Caputo-Fabrizio定义下分数阶RLC网络系统建模及系统分析

项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61873035
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0301.控制理论与技术
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

For the singular point of traditional fractional order Caputo definition and its inapplicability for describing the modelling and dynamic characteristics of nonlinear electronics, this project carries on the modeling and system performance research of fractional inductance, fractional capacitance, and fractional RLC tank system based on a new fractional definition (Caputo-Fabrizio definition). The C-F definition can describe the different dielectric properties of the material, improve the description of structure, material and dynamic characteristics, and enrich the models of fractional inductance and capacitance. For the lack of research of the controllability, observability, and stability of fractional RLC tank system, especially that with C-F definition, this project proposes the controllability and observability theorem of fractional RLC tank system with C-F definition, and also provides the Lyapunov stability theorem of fractional RLC tank system with C-F definition. In this way, the control strategy research of fractional RLC tank system with C-F definition would be improved, and the theoretical research of fractional RLC tank system would be enhanced. Finally, based on C-F definition, the fractional mutual inductance of T-type network is analyzed, and would be applied in practical coupler and transformer systems.
针对传统分数阶Caputo微积分定义对电子元件建模模型的结构、材料和动态表征力不够,且具有奇异点等问题。而Caputo-Fabrizio(简称C-F)定义能消除奇异点,且具有更好的材料结构特性描述能力。开展C-F定义下电感电容及其RLC网络和T型互感网络分数阶模型研究,提高模型的结构、材料和动态表征力,提高模型准确度,同时丰富分数阶电感电容的模型。针对分数阶RLC网络系统的可控可观性、稳定性等系统控制性能研究尚不完善,尤其是C-F定义下RLC网络系统分析方法欠缺。开展分数阶网络系统分析的理论研究,提出C-F定义下RLC网络系统可达性、可控可观性等系统控制性能分析方法,提出分数阶RLC网络系统李雅普诺夫稳定性定理,为C-F定义下分数阶RLC网络系统控制研究提供有效的理论方法。并推进分数阶RLC网络系统分析理论。本项目将上述分数阶模型系统用于无线充电耦合线圈和变压器等实际系统中。

结项摘要

本项目针对Caputo分数阶微积分定义中固有的奇异点问题,开展了对具有非奇异核的分数阶微积分定义,即Caputo-Fabrizio(C-F)定义及Atangana-Baleanu(A-B)定义,及其应用的研究,主要研究C-F和A-B分数阶微积分定义用于电容和电感元件的分数阶建模,并对C-F和A-B定义分数阶RLC电路及其扩展电路进行了分数阶建模及系统特性研究等,以解决Caputo定义在电力电子建模领域中存在的动态表征能力不足、模型描述存在误差等问题。.基于C-F定义和A-B定义,提出了建立任意阶次分数阶电感和分数阶电容的数学模型的方法,并研究了分数阶电容和分数阶电感的等效电路拓扑及物理实现方案。提出了C-F定义和A-B定义下分数阶RC、RL、RLC电路的分数阶数学模型的建模方法,有效提升了数学模型的建模精度,并分析了电路的阻抗特性、时域特性、频域特性以及稳定性等系统特性,为C-F定义和A-B定义在RLC电路设计中的实际应用提供了理论支撑。研究、分析、总结并概述了分数阶在锂电池方面相关的应用,并使用机器学习的方法对锂电池进行了参数估计,得到了更切合的参数。建立了C-F定义及A-B定义下的分数阶互感及变压器的阻抗模型,并推导得出分数阶互感和变压器的等效电路,以阻抗匹配网络和无线能量传输系统作为典型应用案例进行分析,研究结果证明了C-F定义及A-B定义下的阻抗匹配网络和无线能量传输系统有着更丰富的系统特性,其应用场合更加广泛。此外,本项目还针对DC-DC变换器现存的数学模型无法完整的表征其非线性特性的问题,提出了基于C-F定义及A-B定义的Buck、Boost、Buck-Boost三种基本DC-DC变换器电路的数学模型,包括状态空间方程、传递函数等,给出了电路设计所需要的纹波特性。同时,建立了峰值电流模式下分数阶Buck变换器的离散迭代映射模型,给出了分数阶次对系统的混沌特性具有影响等一系列结论。.本项目较好完成了预期研究内容和目标,研究成果对将C-F分数阶微积分定义及A-B分数阶微积分定义及其应用于实际工程中具有重要意义。

项目成果

期刊论文数量(9)
专著数量(1)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(6)
专利数量(0)
State-of-art survey of fractional order modeling and estimation methods for lithium-ion batteries
锂离子电池分数阶建模和估计方法的最新研究
  • DOI:
    10.1515/fca-2019-0076
  • 发表时间:
    2019-12
  • 期刊:
    Fractional Calculus and Applied Analysis
  • 影响因子:
    3
  • 作者:
    YaNan Wang;YangQuan Chen;XiaoZhong Liao
  • 通讯作者:
    XiaoZhong Liao
A Novel Z-Type Modular Multilevel Converter With Capacitor Voltage Self-Balancing for Grid-Tied Applications
一种适用于并网应用的具有电容器电压自平衡功能的新型 Z 型模块化多电平转换器
  • DOI:
    10.1109/tpel.2020.2997991
  • 发表时间:
    2021-02
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Power Electronics
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    Tong Zheng;Congzhe Gao;Xiangdong Liu;Xiaozhong Liao;Jun Liang;Zhen Chen;Baiyan Sun;Jingliang Lv
  • 通讯作者:
    Jingliang Lv
Analog Realization of Fractional-Order Capacitor and Inductor via the Caputo–Fabrizio Derivative
通过 CaputoâFabrizio 导数模拟实现分数阶电容器和电感器
  • DOI:
    10.20965/jaciii.2021.p0291
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Journal of Advanced Computational Intelligence and Intelligent Informatics
  • 影响因子:
    0.7
  • 作者:
    Manjie Ran;Xiaozhong Liao;Da Lin;Ruocen Yang
  • 通讯作者:
    Ruocen Yang
Analog Implementation of Fractional-Order Electric Elements Using Caputo-Fabrizio and Atangana-Baleanu Definitions
使用 Caputo-Fabrizio 和 Atangana-Baleanu 定义模拟实现分数阶电气元件
  • DOI:
    10.1142/s0218348x21502352
  • 发表时间:
    2021-07
  • 期刊:
    Fractals
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Xiaozhong Liao;Da Lin;Lei Dong;Manjie Ran;Donghui Yu
  • 通讯作者:
    Donghui Yu
Modeling and Applications of Fractional-order Mutual Inductance based on Atangana–Baleanu and Caputo–Fabrizio Fractional Derivatives
基于 Atangana-Baleanu 和 Caputo-Fabrizio 分数阶导数的分数阶互感建模与应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Fractals
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Xiaozhong Liao;Da Lin;Donghui Yu;Manjie Ran;Lei Dong
  • 通讯作者:
    Lei Dong
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
    高电压技术
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    --
  • 作者:
    高志刚;高瀚;廖晓钟
  • 通讯作者:
    廖晓钟
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