模块化工作规划及控制策略
自动化机构模块化建设实施方案
自动化机构模块化建设实施方案一、引言随着社会的不断发展和科技的进步，自动化机构在各个领域中的应用越来越广泛。
为了提高机构的效率和灵活性，并降低成本和风险，模块化建设成为了一种有效的解决方案。
本文将介绍自动化机构模块化建设的实施方案。
二、背景传统的自动化机构建设通常中使用固定化的硬件、软件和控制系统，这样的建设方式灵活性较差，并且在需要进行系统修改时成本较高。
而模块化建设采用标准化的模块化组件，可以快速适应系统的需求变化，并且降低系统建设和维护成本。
三、方案设计1.确定模块化组件根据自动化机构的功能需求，确定需要使用的模块化组件。
模块化组件可以包括硬件设备、软件程序、传感器和执行器等。
2.设计模块化接口对模块化组件进行接口设计，确保各个组件之间可以进行有效的通信和数据交换。
接口设计应基于标准化的协议和规范，以便于不同组件之间的互换和协作。
3.开发模块化组件根据接口设计的要求，进行模块化组件的开发。
开发过程中应注重组件的可重用性和可扩展性，以便于在不同系统中进行复用和扩展。
4.系统集成将各个模块化组件进行系统集成，确保各个组件能够协同工作。
在集成过程中，需要进行详细的测试和验证，以确保系统的功能和性能能够满足需求。
5.模块化管理建立模块化组件的管理体系，包括组件的定义、标准化和文档化，以便于组件的复用和维护。
同时，建立模块化组件的版本控制和更新机制，以便于系统的升级和优化。
四、实施步骤1.需求分析：明确自动化机构的功能需求和系统规划。
2.模块选择：确定适用的模块化组件，包括硬件、软件和控制系统。
3.接口设计：详细设计模块化组件之间的接口和通信方式。
4.开发和测试：进行模块化组件的开发和测试，确保其功能和性能达到要求。
5.集成调试：将各个模块化组件进行集成，进行系统调试和验证。
6.系统维护：建立模块化组件的管理体系，持续进行组件的更新和维护。
五、风险和挑战1.技术风险：模块化建设涉及到多个技术领域的整合，可能存在技术风险和难题，需要进行风险评估和应对措施的制定。
前端开发工作策略
前端开发工作策略是指在进行前端开发过程中，为了提高开发效率、保证开发质量、满足用户需求等目标，而采取的一系列规划、组织、指导和控制工作的方法和手段。
以下是一些常见的前端开发工作策略：1. 项目驱动：以项目需求为导向，进行前端开发的规划和组织。
明确项目需求和目标，制定详细的开发计划和时间表，确保开发工作的顺利进行。
2. 用户需求分析：深入了解用户需求和市场趋势，对用户行为和使用场景进行分析，确保前端开发的产品能够满足用户需求和市场需求。
3. 模块化开发：采用模块化开发思想，将前端开发分为不同的模块，每个模块完成特定的功能和任务，提高开发效率和代码复用性。
4. 组件化开发：将前端开发分为不同的组件，每个组件完成特定的功能和任务，通过组件化开发，可以提高开发效率、降低代码复杂度、提高代码可维护性。
5. 前后端分离：采用前后端分离开发模式，前端负责展示和交互逻辑，后端负责数据处理和业务逻辑，实现前后端分离开发，提高开发效率和代码复用性。
6. 自动化构建：采用自动化构建工具，实现前端代码的自动构建、测试和部署，提高开发效率和代码质量。
7. 持续集成：采用持续集成工具，实现前端代码的持续集成和自动化测试，确保开发过程中及时发现和解决问题，提高开发效率和代码质量。
8. 设计规范：制定前端开发设计规范，统一开发标准和风格，提高代码可读性和可维护性。
9. 性能优化：采用性能优化技术，如压缩文件、减少HTTP请求、使用CDN等，提高前端页面加载速度和用户体验。
10. 安全性保障：采用安全性保障技术，如防止XSS攻击、CSRF攻击等，确保前端开发的产品安全可靠。
总之，前端开发工作策略需要根据项目需求、用户需求和市场需求等因素进行制定和调整，以确保前端开发的产品能够满足用户需求和市场需求，提高开发效率和开发质量。
模块设计原则与策略
模块设计原则与策略模块设计原则与策略是软件开发中的重要概念。
模块是指一个可独立配置、可复用的软件单元，它具有明确定义的接口和功能。
模块化是将软件系统划分为一系列独立但相互协作的模块的过程，以提高软件的可维护性、可扩展性和可重用性。
以下是一些模块设计原则与策略：1. 单一职责原则：每个模块应该只有一个职责，即每个模块只负责一项功能或业务逻辑。
这样做的目的是提高代码的可读性和可维护性，降低模块间的耦合度。
2. 高内聚低耦合原则：内聚性表示模块内部各元素之间关系的紧密程度。
高内聚表示模块内部各元素紧密相关，完成的功能明确，具体业务逻辑完整。
低耦合表示模块之间的依赖关系尽可能少，降低模块间的相互影响。
3. 开闭原则：软件实体（类、模块、函数等）应该是可扩展的，即可以在不修改原有代码的情况下进行功能扩展，而封闭则表示软件实体应尽可能减少与外界的交互，降低耦合度。
4. 接口隔离原则：客户端不应该依赖它不使用的接口，模块间的交互应通过明确定义的接口进行，这样可以降低耦合度，提高模块的独立性。
5. 依赖倒置原则：高层模块不应该依赖低层模块，二者都应该依赖抽象；抽象不应该依赖细节；细节应该依赖抽象。
这样可以降低层次间的依赖关系，提高系统的灵活性。
6. 分层策略：将系统分为不同的层次，每层负责特定的功能或业务逻辑，层与层之间通过接口进行交互。
这种策略可以提高系统的可维护性和可扩展性。
7. 模块化思维：将系统划分为多个独立的模块，每个模块具有明确的功能和职责。
这种思维方式有助于降低系统的复杂度，提高开发效率。
8. 设计模式的应用：设计模式是解决常见设计问题的经验总结，可以提供可复用的设计方案。
在模块设计中，合理应用适当的设计模式可以提高代码的灵活性和可扩展性。
9. 预留扩展点：在进行模块设计时，应该预留一些扩展点，以便未来可能的功能扩展和变化。
这样可以降低修改现有模块的风险和代价，并且提高系统的可扩展性。
10. 自顶向下设计：从整体系统开始，逐步细化到具体模块的过程。
浅析汽车平台演进与模块化战略
浅析汽车平台演进与模块化战略平台化开发已经是各大整车企业降低研发成本，缩短开发周期的重要手段之一。
汽车平台是指在开发过程中使用相似的底盘和下车体的一组公共架构，该架构可以承载不同车型的开发及生产制造，在此基础上可以生产出外形和功能都不尽相同的产品。
组成汽车产品平台公共架构的识别要素主要包括发动机舱、地板、悬架、制动、传动、发动机和电气系统等。
