2007. ¿ À. ¶·Á›¡•–— SVPWM º» [ D] . ÁÂ: ÃÄÇÄ, 2009. ­” ´Å³, ´ÆÇ, ÈÉÊ, ‹. ËÈÌÍÎɞ›¡•–—Ê ¬°¬ › œ ¡ Ï ” à ¨  „    [ J] . › ½ º » Ä Å, 2014, 29(6) : 53 - 161. [6] ËÐÑ, Ò [7] ×·Ø, Ù Æ [8] Ó, ÔÕ¸, ‹. ž›¡•–— SVPWM ‘° ­[ J] . ›Ì°Ö, 2013(10) : 50 - 53. Ð, × Ú, ‹. ŸÛÉ 5 ›¡ SVPWM ‘° [ J] . ›ÌÍ, 2014, 43(3) : 49 - 53. MONDAL S K, BOSE B K, OLESCHUK V, et al. Spacevector pulse width modulation of therelevel 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. ŸÛɞ›¡ SVPWM ¬° ­”[ J] . ›à”áµ, 2013, 50(10) : 40 - 44. â£ã. Á›¡謰º»¤Ïœ–«— ­[ D] . ÁÂ: ÃÄÇÄ, 2012.  ¹Ž ¿äå, ËÎÐ, ¼æç. Ѫ FPGA ›¡ SVPWM IP ± ƒ[ 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 ,€‚ƒ„ †‡ˆ‰Š‹ŒŽ†,‘, ’“”•。 –,—˜” 60°  ­™š›œž †Ÿ¡, ¢£¤¥¦§ ¨©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 longterm reliable operation. Key words:static var generator; 60° coordinate system; SVPWM 0  [1] ¬,œÍÎ µ¶ÏÐÑғ” 。 ÓÔ ÃÈÕ IGBT Ö×ÌÍ,SVG ¥¦§¨ØÆ  ( SVG) œžŸ¡¢£¤¥¦ §¨©ª«¬®¯°。 ±²¡³´µ¶· ›¸¡¹º»¤¼½¾¿Àª ¬, ¡Á Âî›ÄÅÆÇÈÉÊËÌÍȪ 2345: 2016 - 08 - 28 6789:;: ƒ„ (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 ,  †‡ ˆ‰, Š‹,ŒŽ, ‘’“ ”:  •     • – —、 ˜ ™ š  ›, Email: yqj @ usth. 574 ð ñ ò ó ,  SVG ,   SVG  [3]  。 ­€ 60° ‚ƒ„ SVPWM , †‡ˆ‰Š‹, ŒŽˆ, ‘ ’ SVG , “”• SVG  –—。 1 ô  ·‚ƒÛ 60° ‚ƒßࠍ 60° ‚ƒ„˜™šˆ¥, ÅÆ 2 [5]  Ç,µÆ 2 ¹                           »¶· θ ¸¼ 60° ½¾¿ÀÁ¹ »ºÃ 5 [4] «¡¢ÁčⅠ¡¢ 。 ÅÆ 1 Ç, È    Fig. 2    2 2                  60°G/HKLMNOF?@ Threelevel space vector diagram based on 60 ° co ordinate system PQ?@RST8DEFUI  60° ‚ƒ„, ¥‚ƒ¸¿¸ Ä 0,1,2 ˜«¸,ã¹¯ V ref 䂃¸å ž­æåäàæ¿€‚ƒ 4 «  á⏹    ¥。 ÅÆ 2 dž‡¥, ¥ 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 ˆŸ V UL = Action time of sectorⅠ 1(1a,1b) 2m sin( π / 3 - θ) '2 .             2                  ¢Ï                ¡¢Ⅰ‡ˆ, ÅÎ 1  Fig. 1 ½¾¡¢£¤。                ¯°±¥¡¢£¤²³´¥‡ˆ ‰。 µ¥¶· θ ¸¹ £¤º¡¢, '1 ï 26 ÷ ö ž±ܕ Ì, » 2. 2  ;¦§¨©žªžÛ ÝÞ;  ˜™š SVPWM ›œžŸ¡¢£¤, ¥ ‡ˆ‰,¦§¨©žª˜«Š‹,¬®‰ ÉÊËÌÍ,¹ Ç。 õ ¯°›œ¡¢£¤,‡ˆ‰,¦§¨© žª˜Š‹。 Û ¼, ‡ˆ‰ 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, ѓÒÓԘ· 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) , ƒ L ² U ž­èÎ¥‚ƒ¸å æå²æ¿€, ‰éŠê‹ë«Œ, V UL ² V LU ì䎟‘’˜· [6 - 7] 。 ,V UL 、V LU í “±ä«î ¥。 ” V UU • V LL ‡Ÿï 3 «¥ –—Û V ref ˜•¼· g + h = V ULg + V LUh ë ØÙڇ,¦§™。 Ž,™š£¤Å: 2 60° SVPWM  ï 3 «œžî 2 1 60° G/H SVPWM IJ ³• 60° ‚ƒ„˜™š SVPWM × 1 ( ) () ( ) () = ¥ ›( v rg + v rh ) - ( V ULg + V LUh ) > 0,V UU Ÿœƒ ¥。 › ( v hg + v rh ) - ( V ULg + V LUh ) ≤0, Ÿï 3 «î ¥。 Æ 2 ŸŸ,¼ 4 «„ ¥Ÿ: 电气工程、信息与通信工程·345· àáâ,•:60° ŒŽ‘ SVPWM †¥ãäÛÜ忟Ö 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¶Ÿ˜™ŠÈ。 ƒ„,š›»­œžŒ½ÉÀ¶Ÿ˜™ŠÈŸ , (2) 1) T Ê¡¯。 ¢£[8] »¾”Œ½ 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 »­œ ( ®¦§ÂÃ) onn  oon  pon  non  noo  opn  nno  ono  npo  ppo  poo  nop  opp  opo  onp  pop  oop  pno  ¦§ÂÃ) »­œ  »­œ  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 Œ½–—”¬±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  , „ † ‰†Š , ‹ 60° ŒŽ‘† ’†‰“”•Š 。 – — , ‚˜„ † ,   1 ™ ,3 — Δu NP = u dc1 - u dc2 = ∫ 0 td2 — ‚ 1 ƒ 2  ‡ˆ  (1 1) T 1 - v h 1 - v g ¨© 3, 6 †—  ,3 š›— ,1 †— ; ‚˜ 60° Œ Ž‘† ,  2 ™ ,3 — 2 †—‰ 2 “Š 。 – œžŸ DSP ­¡¢”† ,  DSP £ ¤• Š     1 μs, £ ¤  † Š     ‚Š ‚—  4 μs。 ƒ „ , ¥      —   ,60° ŒŽ‘† ¦  § ¨  , © ª    ­ €    , «¬ œžŸ® , ¯° — SVG ±²³´ 。 2 3  š­µ¶·Ÿ¸¹­€­ºŸ†‡ € ,ˆ‰¥†‡»¼Š‹Œ½ »。 »­€¼¾¿À¶ŸÁÂζ‹ Ž¶,Š‹‚»‘­’­­Ä,ŋ¼Æ ·346·电气工程、信息与通信工程 (5) ±­€²³‘ k, ´ Δu NP > 0 , µ¶» ­€«·, – Í k “­Ò’®Í¥ t1 ¦¸, Ƒ­­ÄÄÓ­º»­Æ­€ ¹Ô。 ºÏ,´ Δu NP < 0 , – ÒÕ k “­ Ғ Í¥ t1 ¦¸, Ƒ­­ÄÄ­ [9 - 10] º»­Æ­€«· », – œž: 。 60° ŒŽ‘Í t1P + t1N = t1 , t1P = k·t1 ,k∈(0 1. 5 μs, ˜ IQmath š ›   €  Š  £ ¤   4 μs, –„  †     22 μs;60° Œ Ž ‘  †    i NP dt。 Cd t1N = (1 - k) ·t1 。 3 1) , } (6) Matlab  ¼½ 60° Œ Ž ‘ SVPWM  † Ö  ˜ SVG Îϕ , ¾¿ Simulink ˤ 。 ˤ×À Ø : ­¨ÁÁ 380 V š”­¨ ; ®ÙÂÚ •Ûܮ٠, À­Â R = 15 Ω , ­Ú L = 15 mH; š­µÀ¶ŸÀ : ­º C 1 = C 2 = 2 200 μF, ­€ U dc = 800 V, ­ à Ÿ R = 0. 01 Ω ,L = 2 mH。 Ä Å Ì¥ØÝ 3 ~ 5 Þ 。  4 ‚”†ÄŠˤ ³ ´ ,   , Ä Å  † ×  ¶ ¤ Æ  Ç 576   Ã Ä  -  ,  0. 000 1。   ¯ ¿ Å 26 Æ À š–›œ‡ˆžŸƒ­ 。 Ž 4 ¡¢  ,  , ¦¥„ SVG  ‰Š¡¢, §¨¥ ¡‡ˆ—©ƒ„      3 4    ‰Š。   Waveform of capacitance midpoint voltage 60°  SVPWM š  。 †ª ›œ‡ˆžŸƒš«¬¡¢‡ˆ ,® 60°  SVPWM š–›œ‡ˆžŸ      ¿ £€, ¤– 60° ¡¢‚¥–      Fig. 3 ´ š–Œ¯° SVG « ƒ«,‰Š„  ¡¢¬€‡ˆ,  。            4 Fig. 4 ‹¥¡ „ ޤ‘«,’•“±², €‚ ƒ     “   , ‹  U ab  SVG •³ Waveform of line voltage ‰ŠŒ ,” –。  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  ,    ,   , ­€‚ƒ ,„ SVG  4 €‚ƒ‹ Œ,Ž †‡ˆ‰Š。 „‘ 60° ’。  5 “”   ,•, – SVG ‰Š, A —˜Œ™ ,60° SVPWM §, ¨. ª[ J] . ‚«ƒ¬®, 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 —ƒ¸¹[J]. ±, 2009, 39(6): 29 - 33 [5] ² ³, ´§µ. 60°€ [6] ¶ ·, ¸  / %  ­€‚ƒ SVPWM © –¶£, ¤·¥, ¦ [4]  ¡¢, 2006. [2] Waveform of A phase with compensation 4 —­, ˜™š. ›œ‡ˆˆ¢‰Š´›[ M] . œž: Ÿ ­€‚ƒ SVPWM  [ J] . µº´›, 2013, 45(5) : 65 - 66. ¹, º»¼, ¨. 60° € † ­ € ‚ƒ SVPWM »¸¹[ J] . Ÿ¼½¾¿À, 2008, 28(4) : 39 - 45. [7] ¶½¾, ¿ÀÁ, ÂÃÄ, ¨. Å‚«ƒ 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] . œž: ¼Ç½Î Ë, ¨. Ì ¡¢, 2015. Ͳ˜‡ˆˆ¢‰Š trol of neutralpoint voltage [ C] / / Power Electronics Specialists Conference, Recife: Brazil, 2014. [10] CELANVIC N, BOROYEVICH D. A Comprehensive study of neutralpoint 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  , , , ‚ƒ„ ­€£   ­€ 150022) (  , ": May 2017  LLC   ! Vol. 27 No. 3          Journal of Heilongjiang University of Science & Technology , PWM  LLC  ­€。 ™š,›œžŸ¡¢ DC / DC †‡ˆ‰Š ‹ŒŽ‘’“”•–—˜ ¤。  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,™š½ÔªÕÖ«¬®、ר ÙÚ、ÇÛØ” à DC / DC ÜÝޔ  ¢£¤¥¦§¨© ª«¬ ®,¯°±²³´,µ±¶·¸¹º»¼½ ¾ DC / DC ¿ÀÁÂÃÄ©¸¹ ŠƪÇȽ¾ÉÊ ª, Ẹ͕̈¸¹ [1 - 2] 。 ßàáâ LLC ãäåæçÃ, è éꫬ óªðô, õïö÷ òìßíó÷ñø。 ù¸¹ðñúûü, × ëìßíîïðñò ØÙÚ ”, ý þ ÿ ~ } | [3 - 4] ñ{ 。 [£Ÿ¹ 2345: 2017 - 03 - 23 6789: ­€‚ƒ„ †‡ˆ‰(2016RAQXJ030) :;<=>?: Š‹Œ(1975 - ) ,Ž,‘’“†,”•–,—˜,™š›:œžœŸ¡,Email:396890149@ qq. com。 ·348·电气工程、信息与通信工程 234 õ ö ÷ ø LLC ,  , ,   ­, €‚ƒ„ †‚‡ˆ‰ Š,‹ŒŽ‘、 ’“”、 •–—˜™š  [5] 。 œžŸ¡¢£, ¤¥¦§ †¨©ª« PWM ¬®¯° LLC  。 ±²³´µ¶· LLC  › ¸¹º、»¼½¾›¿À‡ Ÿ¡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 )), ­,œž (3)  à 1 ¯° LLC 。 ¹ºÄ S1 、S2 Å ®Ò:n———ëÉʋ; 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 ŗÈ 。  °Ç,ÉÊËÌÍÎÏ¡ÐѦ» Ò,Ó C r 、Ô L r 、 ÕÔ L m 、 ÉÊ ÍÎÏŗ¯° 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, ãäÞΎ  。 åª LLC  D < 0. 5 Ù D ≥0. 5  ÐÑ‹,æçèéÐÞ,ê  D < 0. 5 è ë 。 (1) ­® 1( t0 - t1 ) , ŒÃ 3a €‚。 t0 ƒÆ, S4 „„Ý;t0 ƒ,S1 „Ý。 €† Û,  Ï i L r ªÕÔÏ i Lm ,  u t ›ªÚ  U in , Ï i L r ÙÕÔÏ i Lm á ݆Éʇ, ÉÊÎψ‰Ä D o1 „Ý, L m Š‹ŒÚ§Ž‘’ nU o , ÕÔÏ i Lm “™š。   Fig. 2 2     LLC  Analysis of full bridge LLC resonant converter working state (2) ­® 2(t1 - t2 )。 t1 ƒ,S1 ºì,S2 ™„Ý。 €† Û,Ï i Lr > i Lm ,ÔÏ i Lr Ý S2  Žˆ‰Ä„Ý, S2  ZVS ¹Ý횛î。 (3) ­® 3 ( t2 - t3 ) , ŒÃ 3b €‚。 t2 ƒ,S2  ZVS ¹Ý。 ꜞÏ i Lr > i Lm ,ÉÊÎψ‰Ä D o1 ·Ÿ„Ý,L m Š‹ŒŽ‘ 0. 5nU o , ‡¡Ù ,ÕÔÏ i L m ·Ÿ“™š。 ¢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 ©ªŠ ·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 ƒ„ †‡, ƒ 240 W ­€, ­€ˆ‚‰ƒ„ І  ,  ƒ „ ‡  , ‚ ‹  Œ Ž   4   。 DC / DCˆ‚ˆ LEM ‘Š’‰,“Š  ‹‡Œ Ž ‘ “ ’ “ Š ” , ” ’ ‰  • – —  DSP / TMSF28027 ”。 “Š MPPT ˜™ • ˜ š –›œ,žŸ¡¢—£¤。 ƒ¥¦˜ ™‚ ‹ š  › œ  § EMI  ž Ÿ。 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•–ˆŠ¢¨©ƒª”›œ«˜™Š¬ ®。 ƒ¯£ MOSFET, ¯£§’¤¥†° ´µ [8] , ›œ ±¦§‰¨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 Š › œ ¶ « › œ ¬ u PV = u MPP = 30 V “·, ¸ 5a  u t “·¹ ,®¶«›œ¬¡¢— D = 0. 5, ¯° LLC  º»¼½, ¸ 5 ©ªŠ ®¯±²³´ ½,® ¡¢—Š L m ¿  i L r “·,i L r  i L m µ¾¼ ¶,  DC / DC ©ªŠ¶«‡œ。 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  ,ƒ€ L m ­„。       b  Fig. 6  a 3 D = 0. 50    b D = 0. 40   6  S2  Converter amplification wave of S2 soft switching  ¤¥¦§ŒŽ  PWM •¨  LLC ,©ª VF «¬  ®Ÿ¯°±²–³´。 ŒŽµ —˜、™¡、š‡¶ ·,ŒœŒŽ  LLC   ›œ¨¸¹ º»ž¼、½º¾¿ ½ÀŸ¡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 † ‡ˆ‰Š‹。 ŒŽ PWM  ,  6  S2 ‘’“‰Š‹  ” €,S2 Š‹” ‡ ˆ š › ‰ Š ” ‹ „ Œ œ   u S2 = 0,‰Š‹žŽ‘Ÿ。 ¡ S2 Š¢­€ † u DS2 ≠0, ˆ S2 ‰Š‹。 –’“£Š‹” ”ˆ‰Š‹。 , ´µ¶, ´·¸, ¶. ¹º¹ÆÇȒ ½ ¾, ¿Á.  LLC    À £  Á  [ J] . ÄËÃÉÊ, 2013, 28(4) : 72 - 79. ÄÅÆ, ÇÈÆ, ÉÊË, ¶. ÌÀ Boost ͏ÎÏÐÌ LLC   [ J] .  ¼  ± Ä ‡ É Ê, 2015, 35 ( 15 ) : 3895 - 3903. [4] •­€ u DS2  S2 ”‚ƒ u S2 , – 6b — 6a ˜„ 。  6 ,Š‹ ” S2 ‚ƒ u S2 ­ •­€ u DS2 = 0 †™ •­ ³ “»®[ J] . ¼±Ä‡ÉÊ, 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) ": , ­€‚ƒ„ LCC !  、  †‡ˆ‰Š‹ŒŽ‘。 ’“”•–—˜™ 、 š›œžŸ,˜™¡¢ £¤¥¦§¨©ª«¬®, ¯°±‰Š²³´µ¶š,’“ LTSpice ·¸¹³‰Šº LCC †Ž‘ WPT ·¸, »ž¼½¾¿·¸ÀÁÂ。 ‡ÃÄÅ:ÆÇÈÉÊËÈ 90° Ì, ÍÎ 。 »ž 1 kW ¼½›œ—о¿,сÌÒ½ Ï Í 92% 。 #$%:; LCC †Ž‘; ‰Šº‹Œ 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 - ) ,€,‚ƒ„ ·352·电气工程、信息与通信工程 ,†‡,ˆ‰,Š‹ŒŽ:‘’‘“”,Email:3030361_cn@ sina. com。 610 0 1 2 3 ,  ,   - ( SS) 、 - , ( PP) 。 ‚ƒ[1 - 2] „ ( SP) 、 SS -  ( PS) ­€ - †‡ˆ‰Š‹Œ Ž‘,’“ˆ”•–—˜™š。 › ‰ Šœž,Ÿ¡¢£,¤¥¦§¨© x ª y ª« 4 ! 5 5 7 29 8 6 Å;S1 、S2 Š¥¦§ L1  L2 © æ。 ëìí¡æ¡¢, ›» ë ìí¡†‡ú。 º/ 2 ²{,˜¡¢Š÷, î $ ,´Àëìí¡ÚæŠ ¬®¯°,±²³´©µ¶·¸¹,º»¼ ½¾¿À。 Á ³´°¡¢¿Ã‰ Ä,©ÄÅÆÇ¹ÈÉÊË。 ÌÍ΄ [3] © LCC ÏÐÑ,ÒӈÔÕ¡ÔÕÖ¡, ר¡¢‰Ù, ‰ÚÛ, Á²ÜÝ¡¢¿ Ã,Þßàγ´, °²­ÊËÄáâã¡ ³´© ZVS ·¸, äÄåæ。 LCC ¡、 Fig. 2 Ïëìí¡©î IPT  ( âã øù†‡ú, ’“ €š,éêüòÊýþÿý߈ ˜™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) ¥¦§ÚæŠ S = S1 + S2 = jωL1 I1 I1 + jωMI2 I1 + jωL2 I2 I2 + jωMI1 I2 。 (2) |{     [     ¨ \ º ï ð ¡ ( PFC) 、âã¡、 Ï、]ìíãÅ¡、ïð^_ `@¡?>。 =, ]ìíãÅ¡<ñŠëìí Ï、 ëìí¡ïð;ñŠ 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, Š ÜÝæ, äÄìí [4 - 6] æ€åæ\´À 。 (3) (3) '(2)  S = jωL1 I21 + jωL2 I22 + 2ωMI1 I2 sin φ12 + 2jωMI1 I2 cos φ12 , (4) =,φ12 ———I1  I2 ®。 º(4) ² ,¥¦§æŠ Q = ωL1 I21 + ωL2 I22 + 2 ωMI1 I2 cos φ12 。 (5) ›[­¥§ð#¦§, º (4) ² ,ÊæŠ P12 = ωMI1 I2 sin φ12 。 (6) ,(1) ~ (6) €‚€ú,©ƒ[ ê"=,„ †‡æ«¬,ˆ搁  ˆëìí¡‰ëæ,‰ëæŠ!, «¬‹ ÙëŒ $‚é 。 ›», ŠˆŽ‘‹Ä LCC  åæ,¿¤ÜÝæ,’©“ö©æ ¹,äÄæ”æ•æ,ÊËåæ Fig. 1 1. 1 1 Wireless charging system Ïëìí¡ó:/ 2 .-, /=,I1 Šðꥧ L1 ð;I2 Šðê ¦§ L2 ð;U21 Ц§Ö¿¥ §Å;U12 Š¥§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 ‘’Š‹ŒŽ (7)  M  k ,  ,φ12 = π / 2,  sin φ12 = 1 ,   ,  90°  。     ­ 1,€‚, ƒ    U12  ,  ‚„  U12 = jωMI1 。 †,   ,     I1 90° , ‡€ˆ U12 ‰ I2  €ˆ­ 1。 ,  1. 2 611 ᕠLCC  IPT  LCC Š‹ŒŽ IPT š½¾¶· 4 ¸¹。 ·, L1 ‰ L2 –›µ ®‰ ® ;M – ¯。 Š‹ŒŽ¿°¡ÀÁ¾ Âñ Lf ,ıÅ C f ‡ÆÃ±Å C。 Ç ,Uin ²¹§ªÈ¤µÉʑ’ŒŽ  ;Uout ² ¹ ,i1 、i2 、i L f1 、i L f2 ˜™²¹¯ L1 、L2 、 L f1 、L f2 SS Š‹¿ ,³Š‹ŒŽË¨š [7 - 10] 。 ¥´°,† ‡š´° ®µ¶ Š‹ŒŽ€ˆ‘’, “”•, 。 † ‡€ˆ – P = ωMI1 I2 = ωk 槡L1 L2 I1 I2 = I22 ( R L + R2 ) 。 (8) ­€‚ƒ R1 = R2 ,    — R1 ‰ R2 , „   †‡˜™– Q1 = ωL1 / R1 ,Q2 = ωL2 / R2 ˆ IPT š 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 œ­‰Šžš ” η,   (9) ¨©”,¦‘š ‘’ª ω ‰«¬ — R。  — R ®¯Ž¤’ “‡ ‰°” •–,— ª,± ²³。 ®¯ž ¦‘š LCC  IPT  Structure of IPT system for LCC compensation network –Ì ˜Í·´:(1) ·´¸ ÀµÁ;(2) ËÉʑ’Š‹ŒŽ ¹µÁ–º§ º»¼ÎÏ ˜ÍÐ,Ȥµ©Ñ πÇÎϽ¾¿¨ © ҁ。 (3) ·´›µ À n – 1,ˆ   ÁÂÌ ¶· 5 ¸¹。 · L m  ¯, Dz– L m = k·L1 ;L s1 ‰ L s2   ,ƒ‘’ªÃÄ,Å¡‘’ŒÆÇÄ ¿ ›ƒ€‹ŸŒ ¡¢£‡Ž¤ ¥ ,†, ‡   †‡¦§ 4 Ó ˜™ ‰ ® , ² ¹ – L s1 / s2 = k · L1 / 2 ,Š‹¿ÂÌ , ‰  ƒÈԑ’»Õ。 ¦‘šª˜±™šš›œ Ÿ  ¡ ¢ £ ‰ ¤  ‚ ƒ,  š ¥ ¡ ª  ´  – 85 kHz。 ›µ”¦¶· 3 ¸¹。 ƒº§»Œ ¼,    ¨ƒ 0. 12 ~ 0. 20  †‡ 400 ‡‚,ºª‚› µ¨©” ‡ 95% «¬。 ©, Fig. 5 5 LCC   Decoupling and simplification of LCC compen sation circuit Öר³º,É· 5 ÓÙʘ,Ú¡¹ ˜™Ò‘’ŒŽ¶· 6 ¸¹。  U in ҁŠ‹ ŒŽ, ‘’, C f1 、C1 、L s1 ‰ L m ƒ‘’ª¼Ë¥ C f2 ‰ L f2 ƒ‘’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 ‚»‚ƒ„,­€¼ 1 kW。 ­ €ƒ¡¢£ 300 V, ƒ¥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,ˆ‰Š‹ ˆ¢¤ I1 –ˆ ‰Š‹‰ˆ¢¤ I2 Œ 90° ŠŠÁ‹ŒŽ‘’。 ®ˆ,‡“ 8a、b ”¥•–—30 ُ˜ 45 Ω ,ƒ¥¢¤ I L f2 ™šÃÄ , ”•¦¤„´ °; –, 8 ž›Åƚ›,IPT ­€„ƒ¡¢£ Uin 、¢¤ I L f1 ƒ¥¢£ Uo 、 ¢¤ I L f2 Œ, ŠŠœ ‘’ IPT ­€Ç§Œ¨Èž 1。 , ­€‚ƒ kU in U o L1 。 2 ω0 L f1 (14) †‡ˆ‰Š‹ Œ„ Ž‘’“” – I2 Œ 90°, —˜ ™ „‚ƒ, š› IPT ­€„‚ƒœ ™ 。 ,žŸ„ƒ¡„¢£ U in ¢¤ I L f1 , ƒ¥„¢£ U o ¢¤ I L f2 „  Œ,  𛦧Œ¨©“, ª«¦ ™„‚ƒ。  (13) ‰ Š­¨ k ¬,ƒ¥¢¤ I L f2  „ £ U in ,›¤。 ­€„ƒ¡¢ 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 ÂˌŽ‘‡ˆ ç5 è 3 4        ,   MOSFET    SVF25NE50, 500 V, 25 A。   Labs  SI8261。   ,  。  9  30 Ω  , 9a  ­ €,‚ ƒ, € ZVS  € 0,„ † ‡ˆ, ‰ Š。  9b ­ c  LCC ‹ŒŽ‘ ’“’ƒ,”•„, –—,˜’ ,—™‰  š›,Ž ­。  613  (1) œžŸ¡¢ £, ¤ƒ €Š‚¥¦§ƒ¨ 。 ©ª†¥«„ ‰ ˜’ †¥« 90° ™, 。 ˜’ (2) œž LCC ‹ŒŽ‘ IPT ƒ ˜  ™, ¬®› £,   † , ¯°±²,¤ƒ’“¦’ƒ³‡。 (3)  LTSpice ˆ‰¬£ ˆ‰, ´е¶·¸¹‡ˆ———’ƒ‹‡ ˆ、’ƒŒº’“­¡¢  1 kW ²Ž ’ 92% 。 ›» , ´, ‘™¼Š : [1] ½ ’ [2] ¾, “ ”, •¿–, À. —ÁŸ¡¢ÂÃĨ¥Ř ÆÇ[ J] . ¿Èɘ, 2018, 52(1) : 108 - 111. ™š›, œ ž, Ÿ¡¢, À. £ WPT —¤¥Â SS ‹Œ·¸¦®›ÊËÌÍ[ J] . ÎɘÏÐ, 2017, 32(18) : 73 - 82. [3] Ñ Ò, ¦§¨, ©ª«. Ó£ LCC ‹ŒŽ‘¨¥Ř ’¬®ÆÇ[ J] . È [4] ¯°Ô, ¦ ¬, 2019, 42(1) : 100 - 105. . £ŸÕÖ¡¢Äؒ ª‹ ŒŽ‘[ J] . ±Î×ÏÐ, 2014, 34(18) : 3020 - 3026. [5] ²³´, µØ¶, ¯·Ù, À. £Ÿ¡¢ÂÃĨ¥Ř ’ ª¸‹ŒŽ‘[ J] . ±Î×ÏÐ, 2015, 35(17) : 4468 - 4476. [6] ¹ º. ¨¥ؒ ¸—¸’ƒ‡ˆÆÇ[ D] . ÚÛ: ÚÛ²ÎÏ, 2019. [7] »¼½, ¾¿À, ÁÂÜ, À. ӣà LCL ‹Œ®›Ÿ¡ ¢ÂÃĨ¥ Ý (8) : 1569 - 1579. [8] ¹ÞÄ, Å ÆÇ [ J] .  Î É˜Ï Ð, 2019, 34 Æ. Ÿ¡¢ÂÃĨ¥Ý Æ LCC ‹Œ Ž‘®›ÊËÌÍÆÇ[ J] . ßɘ, 2019(6) : 12 - 16. [9] àáÙ, ¹ÛÇ, »š. âãâ È[ J] . äÜåæÉÏÏÐ, 2017, 27(3) : 211 - 214. [10]  , “”, µª, À. Ÿ¡¢ÂÃĨ¥ؒ  Šɜžº´[ J] . ÎɘÏÐ, 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. ­€‚ƒ„  †‡ˆ‰Š‹ŒŽ‘’, ­€ 100039) ! ":   ,  LED 。  ­€‚ƒ„, †‡ˆ‰Š‹ NCP1653A ŒŽ‘ NCP1693A ’“ ”•–—˜™š›œžŸ。 ¡€ PSIM ¢£¤¥ ¦, §¨©ª’“¦«¬  ®¯¦°±²。 ³´µ“ PCB ¶,“•§·¸  ¹。 º»¼½:  200 W ‘¾ LED,¿À‘Á‰ÃāÅš,ƓÇÈÉÊ , †Ë̉ÃÍ΄Ï。 #$%:  ; ; LED; Åš; ΄Ï 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 highpower 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 currentsource, highpower 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: “”•–—˜™š(51408030) :;<=>?: ›œ(1993 - ) ,ž,Ÿ¡¢£¤,¥¦,‡ˆ§¨:©ª «¬,Email: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。 ­€、‚ƒ„ (2 ) „  ³ ²  æ Õ 10 μF / 450 V   à §‘’,¨©ª« æ。 (3) ¯°¨ MOSFET ÄÅ KBL608 ƒ«、Æ [2] 、 †‡ˆ‰Š‹ŒŽ‘’ , “”•–—˜™š›œžšŸ¡。 ¢£¤¥—¦  、 ¯° ¬® 、± [3] ²³´µ¶œ·°‹¸¹º»¼½¾½ 。 ¿ÀÁÂÃġů,ÇÈɯ° LED ¬®Ê ŸËÌÍÎÏ,ÐÑÒ¯°ÓÔ¬®  。 ÕÖ,¿¸¹ºÀÁ¼× ,ØÙÌÒ¯° LED ¬®Ê Ú×,  NCP1653A £µ¶ NCP1693A œ·  , – PSIM( Power simulation) Û¬®,   « ÜÝ。  1 NCP1653A  1 1 NCP1653A  ¯° ‡,©ª„ ߯¯° ËÌÍ( R5 、R6 、R7 ) ìÎÕ 680,680  630 kΩ,Ÿ ¡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 ՌŽ„ ˆÖר, 㯠è:R1 、R2 ìÎÕ 9. 1 MΩ  910 kΩ,C6  C7 Õ 1  60 nF。 (7) Öר:R4 ¯°îï‡Ùá‚ „¯° 0. 5% , ÚÛ R3 = 5. 36 kΩ。 Õ R4 = 0. 577 67 Ω, (8) ŒŽ 5 ÈÜíÍ R9 æ C10 Õ 113 kΩ £Þ­¤€‚ƒ„ † ˆ‰Š†‡¦†‹,¿Ð Ø。 NCP1653A ŒŽ¤Ù‘’ˆ £ŒŽ, “൜·ᔕ– ¯° ,œ·—˜–, Çéêë RHR1510、STP20NM50FP Ÿ¡ë。 (4) ŒŽ 1 ȦˆÕ U fb Õ 2 V, ÊÚÉÊ  500 pF。 (9) ³²斾³Ý™åì, æ´ áµÒ,Þß¶«„ £àˆâ·†,·† ,ÚÛ Õ 100 nF。 ¯° ™œ·š   ›✞Ÿ¡™°¢®×£¤ž„ˆ [4] ׍ 。                                 Fig. 1 1 BOOST  2 Equivalent circuit of BOOST converter Fig. 2                    BOOST APFC  Circuit principle of BOOST APFC 2 NCP1396A  ²¬,MOSFET  Ÿ ¡ ™ ° ¤ Œ Ž œ · ™ ° Õ 67 2 1 NCP1396A  å。 €‚©–Éæ´æ, ߯«®™ ّáâ ë ŒŽ, Ñíâ 500 kHz ™ãâ,äå 50 Hz ~ 500 kHz ™œ·。 ŒŽ ¥ 1 ¤ BOOST ¦§¨‹。 „ ˆ U in 50 Hz ¤œ™©ª‚ƒ« kHz, Ö® I L 㯤¥™䙰±² ³²。 ‹ˆ,æ´µÒ¶·†ˆ²¬,¿Ð·† ¯° 1 2 。 âàÂæçˆ‰, à ™°èé, ‚ê€ð, „ ëì,ˆíˆ€ð,ËÌî€ð,Ÿ¡ï®, APFC  ¥ 2 ¤ BOOST APFC  , ¸çÒ¯° LED ¬® Úº¹»ÊÚ 。 㗵¦ «¹¼, è: (1) ’ˆ®¨®´: ®¨¼¼´½² ·358·电气工程、信息与通信工程  ¥ 3 Õ NCP1396A ‡–。 NCP1396A ¤  ð¡ñ‹ò’,â SO16 £ DIP16 óô。 ٌŽ â 16 ÊõÈ:(1) Css ï®õÈ;(2) f max ¿™° ÊÒõÈ;(3) Ctimer ˆ‰ö÷õÈ;(4) R t žˆ Íʞ;(5) BO äˆÖ×õÈ;(6) FB Ë̄ õ ª«¬,®:ˆ‰Š 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 ¡° ŽËÌ 6,‘ÍŽ Q ÎÏ 0. 43。 В“, €ÑÀ”ƒ•Ò C r ¶† L r –Ó  19. 6 nF( „´­Î 22 nF) 、129. 24 nF。 3  LED  3 1 PSIM  ǎ,€ PSIM( Power !"# - &' (#) +, $% /0 5+ 3 2 42 40  47 +  46 4. 4* 46 64 56 44 40  4 7 6 * . 7 2 , *% 8 1, 4 4 4. 49 9 4. 4- 4* 2 '0 1: 3 Fig. 3 —µØƒØÞš› 6' . *' 12 *  *  6 42     NCP1396  C Y   L r 、L m , LLC  DC - DC  4 ­。 ,   12 3$ Fig. 5 *  Perpheral pin of control circuit  €‚ƒ, „ †。 €‡ˆ„‰。 Š‹ŒŽ µ¤ß:à‘、—·¸œˆ、 ·¸œˆ、³、—³、žáâ 6 Š‹ PSIM ØÞ ’†,“”•–—,˜™ š› 48 T, œžœ™š› 8 T。 “Š‹ ‘ 𛦧。       Ÿ—, ¡ 0. 1 mm × 100 ¢£¤š 。 ¥£¤ ¦§¨©­ª«, ¬®€¯           Fig. 6 6 ¿À¡Á ÂÃĈ‰ŠÅ€ ‹ 400 V, Ĉ— ŒÂà Ĉ—,ƀ STP12NM60FP。 ÇŽ Designed circuit simulation model —·¸œˆ。 ċ,Š‹—·¸œˆ ¨©ïð PWM , µ MOSFET Šñ。  ­,µ¶ · ¸ ¬ 12% ¹ º » ¼ ,†‡½¾µ¶。  ‹,뜈Š‹à‘ì— í,¥¡Š‹—ÚÛË£‹,ïð /= ³Ÿ¨©。 ¬„´ 5 ãŸäå。 ‚ƒæç:èé,BOOST  ¡ê¢ÚÛË£, ë·¸œˆ。 ¤ /<  ‚ƒ°±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) ÕÖיØÙ, 4* :4 16 9 - ’ [5] 44 , ԗ˜Œ /* 1. $. ’‰Š 200 W,   36 V,‚ƒŸŠ¬ 100 kHz ÈÉ,Ê  、、 Wave form of input voltage, output voltage and in put current 6 ò,ÚۉŠÅ€‹,ë —Ÿì¡ëŸìÑóє€ôŸ,  ¨ ‰Š õ 95% “;ö—÷ŸøŽ 电气工程、信息与通信工程·359· 572 Ê Ë Ì É 。 , 。 ,       , 。  ,    ,   0. 8 ,     , ­€。 3 2 PCB  ‚ Altiumdesinger  PCB ­, €ƒ ­‚ PCB 。 „ ƒ„­  PCB ­ [6] †‡  , ˆ‰†; Šˆ‹ ‡ˆ‰ŒŽŠ‘‹Š, ’‰Œ“。 ‰Œ Ž,”•–— , Œ˜ ™š; ‰ŒŽ ‹‘‹,’“ € ;‰Œ““ Ž‹‘,”‘’“€。 •‚ NCP1653A      ‰ › †  ‘ LLC   ‰ › † , œ –  ƒ   — 200 W   LED ž€Ÿ , ˜­¡ LED, ¢­ 7 £™ 。 ¸  Í 26 Î À  LED §ƒ¨, ©ª«¬¥,  ,  LED §Œ˜ LED ¬® ¯¡¢。 4  ‚ LED ž€¡ 。 ‚ PSIM £¤¥¦š, ‰  ›˜° ‰›§™¨„™。 ‰›  ± ²©¨ ‰³¡ ,“§Œ˜。 ,‰›  «, 𠲩 š´ª«。 ¬µ‰›†œ– ƒž€Ÿ,° ®„§。 : [2] [3] [4] [5]   [6] Fig. 7 ¿  LLC š›œž¤‰Ÿ, œ¥¦ LED ¡。 ¡ [1] 7 ¿ FRANK MARX. LED ¶§[ J] . ·¸¯, 2006(4) : 80 - 85. , ”°, ¹ , º. Ь®Š¤’”¶ «†‚[ J] . ±‰»®, 2002(5) : 356 - 360.  , ­€, ¼‚ƒ, º.  90 W LED ½ž€ Ÿ‰›[J]. ¾¸¯¿À, 2014(10): 199 -205. „ †, ‡ˆ. ƒ„ IC ’”†‚‰› [ M] . ÁÂ: «ÃĉŠ, 2007. ‹ŒŽ, ő’. BOOST ²³Æ¾ƒ¥´› µ™¶[ J] . ¥Ç·¸¯, 2007(11) : 103 - 105. “ ”, • È, – —, º. PCB ˜Œ‰›’™ª«¸¯ [ J] . š›É¿¸¯, 2006(2) : 57 - 59.  Test of driving power supply ·360·电气工程、信息与通信工程 (    )  27  2  Vol. 27 No. 2          Journal of Heilongjiang University of Science & Technology 2017  3    1 Mar. 2017  2  ,  (1.  ,  150022; 2.   ­€,  150022) ":, ,  ­€‚ƒ。 ‚ƒ„ †‡ˆ‰Š‹,Œ­Ž‘’†“”•、”– ! —˜™š。 ›œžŸ¡¢†£¤¥¦­Ž§Ÿ¡¢†£¤, ˆ¨©ª«¬®¯ 94% 。  ²‚ƒ³´µ¶·,¸¹º ƒ°±®¯ 85% 、 ‚   。 #$%:; ¢†£¤; »¼‹½ 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 Aftersales 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 Aftersales service. Key words:electromagnetic whiteboard; wire winding mode; positioning algorithm 0  ®¯°±², ³´µ›œ¶·Š¸¹º。 ¬ »¼½¾¿À£,ÁÂÃÄ、ÅÄ、ÆÄ、ÇÈ  ›œ žŸ‰›œ¡¢£ ¤˜¥。 ¦§¨©、£ª«•,¬ É¿À,ʼˬ¨ÌÍ ÒÓÔÎ。  ÛØÜ、¿ÀÝÞ,ßàáâãäåæç 2345: 2017 - 02 - 23 6789:;: ‚ƒ„(1974 - ) , »ÎÏÁÂÐ¾Ñ ÕÖרÙ、 Ú ,†‡ˆ‰,Š‹,ŒŽ,‘’“”: [1 - 3] 。 Ë •–、—˜™š,Email:lihaizhen1974@ 126. com。 电气工程、信息与通信工程·361· 206 ó ô õ ö , 。    ,  , ­€‚ƒ„ †‡ˆ‰ƒ Š。 ‹ŒŽ‘’、“”•–,—˜™ŒŽš›œ ÷ ã ø 2 1    ¼½¾¿ÀÁ¹º» ő’†¨©ª“”Æ,¬ƒÇÈÉ。 1 [6] ÎÊðíȕ–— ²á›š©Ë 。 Õ°Î, ¨  E î  ² ³·Œ。 E = n·Δ / Δt, Ì:E———©Ë ; n———©Ë ²˜; Δ———ʁƈ™。  ÍÎ, Ï x、y ±ÐÑ ÒÓÔÕÆÖ× ², Ø¡ ¨© Ê©ËÌ ª。 ÊÙ¯£ŒŽÚÛÜ, ÊÙÝÞ ßàÕ Ê,  ÊÙÖ× ² ‹,¶ ‘’“”ï,  ŒéŽã ¡,µ¶ » Š , ‹ç èé 。 ©ª ‹¸­–¹º ¼½, ÂÌŽÄ ú 27 û ù ³·Œ , 戉¿À žŸ¡¢。 £¤¥¦§,¨©ª«‹,¬ƒ ®¯° x、y ± ² ³°´ ³·Œ。 ø Ê©Ë, ²á€›š©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 Œé•š, ›î©Ë ²£œžŸ,ñÌ¡¢•££¤。 ¥¦, §¨¬,©  ²á î ³° Êق Ë·Œ。 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。 Ÿ °È,â•çèé,¬ƒ æâ  [5] ¿ èêë ­€ 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·Œ° 。 ® ² ³ °  Î。 µ ¶ ¬ƒ。 ¯‹ , ³°í ÙË ·362·电气工程、信息与通信工程 Ù Ë  E »  E » ¶¬ª¹æ¼€ 4a    ¨ © ª ‹, Ë ƒ ®¯° 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°΋,恍 Ù  2 £À ²†Æ, ½¾¬ƒ。 ¿° ³°, ʹ°΋,  Õ2 ´ Öר,•:€ ˜Ž™€‚„ ¬   ¯€¬ „   Fig. 3 ,‘¥®¯€¬°žŠ[7 - 8] 。 ±¦ €²§³©ª´¨©, ªµ¶  3  x、y Ÿ¡¢£¤€ ªž«。 €‚„  207 š˜›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  ¸¹š˜›½«, ®¦¾ ¬ º¿ÀÁ»Ÿ¼, ¦ ¬Œ ,½‡¾¿Œ ŒÀ( x i ,x i + 1 ) ÁÂÃ。 ½Đ , ÆÇÈÃ。 ¾ Ų ¬ 6 。 ¬»¦  x L i œ¦ ¬ , ÉÊËà x L i  U  U max , ÌĀ‚ƒ† à   x L i  Å 。 Í      a b  4 Fig. 4 2 2   ¬,  , x  œ ¦   x Li œ ¦     U max , µ¶Ì¿€‚ƒÇ¹†Î  U max ° U sec    Linear interval   x、y ,  1 cm  ¬ 。 È  , ϐ€‚ƒ  。 ÀÁ U max   ° U sec  Ã , Ð Ñ U sec   ¬Æ  2 cm  €‚ƒ x L i Î ¬‡ 。 ,, 5 。  ,  x 、y  ­,   , 。 €‚ƒ„ ­€‚,  †‡ƒˆ‰„ Š ‹† x、y Œ  。 Fig. 6 6 ɑ¦ ˜Ž™€‚„ š˜› ”,œ 300 , žŠ 600 , •–žŸ— ¡¢£˜¢žŸ, ™ž、 šž   Single circuit into polycyclic schematic  ‡ˆ‰ŠŽ‘,’‹ŒŽ“、” ‘’•–—。  82 “€  ¤¥¦, ›œ§¨© ¬ÀÁÊ˾ ¬ ÀÁ , š˜› x、y  20 ˜ŽŒ , ÌÍ®¯ÎϽ«ÐÑ 85% 、 š˜›žŠ½«Ð Ñ 94% 。 ®®¯€¬ÒÃÓ Å Ò‡ , Ô«¬ , Ò  Ó。 Õ º Ö Ð Ñ Å Ô © ˆ ”   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 ‚ƒ„ †。 ‡€ y „ †,ˆ,€ x   y ‰ , Š Š   ‚ 。  ­‹Œ,  ’“,”­。 €‚ 7 •, ­ƒ€ x1 、x2 „ •’¤¥–—,¦§Œ“¨ ¢˜,™š ›œš,©ª«¬®«¯,žŸœ„ª«Š°¡ ¢,€‚ 8a •。 £¤±¥€¥ ¦€²³, žŸ’“ªª«§Œ。 ´™µ ³,¶ªœ˜¨©ª,˜«·。 ¬ ¸“¨Ÿ®’“, ´™˜¯°± ², ¢‡µ ¹³,´¶ ªœµ¶、º¬®«¯,€‚ 8b •。 Ž‘ †–, ’“。    Fig. 7 € 7 §Œ“¨ Linear interval computation U x1 > U x2 ­ƒ€ U x2 - U x1 Kx U x1 > U x2 ­ƒ€  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 ———  ­ Œ ™  x1 — ˆ Œ  L——— † 1 ‰›。 x1  U ˜ U max ,Š U x2 = U x0 ,š,‹ U x1 、 U x2 Œœ(3) ,Ž† K x 。 ‘, žŸ’¡—,K x ·364·电气工程、信息与通信工程 5 8  Compariaon of test result  ­·»’¼½,  Ž‘ §Œ’“, ¾¦±¥§Œ“¨ ,¿Àµ¢ŠŸÁÂ。 ‡šŸÃÄÅ ÆÇÈ, ‘ÉÊËÌÍÎ (3) x1 、x2 „ U ; Fig. 8 (1) † 2, U x1 - U x2 Kx † 1, , € b  x = x2 + š , ±¥§Œ“¨   (1) † x 。 € a ¿À 85% 、¼½Ï®οÀ 94% 。 ¥»’ ÐѸ,¿ÀÐÑÒÓ¸,Ô¹¥º ÕÖ»¼½。 : [1] [2] ¾¿À. ‰×ÁÂÃØŸÙÚ[ J] . —ÄÅà Æ, 2011, 42(3) : 4 - 8. 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School of Energy & Safety Engineering, Hunan University of Science & Technology, Xiangtan 411201, China; 2. 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 selfdeveloped platform for minepurpose fan motor experiment to test the speeds with variable frequencies at which K454No. 9 / 18. 5 kWaxial 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 minepurpose 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) ;ˆ‰Š‹Œ Ž‘ „’“”•–—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,Email:hqwang1962@ 126. com。 398 0 ý  þ ÿ ~ ø ¾   ­€‚,ƒ„, 、” †‡ˆ‰ T Š‹ 、EKF、BP ŒŽ‘’“  ¬® ¯«°±²,³‰ “ ¯«´ ” œ [8] µ 。 ¶·,¸¹º»§ ›œ˜Ÿ¡, ¼ ­ °±½¾¿¯。 „À,ÁÃÄ,ÅÆÇ È,ÉÊËÌ͹Îϲ˜ Ѝ 。 ÑÒÓԍ§ÉÕÖ כ。 ؄,ÙÚÛ Ü ‹š , ßச ´Ý«Þ  ¼º»š«áâãäÍ。 1  1 1 @ABC fy = G( f x ) , (5) ¡Ú:G———”•ê,Жƒ’; f y ——— ,n i + 1 ∶ n i ,Жƒ’; f x ———«,f i + 1 ∶ f i ,Жƒ’; i———‹Ðꁗ˜。 ƒ™šš§ ® ¼«㠍äÍ, ÉÓ¡(5) вóô, ›œ•ꡞ •ꃟ•ê。 2  2 1 LMNOPQR è‹¡ Ü¢£‹Ðõ¤‹ ¡Í¹áö¥。 Ü͹Ó K45 - 4 - No. 9 / 18 5 kW ÷¦»、»õ¤、¯¡»Ðž ϸ§逸©ƒ, ‹Ðª˜Û«ª¬®¯ ƒ 500 mm °±²Æ,͹³´ 1 µ。 Þ,  ±´Ý { 24 [ | ¼«‰ ¶´Š‹ŒŽèäÍ。 ´‘’“ è, ¼«äÍ¡,¡(5) : •–ŒŽ‘ —’“˜™š›œ ž [3 - 7] 。 ¢£¤¥¦ § ¨©šª« Ÿ¡ [9] } š›œ Ÿ¡Ú ¼«ƒ„, ± ­ Ú, ¯«²š †‡ˆ, 、, 、  [1 - 2] 。 ² } åæçµèéê ²ë 。 ìš  [10] Þ ð   – é ê。 „ ®, ˆ´Ý ²ƒ: 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———¨©š ,r / min。 1 2 P = 2 P1 ( ) ( ) 1 3 = f2 。 f1 (4) ¡(4) ¶ ˆ,š ®, ÓÆ 、 Ð、 «, Ò «˜«Þ –èéê。 ,¾Ð ‹ê¼ ‹ê ¯。 ž , DEFGHI@JK ¯«òƒ,  [10] 䍛˜Ÿ¡­Ë , ؄, ± ­æ ꫘ 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) 。 šª¹« 18 5 kW;¸ 350 ~ 950 Pa;¹ 1 470 r / min。 (3) º·—ϸ§ï¨。 ·— ± 0 05% FS。 ¸§¨。 ÷˜ HMS - A - 02;‹Ð¡ƒ½Ã¾‹Ð; ¿¾Ðñƒ¶‹ (4) º·—»¼ 4 × 10 5 r / min;À˜¾ îÀ˜,Æ ÁƒÃÄÁÂ; Å¸ ǐÅȸî。 ‹¡ÉÊ”ú ¨©šڍš Û çÚ,š Fig. 1 STU:VGWXYZNO[\ Ü͹Óøùéê¶Þ: (1)   ¨。  « 1 1 ~ 20. 0 kW;  « 0 ~ 3 ×äÍ¡ (1) ~ (3) ¨©šª Ÿ¡,›œ¶ƒ n 2 Q2 H2 = = n 1 Q1 H1 '1 (3) Q———»Ð,m / s; 1 2 %" &'  n1 ƒ n2 ®,íî, ¶ ¯«€Ý‚。 ¨© è‹¡Í¹, ‹ ¡Í¹Úûü šŽËª˜˪áÌ ¡, ÜÚ¬˪,”ª‹Ð͹ÉÊÍ Î¶´ 2 µ。 电气工程、信息与通信工程·367· ¾4 ¿ ß à,:ª§ž®ž 399 ¯ÀÁ ¡ 1 –¥¦‹,§¨ ©ª,Ÿ«¬ ©Ÿ ® ¯, ¡    ƒ  ›   ¢   95% ~ 100% „,   n £¤™° †  ,–¥¦£±²³ ´ ¦µ¶·, ¸¹º§»¼, –½¾ ‰ Š。 ¨©,ª§ƒŽ, ¿À £¢ 2 Fig. 2 2 2  Photo of selfdeveloped interface of data collected  ,  , 。    , , 、。 ,  ­€ ‚ƒ ­ ( „ ­ ­† ) 。 ‡€ „,  HMS - A - 02 ˆ‚ƒ†, ‰„   、 ­Š‹。 Œ Ž,†‘’  “‡ˆ。 ƒ Ž,‰”•‰Š‹Œ,Ž –—‘’“ “, ‹”˜Ž• ­ ­ –—˜。 ™ 15 š  f, ›œš›  ™ (50 Hz) 30% 、35% 、40% 、45% 、50% 、55% 、 60% 、65% 、 70% 、 75% 、 80% 、 85% 、 90% 、 95%  100% ,ž 15 š  n ˜œ  n′,Ÿ¡ 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 ƒ¤›ž / % 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 3  3 1  š«¬ž®ž ®ž y š: 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 ¯, †Áž x x = fi + 1 / fi , (6) y = ni + 1 / ni , (7) Ž,1 ≤i ≤15。 ç° (6)  (7) , ±²¡ 1 ‹ ,ª§ž®ž, Ÿ¡ 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 Ä“ÅÆÇ´È˜, ‹µ¶ ɔ 6 ~ 8 Ê,Ë·Ž†‹µ( ÄÌ 10 ʵ¥ [11] 。 ŒŽ ) ͸¹Î•ÏÐыÒº µÓÔÕ,Ö§Ä“ÅÆÇ´»´˜ 。 MAT LAB ¼×™ lsqcurvefit ы§”ØÙēů [12] Ç´‡ˆ 。 ƒ§Ú°Ÿ : x = lsqcurvefit(fun,x0 ,xdata ,ydata ):fun šÇ´Ñ‹; ( x data ,y data ) šŽšÛ‹, ÜÓ y data = fun ( x data , x) ;¥ x0 šÝÞµ½Ø‹Ç´‡ˆ。 400 ¿ À Á  à š Ä Ä Æ 24 Ç Å  2 ,  MATLAB   Toolboxes  Curve Fitting ª’ž x < 1 07 ( Ž f i + 1 ∶ f i = [ 50 0 ∶ 47 5,37 5 ∶ 35 0] ) ,y „«„¨¬, œžœ€ 。 ®§  x  y  † Š,žŠ‹Œ‹—ƒ„¯°¨ƒ„  45% (  1 Ÿ 50% Ž‘ƒ„) ,¦£ Tool  2 ~ 9 , 。  ,5 ~ 9   3 。  3 ,8  ,  8   ,  , ­€    。 ,‚ƒ 7 。 „ ¤›€œ„,±›§²[13] ³›€œ„¦¯ °¨ƒ„ 50% ,  ´ 75% ~ 100% ; µ©,  —ƒ„´ 70% ¶(  1 Ÿ 75% Ž‘ƒ „) ,›€œ„ª€“·ž‹¸¹。 ,  А–Ž‘—«,  Š‹›€œ„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 , ˆ‰ (8) , Š (5) ‹ Œ ,ŽŠ€‚ƒ„ † (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 ’‡ˆ‰Š‹Œ‹€‚ƒ„  7  ‘, ‘ 4 ’‡ˆ‰ Š‹Œ‹Ž‘€‚ƒ„ ‘。 ‘ 3 ’,“”Œ•‹–—“ƒ­, ƒ„€ 。 – 2, —” †‘ 3, ‚”•˜ ,ƒ„ y €‚ x  ,˜    x = 1 115 ( Ž fi + 1 ∶ f i = [25 0 ∶ 22 5, 22 5∶ 20 0]) ™™š,›– x  1 11 ~ 1 12( Ž f i + 1 ∶ f i = [27 5∶ 25 0,22 5∶ 20 0] ) ,y Šš„,œž ›€Š‹Œ‹€‚– 40% ~ 50% ›†, œ€œ„ ‹Ÿ;ž x > 1 116( Ž f i + 1 ∶ f i = [22 5∶ 20 0, 17 5∶ 15 0] ) ,Ÿ˜  y „¡„¢£, œžœ€¢„¡¤, ¢¥ž¦£¤¥¡¢ €‚¦¢„; ž x < 1 107 ( Ž f i + 1 ∶ f i = [ 50 0 ∶ 47 5,27 5∶ 25 0] ) ,˜  y „—§¨š,©        4 Fig. 4    Curve fitted and data of theoretical speed ratios and frequency ratios  †‘ 3 ‘ 4, , – x < 1 106 ( Ž f i + 1 ∶ f i = [50 0∶ 47 5,27 5∶ 25 0] ) €‚¡, »¼ƒ„¯ ½°ƒ„± , ¾¿ €‚¨š,Žœ€À ¡Á,¼ƒ„ ¯ ½°ƒ„± ¨š,  ’, ž x > 1 116( Ž f i + 1 ∶ f i = [22 5 ∶ 20 0,17 5 ∶ 15 0] ) ,  ²¹³´。 Š, ¼ƒ„¯ ¯ 70% ( Ž 35 Hz) Ä Ãµœ€À ¶。 ·µ—ÅƸž»·¼¹ ¯º»¼«›€‰Š‹½½°¾š。 (  409 ) 电气工程、信息与通信工程·369· Í4 Î 5 (1) : 9 - 10. 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(1)  ­‘ ‚¶ƒµ 50% 。 (2) ² [7] ·¸¹. ´€™ - €´•ƒ‹ [ M] . žŸ:€Ž²º [8] €´€‚­„³ ƒµ·†­† ,‡ 7 ¸¹º »ˆ‰„。 ·‚ (3)  7 ¸¹º ·、 €´€‚­ƒµ€„œ [6] Œ·¼Ž†·, , А­† † ™‡ 。 ‹ [9] : [2] [3] [4] [5] €ˆ•‹Š ‰Š[ J] . ‹€Ž, 1998, 26(12) : 3 - 5. “‘’, “¾­, ‰ ”, ›. ·½¶’œ‹’•³ƒ [ J] . ”²€Ž, 2012, 39(6) : 736 - 739. —”, ˜. ” ¿™ š ›À´ €ƒµ œ    œ¢, £’. œ EKF ™š´€ƒµ¼¤¥ƒ¦œ [ J] . ¤£¤™¨, 2011, 32(2) : 329 - 335. ¨, ‰ ½, ¾, ‰¿Ã, ›. ˜Ä , ©ª. «•¬Š–”®Á¯°™š ·370·电气工程、信息与通信工程 » ‚­ƒµ´€¼™ À¤ ¥ » †   Š   [ J ] . Å Ä ™ ¨, 2005, 26 ( 2 ) : [ J] . Á Â, ÆÃ Ä. ‘’ ÅÆ  ¶š ˆ †  Ç È É Ê [ J] . Ì žÍά™™¨: œ ˜™ », 2005, 26 ( 56 ) : , ² ¾Çȧ›˜™¥¦, 2010, 6(1) : 100 - 103. Ë. ™š´”€ƒµ‡ †Ž†Éʃµ Œ [ J] . žŸ¡¬™™¨, 2009, 33(3) : 22 - 25. § ¼, 1986. 21 - 25. ˆ, ‰Š, ‰‘. ·½¶’ µ·– [ J] . ´”””, 2002, 24(4) : 3 - 5. 107 - 110. [10] [1] , ³´. —®Á¯°µ¶™š´€ƒµ‰Š [11] [12] [13] ²ÏÐ. ‘’ËÌ €ˆ•Ñž‰–¹º Ìǘ¥¬™™¨, 2011, 31(1) : 14 - 18. ÒÓ. MATLAB Ÿ ¼, 2012. Öר, Ù. [ J] .  [ M] . žŸ:ÔÕ¬™ » €‚­¡•ª¡•ÚŠ‰Š[ J] . «Ìێ˜¥, 2008(1) : 20 - 23. (   )                                                       !" ‚ ƒ„ † ­€        ­€ ‡ˆ‰Š­‹ŒŽ‘’“”• –—˜ ™’­Žš›œ žŸ¡’“¢£¤ ¥¦§¨© ±œ ²³´µ¶·¸¹—º»¼½ ¾ ª« ‡¬®§¨–—¯° ¿ÀÁ™ëĻ ¥Â ‹Œ #$%   žŸ §¨      ­    &'()*€ +,-* ­ € € +./01‚                           ƒ      „      ƒ                               †  ‡        ˆ ˆ     ‰                   Š ‹          ‰ †‰         ‰  Œ      ˆ                ‹     ‰ Œ    Š   Œ     ‰   †އ   ‰  Œ  ‘ †            Š     ˆ      ‰  Š     ‰ ‰           ’       ˆ Œ    Š         Š    ‰                       ‰          ‰ƒ“ ˆ     Œ  ‰            ˆ             Š   ˆ    ‰ ˆ  ‰                 ˆ  ”     ‹         Š              ¾”µ¶·”¿ÀÁ ÂÃľ” º ¦ÅÆÇÈÉÊË ÌÅ  š ›œžŸ ¡š¢ Ô ÍÎϱ ÕÖר Ù  £¤¥¦§ ¨©ª «¬ £®¯ °±²‘’¢³´Ž‘µ¶·¸  »ª¼½   ¹º 2345  ÜÝ ŽÐÑÒÓš  žŸÚ¿Û  ÞÐ  §ßàá´â ã Þ Òäåæçèéê  ëŽÐÅì¢ á´âÙÉÒåæä í Ù • 6789:; ‚ƒ „ †‡ˆ‰Š‹ŒŽ‘ ’  ’“”•–—˜™ƒ’    Š –   ‰   电气工程、信息与通信工程·371· [\]Ö‡ { ^_Û¥  š›œž        Í ‡ ±‘ ô ì  œš ì ­€‚ ƒ„ †‡ƒˆ ‰Š‹Œ Ž‘‡’“ƒ  ”•–—˜™š› œžŸ¡¢£¤„ †‡ƒˆŠ ¥¦§ ¨© ª œšœäò Í œƒÛö„ šò Û ò ±‘ ì  «¬®ˆ¯°  ­€«¬‚ ±‘«¬²³´«¬µ¶–—˜™ ˜ œäÍò šÉ ™·¸ 𛐹º» ¼½    ¿À‚Ÿ ¹º  ˜ ™ š ›   ¾ ò ÷؃ ±‘š®ò õ   ò áƒøùš› ±‘ Á€Â⣤Äŝ ÆÇÈÉÊˏ«¬ ÍíúðíÍ    š› õ ۝  € ì œƒ„š  ±‘œäÍ ò œš œ À‚ÎÏÐÑÒ ÓÔՁ Ӝž×Ø ÙÚÛÜÝÞ îï·óÒ  ” Ìû –— à±‘ ò òñ ‘ߨ© àáâãäåæçèé êÍë–‡ ìÐÑíרš› ­ü  • Å Ð € ‚ ý  ð   í   ƒ ™ þÿ„ × Ø Ð €  ý Ð €    ¾ ± ‘ † À‚ އ  Ìͪ «¬Ö         îï¤ðí ñò ò œš œš     Ö ” Ó œ ž ­ € Ó·óÒ                                   Îñòò    ˆü   ò  û~ä‰üŠ} ð í‹„à   ÇÑçŒ        ‹û Ž‘  ‹•Å  Ѐ‚Ðö’“Çà                    ” •“ Æ Ù š ›   –    Æ à á Ç Ñ    ¢ ˆ  ¾ Æð    í × Ø       ‹íو¾    —  ˜ ™ ¾ à à      à              íšþà    ›Ùœ  ß ƒ ƒ ™ ÿ „ ž ¾ à   ­                    €‚ ý”î ýÒáÆ ƒ™¾×ØÙ¢£¤|µ¥ý£¤އ| ðí ·372·电气工程、信息与通信工程 ±‘ ì œä µ¿îï|¦€•§¨ ›œžŸ¡’¢¢£¤  ¥  !- <0 /1HIJKLMNOPQRSTU(V !"#$% !$#&& !.   !+ ()*)     , & -             . 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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:„ †‡ˆ‰Š‹(51477005; 51477049) :;<=>?: Œ Ž(1971 - ) ,‘,’ ·376·电气工程、信息与通信工程 “,”•–,—˜,™š›œ:ž  Ÿ¡¢,Email:Xue7105@ 126. com。 220 : / . - [3] 、 。   ,  ,  + + < 27 ) * „ĺã,íÿ 1 / 6 ÐÑ ( É 5 ê 6 Û) ޕ ÄØ¿Ï,] 1 。 , ­€‚ƒ„ †‡ˆ,‰Š‹ [4]  。 ŒŽ‘’“”•–, —˜™“  š›,œžŸ。  ”¡¢£¤¥” ”¦,§¨¦˜©ª«¬®¯¥”,   [5] °±²³´ª,µ«¬¶·¸ 。 ¹º ”  » ¼ , ½ ¾ £ ¿ À Á —      315 kW、90 r / min ÃÄÅÆ,§ÇÈÉÊË   1  Fig. 1 2D solution region ̏ ÍοÏÐÑ, ºÒ ӓԏ Õ、ÄÖ×、ÄØÙÚ、 Û¦Ü、ݦÜޕ Ùß。 1  àᮯ⏔, Á—¦ƒ  90 r / min,±¸ ãä,ŒŽŸƒ–å æçNj Ýãä, œè, ¡§éê© ª。 ë  º ì Ù ß, í —   © ª  40 ê 48 Û [6 - 7] 。 ¨¦˜ £¿„ £¿ïð ñòÅ,óôݗ˜îõ, æö÷øùúûÛÑü ý,¿ÏÝîõ ›。 ¦˜þّíÿ~}|ö ÷¿Ïݦ˜¨õüý。 £¿{[ ¨¦˜ ÃÄÅÆ \ž,]^ 1 。 1 Table 1  Main parameters of motor \ž ž Á— / kW Á—¦ƒ/ r·min 315 -1 90 Á— / V 380 êž 40 —˜¨õ / mm 856 —˜îõ / mm 400 ¦˜¨õ / mm 1060 ~} / mm 2 ÃÄ / mm 20  / mm 800 —˜Ûž 48 ¯_ øù¬` 2 -Y ðñ\ž, @ ±Ÿ¿Ï?¿Ï–³, ‘¿Ï [8 - 9] : ¸,Ý]£ >‹, œè«¬ÍÎÄØ ЍúûÎÄÙÚ; =¿¨þÄØ , Ŗ ­€‚š ; ­ƒ„ Ä  †µ; ă„ ćµ ­=¿。 ‘`ˆ£ ð‰`, ÃÄÅÆ ÍÎÄØŠ‹ŒŽ‘_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 ———™?Ā; J z ———š; μ———òºÄ ; Γ1 ———< š’›œž; Γ2 ———ÃĵŸš’›; J m ———ÃĒ›µŸš; μ1 、μ2 ———ÃĒ›¡¢ƒ„ Ä 。 £¦˜¨^Ÿ Γ1 ¤Â’›Ÿ, ’›`Ä¢¥ ¦ˆ, § š ¨ © ’ › œ ž, ª Ž ` ™ ? Ä € A z = 0。 àáÃÄÅÆ«àÃÄ;Ä, ~}Ä Ø¬Ö‹é,Õ² ¬Ö®‹é,£¿  §¯×°© ±²©ª, ²³« ²´µ¶š。 ±”•«·ã, § 2 ¸°©ª。 2  ,Ãħ Äツǹº 电气工程、信息与通信工程·377· Ø3 Ù Ú 。 、、 ,  398 kJ / m ,  5 ~ 12  ,  NdFe35。 3  [10] 。   € ,  ‚ ,ƒ 2 。 „ ˆ‚‰ ­Š‹Œ。  221 „,«:¬® ­  †‡ ÆÇ¤,¨ŠÈÉ“”–,ÊËÌ¥ Ɂͦ。 4 ¶¥¦¯°±‹² 。  ,○˜™§¨ ”œž »Š,ʀ ˜™§¨»Î©Åœž †‡ˆ † €。 ³ 4 Ï,¯°±‹²,«ž¦¬£Ð ®¯, †‡ˆ°± ,ò²‡Ñ‰À。 †ª     Fig. 2 '2        MNOP Magnetic pole structure   '4 3   ‰Ž‘’“Š‹ , ”•–—,˜™š­›œžŸ€ Fig. 4 ¡¢、£¤、¥¦§¨‚©ª§«‡ˆ。 3 1 ABCMQ(R 3 ¡¢。 ¬®Ÿ€  ABSTUVWXYCMZ[(R Distribution of magnetic field lines at rated load ¥¦¯°±‹²Ÿ€¡¢,  †, ‡¶·¸¹ ABSTUVWXY\]M^a_ Air gap flux density harmonics at rated load ²‡ ²‡¹Š / 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 »Š•¼‰‹ 23 / 5 0. 04 5 0. 03 ˆ•,Ÿ€¡¢«º ˜,²Œ¨½¾£Ž˜。 ƒ 3 ,¿‘ 5 ’,¦“” –Ÿ€¶“”–•–—•。 “”– À,Áµ¡,³Ã¨˜™ † ”’“ ›œžŸÄś。 ¶¡¢£ ·378·电气工程、信息与通信工程  Picture of air gap flux density at rated load ˜« ³´˜ƒ„µ š  。 ·²‡¹ŠÂ†。 Table 2 ‰€¡¢。  3     Å。 Ӈ»¼ †À,3 / 5 / 、7 / 5 ²‡¹Š ¡½ 0. 41  0. 65 T, ÐÕ¾¿ÀÖÁ²‡Á  3  ³´µ¡ ,œž¶·²‡ƒ 2 。 ³ 2 ¨¸Ò,Ӈ¹Š¥ 0. 98 T,Ô Šº                '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, ƒ 370. 56 V。 „ †‡ˆ ƒ  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 ———ƒ”。  ’ŒŽ«—†’™š”, ¬ ®ª‡¯°ˆ¢。 ±², °³› ˜º €¡‚™š”¢ 211. 30 Nm( •  7 , ™š 191° , ™š”‡¢    ,   3 3 Î ‹™šŽ‘’“, ™š”’“” •µ,¶·™š”¸¹–—  Fig. 5 ¢ [12] ª,‰Š‹Œ™š” 。  7 ™š”, ‹Ž´‚   5 Í      211. 30 Nm) ,› “” 6‰, œ» ”‰,±²,ž —ˆ Ÿ™š” ”。  Picture of induction electromotive force waveform of motor under noload operation   380 V ,  Š‹ŒŽ„‘’  n N = 90 r / min Ž“”, •     6 。        Fig. 7     7         Cogging torque waveform  3 5     ¼‰‚½‰±¾¡¿Š‹„‘ ª。 ’ 20% ~ 150% ½‰¢£    Fig. 6 6 6      À’“, ¼‰Á½‰±’“• 8 。   8 ,¼‰Â¤¢,–ã, ¢¼‰ÄÅ’½‰ 50% ¥,²¼‰ 97.  Output torque waveform ’ˆ  ” , 6 ,0. 4 s –,‡ 41% 。 ™“½‰’ 20% ~ 150% ¦œÀ’“,¼ ‰›— 95% 。 ½‰±§“½‰¤¢ œ ¨Ã£,Æ«™½‰£— 0. 8 ©½‰,½‰± ­,“”€, žŸ€¡‚, ’“”¢ 35. 6 kNm, ¬ã,™½‰‡ 1. 5 ©½‰,½‰± ,”—˜。 —™š”、› £  33 kNm, ƒ   :34. 4 kNm。 ¤ ¥ ¦ (2) ƒ†”‰ γ 7. 5% ,§„ ’ 0. 99 ¸。 ¨§½‰ª«¤¢, ½‰± › 0. 91。 ®Ç¯,È’ 20% ~ 150% ½ ‰¢£À°±›¼‰‚›½‰± 。 电气工程、信息与通信工程·379· Ò3 Ó Ô Õ,—:š›œ [ J] . , 2017, 52(1) : 26 - 30.   [2]               8 Fig. 8 4        [3] °. [ M] . «¬: ±²¯, 2007. [4]  . ³´µ¶  ƒ. ³´ „ †, ‹ ¾, Œ. Ansoft12 ¿®‹ÀÁ[ M] . « ‚: €‚®šº, 2016. [5] ferent operating power §·¸¹­[ D] . € µ¶ƒ„[ D] . €‚: €‚®šº, 2012. ‡ˆ. ¢» Maxwell  ¼‰µ½•¦ §[ J] . Š, 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, ‹ , Œ, —. 1. 5 MW ²Ž ®¯, 2010: 320 - 325.  [9] ,  315 kW、40 48 、90 r / min   。    ­,€‚ƒ„。  † À§‘ À   § • ¦ [ J] .   § · ¸ º Ã, 2010, 14 (12) : 52 - 57. [10] ˜,™š›œ žŸ ¡¢,šš£¤。 : , ,¥ . ·380·电气工程、信息与通信工程 •¦§ , ², , —. ˜  ‘ÂÀ’“[J]. §·¸ºÃ, 2016, 20(1): 60 -66. [11] , Ç Ɣ, ÄÅ , —. µ•ÈɈ Ž•    • ¦ [ J] .   š º º Ã: Ê Ë Ì º , ‡ˆ ‰Š ‹,ŒˆŽ、 ‘、 ’“”•–— [1] 223  2004, 44(2) : 212 - 218. [12] Í, °, , —. Ð Ζϟ ‘   ¥ 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; , ­ €‚ƒ„,  150040; 3. ,  150022) ":  , ,  、、 ­€‚ƒ„ , †‡ˆ‰Š‹ŒŽ‘’“ ! ” ,•–—˜™š›œžŸ¡¢Š‹£¤¥¦§¨©ª«¬Œ‘’,®¯ ´µ,޶´µ º»„ 。 ±š² ³ •·¸œžŽ’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 currentlyused 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 twoparameter 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: †‡ˆ‰Š‹Œ(51677057) ; “Ÿ¡¢•£ Ž‘’“”•–—‹˜Š( ™š›) ‹Œ( RC2015QN007019) ;œžš•– ‹Œ( LBH - Q15125) :;<=>?: ¤¥¦(1975 - ) ,§,¨©ª“,«¬,œž,•–®¯: na. com。 °±²³ ,Email:zhu_xianhui@ si 电气工程、信息与通信工程·381· <3 _ 0  ;:/,:íîïäî α = 3. 33。  PWM   、  。 ,   ­,€‚ƒ„ ,†‡ˆ‰Š‹ ŒŽ [1] ‘’ 。 “”•–—˜ ™š› œ,žŸ¡¢£¤¥¦§¨ [2] ¬§®¯°±²³´µ¶·¸ ©ª¢,«ž 。 ¹º»£•”¼½¾¿ÀÁ ÂÃ, « [3 - 4] 。 ÆÇ [5] ¼È¶É  ©ª§¨¥¦ÄÅ ÊËÌÍÎ,σйº °±ÑÒÓÔ ´ÕÖ¬§×ؙ。 ÆÇ[6] Ù«ÚÖÛ ÜÝÞ¹º ½¾ßà´á¬§âã´äå。 Æ Ç[7] ¼æçד”¹º½¾èé Ö。 ÆÇ[8] êë†ìíîïäîðñ­, òˆ óô–«¹º Ÿ¡¬§×°±Òõ。 ö÷øùúûòüø, âãׁô–­¹ ºýþ”°´ÓÔÿåÒõ~}, Ù«|{¹ºÓ ÔÒõ~} [, ȶ\]éÖãÅ^ ñ,æçòˆñ “”¹ºŸ¡ ¢äîéÖ,_“”Ÿ¡¢ÑÒ、 `ô °±。 1 225 ”¼, ‹ô– • ”§¯,Êé¶¢°¹ø·ç»ë ¹ ¶,¹¶Ÿ¢Ÿ¸¹º»¼, ½®¹¾, ¿ú ÁƒÁ“ÃÄ,ÅÆ¹º ‰¶ÓÔ。 »Ç“È,Áƒƒ、›œ´›˜|ɐ ´À ¡¢£¤“”¹¾ ʸ, ¹ºƒŠ 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 ó‹ô–“”§¯Ë̾´Í° Îϝ¹ºÂÐÁ, ƒÁ ¥¦ »Ñ ™š¢, ¬“¥¦¹º Ò ¯,“”¹º”´ô– @。  Ó¢ ,¿ú¹ºƒŠýþ。 ÕÖ×‹ÌØ( ISO) æç×¥¦Ôô–Ù ¶¯,¹ºÓÔ L T ÿå¨Ú[: ÚԏøÁ¹º L T = β1 × β2 × β3 × L M , ¨¼:β1 ———¥¦™šÔ β2 ————ñ; (3) Ÿ¡¢—ñ; β3 ———žŸ—ñ。 ‹?‹ô–Ó¹ºýþƒ¼„Û ÜĶ。 ›œ´›˜|­@ ƒˆÝÞ  ËÌ@, ­§¨,“@´§  ¡¢£¤¹º´À¤ßà ‹?áôƒ, žƒŠýþ,¥¦‹?ô– ¹ºÓÔ§õ¨ [11] Ï¢“ ”¹ºº‹ô–”‹ô–、 Ú[ : LC = ‹ô–、ó‹ô–´‹?‹ô–。 ”‹ô– ¹º Ÿ¡¢ “”¹º •´”« _­ËÏ¢ô–, €”ô–‚ƒ¹º„ †‡ˆ,Ÿ‰¹ºƒŠ‹ŒŽ´‘’,¬“ [9] ¹º ”¢ýþ´•–ýþ 。 “¹º„ 1 , KV N (4) ¨¼:L C ———¥¦‹?ô–­ ¹ºÓÔ,h; K、N———µâãë ñ; V———‹?ô–。 —>、 ÑÒ、 ›˜、 、 ™š´›œ|, ‚ƒƒ ¬»Ž«¹ºÓÔÿåÒõ¨¬§äåŸì, ¨(1) 、(3) ¬äøåˆñ°˜Ò~}。 ¨ (2) 、(4) ´žŸ¡¢£¤¹º ”‹ô –,¹ºƒŠýþ。 ¥¦”‹ô– ¹º æåˆ¯çèé ÿåÒõ, êë×ãð ñ {­,ȶ¨(1) ~ (4) 쟀í»ô– [5] ”ÓÔ§õ¨ : LM = 10 6 C α ( ) , 60n P ¨¼:L M ———»©ª ¹º„®½¾¯ °ñ; (1) ¹º«¬¼,  10% C———ò¬±²³ë¸,N; P———²³ë¸,N; A———¹º Óԁñ,Þ¹º α = 3,´µ¹º ·382·电气工程、信息与通信工程 ¶­¹ºÓÔ ¢äî。 °±Òõãû, ¬“æç¹ºŸ¡ îˆ|{ « ¹ º ½ ¾ „ 、 ï ‹ ” ° ð ñ òªóô , õö€ÓÔÒõ ×ãðñ ,  ÷ȶ¨ (2) 、(4 ) «¹ºÓÔ´Ÿ¡¢ä坸 ùÀÅ 。 “òˆ˜Òúû ¨ ( 1 ) 、( 3 ) ðñü ŸÈ¶ â É ¨ æ ë , ý â É ¨ þ  æ ç ð ñ ë¸ÿ~ ,  « ¢ ¥ ¦ Ó Ô ´ Ÿ ¡ ¢ 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 ƒ£ / 10 6 ¥¦ / % £ / 10 6 ƒ£ / 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 ‰‚ƒ£¡¯ 。 ƒ „°Š‹¦±œŒ 。 Œ±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 ‡ˆ‰。 Ž­˜¡‚œŒ  ‰‚‡ˆ‘’。 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 †‰¸。 ±·›ƒ„‰ƒ£ •–‰—¸。 ˜™ 1 š›。 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   †‡ˆ‰ƒ„‰Š‹ ‡ ˆ † Ž。     ‘ Œ ( 4  ƒ„ Œ  ) 。 ’ “  ‡ ˆ ” •  –。   –—˜™ƒŒš• 。 ›œ Œ  £¤ Œ  ™  ž Ÿ ­ €, ­ ˜ ¡ ‚  ¢ Œ  ƒ †ƒ£¥ 。 „¦§ †¥¦‡¨©ª ˆ®œŒ –•Œ ”ƒ„      Fig. 1 œ Grey modeling flow chart ± ŸŠ©¿¡  ¹ºŸ»¼½¾。 ž Œ ¨©ƒ„ƒ£Â¯˜£ 1 š›。 £ 1  ƒ £  ¯ , ¤  ¥ ¦  § ‹ à  20. 9% 。 §¨¤¥¦ 0. 9% 。 ‡¼ŽÄ¯ ©ª ¤  ¥ ¦  8. 26% 。 «  Å ¡ ¬ ¿ § ¸ ®。 ¯°ƒ£±‹, ²ƒ£    。 。 À ™ 1 —¸。 µ¶ [ 13 ]  · Á       ¢。 œ 3 ÆÇÀš¨Œ ­€‚È­€‡ˆÉÊ。 ‡ Ž·›™¾³´ËÅ¡µ¶§ŽŠÌÍ Î·š,¸¹Íκ» µ ¶¼ˆš½ÏÐѝ¾。 ¿Àƒ„ƒ£‰ ˜¡‚,Á ­€‚‡ˆ。 ÒÈÓȗ˜ÂÃԌÄ¤ÅÆÇ ‚ÁÈÅ,,ÉʰÒÈÓÈ  Õ¡ÈˌÌ‚。 ÒÈÓÈ·šÍˌ: t γ β t β -1 ( ) exp - γ γ :β———ÄÎԌ,β > 0; β ( ( ) ) , (5) f( t;β,γ) = γ———ÏԌ 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) ¥ØÑÒÓŒ,ŒÐצ¸˜Ù 电气工程、信息与通信工程·383· à3 á µ¶·,Ÿ: §°±²³°§¨Š‹ 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 Š‹  ŒŽ‘ t lα = γ [ - ln(1 - α) ˆ‰  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. An evaluation of stateof charge limitations and actuation signal energy content on plugin [J]. IEEE Transactions on Smart Grid, 2012, 3(1): 483 - 491. [2] (10) Weibull distribution parameters t dl / 10 6  γ β t lα / 10 t du / 10  131. 72 1. 055 119. 66 128. 10 133. 03  122. 60 1. 057 128. 79 118. 97 123. 90 Ville Niskanen, Annette Muetze, Jero Ahola. Study on bearing impedance properties at several hundred kilohertz for different e lectric machine operating parameters [ J] . IEEE Transactions on Industry Application, 2014, 50(5) : 3438 - 3447.  ,  Š‹ÂÑ[ J] . ÄÅÆÇÈ´¿¿À, 2015, 25(1) : . §°±²ÉÊˊ‹Ì͌Ž [6] , [7] µ¶·, †‡ˆ, ¸ [8] ‹ Œ, ”Ž·,  ‘. §°±²§¨³°Ì͌ސ [9] ’ Å, “ØŒ, ” •, Ÿ. ‹, 2013(11) : 10 - 13. [ J] . ±²  7. 13%  6. 86% ,,“‘ Š‹ ŒŽ , ˆ‰­,€š›€ŒŽ‘Š‹ ·384·电气工程、信息与通信工程 ÑÒ, 2015(7) : 19 - 21. œ˜ž‚ Œ‚ƒ„ , Ÿ. §°±²§¨Âà ­ ‰’ ŠÓª[J]. Ô§“ÈÕ, 2012, 38(6): 1391 - 1396. [ J] . §¨šÖ׿À, 2008, 12(6) : 670 - 674. † EEMD •–•–˜— ˜¬»§¨—°Š‹Âٚ˜™[ J] . —š›šÙ° ªÚˆ, 2016(1) : 23 - 26. [10] µ¶·, œžŸ, ¸ ‹ŒŽ [11] [12] ’ † 8% ,”•–—˜。  2 ™ ­ ,Š‹ ŒŽ ’ ˆ‰ ÎÏ ­·. ›§°€ ²Š ‹ Ѓ ¡¢ [13] [14] , Ÿ. EDM §›§°±²§¨Š ÛÜ[ J] . §¨šÖ׿À, 2016, 20(10) : 9 - 14. , ”£ , ¤œÝ. ¥¦«¬žÊŒŽ§¨Ò‘— œ„©[ J] . (8) : 2132 - 2137.  [ J] . Š [5] 6 ŒŽ‘ †”ŽÁŒ SVM , , Ÿ. 110 - 114. °Š‹  2 ŒŽ ,Š‹  7. 01% ,Š‹ˆ‰ [ J] . ½¾¢—´¿¿À, 2014, 19(4) : 22 - 26. ¼Œ¼ [3] , Ÿ. PWM ³°§¨œ„¹º» , µ¶·, ¸   6 [1 ] [4] † 2 。 Table 2 “‰Š§°±²³°§¨Š‹ œ„  ‹„‚ƒ„。 ’  (9)  (10)  [13] Š‹ ,    2  hybrid electric vehicle, vehicletogrid reliability, and economics (9) } †‚  † 。 ™ : ˆ‰ ’ t lα  Š‹ˆ‰ 1 β t du = γ  , ‰Š­ 。  [13] ‚ƒ„, , ®¯, ª«¬ , ˆ­§° ±²³°§¨Š‹œ„‰Š, š (8) ,  ,  , [14]  € ­ , ‡ α = 0. 05  ‡´ (8)   ­, 2 。 4 ‡ †§°±²³°§¨Š‹ŒŽ , ™˜– ŒŽ。  ( ) -3 Ÿ¡ ¢£¤。  2 ,¡‚›€ ŒŽ‘ Š‹œ˜  。 “¥ƒ¦§¨Š‹©„ [ ( ) ( )]  10 227 œ„ µ¶·, †‡ˆ, ¸ ¨ªØ×ŸÌÍ, 2015, 21 , Ÿ. §°±²§¨œ„ [ J] . §¨šÖ׿À, 2012, 16(8) : 42 - 46. Þ  , ßœ, ‹«¬, Ÿ. —°Š‹¡¢ŒŽ PSN ® £[ J] . Š‹, 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  , ­€‚, ƒ„ 1  150022; 2. †‡ˆ‰Š‹‡ŒŽ‘’“, ”• 110000) ! ":  ,  ,  、­€‚ƒ、­„ †‡ ˆ‰Š‹ŒŽ。 ‘ŒŽ’“”•–„—˜™š›ŒŽœž, Ÿ¡¢„£¤¥¦§ŒŽ¨,©¥ª«¬®,¯©°š›± ²³´µ¶·†¸¹, º »µ¶·†¼½¾¿,ÀÁ¶Ã,ÄÅÁƙ,˜™Ã。 ÇÈÉ: ‘ŒŽÊËÌÍÎ、ÏÐÃ,Ñ¥Ò  ÓԈ‰。 #$%:Õ; ˆ‰; “”•„—š›; ˜™š›; 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 signaltonoise 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 locationlocating 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 Signaltonoise ratio; wavelet denoising 2345: 2017 - 04 - 23 6789: –—˜™š›œžŸ¡¢¢£(2012YQ150213) :;<=>?: ¤¥¦(1981 - ) ,§,¨©ª¨©«,¬®,¯°,±²³:ˆ、ˆ´µ,Email:chenlijuan0131@ 163. com。 电气工程、信息与通信工程·385· +5 ) 0  ú- 561 œ>½² ¾ œ » ¿ À  ,Õ¿À²¾œ ('&,•:³´µœžŸ¡  ‘ Á ¾ ° ƒ  、 Â Ã Ä      „± ²  Å ¬ , £ ¤ – Æ  ç ² “ Ç   “ 。 ž¿À  ,  。 ,  È 1 ¢ †ÉÊ 。 。 ­€‚ƒ, ­€   „ †‡ˆ‰Š‹ŒŽ, ‘’“€”‰ CO2 、NO、 NO2 、SO2 •‹Œ–Ž、—˜™š›‡。      ¢£¤¥¦ 、 ާ¨ 、 Žœ œžŸ¡ ©ª• « ¬ , ® ¯   °    ± ² 。 ³ ´ µ ( Sagnac) Ö×ÕØÙ ( Michelson) •¿ÀÚÛÜ ² , ݕ œ Þ  œ ß à  ¿ À 。 á â ã  ƒ  ä忬çèéêëì 、 íîï• , ð䁍å      œžŸ¡¶ · ¸  ¢ ¹  º » ,  ¼ ½ ¾ ¿ À Á [1] ˜³´ µ  à Ÿ ¡ ¶ · ; Ä ¼ ½ ¾ Å Æ Ç È Éʶ·œžŸ¡ 。 ½¾¿À˳´µŸ ¡¶· ƒ Ì Í ² Î Ï - Ð Ñ ( M - Z) 、 Ò Ó Ô Õ    1 Fig. 1  System structure  ¹ sagnac †¢ËÌ, ¸ÍÎÏÈœ œ¦(SLD)、А] (1,2,3), œžÑ¶\Ò, -Ó+ S. J. Spammer • 、 ›ƒñòóôõö÷°ø [3] ÔÕÖ (5,7) ~¨ 。 º»Ÿ¡œž× Ø,  ,_ÙÚô„‚œž+ I »ÂÃà ùúûüý 。 þÿ~°üý}¤ƒŒœžÂ ß¡ ½|á , {[ ½ ¾ \ Ë  Sagnac  。 ¿ÀÁ˜,°œ¦[Û̜»„,_ ¤œÞ •ºßœÜ¿À。 ùÝ_ÙÚÍ ¿ÀË œ ž Ÿ ¡ ]     。 °  ^   Å , _`@?œ>=<;˜“: , / .   œ > Ö œ > ê    @  ,   œò°œž Ÿ  Ý Þ  „   、  • Œ  , ܜž„Ÿœ è¡«  , [2] ƽ   [    , ¢    .   Ž , Ê¼ 150 km ¿À  ,      ° 20 m ¹ ? ,  ¢   ­ {€ 。 1  ‚¹ƒœžÂß¡ ƒÌͲ™„ † , £¤ †‡ˆ›‡ , ™š‰ ŠÊ  –ƒ , ¥-ç} ‹“ , Œ° ùŽ›‡  — ˜ ™ š , œ ž ‘ ’ “ ¹ ™ ” • – «¬ , —„ { [  ½ ¾ ˜ œ ¿ À ¶ ·  ³ ´ µ ™œžÂß¡ Ͳ\„ † 。 °Ÿ¡œ> š³› _œ²‚œžžç} ŸÃ  , ¡¢ ¼ £ ç } ¤ ¥ ` @  ³ ´ µ Š Ê ç¦_° ` @ ? § ¨  ‚ œ >  © , ª  , • –„®¯ ž « 。 Ÿ ¡ œ > _ ²  ‚ ,  ô „ ¤  ¬®¬ , ¤ ¬ ¢ ¯ ™ š ° ¾ ± ² „ ³。 ¢´µ  ^   ¶ ,  · ¸ ° ¾ ë ¯ /  „³ 。   , ¹ á © ,  º » œ ž, ¼ Œ ù º » ·386·电气工程、信息与通信工程 SLD œ¦[ÞߜàА] 1 ³¨ºßœÞ •œ»。 œßА] 1 [Å, àА] 3 áѶ\Ò 8, Åà-Ó+ÔÕÖ 9 âÈÅãàÝ Ñ¶\Ò 8, äÅåæÐ] 3, àÍА] 2 á Ÿ¡œ>,ÅÍç¬-Ó+ÔÕÖ 5 âÈèé, ã àА] 2 êА] 1,,œ»¢œ» A. ³ë çߜß,А] 1 [ÅáА] 2, Åà Ÿ¡œ>Ÿ, °Ÿ¡œ>ìíà-Ó+ÔÕÖ 5 âÈÅ, æîáА] 2, ÍïáА] 3,àÝ Ñ¶\Ò 8, -Ó+ÔÕÖ 9,ãàѶ\Ò 8,ðñ Çòߜóô°Ð] 1 Ý,õœ»¢œ» B. ºœß§¤Ÿö»÷‰: A 1 - 3 - 8 - 9 - 8 - 3 - 2 - 4 - 5 - 4 - 2 - 1, à ÝА] 5 ø,àÝѶ\Ò 2 ø; B 1 - 2 - 4 - 5 - 4 - 2 - 3 - 8 - 9 - 8 - 3 - 1. à ÝА] 5 ø,àÝѶ\Ò 2 ø。 ù,ÂðÃijœ] x ¹,Âì -Ó+ÔÕÖÃÄ¢ L - x, ,úœºøàÝ ¹¶ûûü¢ T, ý T * L,x þµÿÉ¢ T= 2( L - x) n , c µ„:c———œ°~­„Ÿö}; n———œž¤|È{。 ß ‚[\º»¿ÀœÆ¶]^_[ùº ¿œ `; `@Ý? 562 ¾ Á  ,, ;  3 ,, [4]  2 ¿ À   。    , ­, 。 †‡ SP €‚ƒ„€  ˆ ‰ ˆ, ­‹ Š ˆŒ„Ž‘’Ž, ’Ž Š , ސ” “ ˆ • –。 —˜™­š›œž ’ŽŒ,  Ÿ¡¢’Ž [5] ˆ‘œ­Ž ¤,‚ƒ„” ¦›  ˆ 。 £’ ˆ€¥。 ˆ x( t)  ( CWT) ­ §€ W x ( a,b) = 1 ∫ x( t) ψ ( t -a b) dt, 槡a ™­  ˆ ˆ´  ,  ˆ‘   ƒÕ, wt0 wτ sin 。 (5) A( w,t0 ) = cos 2 2 wt0 (2k - 1) π = 0 ,w = , µ —˜ cos 2 t0  ³Á。 ­Ö ´µ²³。  ,­ »©ƒ·‰¼½¾³¿‹ÀÁŒ, œ  à ¿ ‹ Ä , ­   § ¿ ‹ À Ž      W x ( j,k) = Σx j,k ( t)2 - j / 2 ψ( j,k t - 2jk )。 2j (2) °€‘ ( ’“”À‘ )  †” •, – ˆ³ —–ŘÆÀ’“”À, Ǚ‘’š ›‚È–œžŸ¡ ˆ¢ Ë ˆ °€‘¦§™‘“¤Š: ¨ ˆ DWT Î ªš³ «¬€ Ϗ³。 ¨©,  ™‘。 ¨, —˜ DWT  ˆ。 „€ ® œ¯³°­ (6) €¡¢·¸œ˜µ, ­œ¹ ˆÖ™, €׎             ˜  µ   。 ™ ° ­ × Ž,   WELCH      ™‘: L 1 S( w) = Σ x jN ( n) w( n) e - jwn , (7) LMi = 1 nΣ =1 ‚:M——— ˆ؃; L——— ˆ ³; w( n) ———­²³; x jN ( n) ——— ŠØƒ€ N ¿‹ ˆ€¢ x N ( n) ¨ i  , ®±™¢‰, ­²³Øƒ  30 €‚。 M -1 4  Ê ˆÌ¥Í。 œ›‚È–œžŸ¡ ,» (2k - 1) c 。 4nf( k) ˆ³˜£ ÁŒ。 €¥‰¤’‰。  ™‘€¥¡”É¡ € L= ±²³,ψ  ( t) ,¬ DWT €: ¨ 27 Å Ä  ¶˜ ψ( t) ª€†«‡¬。 ψ a,b ( t) ¬  CWT ¶·‰¸‰¡Š‰¹º à (1) 。 ®¨‘¯°žˆ à —˜ ¬ÒžÓ, –— 4 ‡ 6 Á ,²–³ A ‘–³ B ˆ, 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———©ƒ„ Š ˆ” œ, ± ªšÄ,³”Ðр¥。  ¬Ò 1,SP œÙƒ˜ ˆ£™ ÁŒ。 „ œÑÚ¢ ˆ™, ێ œ€Ž™。 ±œºŠ¤Ü ³˜°­™Ž, †‡ °•»ƒ ¢‰ÝÞ, Œ¤³€ 6。 ™­ˆ, ¼‰”: ‰ ߢ½ˆ‹Š”: 电气工程、信息与通信工程·387· ¥5 ¦ 563 §¨©,ª:«¬®¯—°‚ƒ±²™³´ 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  ­€ ­。 ‚ƒ„ 。  ,SNR „  €‚ 。 ­† 0. 2 dBm ‚ƒ‡ˆ‰Š‹Œ, ­。    SNR ƒ€。  2 „, Š 0. 6 m ˆ‰—‹Š˜‹ŒŽ‚ƒ, ‘ ’ 5 km ™“”—“š‚•“š›。  ,      10 ns,   450 MW,–  0. 2 dBm   。  †“ 500 MHz,– 1 000 —Œ ­。 ˜™†“š›š›œ,  œž10 ~ 5. 0 × 10 4 Hz。  3 ”“š›š 30  10 HzŽ“š™“Ÿ。 “š›š 30 Hz ‘  10 Hz ž, Žš¡Žš¢¡Ÿ,– ¡Ž。 ‡’“›š“”,  •¡‡’Žš“š‚。  : 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   ­† Ž ‘  ‚, ’‚ƒ Žƒ 10 V / mW „†‡ † 。 ˆ‰,†“0. 2 dB,   30  10 ns ,‡  250  300 dB,”•– 。                   Fig. 3             3 b  Location information of different frequencies       ˜™š,–¨¤š:2 342. 1、3 845. 6 、 5 213. 5、5 968. 3、6 838. 7、8 168. 5 Hz。 –  a         10 ns  4 †Ÿ¢‘£¤£, ¥– ¦Ÿ¢§—;  5 –¨¤              Fig. 2 2   b         30 ns  Different pulse peak power signaltonoise 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 ,   ‹ƒ 0. 010 3% 。 