目前出现的“模块化”开发，比“平台化”更进了一步。
汽车企业可以在全球范围内进行汽车模块的选择和匹配优化，进一步减少新开发零部件的种类和数量，让零部件通用化程度更高，使企业更加灵活快速地推出新产品。
本文意在通过推导汽车平台演进进程，并结合几家国外车企平台模块化战略深入分析，总结其特点与适用要素，为我国自主品牌汽车企业开展平台模块化研究提供一定的参考建议。
一、汽车平台战略与发展趋势世界汽车平台战略经历了单车型开发、平台开发、平台精益化和模块化进程。
汽车制造商通过扩张和兼并，拥有了更多的汽车平台，梳理现有汽车产品，对平台进行整合以及精益化，并在精益化的基础上对平台构建进行模块化构建。
全新的模块化平台，将进一步降低研发周期和风险，成为未来汽车生产发展的方向。
从20世纪80年代平台概念的诞生，到20世纪90年代平台战略的兴起，至2010年全球九大跨国车企（通用、大众、福特、丰田、雷诺日产、PSA、本田、菲亚特和戴姆勒）己拥有了175个平台。
各大跨国车企开始意识到进一步削减平台数量，扩大单个平台的车型覆盖率，提高平台规模效益是未来平台化发展的不二选择。
到2020年九大跨国车企计划将平台削减至1 /3，并且纷纷将大规模生产的车型集中在关键几个核心平台上。
通用汽车宣布到2018年平台将从2010年的30个削减到14个，每年由此可节约成本10亿美元。
以下选取大众、通用、福特、丰田平台，对比分析其平台战略差异性，见表1。
总体上，4个整车企业（OEM）未来发展方向都是削减平台数量，发展核心平台，并增加核心平台的产量，给出其他平台整合到核心平台的机会。
模块化建筑施工中的工作安排与协调
模块化建筑施工中的工作安排与协调模块化建筑是一种将建筑物按照标准化模块进行设计、制造和安装的新型建筑方式。
它具有快速、经济、环保等优势，广泛应用于住宅、商业建筑和公共设施。
在模块化建筑施工过程中，合理的工作安排与协调是至关重要的。
本文将探讨模块化建筑施工中的工作安排与协调方法，并重点介绍了项目计划、资源管理和团队协作等方面的内容。
一、项目计划在开始模块化建筑施工前，项目计划是必不可少的。
通过制定详细而合理的项目计划，可以确保整个施工过程按时完成，并最大限度地提高效率。
1. 确定目标：首先要明确项目的目标和需求，确定所需完成任务的时间节点和质量要求。
2. 制定时间表：根据项目目标和可用资源，制定项目的时间表。
考虑到各个环节之间可能存在依赖关系，合理分配时间给每个环节，并设置必要的检查点。
3. 分解任务：将整体任务分解为可执行的子任务，并确定每个子任务的优先级和截止日期。
通过细致的任务分解，可以更好地掌控施工进度。
二、资源管理模块化建筑施工涉及多种资源，如人力、材料、设备等。
合理管理这些资源是工作安排与协调的重要一环。
1. 人力资源：确保项目组成员具备必要的技能和经验，能够胜任各自的角色。
根据项目计划和任务需求，合理分配人员，并且及时调整人员配置以适应变化。
2. 材料管理：在模块化建筑中，各种标准化模块需要合理安排供应链并进行物流管理。
确保所需材料按时到达施工现场，并妥善存放和使用。
3. 设备管理：模块化建筑通常需要特定的设备来完成安装和调试等工作。
预先规划设备需求，并合理调度使用，确保设备的可靠性和有效性。
三、团队协作在模块化建筑施工过程中，良好的团队协作是保证项目成功的关键因素之一。
1. 沟通与协调：定期召开会议或通过其他沟通方式，与项目团队成员共享信息并解决问题。
协调各个部门之间的合作，确保信息流畅和工作高效。
2. 提供培训和支持：为项目团队成员提供必要的培训，提升他们的技能和知识水平。
同时，根据需要提供技术支持，解决施工过程中出现的问题。
公司的几大模块化管理方案
公司的几大模块化管理方案一、页公司的几大模块化管理方案二、目录一、页..1二、目录.2三、摘要.3四、背景和现状分析.41.1市场竞争激烈.41.2企业管理效率低下.51.3员工满意度不高.6五、项目目标.72.1提高企业管理效率.72.2提升员工满意度.82.3增强企业竞争力.9三、摘要本文针对公司当前面临的管理问题，提出了几大模块化管理方案。
通过对市场竞争、企业管理效率和员工满意度等方面的分析，明确项目目标，旨在提高企业管理效率，提升员工满意度，增强企业竞争力。
四、背景和现状分析1.1市场竞争激烈随着市场经济的发展，企业间的竞争愈发激烈。
为了在市场中脱颖而出，公司需要不断提高管理水平，提升企业竞争力。
1.2企业管理效率低下目前，公司管理存在诸多问题，如流程繁琐、信息传递不畅等，导致企业管理效率低下。
为了提高管理效率，降低成本，公司亟待进行管理改革。
1.3员工满意度不高员工是企业的基石，员工满意度直接关系到企业的稳定和发展。
然而，目前公司员工满意度不高，主要表现在薪酬福利、晋升空间、工作环境等方面。
提高员工满意度，对于提升企业整体竞争力具有重要意义。
五、项目目标2.1提高企业管理效率通过优化管理流程、简化办事手续、提高信息化水平等手段，提高企业管理效率，降低运营成本，为企业创造更多价值。
2.2提升员工满意度关注员工需求，优化薪酬福利体系，提供晋升空间，改善工作环境，提升员工满意度，增强员工归属感和忠诚度。
2.3增强企业竞争力通过提高企业管理效率和员工满意度，提升企业整体竞争力，使企业在激烈的市场竞争中立于不败之地。
六、模块化管理方案3.1组织架构优化优化组织架构，明确各部门职责，提高工作效率，降低沟通成本。
3.2流程再造对现有管理流程进行梳理，简化办事手续，提高工作效率。
3.3信息化建设加强信息化建设，提高信息传递速度和准确性，为企业管理提供数据支持。
3.4薪酬福利体系优化关注员工需求，优化薪酬福利体系，提高员工满意度。
模块化多电平矩阵变换器环流的平坦控制策略
第27卷㊀第6期2023年6月㊀电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报Electri c ㊀Machines ㊀and ㊀Control㊀Vol.27No.6Jun.2023㊀㊀㊀㊀㊀㊀模块化多电平矩阵变换器环流的平坦控制策略王函韵1,㊀程启明2,㊀谢怡群2,㊀叶培乐2,㊀周雅婷2(1.国网浙江湖州供电公司,浙江湖州313098;2.上海电力大学自动化工程学院,上海200090)摘㊀要:模块化多电平矩阵变换器(M 3C )应用于海上风力发电低频交流输电系统,直接实现从低频交流电到工频交流电的AC /AC 变换时存在环流控制精度不高的问题,根据M 3C 拓扑结构建立双αβ0变换下M 3C 的解耦数学模型,根据平坦控制理论,分析了M 3C 环流数学模型的平坦性,从而提出并推导出M 3C 环流的非线性平坦控制(FBC )策略㊂最后搭建了M 3C 环流的FBC 仿真系统,模拟了正常工况㊁输入侧频率变化工况㊁输出侧功率变化工况和不平衡电网电压工况下的系统运行情况,通过仿真实验验证了所提FBC 控制策略的可行性和正确性,且将FBC 控制与传统PID 控制对比,仿真结果表明,环流FBC 控制在控制精度㊁稳定速度㊁谐波含量等性能指标方面表现更好㊂关键词:海上风力发电;模块化多电平矩阵换流器;环流控制;平坦控制;PID 控制DOI :10.15938/j.emc.2023.06.018中图分类号:TM762文献标志码:A文章编号:1007-449X(2023)06-0170-12㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀收稿日期:2021-11-26基金项目:国家自然科学基金(61905139)作者简介:王函韵(1975 ),男,硕士,高级工程师,研究方向为电力系统自动化㊁电力规划运行等;程启明(1965 ),男,博士,教授,研究方向为电力电子控制㊁新能源发电过程控制等;谢怡群(1998 ),女,硕士研究生,研究方向为电力系统自动化㊁电力电子变换器等;叶培乐(1997 ),男,硕士研究生,研究方向为新能源发电控制㊁电力电子控制;周雅婷(1994 ),女,硕士研究生,研究方向为新能源发电控制㊁电力电子控制㊂通信作者:程启明Flatness-based control strategy of circulating current formodular multilevel matrix converterWANG Hanyun 1,㊀CHENG Qiming 2,㊀XIE Yiqun 2,㊀YE Peile 2,㊀ZHOU Yating 2(1.State Grid Zhejiang Huzhou Power Supply Company,Huzhou 313098,China;2.College of Automation Engineering,Shanghai University of Electric Power,Shanghai 200090,China)Abstract :In response to the problem of low circulation control accuracy when applying modular multilevel matrix converter (M 3C)to the low-frequency AC transmission system of offshore wind power generation to directly achieve AC /AC conversion from low-frequency AC to power frequency AC,a decoupled mathe-matical model of M 3C under dual αβ0transformation is established based on the topology structure of M 3C.Based on the flatness control theory,the flatness of the M 3C circulation mathematical model wasanalyzed.Thus,a nonlinear flatness-based control (FBC)strategy for M 3C circulation was proposed and derived.Finally,a FBC simulation system for M 3C circulation was established on the simulation experi-mental platform through simulation experiments,and the system operation was simulated under normal op-erating conditions,input side frequency variation conditions,output side power variation conditions,and unbalanced grid voltage conditions.This paper verifies the feasibility and correctness of the proposed FBCcontrol strategy through simulation experiments,and compares FBC control with traditional PID control.The simulation results show that,the circulating FBC control has better performance indicators such ascontrol accuracy,stable speed,and harmonic content.Keywords:offshore wind power generation;modular multilevel matrix converter;circulation control;flat-ness-based control;PID control0㊀引㊀言为了解决传统能源发电带来生态环境恶化问题和实现 双碳 目标,可再生能源发电越来越重要,其中风力发电是新能源发电中所占较高的发电方式之一[1-2]㊂由于海上空间大和风能潜力高,因此,海上风力发电已成为风力发电的主流装机方式,目前海上风电机组离岸已达300km,将较远的海上风电厂与陆地的主电网并网是很重要的技术问题㊂当前常用50Hz高压交流输电[3]㊁高压直流输电[4]和50/3Hz低频交流输电(low frequency AC