1 žŒ† , ,  . ¦ˆ§ ¨© ªŽ[ J] . «¬®ˆŸ, 2016(2) : 21 - 25. [2] [3] ¯. §¨©•¡°¦ˆ[ D] . ±², 2009. ­€‚, ƒ„, †, ³. ‡˜´ ¢ˆ [4] ‰Š‹. § ­ Sagnac ™š¬§ œ[J]. µ ²¶, 2016(4): 1 -9. ­¨©‚ƒ·¸„ [ D] . Žº: »¼±², 2012. [5 ] ›¹ Qin Zengguang, Chen Liang, Bao Xiaoyi. Wavelet denoising method for improving detection performance of istributed Vibra , ­€ 150 km ‚ ,ƒ   ± 15 m,ƒ   0. 01% ,„ „ :  :  ,  ,   x   l  1 。  Table 1 ² ¢–Ÿ,—ˆ‰Šœ, ›œ£—˜™ ,›œž™, 。 †¤ ¥ š   ± ,‘—ˆ’˜“ˆ”™š› œ,•Œž–Ÿ。 ¡  Fig. 5 ¨ tion Sensor[ J] . IEEE Photonics Technology Letters, 2012, 24, (7) : 121 - 125. [6] Gao L A, Liu S C, Yin Z W. Fiber - optic vibration sensor based on beat frequency and frequency - modulation demodulation tech †‡ˆ‰Š  30. 5 m, ‚Œ niques[J]. IEEE Photon. Technol Lett, 2011, 23,(1): 18 Œ 20. [7] ޽, ‘’“, ” •. ­– ´ –ŸŠ‹[ J] . ¾®—, 2010(9) : 21 - 25  System positioning distance and error x / km l / km ex / m l c / km ec / m 1. 018 1. 051 33 1. 036 18 9. 998 10. 028 30 10. 015 15 13. 986 14. 012 26 13. 999 13 50. 034 50. 067 33 50. 048 14 [8] ¿ÀÁ, ÂÃÄ, ˜™š. § M - Z ™š   ¾[ J] . †Š‹, 2009(5) : 67 - 70. [9] › œ, ŞŸ, ¡¢£. § Sagnac £¤ [10] ¤¥ ­ š[J]. Ʋ¶, 2007, 36(3): 492 - 497. Qin Z, Chen L, Bao X. Wavelet denoisingmethod for improving detection performance of distributed vibration sensor [ J] . IEEE Photonics Technology Letter, 2012, 24(7) : 542 - 544. [11] Zhu T, He Q, Xiao X, et al. Modulated pulses based distributed vibration sensing with high frequency response and spatial resolu tion[ J] . Optics Express, 2013, 21(3) : 2953 - 2963. 6   ­€‚ƒ„ † ‡  ˆ。 ‰ ‡Š‹ŒŽ, ‘’€ [12] Tu G, Zhang X, Zhang Y, et al. The development of Φ - OTDR system for quantitative vibration measurement[ J] . IEEE Photon ‚ƒ“”•, –Ž Sagnac ­ ics Technology Letter, 2015, 27(12) :1349 - 1352. (   ) 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   (   ­€, ‚ƒ„ 150022) ,  ": ,  , ­€‚ƒ„ †‡,ˆ‰Š‹  ! ŒŽ。 ‘’“”•–—‡˜™š›œžŸ„¡¢ , ‰£­¤¥  ¦¥§ ¨©‚ª«„,¬®¯°±²,³´µ¶·¸© ·¸¹„º»¼§©½‡。 ¾,¿ÀÁÂÃÄŘÆ ÇÈÄ。 əʤË:ŒŽÌÁ ¨©„«, §Íƒ 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 online 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 highperformance 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 realtime 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:  †‡ˆ‰Š‹ŒŽ(12543068) :;<=: ‘’(1976 - ) ,“, ·390·电气工程、信息与通信工程 ”•–,—˜,™š,Š‹›:œžŸ¡¢‰£¤¥,Email: 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] „‘’“”‚Š„ ™„ 。 •–—˜ °, Z = 槡z1 / y1 [ ©Ö[: ‚Šš›œž Ÿ ˆ ¡¢£¡¢。 ¤ U x = C3 e γx + C4 e - γx 。 I1 = C 1 + C 2 , U1 = C 3 + C 4 。  ¦§‚Šƒ„¨†©ª«¬®¯° ±²³©´µ¶·¸°±¹º。 »¼½¾¿ À,Á ÂöÄÅÆ、‡ÇŽÈ‚ Ÿ ­€‚ƒ„ - ɉ›Ê„, Ë©ª  ˜ÇÌÍ®¯ƒÎÏ, ÐÑɉ„ ÒÓÔՃÎÏ Ö, ר©ª²ÙÚÛ ˆÊ‘Ê, ßà¶ á âãäåÚæçèé Êêë„ìí îï Ÿ‘‰ôõÊ, ö£÷øùú ðñòó  } (3) } (4) [ã(4) Ö, ¨†ÂƒÎÏ, ©ª‰ ã(3) \,: dI x / dx = γC1 e γx - γC2 e - γx ,  ÜÝÞ ²\  x = 0,I0 = I1 ,U0 = U1 âã(3) ,: [6] ¥˜ (2) àŸ{, ã (2) I x = C1 e γx + C2 e - γx , [5]  } ¼ã(2) Ö,  γ = 槡z1 y1  ­€ †‡ˆ‰Š„、ˆ‹Œ„、Žˆ ‚ƒ„ 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 ) Ÿ{[ z1 = r1 + jwl1 ,\  ][ y1 = g1 + jwc1 ,^_ r1 [`ÿ~}|˜Ç Ÿ,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 [ ] ˆ[ I2 ,ÜÞ ˆ[ I1 ,ÝÞ I1 [ : U1 [I ] 1 |É.,ýþ³â[-,ë, +*ÕÉ)Š, Ø dI x = y1 U x dx, dU x = z1 I x dx。 ¼ã(1) _ x \,: } (8) ,ÜÞ U1 ‘ˆ [ ] 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 ‘ˆ I2 [:    4  cosh( γx) Zsinh( γx)  U1 =  sinh( γx) 。  cosh( γx)  I1   Z }| L    1 1 1 åØ: ~}| \,c1 [ÿ~}|‰ôõ,w [ @?>。 ÿ=¼Ž˜ÇÌÍ<; 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  ˆ ã, å ƒ[: ( U1 - U2 ) ( U1 + U2 ) 。 ( I1 - I2 ) ( I1 + I2 ) \][ Y, (10)  (10)  Ÿ [ R,  ã \][: 电气工程、信息与通信工程·391· á6 â ãäå,ž: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»ž¼Ä。 ÅÆÁºÇ ­½È。 2 2  ÉÊ©¾¿Ë™、 Ž» Š‹™、Ž»³›™、TCP / IP ‘¥©Ž» Ÿ­, ¡ÉʸÌÈ¢£ 3 ¤˜ 。 ™Àž¶ :f———。 2 687 ؁çÚ                ‚ƒ。 „ ­€ †  ‡ˆ‰、‡ˆ‰Š‹Œ Œ Ž,„‘’“ •–  2 1  ŒŽ”   —˜。      ™,šŠ‹、š ›、、 ‘œ €›¢£ 2 ¤˜。  žŸ­, ¡       ­€‚  ƒ „                      3 Fig. 3      Fig. 2 2     Monitoring system composition diagram of insula ™‚ƒ•¥„„ ÇȜ、GPIO ÉÊȜ、ÍȜ、SPI  Ȝ、 DMA Ȝ、ÉȜ‘ ²Š ŽËÊȜ。 ¦¤§ ¨。 ‡ˆ‰‡ˆ‰©†‚ Š‹šª«、 šª« 。 š›©¬®、¯°、‡ Ÿ­,†‚ƒšš›± [7] ˆš, ” ‰²Š STM32F103VET6 。 STM32 †‘‹Œ‰©³›‰, „ SPI œ ´ ‘ މ ENC28J60 ‘’。  މµ¶‹­“ ”± IEEE802. 3 • ·  MAC –  — › – Ž [8 - 9] 。 ©³›‰ STM32 µ¶˜™“ uIP š›, µ ‰ ¶¸œ“¹žŸ¡º¢£¤œ¥Ž», ¼½ ¾ uIP ¦–§¨ Ž, „ ‘ƒŽ»© ‰ STM32F103 ²Š¾¿ËÁÂ:Ãğ¡ÅÆ、  tion resistance  PC [10] 。 PC º¿³›‰ª³›½ ¯³›,° ±²À¾, ÁŽ»³´、 Âíµ¶€·¸¹ Ž»«¬® ·392·电气工程、信息与通信工程  Program flow 2 3  ÌÍÎÊ¥,«“™ÏÌ, ŠÐÑÒÃÎρ MYPTJ - 3. 6 / 6  ÓÔ†ÌÕÖ,×ÌØ† 16 ℃ ,Ð ρѴ 9 m,‰Îà 6 kV Ò† ºÓ,Šٍ×ÚÛÜÝ  ,ÔÞÓ ­¥,º ÇÕ« “,ÌÖߢ 1 ¤˜,¡,  Ì  Rs 、à R c , Ì Cs 、à C c 。  Ìà‘º×؁ 3%  ¥,Ùڑá,†Û“ 2% 。  1 Ž» ¸ ,  Ìàâ֜ã,äå æÜרæ®, æ®רæÜ,Ýç  Þßרèéê‡Ã 2% µ。 ëœæÜ ‘º×غ Ž«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]   ­€‚, ƒ„ †‡  ˆ PC ‰Š‹ , ˆ PC ŒŽ‹‘’“” ‹、•、–—、˜ ™ , 6 kV œž ¸¹[J]. º»Ÿ‚¼˜, 2015(9): 1398 - 1405. ¡¢£, ¡ ¤, ¥½¦. §¨©ª¾ œ¿À[ J] . ·  ¼˜, 2012(11) : 1941 - 1946. › Jason A,Taylor S, Mark Halpin. 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ÈÉÉ, ʞÎ. §¨ †ÉË̝ž ÉÊ [ J] . ›Í”Çϼ¼˜( ³ÐѼÎ) , 2015(6) : 48 - 52. •¯´, ÏÐÑ, ÒÒÓ. ¬ ӆª¸Ô‚É Ê[ J] . ›ϼ¼˜, 2014(7) : 57 - 62. ¬¥¢Š«, ­€“”‚‹Œ©Ž€  (  ) 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     ! , , 、   €‚ƒ。 ­€‚ƒ:†‡ˆ‰„Š‹,  ­€‚ƒ „ Hadoop  ­€‚ƒ „ €‚ƒŒŽ “”‰Š‹•。 ‘’。 †‡ˆ #$%:; ; ; 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 ,,,:,Email:1042602267qq. com。 ¬6 N 0   ,     。  ­,€‚ƒ„ †‡ˆ‚‰Š, [1] ‹ŒŽ ‘’“’”•–—˜™š›œ, ž Ÿ‡¡¢£、¤¥¦§¨©ª«¬®¯° [2]  ±²³´。 µ¶ ·¸¹ž º»,¼½‡¾¿º»ÀÁÂÃÄ [3] »ÅÆ。 ÇÈ ·¸‰Š 1980—2000 ™ ¤ÉÊ, Ë̇Í΁¤ÉÊ [4] ÏÐ。 ÑÒÓ ·¸žŸÍÎÔÕÖ׿Ø ÙÚÛÜÖÝÖÝÞß, à½ÍÎ [5] áâ㤿º»。 äåŽ áæç¤ ¥¦,ِ©žŸèé,֞Ÿ‡ÍÎ [6] çÅÆ§êëìí。 îïð ِ BP、ñò [7] ªéžŸ‡óÅÆ。 ôõ ö÷ø ùúû¡¢£«Úüýþÿ, ‰Š‡~} |Ù{、[\、]ú^®¯_`, @ð? >=^<‘’,ཇ;¬‚:»/’~ ^èé。 .-, ,+‰Š*)áæ(']ú& ¥¦á%$#,°"æ>!01¸œ³,23 45¥¦6789、 ÔABÂCDý EF。 ° # G ‰ Š À H  á % #, I „ · ¸ J K Hadoop ®¯,ý—¤¥¦ŽL"^ ,MNàO^Ž。 1 703 ÓÔÕ,:^¤¥¦ŽL  †^àœ, ìí¥¦ ~ ìí¥¦,3·¸ GIS >_žŸ¡œ, °™š›×; žŸ=, †^]ú。  ^¤¥¦ŽL‘ý¢£ 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,Êِ´’89ܳ,á æµ7ý— NoSQL ¥¦‚ Redis, ِ¶·;¸ ¹º,®¡¥¦, »µž¼, ž½¾ÔÕ¿ÀÁ ³,±  Œ » { à ¥ ¦  ; ¸ 、 ¦  , ¢ £ 2 ¤。 P¦<´¥¦QRÃ>=STÙ{¥ ¦,M§<´ÎUÙ{ÔÕº»¥¦C †{À。 ·¸¤¥¦žº’、 žŸ °^ÅÆ, M §úà ST、žŸ,M   。  ¤¥¦¿Mãè:ST¥¦、 ¥¦、ªéÃìí¥¦。 ST¥¦ ·¸· Ù{#­>=¥¦,>_>=å,¸ ^¥¦^。 ¥¦ ~Æ ¥¦,·¸ @¥¦­K¥¦€ ‚,ƒ§„ ¥¦žº、ÅÆ¥¦、45†é、 45、45=‡。 ªé ~ì í¥¦,¿ˆ‰Š‹、 Œ‹、 ìí^ «ž。 ¥¦­CŽ‘á%L’、 “U' ”•'”–—^˜˜, >_™š›× Fig. 2 2  Redis Realtime hot data Redis processing £ 2 ³š Redis ÄÅ¥¦]ú§", ܳ挻¿ÀÁ{Ã, ¿Ü³Æ3>=S ¥¦,·¸ÇÆÈÉè—,Ê3S¥ ¦。 Õ=, æ›Ë¥¦, MÌ ETL è—ÜK{ Ã,—Í{Î,©žŸ¥¦Ï, @¥¦]ú ÐѾž½—ܳŽL HDFS。 Dý¥¦ÒžÀ 电气工程、信息与通信工程·395· 704 ï ð ñ ò °  ç               ,    。  ,  MapReduce   Hive ,  ,   。 ,  Re dis , ­€‚ƒ „, MySQL , †‡ Hive  2  ,ˆ‰Š‹ŒŽ‘’  MySQL “。 ‰、Ї§。 ‰”¨ ©Š‹, Hadoop ™šª”•˜«¬®¯ ,Œ HDFS、MapReduce ¤Ž°±²³Šœ, ´ŸŠ‘™š’“”,’µ•– 3 —˜。 ∑λ ,i = 1,2,…,p , (1) i “,λ i ———¿ i ×ØÚ—רÀ。 2. 2  «¬¥Á®‹«¬Á«¬¥Á®µ Å、«¬¥Á®ÃÄ «¬¥Á®‹ÛÅ 。 ÚÆÇ¼½¾ (1) žÈÀŠÈ, ͔¦§   „ Ç É „  , Œ   «     Ê Ü [4]  ,›Ÿ¬¥Á®Ý ˰, µÅ«¬ ¥Á®¡¢Þª‰”‹ŒŽ f( t) = †‡”•–—˜­™š,€‚™š› ¥‡¦ˆ、 λi p i =1  œƒž、„、 ­,†‡Ÿ¡¢£¤ ¿ 28 ô ó G( m) = ,, HDFS  ç ∑ C  ( t) + ∑ ∑ d ψ ( t) , kZ J,k J,k J J m =1 kZ m,k m,k (2) “:C J,k ———Ìߺ;  J,k ( t) ———ÌßÍ; ψ m,k ( t) ———«Í; d m,k ———ÎϺ。 2. 3   žÈ‰”ÐÑ £¤¦§ x1 ,x2 ,…, x n ,ůŸ‰‹ŒŽàВÑá。 GNNM (1,1) àâ GM ‹ÒÓÔ ¬¥Á®Õ Ö ×ÔůãäןŒŽ。 ØÒ  GM(1,1) ŒŽ¨©‹ « (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 š, ¶›·¸¹œ、 žŸ, †‡ ¡Š¢º 、‹¢º 、 ‹«¬、­€¢º 。 »¼º ½¾“¦ˆ”–— ¥¦§, ¨¼”• £¤  ½¾“¯”•–—©¯ª, ¿ À Š«¬、«¬¥Á® Âì¥Á®ÄŠ ‹«¬,¼ůÆÇ¦§ ”•–—©¯£¤ ŒŽ,žÈ”•–—¯É¹Ê¦§ ËÌ,¨ dx (1) + ax (1) 。 dt Âì¥Á®‹Þ§ÁÂÂì¥Á®µÅ、 Âì¥Á®ÃÄ Âì¥Á®‹ÛÅ。 º“,›¡¢¢Þ‰”ר,߉” £¤¦§ x1 ,x2 ,…,x n ,àáÛ x t (0)(t = 0,1,…, m) ůÂì¥Á®Õ§。 àáÛx t (0)(t = 0, 1,…,m) ¨©âÆãɊåäÛ y t (t = 1, 2,…,p) å˜。 y t ææçè¹Ê,¦  éêÍÉëÕ§¨©ìŸ ‹。 ‰” ‹Âì¥Á®ëÕ§‘ dy1 / dt + k s y1 = k1 y2 + k2 y3 + … + k p - 1 y p , Š£¤Í”ΰ、͔±²¹³。 2. 1 Ý,u = Ù; (4)  €‚¡¢ωËÌ、 ´µÐÑ、 ®Ò¶、 Ó í ‘¦§Ä,‰”À’£¤¦§Ô· ¸²。 † ‡ÀŠÕ¬”•–—£¤ ¥¦§¨© ¹Ö,¿ k = ( k1 / k s ) y2 ( t) + ( k2 / k s ) y3 ( t) + … + ( k p - 1 / k s ) ·y p ( t) , ÀŠ«¬,º“רÙ» „¬,¼½¾‘ ·396·电气工程、信息与通信工程 (5) (5) ¤Ðî‘ ž6 µ Ÿ¡¢,¶: ˜™š 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 —œž ‹‡ 4 ’ 5 Œ†, ŽŽ‘‰Š 0. 285 7% , ‘­€ Ž‚€ 99. 714 3% 。 3. 2  ’ 2007—2009  36      , “ 30 ,  6   “   。  ” ’”†‡ 6 ’ 7。 ‹‡ 6 ’ 7 Œ†,”• 、 •   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% 。  ‚  ƒ , ƒ„ „ †‡ 4,   †‡ 100 ˆ,ˆ‰,  ‰ŠŠ‡‹Œ†‡ 5a,Ž‘‰Š†‡ 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  •ˆ Hadoop – — ˜™š ›œž —Ÿƒ„¡。  ¢, ‹ –£ —¤—¥¦,•ˆ Reduce ˜§, ¨™  ¦©。 ª« 、 š” 、  、 ‹Œ” ¬®,¯°±²›œ­³,´ (  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  ‚ƒ 。  ,„ ­ †€‚ƒ„­,€ BP   ‚‡, ˆ 2 ‰。 ƒ„ŠŠ‹„ †‡。 ; `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 highvoltage 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 LMBP 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 LMBP 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 highvoltage 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 - ) ,,,,,:  、,Email:yqj@usth. edu. cn。 电气工程、信息与通信工程·399· 406 ¸ ¹ º » ,  , ¼   , ­„ 、GM(1,1) 、BP † ‡ˆ‰   [1 - 3] ­€ 、  。 Š ,   ,ŒŽ[2 - 3] ‘   ,  ‹ ’“”•–,—˜™šŠ”•›,‹ œž”•。  Ÿ¡ ¢£ ¤¥•,Š¥• ­ ¦–。 , ŒŽ [4] §”¨© t0 ———š› Õ(1) ј 2. 1 ÂÃ。  1 LM ‚  Ä Œ Š‹ Š   。  [6] ² Å : (1)   º。    ­     †   ,ƖŽÇ‘È ,’ “ 。 (2) ”。 ŠÉ•ʳ, ” ±–。   •›¥Å N N 1 1 E ( w ) = ∑‖Y i - Y i′‖2 = ∑ e2i ( w ) , 2 i =1 2 i =1 Õ:Y i ———¦§¨§ˆ; Y i′ ———‹ ‡ˆ¨§ˆ; N ———©ªÙŠ; w ———Àˆ; e i ( w) ———›。 k  w ў« k ¬Ú ªˆ, « k + 1 ¬ڈ w k +1 Å w k +1 = w k + △w 。 Š LM , △w °‚ÕÅ T -1 T △w = [ J ( w) J( w) + μI] J ( w) e( w) , Õ:I———Û®¯; μ ———•ƒ 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  Œ×© LM ‚ ˆÁ‰ BP † ‡ ˆ˜™, ¬ Ƶ 1 ¶ž。 À BP † ‡ˆ É œ­€ t = f( R c ·α l ·I·t0 ) , (1) T LM ‚ e N ( w) w 1 e2 ( w) w 2 … “ BP † ‡ˆ ‚„ , ™ [ J ( w) J( w) + μI] ­• , ,LM ‚ ¼ ¾ÏÐ ­€À 、  Œ—”›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,   Ӛ›  [7]  ,²ÔўŠªƒ -  ¬ ؜“‹¢ BP ˜™ ³ Œ œª¤ [5 , 8 - 9] 。 LM ‚  Ƴ。 ˆÉ• É ËÉ ,ŽÌ”。 (3) Ì。  ‡Íʆ, ±–、 ‹”Å « , ‚   LM  BP  BP ‡ˆ¯  , , ’ Œ¡¼。 ‡ˆ«„ Œ× LM ‚ ‹¢ BP † ‡ˆ£。 ‹†,‡„ ¿ ÀŸÅÖœ。 — BP † ¤°‚«, ‹±“‡ ­€ 。 LM ‚ ²¬« ³ ªƒ -  ° œŸ。 Š©½¾,Œ ÀˆÁ‰ LM - BP ‡ˆ¬«,  ,℃ 。 2  ,«、‡ˆ¬ ª « 、、®¯‰­€€, ¡­ª  ,  BP † ‡ˆ °‚„ ª´ 。 ŒŽ [5] ©µ¶ ³’ ·¸¹º, » LM - BP † ‡ˆ ˜™¼ ,  « 28 ¾ ½ -1 α l ——— ,K ; I———,A; ,   ‚ƒ。 Ü Õ:t——— ,℃ ; R c ——— ,μΩ; 。     ,,,   Ü ƒ - ‚ 。 LM ‚ ²¬Ú°³ ,²´ÇœŸ,‚ ´ 。 Þߊ,·àµ ªáà­ ,·àÈ ™4 š º›,»:  , ,,  。  BP ,  ,  “© 1 ™š¬ “°±‹Œ« 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 Œ 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 ƒ, 28 23. 2 19 220. 1 - 19 -4 29 23. 2 4 209. 3 25 33 [4 , 10 - 12] “  23. 2 •ƒ, Š–— •,˜ ™š。 ›œ„  (1)     27  ™šžŸ 1 ­、  †‡ˆ。 ‰Š ‹ŒŽ‘’, “ ” „ 407 ™š¼½ : 。 ­ k ¡¢ 30 23. 2 18 249. 3 30 49 ²° LM €³Ž´‘ BP ™šµž’ 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) 。 “«ƒ„¬ †‡: X = ( ω1 X1 ,ω2 X2 ,…,ω k X k ) , ª,X———£ƒ„¬ 。 3 Entropy weight caseade LMBP neural network prediction process  3. 1 ‚´‘ LM - BP ,•–¶ž’ 3 ‚ 4 ‰‚。 Š “¢¬ ( › ˆ® “) ,ž© 1 ‰‚。 , Š¢‚, -1 € α l ®¯¢ 23. 2 ‚ 17. 5 K 。  、、 ‚ ¢š “。  LM - BP  ¬  ®¯“” BP ·¸ 10 000 — “¢ƒ„ ,30 —¢™š¬ , „˜ƒ„¹« 电气工程、信息与通信工程·401· 408     ˆ ­ € 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 LMBP neural net work regression curves ,BP       、 ­,€ ‚ƒ。  3 ­ 4 „ 、 、­  ,。  †‡,  3 ­ 4   4   ,+ : ¯ÇÈɞ  0. 816 54  0. 922 96,, LM - BP  , 。 3. 2   30  BP   LM - BP ,   ­ 5 €‚,ƒ„ †‡( ‡ 2) 。 409 ÔÕ  BP ”•–—„ ¨©ª 𫬮。 4 ¥¦¢£§  ¯°±² ³´µˆ¶· ¯°±²¸ ¹Žº»¼½¾¿ÀÁ“。 , ÃÄÅÆ ¯ÇÈɞ ³ÊË, ÌÍΫËϬ Ð LMBP іÒÓ©ÔÕ。 Ö×, †ØÙÚ ¯°±²Ä ¯ÇÈɞÛÜÁ Ý,޾ߓËàáÞâÇã、 äå´æ、 ç èÇéêë ѱÀ, 웙íà› æîïð, ñò 。 ƒÎ«óôõ Ìöæî,ߓ Matlab ”•÷øˆÃÄÔÕ ù¼ú·,”•–—‡Ÿ, Ï BP –— щ,ΫˬРLMBP ¦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´ %$#. 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":,   , ­€‚ƒ„ †‡ˆ‰Š。 ‹ŒŽ‘’“” A  •–—˜™,š›œž’Ÿ¡ ¢£¤¥。 ¦™§¨‚ ©ª«¬®。 ¯°±²³´:¦™­µ€„‚ƒ„‡¶·¸,¹º» „¼½¾¿ÀÁŽÃÄ,†ÅÆÇÈÉÊ,„ËÌÍÎ ,¹ºÏЇÑ。 #$%:„; ;  ; •– 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 phaselocked loop which, due to the asymmetrical and distorted threephase 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 phaselocked 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: †‡ˆ‰Š‹ŒŽ‘(10541191) :;<=>?: ’ “(1966 - ) ,”,†•–—,‡˜,™š,‹Œ›:œžŸ,Email: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–, ­€‚ƒ„ 。 †‡, ˆ‰Š‹ŒŽ‘、 ’“”•–—˜™š [2] › 。 œžŸ,¡¢£¤¥¦§ ( SVG) †¨¥¦ ”“、¥¦©ª«、 ¬®¯°±, ²¬€³´ „§( LPF) ]^˜Ó A ÍÅðñÎ ea1 。    Fig. 1 µ¶›£¤¥¦, ¨¥¦‹·¶›¸¹º £¤、»¼½¾ª  ¿À, ƒ ­€Á(—‚ƒ­ , [1]  {ÂÃ$‚ÂÃ/Í. 。 ¨,  T čÏû–, ”îû    3 27 4 2 [3]        1 A  Principle of extraction of fundamental sequence positive sequence voltage of A phase 。 Áµ¼½ÂÃÄź‰Æ¼½Â à p - q Ã、i p - i q ÏÇÈÉÊËÌÃ。 p - q à   ÕÁÍ֍Ï<ЗÎ ‰† ea 、eb 、ec ‡,­€Ïû– T ˜ A ÍÎðñû– ean = 槡2 Σ sin( nωt + 1n ) 。  ÁÍ΍ϣЗ‰”ÑҌ¼½Ó£¤ [4] » [5] ¼½×·ŠØÙÚÛ 。 ÜÝÞ , Á ÍÎ֍ϏЗßàÄáâã, ä p - q [6] Ã势Ùçè [6] ½ÓÅðñФ» 。 òºóô˜Ó¥¦õ Ώ»ÇÍ, äö›¼½ïÅðñФ »,÷‡øùúŠ»û–ϳ ü ( Š ») , ýö›þÿ, ~ÁÍ֍Ï, }| [7 - 9] ’ï‚ÇÈË̼½Ã òˆ[9] ]‰, 1 1 T= 1 3 1 。 i p - i q à p - q ÃÅé êë‚ìí,”îÑÒ¼½ï£¤»,ÔÄ֔¼ 。 {ÂÃ[\]^_ »¥¦Ó`@ÎÇÍ?, ÔÄÇ>£Ã¼½ï ÅðñФ»û–, =<¥¦õ»З û–ÖÏû–æ³;:。 /Í.-»¼½, ‰+õ*), lj, Á('&ã, -˜% —˜æ³。 ~êÁµ¼½ÂÃÖø, | ÇÈÉÊËÌÃÅéê, ‚ A ÍÅðñ Î’¸ÂÃ,’ﴵź@Ζì íÇÈÉÊËÌ£¤»¼½ÂÃ。 1 n =1 。 ÔÄ, ÕÁÍÎ֍ω, » Š:α———‹Œ†。 α = e ü »ø,=ÑÒ¥¦。 ÔÄ/Í.£Ã ÑÒ¸` ðñÎÍÇÍ?,  ½ÓÑÒÅðñФ», ×· ֔¼ »¼½ ØÙÚÛ。 ‡, ¼½ ë‚ìí,Åðñû–Β¸Ã‘ 1 ° 1 3 + j槡 , 2 2 1 3 - j槡 。 2 2 _ e an ûŽ‘^ 2sin( ωt + α1 ) 、2cos( ωt + α1 ) ˜ ӊ(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) ¬€ƒ­„§õ˜Ó E s = 槡2 E11 cos( 11 - α1 ) , ÁÍÎ֍Ï, Õ¡¢£¤¥¦ ½˜ÓðñÅФ», íܘÓÑÒ 2 2 2 j240 = cos 240 ° + jsin 240 ° = - α = e e s 、e c ”»û–³: §£¤í¥¦‰, ö›¼ α α  α ,  1 = cos 120 ° + jsin 120 ° = - j120 ° ¨, α1 ³’“Í?(,  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 ) 。 {Âט‚¼½ÂÃ/Í., Ý߂£/Í. i p - i q ¼½ÂÃ, Š‹™š‚ò 电气工程、信息与通信工程·405· Ç6 È É Ê,:Ë̝  u a1 = 1 ( u a + αu b + α2 u c ) , 3   u b1 = αu a1 ,   u c1 = α2 u a1 。  A  ,   、。 2 †‡ˆ†‰¨‹ ( LPF) µŽ„¨¤¥ u a 、 u b ¢ u c ,й‡ C32 °‹, µŽŒ u α ¢ u β , Š   ­€‚ƒ „ †,‡ˆ‰Š‹,ŒŽ‘ ’“”•–—•˜。 ™š› , œžƒ™‡‡Ÿ¡,‘  ™ 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    Ž ¢ § »    Ž  ‘ 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———¨ˆ; φ、φ n ———ˆ¢ˆ; I n ———©ª ; n———›¦Š,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 。 š,•– ˆ θ ¾ « › œ dθ / dt ž Ÿ, ™ d - q ‚ £‡‘, •–ˆ θ ½Œ¡¢£¦¿ 。 ­© u α ¢ u β  ¿¤¥¦§‡ˆ‰Š‹。 uα   2 2  uα + uβ cos θ 。 =槡   sin θ uβ    u2α + u2β  [ ] (5) 槡   (3) ¢‡ˆ‰Š 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 žƒ™«¬®’¯°, ±² i ‚ u †,³´µŽ¤¥„¨, µŽ¤¥„¨©¶²­©·¨›¦。 µŽ‡¤¥›¦, €‚ [10] T µŽ:  (5) ¤¨ (4) µ:  ·406·电气工程、信息与通信工程 iα (3) €‚[5] £—, ‚«¬®’¯°˜™  £¸­,ƒ¬®›¦„  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———•–ˆ;  Fig. 2 槡 - ²Œ i α ¢ i ⠏‘ d - q °‹: i a+ 、i b+ 、i c+ ———‡¤¥›¦; 2 1 2  3  0  ’¼,“ 2 ½”, i ‚ u †™:   691 ͚·¨–捏¸­ (6) †‡ LPF À, ½ŒµŽ¡¦ i d ¢ i q , І‡ - - C32 ¢ C dq- 1 °‹,©ÁµŽª±‡„¨¤¥© ¶ i af 、i bf ¢ i cf 。 «À, ²§» i a 、i b ¢ i c ¬ + + + ® i af 、i bf ¢ i cf ©½¯µÂ±ÃÄÅÆ·¨›¦。 + + + „¨¤¥°±¢‡ˆ‰Š ­¬ƒ 692 ¼ ½ ¾ ¿ À · Á , 3 。 Á à 27 Ä Â                     Fig. 3                                    Improved synchronous reference coordinate detec tion method    。 ,       Fig. 5           5 „ƒ‡ˆ‰Š¦›„ƒ         b ™ˆŸ   An improved method developed to measure various current components “„ƒ‡ˆ‰Š¦›Ÿ™ˆ„ƒ。 ­€‚ƒ„ , „†‡ˆ‰Š‹„Œ 380 V, 50 Hz,, ˆŽ ( LPF)     Butterworth    ˆ       Ž, ‘ 25 Hz。 ’“”  ƒ ­€‚•’“,–—˜ƒ„™ˆš›„ƒ,  „€ 10 Ω,„‚ 5 mH。    †„Œ„ƒˆ‡,  5         a œˆž„ƒŸ,  6 ¡ ¢£  。  7       „†„ƒ¢£¤  § 5 ¨‰, ©ª«¬’ 。   4 „†   a     Matlab  Simulink ,  „            3           3      ¥¢£¤。              Fig. 6     a      ¢£   Comparison of grid current compensation effect be fore and after improvement methods          ­€‚„ „Œˆ‡    § 6 ¨–Š,®   ¯‹, ©°±²ª«¬¢£„†„ ƒ,­„ƒ™ˆ Ÿœ³´µŒ, ¶,¢£„ƒ·Ž¸‘’ª«。 “”•‹ – ¹, º           • ‹ ’ — ˜, ™ š      •µ。  4 Fig. 4 6 b  b § 7 ¨–Š,  „†’“„ƒˆ‡     Initial voltage and current waveforms ©°ª «„† A ‡ˆ‰Š‹„Œ。  ¢£„ƒ„†‡ˆ‰Š‹„Œ¥‡›»œ, 电气工程、信息与通信工程·407· 6  ,, 。 ,, [ 1]   †,¯°Ž‘’„–‹±™,¬®¯° ’ 。 :   [2]    a    ­ €, ‚Áƒ, „ , ´. †º‡ˆ‰Š±Â š›œž¼‹Œƒ„¤‚[ J] . ÃÄÅÆÇ, 2015, 30(8) : 167 - 175.    ², ³,  , ´. µ¶Œ i p - i q €†ƒ„¤ ‚·¸¹º[J]. »¼½ ¾¿À, 2012, 40(13): 121 -126 . A  [3] Ž‘, ’“”, •–, ´. š›œž‚、È •ŸÂƒ„É     Fig. 7 4      A  ¾£žÍÎÏ, 2013(6) : 32 - 34. [6] ª«¬, ®¯¯, Ѱ±. SVG £²¹€†ƒ„¤‚·¿À [7] [8]  : £¤‚¥—¦§¨© ª«,¤,¬® ’ƒ„‡ˆ ˜»¨‹€† ¼½¡¢[ J] . ÃÄÅÆÇ, 2013, 28(2) : 309 - 314. ‚³´, µ ÁÂà ’€†“”, •–—˜™ š›œž‚, — A • . º ƒ„µ¶Œš›œž‚ [ J] . Ʉ©ÃÐÆ Ç, 2005, 25(20) : 62 - 67.  Phase compensation effect of improved method Ì, ˜™š. ›œžŸ€†ƒ„¤‚[ J] . á ’¤¥, ¦¤§,   7 Ë [ J] . É—ÊÆÆÇ, 2008, 39 [5]    ­, € ‚ƒ„ †,‡ˆ‰Š‹,ŒŽ‘ Ÿ [4] ¢       b (4) : 816 - 823.      693 Ì,´:š›œž×͋¾€†ƒ„¶Œ¤‚ Ë ¶, ·¸, ´. Ò¹º»¼½¾™¾¿ÀÓ¬ œ[ J] . ÄÅÆÇ, 2017, 42(9) : 2468 - 2474. ÆÇÈ, ·Éƒ, Victor Valouch, ´. ÔÊ ˜»¨Â ÕÖ˘¿À[ J] . Ʉ©ÃÐÆÇ, 2004, 24 (2) : 16 - 23. [9] ÌÍÎ, ÏÐÑ, ÒÓÔ. ƒ„‚¶Œ·¸ ­€†É ¹º [ J] . Ʉ ©Ã Ð ÆÇ, 2000, 20 (6) : 17 - 20. [10] ·ÕÖ. »¼½×Ÿ±Ø[ M] . Ù: Ʉ»–: 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:  ­€,‚ƒ Simulink „ †‡ˆ 12 × 12 ‰Š‹ŒŽ‘’“, ’”•– 1 / 4 P —˜™š›œžŸ¡¢£¤¥¦§¨©ª«¬,®ƒ¯«° ±²³´。 µ¶·¸,‰Š‹ŒŽ‘¹ºµ¶» ,¼½¾ ¿ÀÁ©ªÃÄ。 ‰Š‹ŒŽ‘Å ƒÆ’”Á ›ÇÈ。 RST:‰Š‹ŒŽ‘; ; 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 €­‚ƒ„  。 ­ †‡ˆ‰Š†, ‹­  ‹­ŒŽ‘’“  ”•–”•–—Š‘˜‘’ ­ ^_`a: 2018 - 08 - 24 bcde:    (51674109) ; ghij: (1980 - ) ,,  , ,   (2017RAQXJ114) , : ,Email: lizhongqin2008@ qq. com。 电气工程、信息与通信工程·409· ”6 Õ •–—: ƒ žŸ —1 ƒ™Ž±È45‘“ 8  ƒ™Ž¶ÉªÊš›。 †›ˇ(™Ž6 [1] ,              。    [1 - 2]  、     ,  [3 - 5]   、、     [6]   N( t) ­€‚ 。   ,   , ƒ„ A  [7] 。  † ‡ , C + + ˆ 。 ‰  [8]  Š! ­‹€"Œ ( GSMP) Ž ‘ 713 “ †› ƒ,œž ‡Ÿ、  ‡7、  ¥ ’¿‡ÌÍ8†‡Ì, –— 2 ˜“。 †› ƒ“ › ¼¡—–— 3 ˜“。 –Ÿ 9‚“ ƒ, ”9‚“  Š ƒ žŸ , †› ƒ“Î ƒÏ¢£¤。 “‡ ,;§“ “—:Ð ƒ¨•¥§“£¤。 [9] 。 •% –—˜“ ‚”#$ “™š, ›œ &‚ ”# $   。 ƒ ž Ÿ ( CNN ) ¡ [10] Chua  Yang Š 1988 ¢“›œ£ žŸ ,¡›¤Ž¥ ަ˜,§ ƒ¨“ ¡„“、©ª ¡ “ª «¬¡‘‡“”,  ƒ žŸ “ †›Ž“,'Š‘’¤Ž®¯‡(。 Š)ˆ°* “ , ƒ žŸ ± ²³´ “+, –‡ šµ , Ї(­€  ±‚, [11 - 16] 。 ‰ -ƒ ( ƒ„ƒ ) ›Š ‡ ’ “‚”#$ ¶ “ .Ž·, ¸¹ Simulink º†­» 12 × 12 “ ƒ žŸ Ž·, ‡/ ˆ “§¼‰‹¦, Ž‘’ 1 / 4 Š01–½ 2¾¿ˆ‹ŒœŒŽÀ“ Á ‘。 1  1. 1 Ž@ABF [17] ÂÓ 3/Ä M × N Ž· 。 Âà '‡,± C( i,j) ’“” i Å, ” j •“ ƒ。 /ē 3 × 3 ƒ žŸ ÆÇ–— 1 ˜“。 !1 = 3 × 3 GŽ@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 “”ŽG•–,- Single cell circuit model of CNN !3 Ž—˜,- Equivalentstructure of CNN cell ƒ 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 ———‡ŸŽÒ‡7ŽÒ; x、y ———ѽ © ; A( i,j;i′,j′) ——— ƒ C( i,j)  ƒ 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 1™Uš›œ‘’ ¦ÔŽ·, ÂÓ –À: 1 d (1) = D (1)  (1) + (1) dt v ( (1 - β) ( υ (1) ∑ f (1)  (1) [ 18 ]  + υ (2) ∑ f (2) Ž·  (2) )) / 714 ˆ ‰ Š 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 Ž Œ ‡ˆ。 ‡„‰ Š‹ŒŽ‘’:(1)  ƒ„” Doppler ;(2 ) “€‚, ;(3) ­ ƒ„。 ‡(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) œ (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) ˜™š‡†•–: 1 ( ) , C( C) = 1 / 1 , v g C( φ ( g) ) = !4 žf”ŽGŸ 、0 ¡¢£U𤥦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‘’  ,  ­€‚ƒ, „  , 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)  †‡ƒ„ 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 ,   ƒ„ ­ Matlab €ƒ„„ˆ。  2 , (1 →2) 715 ¤Ž™‘¥ ‰Š , †‡。 , ‰Š , A( C → φ (2) ) ( i,j;i,j) = λ 。 ‹‡Œ އˆ‰‘ ’ , ‡     ˆ  ‰ “ ” • † ‡ 。    1 –—˜‰Š ™š 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, ­€‚ƒ„ € k eff = 1. 118 0 †‚, ·412·电气工程、信息与通信工程  10 s ›‰Š ‹ C(1,1) , C(1,2) , C(2,1) , C(2,2) œŠ ,  ž–Ÿ‹ , 7 ~9   ‘ ­ 。 ‡¡† Œ  716 † ‡  „ ˆ ˆ 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    ­ ; €,  ‚ ƒ„  †‡(ˆ‰Š ‹Œ‡UŽ( , ‘ƒ I‘。  ,  UŽ ŒV’。 : [1] „ . “”• [ J] . )“ , 1993, 14(2) : 122 - 126. ˜™, [3] , œžW, 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] –  •— -   “ — . š“— - ›“”• [2] Y, Ÿ. š¡¢•— ›  “  ” • 8  , œžW, X [ J] .     ” ˆ ‰, 2008, 42 Y, Ÿ. “”• —›[ J] . )“ £¤ , 2009, 30(4) : 28 - 31. X Y, œžW, . ­¥“”• œ , ‚ W. ›  “ ”•  , \ƒ‡. — ›  “  ” • ›[ J] . Z[ „””€, 2012, 24(2) : 16 - 20. › ¦§2— [ J] . ”ˆ‰, 2010, 44(10) : 1195 - 1200. [ J] . )” ­€¨, ] , 2012, 32(4) : 301 - 305. , ©‚^. “”• •—[ J] . )“ « , 2015, 36(6) : 4 - 9. ƒª#$ %, «¨_, `a¬, Ÿ. ›“”• ª#$•—[ J] . ®b „&ƒ cd, 2018, 30(1) : 176 - 181. 电气工程、信息与通信工程·413· 6 Ì [10] [11] Trans Circuits Syst, 1988, 35(10) ,1257 - 1272. Kozek T, Chua L O, Roska T, et al. Simulation nonlinear waves [15] and partial differential equations via CNN - partⅡ: typical exam Balsi M, Marongiu A, Cimagalli V. Electromagnetic field simula ( CNN) method to the nuclear reactor dynamics equations [ J] . Kamal H, Ahmad P, Navid A . 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": DMZI  ´µ¶,·  ¹º ‘¸,­€ ‚ƒ„ - †‡ˆ‰Š  »,¼©»½,¾¦»¤。 ¿ÀÁÂÐęŠ Æ¡ ¼©,ÇÈÉÊ˶ÌÍÎÏ ¢Ð。 #$%: ; ÑÒÓ; ; ‚ƒ„ - ¢ doi:10. 3969 / j. issn. 2095 - 7262. 2019. 06. 015 &'()*:TP212 +,-*:2095- 7262(2019)06- 0720- 05 †‡ˆ‰Š +./01:A Oicptal fiber sensing and positioning system of machzehnder interferometer Guo Jikun1,2 , Cao Quan1 , Jia Haoxiang2 (1. 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 dualmach 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 crosscorrelation 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: ‡ˆ‰Š‹ŒŽ‘’““”(2012YQ150213) :;<=>?: •–—( 1968 - ) ,˜,™š›œ,žŸ,¡¢,£¤¥¦:§¨©ª«¬,Email:gst1994@ 163. com。 电气工程、信息与通信工程·415· (6 ' &%$, :\]šìí - îïðµšÅÆ}| (1 - K) ΔΦ[ t - 0   、、 、 、 、、 n( L + z) + π] } , c º:I0 ———–[š ; K———+ 0  1 š} t——— (2) ; Ý­ã€; L———‚¨; †‡, ˆ‰Š‹Œ、 Ž‘’“ [1] ”•–—˜€™š›„ 。 œžšŸ¡¢£  721 、­€‚ƒ„ z———ƒû›„„ ; n———õ†‡ˆÑ; Sagnac、Michelson ¤ Mach - zehnder   Ÿ ¡。 ¥ ΔΦ———›„‰ŠšçÆ‹; c———¿ŒŽ; ¦Ÿ¡ˆ、 ‚§¨¤©ª¨«¬®¯† °‡。 ±²³´µš¶·ˆ¸¹º λ ———‘‚。 [2 - 4] 。 ˆ Sa »,¶¼½¤¾¿½ÀÁ¯Ãµ gnac ¤ Michelson Ÿ¡º,ď¶·šÅÆ ¶ÇÈÉʚËÌ, ¶·šÅƫ͹ÎÏ ÐÉÑÒÓ。 ÔÕ«Í­Öר¼ÙšÚÛ, Ü [5 - 8] 。 á„âãä ݚ¶·™ÞßÉàÉÑ ¤åãä¶·šæçè, éÝêëìí - îï ðµ( DMZI) Ÿ¡º¶·šÆñ。 ò¦Å Æ«ÍóÎôõ, ö„÷øùú‡û。 üÐÉ ÑÒÓÅÆ«Íç½, ãýÅÆ«Í ܏ ¶·šÉàþ™Þ。 ÿê ¶·ˆ~¦‚ §š}|ºšÆñ,{[êר、\]š ¤ú^_`@, ? DMZI ü Sa gnac > Sagnac ü Michelson µç`_ [9 - 12] 。 =<{[;¸¹:Ÿ¡š DMZI  ÅÆ}|,‚¶·šã, ö ¶·šÆñ。 1  M - Z  1. 1 DMZI  ( l1 ¤ l2) , ˆ ç «-。 ˆâãä«-,  l1  _ C2, ˆåãä«-,  l2 _  ç š }|º C3。 l1 š   :  ÿ C1 - C2 - C4 - C5 - C3 - PD2, l2 š   :  ÿ C1 - C3 - C5 - C4 - C2 - PD1,,„/, ( IPC)  ¦æ»[] 。 āéÝ,PD1 ¤ PD2 Ýš  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 Œ τ1 = DMZI  Principle of DMZI sensing system n(L - z) n(L + z) 2π·n·ΔL ,τ2 = ,ΔΦL = , c c λ º:τ1 、τ2 ———’ :¶·šãý; ΔΦ L ———*‰ŠšçÆ。 “(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) ¶·ÿš›œãýšæçè ¶·,žŸ¡€¢ˆãý£: Δτ = τ2 - τ1 = n(2z) 。 c 722 © ª «  z  Δτ : c·Δτ 。 z= 2n ¬   z,。 1. 2  M - Z   M - Z  。 ­€‚ ,  ƒ„­ ( DFB)  ‚   „ ƒ。 † 3 † 4 ,  ‡ 。 DFB  ˆ ­ † 1 ‰Š‹ŠŒŽŒ。 ‘’ ­ 。 ‰ŠŽŒ  ­€ 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) 。 ‘’ŽŒ ,“­€‚ ­€ a  b, ‹ŠŽŒ € e  f。  ° 29 ± ¯ D[sin ωs (t - τi1 ) - sin ωs (t - τi2 )] + φ0 (t)}。 (9) ‘,‹Š  PD2 ž,Ÿ: 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 ———™‹œ A———’“­ž; B———”“­ž ; •; φ0 ( t) 、φ1 ( t) ———¡–¢£¤¥•– ™‚¦š。 ›§ PZT œž „Ÿ ,¡¢ τ i1 = n( L A + L E + L x ) / c,  ƒ。 ‰ŠŽŒ ® Ÿ I1(t) = A + Bcos{d[sin ω0 (t - τc1 ) - sin ω0 (t - τc2 )] + ŽŒ  (1 - 2 - 3 - 6) ,d(1 - 4 - 5 - 6) 。 ‹Š ® τ c1 、τ c2 ———™‹Œš›( pzt) ; τ i1 、τ i2 ———™‹œ 。 ‰Š šŽ 1 ( PD1 ) ž, (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 MZ 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———ˆ†‰˜Šƒ; ω0 ———ˆ† D———  ‡–—; •;  ‡–—; ω s ———  •; (13) (14) (15) (16) (18) ƒ; ƒ™; I1( t) = A + Bcos{2dcosω0 ( t - Dsin ω s ( t - τ i2 ) } , a „” (12) (17) ¤(11) ~ (18) ¥ž (9) 、(10) (10) ¦  sinω0 :E1 、E2 ——— £„Ÿ (11) Ÿ L x ———† 3 ¨  ƒ; L F ——— ƒ。 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:‚ƒ - „ 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 †‡ˆ¦§·¸œŠž £‹ §œ 。   3  3. 1  , ¥œ¦› ±²³´¢ 50 kHz,•¦§µ¶·„ ž™¨ž™©。 ±²³ª« 10 ns, ²³¸¢ 450 MW,¹ºž™©¡¢»¼, ²³¬®¢ 10 ~ 50 kHz。 ½ 3、4 ¯ DMZI ¾¦°‡ DMZI ž™±。  φs2 (t)  , 。 △t = n(2Lx - LF ) / c, 2  Lx = ( c△t + LF ) / 2。 n  ,  , ­。 € x( t)   y( t) ,n1 ( t)  n2 ( t) , ­€ ‚,‚ƒ - „ †‡ˆ‰ƒ„ ,† ‡: x( t) = I1 ( t) + n1 ( t) , y( t) = I2 ( t) + n2 ( t) 。 Šˆ†‡: 1 Rxy (τ) = lim T→ T Ž ∫ 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) , Œ ‘,‰Š,(21) ’‹: 1 R xy ( τ) = lim T→ T ­Œ ””•: ∫ - I ( t) I ( t + τ) dt。 T 1 0 2 Ž‘ˆ’,  (21) ““ ∑ N -1 -1 I I ( n + m) 。 N n =0 1 2 •“” R xy ( m) , – R xy —–­˜ R xy ( m) = m —,™ š’Œ›˜  Δτ = m′·T,œ ž™ z。 ′ 3  (21) Ÿ, ¡šˆ’¢£ , —–¤›¥œ¦›, œ§œ  ¨ 。 Šžœ§œ ©Ÿ‹¡¢ £,¤ 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 ¿,•­ž™²ÀÁ³´,¾¦ °‡µ¶ M - Z ¦§ž™·¸µ¶£·ž DMZI ¦§ž™·¸µ¶¹º›Ã, ÃÄ» ž™±, Ŝ。 3. 2  ¼Æ, ¯ ½‚ƒ - „Ç†Šžœ§œ È,ɾ¶¥—¿ž™,ÊœˎÌ ÍÍÎϖ,œ¦›Ð,Å­Šž§œ  724 Ô Ë Õ Ö 。  5、6  DMZI   DMZI  l  N。 „  ´ ´ × 29 Ø Î €‚,    ‚ ƒ       „ † ƒ  DMZI €‡ˆ‰Š。 ‹‰ŠŒŽ‡Š DM ZI ‘’„ “”, ­„• – •—˜™ ,‡†ˆ —˜™,† ‰,‰Šš。 ›œžŸ¡Š ’,‹ŒŽ‘’¢Š’“”,—˜™•¢£ ¤–Ž—,‡†¤–ˆ。 Œ˜ ™    —       ,   ‡ Š DMZI ‰ŠŒš› ­ , †” ‚ƒ„  DMZI ‰ŠŒš¥ ¦œ、 ›§, œ, š¤–žŸ¡” 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‡ˆ[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‰Š [ J] . ´„      ;  6    ,, DMZI, DM 4 [7] [9] [10] 。 [11]  ­  ‡ˆ½ ˜™ ÄÅÆ[J]. NJȶ·Á¹, 2019, 56(9): 1859 -1871. ½ ,   € , ® , ¸†Â, ©. ˜Ã‚ƒŸÄÉÊ­ ‡ˆ‰Š¶Å [ J] . , ¹. ­ . €‡ˆ„ Î[ J] .  Â, 2019, 45 (6 ) : €‡ˆ„ ¿À Í , 2019(3): 18 - 23. ȸÆÇ¿È ‹, 2019(10) : 79 - 80. ‰Š É, ª, ÊË. ƒ OFDR € ‡ˆ½žÏŠ’ . ‚ƒ­ ¶·[ J] .  ¶·Ì[ J] . ˜„  , 2019, 43(6) : 9 - 12. ‡ˆ„  ²´Í´Î, 2019, 11(2) : 98 - 101. ­ €, •‚ƒ, „Ï´. µ MZ ¼€ ž‘’[ J] . ˜„ †‡ˆ, ¸‰Š, ‹  [12]  , 2019, 45(5) : 586 - 589. Á¹ˆ[J]. ²°ËÌ [8]  5 ,DMZI  ZI  [6] ¯, ©. ‚ƒ°±€²ª«¬®¯ ¶©·, ¸©ª. ›€ª«¬®¯°ˆ´µ 114 - 120. 6 ¦§。 ‡ˆ½­ , 2019, 43(6) : 1 - 4. Œ, ©. ‚ƒ œ ЭÑҀЎ ˜™ÅÆ[ J] . ¹´Î, 2019, 48(2) : 56 - 67. ®‘’,  , ¸†Â, ©. ºÂ“»€ ‡ˆ‰Š (  ) FPGA ˆ[J]. ¸¹Ó°½´Î, 2018, 32(11): 125 - 131. €­ 电气工程、信息与通信工程·419·