transmis-sion,LFAC)[5-6]共3种解决办法,其中50/3Hz的LFAC优点为[7]:相比于50Hz高压交流输电,电网频率越低输电线路阻抗越小,从而提高了输电效率;相比于高压直流输电,50/3Hz的LFAC仅需建设一个AC/AC换流站,建设和维护费用低㊂在LFAC 中,AC/AC变换器是最关键的设备㊂文献[8]通过多个模块化多电平换流器(modular multilevel con-verter,MMC)实现AC/AC变换功能,但此方式增加了体积和成本㊂文献[9]中使用了级联式H桥交-交换流器实现的模块化多电平矩阵换流器(modular multilevel matrix converter,M3C)㊂M3C由多个H桥单元串联成双向开关,它具有全模块化容易㊁扩展到高电压方便㊁控制灵活㊁谐波质量好和冗余度好等优点[6,10-11],这些特性很适合于大功率的海上风力发电系统等场合应用[10]㊂但是,M3C为非线性㊁结构复杂㊁多变量强耦合的对象,这使得M3C的控制困难和复杂,目前M3C 控制方面的研究主要有:M3C输入端控制[12-15]㊁M3C桥臂的电容电压与环流控制[16-21]和M3C输出端控制[20,22-24]㊂其中,环流对M3C的工作状态的影响最大,因此,对于M3C电容电压和桥臂环流的控制的文献较多㊂例如,文献[17]提出的注入循环电流并在输入侧施加无功功率;文献[18]增加了一个电容器电压平衡算法;文献[19-20]采用基于SVPWM的输入电流/输出电压控制和直流侧电容平衡控制;文献[25]中引入了一些共模电压,以避免在输入侧需要无功功率,这类似于在低速范围下MMC缓解控制的技术,但共模电压的参考值难以设计,并可能导致过调制,且共模电压还会导致电机轴承过早出现故障㊂为了避免使用无功功率和共模电压,文献[26]讨论了一种仅使用M3C中循环电流来平衡9个分支之间的能量的替代控制方法等㊂以上方法虽在一定程度上改善了环流的控制效果,但实际效果依旧不够理想㊂上面这些方法中控制算法一般均为PID等线性控制方法,这些线性方法直接应用于非线性的M3C 环流控制并不太合适㊂从本质上讲,M3C环流这种非线性对象只有采用非线性控制才能实现环流完全抑制㊂非线性的平坦控制(flatness-based control, FBC)[27]无需精确的数学模型,可由输出变量的不同而设计出适当的前馈参考轨迹,再由误差反馈补偿解决系统扰动㊂FBC具有鲁棒性强㊁超调小且无振荡㊁结构简单㊁容易实现等[28-30],目前FBC已成功用于逆变器㊁电力滤波器和MMC等电力器件的控制上㊂为了解决上述M3C环流控制的不足,本文将非线性的平坦控制首次引入到M3C环流的控制上㊂首先给出双αβ0变换下M3C解耦数学模型,然后提出M3C桥臂环流的平坦控制(FBC)策略,与传统的PID控制相比,FBC控制的精度更高,且结构简单㊁实现容易㊂最后通过仿真实验验证FBC用于M3C 桥臂环流控制的正确性和优越性㊂1㊀M3C的电路结构和数学模型1.1㊀M3C的总体结构M3C电路的拓扑结构如图1所示㊂M3C共9个桥臂,各桥臂由k个子模块(sub-modular,SM)串接电感L qb组成,各SM又由4个IGBT㊁4个二极管和1个电容C并联组成㊂M3C两端的三相交流系统频率是不同的,且输入侧一般连接到三相交流主电网,而输出侧一般为海上风力发电机㊁阻感负载等㊂图1中:u m x和i m x分别为输入侧三相电压和电流(x=a㊁b㊁c三相);R s和L s为输入侧线路电阻和电感;R g和L g为输出侧线路电阻和电感;SM xyi为xy桥臂上第i个H桥子模块(y=r㊁s㊁t三相;i=1,2, , k);i xy为xy桥臂上电流;L qb为桥臂电感;u g y和i g y分别为输出侧三相电压和电流(y=r㊁s㊁t三相);N㊁n 为两侧中性点;u nN为共模电压㊂171第6期王函韵等:模块化多电平矩阵变换器环流的平坦控制策略图1㊀M 3C 电路的拓扑结构Fig.1㊀Topology of M 3C circuit图2为M 3C 控制系统总体结构框图㊂图中,u Cxy 为xy 桥臂总电容输出电压,M 3C 控制系统由输入侧电流㊁输出侧电压㊁桥臂电容电压与环流㊁共模电压㊁子模块均压等几个控制部分组成㊂其中:1)输入侧电流控制部分负责M 3C 输入侧的电流控制;2)输出侧电压控制部分负责M 3C 输出侧的电压控制;3)桥臂的电容电压和环流的控制部分需要对环流调节,减小可能的直流漂移;4)共模电压控制部分采用加入共模电压调节桥臂电容电压的平衡;5)子模块的均压控制部分负责子模块的均压控制㊂图2㊀M 3C 的控制系统总体结构框图Fig.2㊀Overall structure block diagram of M 3C controlsystemM 3C 应用在海上风电时,除了要保证输入侧输出侧的平衡,电容电压的稳定也是整个系统正常工作的前提,桥臂电压不平衡时会在内部形成环流,环流的存在可能导致输出发生畸变,甚至影响系统稳定的问题,为了系统稳定运行及减少网损,环流控制必不可少,且通过调节环流可以实现桥臂子模块电压平衡㊂本文重点研究M 3C 的环流控制问题㊂1.2㊀M 3C 的数学模型对图1的电路拓扑结构运用Kirchhoff 定律可得u ma u mb u mc u ma u mb u mc u ma u mb u mc éëêêêùûúúú=R s +L s dd t ()i ma i mb i mc i ma i mb i mc i ma i mb i mc éëêêêùûúúú+L qbdd t i ar i br i cr i as i bs i cs i at i bt i ct éëêêêùûúúú+u ar u br u cr u as u bs u cs u at u bt u ct éëêêêùûúúú+R g +L g dd t ()i gr i gr i gr i gs i gs i gs i gt i gt i gt éëêêêùûúúú+u gr u gr u gr u gs u gs u gs u gt u gt u gt éëêêêùûúúú+u nN 111111111éëêêêùûúúú㊂(1)定义u xy 为xy 桥臂上k 个H 桥子模块的总输出电压㊂对式(1)进行双αβ0变换,计算整理后可得3000000u m αu m βu m0éëêêêùûúúú=3R s +L s dd t ()000000i m αi m βi m0éëêêêùûúúú+L qb dd t i ααi βαi 0αi αβi ββi 0βi α0i β0i 00éëêêêùûúúú+u ααu βαu 0αu αβu ββu 0βu α0u β0u 00éëêêêùûúúú+3R g +L g d d t ()00i g α00i g β00i g0éëêêêùûúúú+300u g α00u g β00u g0éëêêêùûúúú+000000003u nN éëêêêùûúúú㊂(2)为了简化公式,引入u m o ㊁i m o ㊁u g o ㊁i g o 来分别表示u m x ㊁i m x ㊁u g y ㊁i g y 在αβ0坐标系下的分量,o 为αβ0坐标系的坐标轴,o =α㊁β㊁0;同时,u op ㊁i op 被引入来表271电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第27卷㊀示u xy ㊁i xy 在双αβ0坐标系下的分量,p 为αβ0坐标系的坐标轴,p =α㊁β㊁0㊂从而可得到M 3C 解耦等效模型如式(3)~式(6)所示㊂其中输入侧的解耦模型为3u m αu m βéëêêùûúú=3R s +L s d d t +L qb 3d d t ()i m αi m βéëêêùûúú+u α0u β0éëêêùûúú㊂(3)输出侧的解耦模型为-3u g αu g βéëêêùûúú=3R g +L g d d t +L qb 3d d t ()i g αi g βéëêêùûúú+u 0αu 0βéëêêùûúú㊂(4)环流的解耦模型为u ααu βαu αβu ββéëêêùûúú=-L qb d d t i ααi βαi αβi ββéëêêùûúú㊂(5)共模电压的解耦模型为3u m0=3R s i m0+3L sd i m0d t +L qb d i00d t+3R g i g0+3L g d ig0d t+u 00+3u g0+3u nN ㊂(6)2㊀M 3C 环流的平坦控制2.1㊀平坦理论平坦理论的基本原理可表述如下:若非线性系统为:x ㊃=f (x ,u ),x ɪR n ,u ɪR m ;y =g (x ),y ɪR m ㊂}(7)式中u ㊁x 和y 为系统的输入变量(m 维)㊁状态变量(n 维)和输出变量(m 维)㊂针对上面的非线性系统,若可找出输出变量y ,它能把u 和x 由y 及y 有限阶的导数表示出来,这种的非线性系统就称之为平坦系统[25]㊂也即:x =x (y ,y ㊃, ,y(γ));u =u (y ,y ㊃, ,y (η))㊂}(8)式中γ㊁η为微分的有限整数阶数㊂图3为平坦控制(FBC)的系统结构框图㊂FBC 的设计包括期望的前馈参考轨迹生成部分和误差反馈补偿部分,其中:前者是根据期望的输出变量y ∗,设计出状态空间上变量的参考变化轨迹,再根据对象的数学模型,可得到前馈参考轨迹的控制变量u ∗c ,但电压波动和内部扰动对系统的稳定性影响较大,会使前馈控制变量不能达到期望输出值,为了减小影响需要,加入后者的误差反馈补偿u ∗b ,即需根据输出值y 及期望值y ∗形成误差反馈值Δy ,再加上误差反馈的参考值Δy ∗对参考轨迹生成的控制量进行补偿㊂图3㊀平坦控制系统的结构框图Fig.3㊀Block diagram of FBC system2.2㊀M 3C 环流模型平坦性及稳定性证明根据上述FBC 理论,若能在M 3C 环流控制中需要寻找适合的输出向量,使输入㊁状态两个向量都能通过输出向量及其整数阶导数表示,则非线性的FBC 理论用于M 3C 环流控制是可行的㊂1)M 3C 环流模型的平坦性㊂这里设y HL1=i αα,y HL2=i βα,y HL3=i αβ,y HL4=i ββ,u HL1=u αα,u HL2=u βα,u HL3=u αβ,u HL4=u ββ,并且y =x ,则由式(5)的环流模型可得u HL1u HL2u HL3u HL4éëêêùûúú=-L qb d d t y HL1y HL2y HL3y HL4éëêêùûúú㊂(9)由式(9)和y =x 可知,该非线性系统满足式(8)的平坦理论要求,但系统的输入变量u HL1㊁u HL2㊁u HL3㊁u HL4不可观,需使输出变量y HL1㊁y HL2㊁y HL3㊁y HL4满足y HL1ңy ∗HL1㊁y HL2ңy ∗HL2㊁y HL3ңy ∗HL3㊁y HL4ңy ∗HL4(y∗为输出变量y 的期望值),从而能够渐进跟踪期望轨迹㊂2)M 3C 环流平坦控制的稳定性证明㊂下面采用Lyapunov 稳定性定理来证明为M 3C环流平坦控制系统的大范围渐进稳定性㊂令其输出变量比例-积分误差为e HL1h e HL2h éëêêùûúú=y ∗HL h (t )-y HL h (t )ʏt(y ∗HL h (χ)-y HL h (χ))d χéëêêêùûúúú㊂(10)式中,下标h =1㊁2㊁3㊁4㊂为了达到系统的全局渐进稳定,系统的能量函数可设为㊀E (e HL11,e HL12,e HL13,e HL14,e HL21,e HL22,e HL23,e HL24)=(e 2HL11+e 2HL12+e 2HL13+e 2HL14+e 2HL21+e 2HL22+e 2HL23+e 2HL24)/2㊂(11)式(11)满足稳定要求的初始条件(即e HL =0时,E (0)=0;e HL ʂ0时,E >0),对式(11)求导可得371第6期王函韵等:模块化多电平矩阵变换器环流的平坦控制策略E ㊃(e HL11,e HL12,e HL13,e HL14,e HL21,e HL22,e HL23,e HL24)=e HL11(e㊃HL11+e HL21)+e HL12(e㊃HL12+e HL22)+e HL13(e㊃HL13+e HL23)e ㊃HL13+e HL14(e ㊃HL14+e HL24)㊂(12)式(12)可以由式(10)及式(9)表示为E ㊃(e HL11,e HL12,e HL13,e HL14,e HL21,e HL22,e HL23,e HL24)=ð4h =1e HL1h (y ㊃∗HL h+u HL h /L qb +e HL2h )㊂(13)对于FBC 系统,在e HL ʂ0和E >0时,需使E ㊃<0成立,这样能满足在 e HL ң0时,则E ң0,从而保证系统能量跟着给定轨迹变小至全局渐近稳定㊂因而可得:y㊃∗HL h=-λHL h e HL1h -u HL h /L qb -e HL2h ;(14)i ㊃∗ααi ㊃∗βαi ㊃∗αβi ㊃∗ββéëêêùûúú=-λHL1e HL11+e HL21λHL2e HL12+e HL22λHL3e HL13+e HL23λHL4e HL14+e HL24éëêêùûúú-1L qb u ααu βαu αβu ββéëêêùûúú㊂(15)式(14)代入到式(13)中,可得E ㊃(e HL11,e HL12,e HL13,e HL14,e HL21,e HL22,e HL23,e HL24)=-ð4h =1λHL h e 2HL1h ɤ0㊂(16)式中λHL1>0,λHL2>0,λHL3>0,λHL4>0均为系统控制增益㊂2.3㊀M 3C 环流的平坦控制器设计按照图3的平坦控制(FBC)系统的结构,根据式(5),可以得到基于环流模型的FBC 前馈参考输入控制变量u ∗c 为u αα,cu βα,c u αβ,cu ββ,c éëêêùûúú=-L qb d d t i ∗ααi ∗βαi ∗αβi ∗ββéëêêùûúú㊂(17)令系统状态变量x 误差为Δi ααΔi βαΔi αβΔi ββéëêêùûúú=i ααi βαi αβi ββéëêêùûúú-i ∗ααi ∗βαi ∗αβi ∗ββéëêêùûúú㊂(18)将式(18)代入式(5),可得误差模型为Δu ααΔu βαΔu αβΔu ββéëêêùûúú=-L qb d d t Δi ααΔi βαΔi αβΔi ββéëêêùûúú㊂(19)根据上式可得误差反馈补偿值u ∗b 为u αα,b u βα,b u αβ,bi ββ,b éëêêùûúú=-k HLDFp+k HLDFis()Δi ∗αα-Δi ααΔi ∗βα-Δi βαΔi ∗αβ-Δi αβΔi ∗ββ-Δi ββéëêêùûúú㊂(20)式中k HLDFp ㊁k HLDFi 分别为平坦控制器的PI 控制的比例㊁积分系数㊂为了消除误差,令Δi ∗ααΔi ∗βαΔi ∗αβΔi ∗ββéëêêùûúú=0000[]㊂(21)于是基于环流模型的平坦控制器为u ∗ααu ∗βαu ∗αβu ∗ββéëêêùûúú=u αα,cu βα,c u αβ,cu ββ,c éëêêùûúú+u αα,b u βα,b u αβ,bu ββ,b éëêêùûúú㊂(22)联立式(22)和式(5)可得-L qb s i ααi βαi αβi ββéëêêùûúú=-L qb s i ∗ααi ∗βαi ∗αβi ∗ββéëêêùûúú-kHLDFp+kHLDFis()i ∗αα-i ααi ∗βα-i βαi ∗αβ-i αβi ∗ββ-i ββéëêêùûúú㊂(23)整理式(23)可得其闭环传递函数为[H αα(s )H βα(s )H αβ(s )H ββ(s )]=i ααi ∗ααi βαi ∗βαi αβi ∗αβi ββi ∗ββ[]=[1111]㊂(24)上式说明,根据平坦理论设计的基于环流模型的平坦控制器的输出电流能很好地跟踪参考给定值,且不存在惯性环节,能有很好的响应速度,并能实现独立解耦控制㊂由此得到M 3C 环流的平坦控制框图如图4所示,其中:图4(a)㊁(b)㊁(c)和(d)分别为i αα㊁i βα㊁i αβ和i ββ4个环流量的环流控制子图㊂图4㊀M 3C 环流的平坦控制框图Fig.4㊀Block diagram of flatness-based control for M 3Ccirculation471电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第27卷㊀3㊀仿真实验结果分析为了证明本文提出M3C桥臂环流的FBC策略的有效性和优势,构建了M3C控制系统的仿真实验系统,并对M3C的环流部分采用本文所提的平坦控制与传统的PID控制2种不同方法进行仿真实验比较㊂其中,M3C环流的PID控制器中比例㊁积分和微分的系数分别取k HLp=15.0㊁k HLi=1.0和k HLd= 0;M3C环流的平坦控制中PID控制器比例㊁积分和微分的系数为k HLDFp=3.0㊁k HLDFi=1.0和k HLDFd=0; M3C系统参数见表1㊂表1㊀M3C的系统参数Table1㊀Parameters of M3C system㊀㊀㊀参数数值输入电压幅值u/V10000桥臂上子模块数k20子模块电容C/mF20输入频率f i/Hz50/3阻感负载电阻R/Ω18阻感负载电感L/mH 6.8输出频率f o/Hz50由于M3C具有多模块㊁多桥臂及对称性等特点,无需显示出各个桥臂或各个电容的电压,因此,这里以ar桥臂㊁as桥臂㊁at桥臂为代表展示桥臂电压㊁桥臂电流㊁电容电压以及M3C的桥臂环流㊂3.1㊀M3C的正常工况在表1的正常工况下,采用平坦控制㊁PID控制2种控制策略时M3C的各种输出波形如图5~图7所示㊂其中:图5为2种控制策略下M3C ar桥臂㊁as桥臂㊁at桥臂的电压(即u ar㊁u as㊁u at波形);图6为2种控制策略下M3C ar桥臂㊁as桥臂㊁at桥臂的第1个电容的电压(即u car1㊁u cas1㊁u cat1波形),图7为两种控制策略下M3C桥臂环流(即iαα㊁iαβ㊁iβα㊁iββ波形)和M3C ar桥臂㊁as桥臂㊁at桥臂电流(即i ar㊁i as㊁i at的波形)㊂由图7(a)和图7(b)可见,采用平坦控制策略时,M3C的环流相比于采用PID控制策略时波动幅度更小,谐波含量更低,抑制效果更好㊂3.2㊀M3C输入侧频率变化工况在0.1s时,输入侧频率f m从50/3Hz增加到50Hz㊂在0.2s时,输入侧频率f m从50Hz降低到50/3Hz㊂图5㊀2种控制策略下桥臂电压Fig.5㊀Voltage of bridge arm under two controlstrategies图6㊀2种控制策略下电容电压Fig.6㊀Capacitor voltage under two control strategies571第6期王函韵等:模块化多电平矩阵变换器环流的平坦控制策略图7㊀2种控制策略下桥臂环流和桥臂电流Fig.7㊀Circulating-current and current of bridge arm under two control strategies图8~图10为2种控制策略下M3C的各种输出波形㊂其中:图8为2种控制策略下M3C ar桥臂㊁as桥臂㊁at桥臂的电压(即u ar㊁u as㊁u at波形);图9为两种控制策略下M3C ar桥臂㊁as桥臂㊁at桥臂的第1个电容的电压(即u car1㊁u cas1㊁u cat1波形);图10为2种控制策略下M3C桥臂环流(即iαα㊁iαβ㊁iβα㊁iββ波形)和M3C ar桥臂㊁as桥臂㊁at桥臂电流(即i ar㊁i as㊁i at的波形)㊂由图10(a)和图10(b)可见,当输入侧频率变化时,采用平坦控制策略的M3C的环流相比于采用PID控制策略时波动幅度更小,谐波含量更低,抑制效果更好,且工况改变后鲁棒性强,桥臂环流仍能以较快的速度稳定,且在较小的范围内波动㊂图8㊀2种控制策略下输入侧频率变化时桥臂电压Fig.8㊀Voltage of bridge arm under two control strate-gies when input-side frequencychanges图9㊀2种控制策略下输入侧频率变化时电容电压Fig.9㊀Capacitor voltage under two control strategies when frequency on the input side changes671电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第27卷㊀图10㊀2种控制策略下输入侧频率变化时桥臂环流和桥臂电流Fig.10㊀Circulating-current and current of bridge arm under two control strategies when frequency onthe input side changes3.3㊀M3C输出功率变化工况在0.1s时,输出功率P mref从12.25MW增加到17.25MW㊂在0.2s时,输出功率P mref从17.25MW 降低到7.25MW㊂图11~图13为输出侧功率变化时2种控制策略下M3C的各种输出波形㊂其中:图11为2种控制策略下M3C ar桥臂㊁as桥臂㊁at桥臂的电压(即u ar㊁u as㊁u at波形);图12为两种控制策略下M3C ar桥臂㊁as桥臂㊁at桥臂的第1个电容的电压(即u car1㊁u cas1㊁u cat1波形);图13为2种控制策略下M3C桥臂环流(即iαα㊁iαβ㊁iβα㊁iββ波形)和M3C ar桥臂㊁as桥臂㊁at桥臂电流(即i ar㊁i as㊁i at的波形)㊂图11㊀2种控制策略下输出功率变化时桥臂电压Fig.11㊀Voltage of bridge arm under two control strat-egies when output powerchanges图12㊀2种控制策略下输出功率变化时电容电压Fig.12㊀Capacitor voltage when output power changes under two control strategies771第6期王函韵等:模块化多电平矩阵变换器环流的平坦控制策略图13㊀2种控制策略下输出功率变化时桥臂环流和桥臂电流Fig.13㊀Circulating-current and current of bridge arm under two control strategies when output pow-er changes由图13(a)和图13(b)可见,当输出侧功率改变时,采用平坦控制策略的M3C的环流相比于采用PID控制策略仍然具有波动幅度小㊁谐波含量低㊁抑制效果更好的特点,其结论和前文基本一致㊂3.4㊀M3C不平衡电网工况为进一步验证平坦控制的控制效果,增加电网在发生不对称故障时的仿真案例㊂仿真时间为0.2s,0~0.1s时,系统处于正常运行状况;0.1~ 0.2s时,M3C输入侧发生不对称故障,即A相电压跌落10%,图14~图16为M3C各输出波形㊂图14㊀不平衡电网下2种控制策略下的桥臂电压Fig.14㊀Voltage of bridge arm under two control strat-egies under unbalancedgrid图15㊀不平衡电网下2种控制策略下的电容电压Fig.15㊀Capacitor voltage under two control strategies under unbalanced grid871电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第27卷㊀图16㊀2种控制策略下桥臂环流和桥臂电流Fig.16㊀Circulating-current and current of bridge arm under two control strategies under unbalancedgrid其中:图14为2种控制策略下M3C ar桥臂㊁as 桥臂㊁at桥臂的电压(即u ar㊁u as㊁u at波形);图15为2种控制策略下M3C ar桥臂㊁as桥臂㊁at桥臂的第1个电容的电压(即u car1㊁u cas1㊁u cat1波形),图16为2种控制策略下M3C桥臂环流(即iαα㊁iαβ㊁iβα㊁iββ波形)和M3C ar桥臂㊁as桥臂㊁at桥臂电流(即i ar㊁i as㊁i at的波形)㊂由图16(a)和图16(b)可见,在不平衡电网工况下M3C的环流比前面3种工况要大,但采用平坦控制策略时M3C的环流相比于采用PID控制策略时波动幅度更小,谐波含量更低,抑制效果更好㊂综上,无论是在平衡电网下(包括系统正常运行状况㊁系统输入侧频率变化和输出侧功率变化工况)还是不平衡电网下,平坦控制策略下桥臂环流波动幅度更小,谐波含量更低,抑制效果更好,且工况改变后桥臂环流仍能以较快的速度稳定,平稳后能在很小的范围内波动,表明本文所提环流抑制策略能对环流有较好地抑制效果,且当系统工况发生变化时,对外界的扰动和参数变化不敏感,鲁棒性较强㊂4㊀结㊀论针对目前本文M3C环流控制存在的问题,提出了M3C环流的平坦控制方法,M3C的环流平坦控制策略以Lyapunov方法为理论基础,以系统的大范围渐进稳定为控制目标㊂理论讨论和仿真实验分析说明了本文提出的M3C环流控制策略的有效性和优势性,并可得到下面结论:1)相比于PID控制,采用平坦控制时,M3C环流的波动范围更小,谐波含量更低,抑制效果更好㊂2)虽然平坦控制系统的结构更加复杂,但是整体控制效果更好,平坦控制比PID控制更适用于非线性的M3C环流对象控制㊂参考文献:[1]㊀李帛洋,晁璞璞,李卫星,等.风电经特高压直流送出系统的暂态过电压计算方法[J].电机与控制学报,2021,25(12):11.LI Boyang,CHAO Pupu,LI Weixing,et al.Transient overvoltage calculation method of wind power transmission system via UHVDC [J].Electric Machines and Control,2021,25(12):11. 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机械设计中的标准化与模块化研究
机械设计中的标准化与模块化研究在当今高度工业化的时代，机械设计领域不断发展和创新，标准化与模块化的理念和方法在其中扮演着至关重要的角色。
标准化和模块化的应用不仅提高了机械产品的质量和生产效率，还降低了成本，增强了企业的市场竞争力。
本文将对机械设计中的标准化与模块化进行深入研究。
一、标准化在机械设计中的重要性标准化是指在机械设计中，对产品的结构、尺寸、材料、性能、检验方法等方面制定统一的标准和规范。
其重要性主要体现在以下几个方面：1、提高产品质量和可靠性标准化使得机械零件和部件在设计、制造和检验过程中有了明确的依据，减少了因人为因素导致的质量差异。
按照标准生产的零部件具有更好的互换性和通用性，从而提高了整个机械系统的可靠性。
2、便于生产和管理统一的标准简化了生产流程，降低了生产成本。
工厂可以采用标准化的工艺和工装设备，提高生产效率，减少生产准备时间。
同时，标准化也便于企业进行质量管理和成本控制。
3、促进技术交流和合作在全球范围内，标准化的零部件和接口使得不同厂家生产的机械产品能够相互兼容和配合，促进了技术交流和合作。
这有利于行业的整体发展和技术进步。
4、满足市场需求标准化的产品能够更好地满足消费者对产品质量、性能和价格的期望，提高产品的市场适应性和竞争力。
二、模块化在机械设计中的应用模块化是将复杂的机械系统分解为若干个相对独立的模块，每个模块具有特定的功能和接口，通过模块的组合和配置，可以快速构建出满足不同需求的机械产品。
模块化设计的优势主要包括：1、缩短产品开发周期通过对已有模块的组合和改进，可以快速推出新产品，大大缩短了研发时间。
这使得企业能够更快地响应市场变化，抢占市场先机。
2、降低研发成本模块的通用性和可重用性减少了重复设计和开发的工作量，降低了研发成本。
同时，模块化设计也便于进行成本估算和控制。
3、便于维护和升级当机械产品出现故障时，只需更换相应的模块即可，大大简化了维护工作。
而且，通过对模块的升级，可以轻松实现产品的性能提升和功能扩展。
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模块化工作规划及控制策略
在现代社会中，高效的工作规划和控制策略对于一个团队或组织的成功至关重要。
模块化工作规划及控制策略是一种以模块为基础的策略，通过将任务分解为不同的模块，并有效安排和控制这些模块的工作进度，以提高工作效率。
本文将对模块化工作规划及控制策略进行深入探讨。
第一部分：模块化的概念和原则
通过细化任务，并将其分解为不同的模块，可以更好地组织和管理工作流程。
模块化工作规划的核心原则是任务的合理分解和合理分配。
通过将任务分解为可管理的小模块，并将其分配给合适的成员，可以有效提高工作效率和质量。
第二部分：模块化工作规划的步骤
模块化工作规划需要经历一系列的步骤：任务分解、优先级排序、资源分配和工作安排。
首先，团队需要将任务分解为不同的模块，确保每个模块都能够独立完成。
然后，根据任务的重要性和紧急程度，对模块进行优先级排序。
接下来，团队需要根据成员的能力和资源的可用性，进行合理的资源分配。
最后，根据先前的分解和排序结果，安排每个成员的工作时间表。
第三部分：模块化工作规划的优势
模块化工作规划具有多个优势。
首先，它能够提高工作效率，通过将任务分解为小模块，使得团队成员可以集中精力完成每个模块，从而提高工作效率。
其次，模块化工作规划能够使团队更加有序，通过明确的任务分配和工作安排，减少冲突和混乱，提高团队的工作水平。
此外，模块化工作规划还能够促进团队合作，通过团队成员之间的紧密配合和信息共享，提高团队的整体绩效。
第四部分：模块化工作控制策略的概念和原则
在模块化工作规划的基础上，模块化工作控制策略旨在确保任务按时完成，并
对工作进展进行监控和调整。
模块化工作控制策略的核心原则是及时反馈和灵活调整。
通过及时了解每个模块的完成情况，并根据实际情况进行灵活调整，可以确保任务的顺利完成。
第五部分：模块化工作控制策略的步骤
模块化工作控制策略包括监控和调整两个主要步骤。
首先，团队需要通过实时
数据收集和分析，对每个模块的完成情况进行监控。
这可以通过团队会议、进度报告等方式进行。
然后，根据监控结果，团队需要及时调整工作计划，并采取必要的措施来解决问题和风险。
第六部分：模块化工作控制策略的优势
模块化工作控制策略具有多个优势。
首先，它能够增强团队的应变能力，通过
实时监控和调整，团队能够快速应对问题和风险，并采取适当的措施来解决。
其次，模块化工作控制策略还能够提高团队的学习能力，通过不断的调整和改进，团队能够积累经验，提高工作质量和效率。
此外，模块化工作控制策略还能够提高团队的团结性，通过团队成员之间的互动和共同努力，促进团队的凝聚力和合作性。
第七部分：模块化工作规划及控制策略的应用
模块化工作规划及控制策略适用于各种类型的项目和任务。
无论是软件开发、
建筑工程还是市场营销，都可以通过模块化工作规划和控制策略来提高工作效率和质量。
第八部分：结论
模块化工作规划及控制策略是一种灵活和高效的工作管理方法。
它通过将任务
分解为不同的模块，并有效安排和控制这些模块的工作进度，提高工作效率和质量。
通过合理的任务分解、优先级排序和资源分配，以及及时的监控和调整，团队能够
更好地组织和管理工作流程，并提高团队的整体绩效。
在现代社会中，模块化工作规划及控制策略已经成为许多团队和组织的重要工作方法。