非线性哈密顿控制系统输出反馈同时镇定(英文)

研究有限多个非线性哈密顿控制系统同时镇定问题,给出了若干输出反馈同时镇定控制器设计新结果.首先,利用哈密顿系统的结构特性和零状态可检测性,得到了一种新的设计方法.然后,研究哈密顿系统中含有外部干扰和结构不确定性的情形,设计了三种同时镇定控制器：一个是鲁棒同时镇定器,一个是自适应同时镇定器,最后一个是鲁棒自适应H∞同时镇定器.例子和仿真研究表明：本文提出的控制器设计方法是行之有效的.     

具有执行器饱和耗散Hamilton系统的镇定分析

研究了具有执行器饱和耗散Hamilton控制系统的有限增益镇定问题。饱和现象大大影响控制系统的稳定性和动态性能,严重影响系统的工作性能,利用饱和静态输出反馈使系统达到全局渐近稳定。对系统中的非线性函数做进一步演变, 实现闭环系统的有限L₂增益输入输出镇定,并获得增益估计值。把结果应用在励磁-汽门开度饱和的单机无穷大电力系统中,例子的分析与仿真验证了方法的有效性。     

一类互联系统的局部输入状态镇定

针对由局部输入状态可镇定和输入状态稳定的两个子系统组成的前馈系统，设计饱和控制达到局部输入状态镇定的目的，即相应的闭环为输入受限的输入状态稳定。首先研究其中一个子系统的局部输入状态镇定问题，获得输入状态间的增益，然后基于一定的增益条件，运用小增益原理循序确定饱和控制的饱和度，得到前馈系统的简单鲁棒控制律。作为验证，设计一个低维前馈模型的饱和控制，仿真结果验证了理论分析的正确性。     

有限时间收敛的滑模自适应控制器设计

针对一类非线性不确定系统不确定边界未知但有界的情况,提出一种设计滑模自适应控制器算法。利用几何齐次性理论和积分滑模面设计了滑模自适应控制器,使其能够在有限时间内镇定,并设计相应自适应律估计控制增益,利用Lyapunov理论分析证明了闭环系统能在有限时间镇定。最后,仿真实例验证了所设计的滑模自适应控制器在不确定的情况下具有鲁棒性和自适应性。     

非均质Rayleigh梁的指数镇定

该文研究的是Rayleigh梁的指数镇定问题.首先用线性算子半群方法得到闭环系统的适定性和强渐近稳定性;其次应用频域乘子方法得到了闭环系统的指数镇定.     

PCHD系统的参数镇定

采用无源性的控制方法研究了端口受控耗散哈密顿(PCHD)系统的参数镇定问题.对于含未知参数的PCHD系统,根据无源特性设计控制器使闭环系统的平衡点随参数漂移时,仍能保持稳定.所设计的控制器的结构与原系统结构相同,这样不仅使得闭环系统保持耗散结构而且使得闭环能量分布随参数的漂移而变化,且总在平衡点处达到极小,从而建立PCHD系统参数稳定性.以励磁系统为例,分析了该系统参数变化对平衡点的影响,设计了使励磁系统参数稳定的控制器,仿真例子证明了设计的有效性.     

基于能量成型的永磁同步直线电机控制研究

针对永磁同步直线电机(LPMSM)速度控制问题,从能量成型的观点出发,将其看作能量转换装置,采用端口受控耗散哈密顿(PCHD)理论推导出LPMSM系统的端口受控哈密顿模型.在哈密顿结构基础上利用互联和阻尼配置,给出闭环系统期望的哈密顿函数,对速度控制器进行了设计.设计中直接采用哈密顿函数作为存贮函数,使系统在满足无源性的条件下达到了要求的性能,具有明确的物理意义.仿真结果表明,设计的闭环控制系统能够快速响应负载阻力的变化,具有良好的鲁棒性.     

噪声采样区间下具有随机短时滞的网络化系统镇定研究

在实际工程中,网络化控制系统的采样间隔往往受到不可预知的物理约束,而这会导致噪声采样区间,也就是实际采样区间以一定的概率分布围绕着理想采样周期随机波动.本文研究噪声采样区间下具有随机短时滞的网络化系统镇定问题.首先利用离散时间方法建立一个闭环随机系统模型,但由于采样噪声和时变短时滞都具有随机性,因此,闭环随机系统模型的系统矩阵具有高度非线性和双重随机性.为了解决系统矩阵的高度非线性和双重随机性给镇定控制器设计带来的困难,本文利用汇合范德蒙矩阵方法和克罗内克积运算,计算出与系统矩阵相关的三个矩阵乘积的数学期望.在此基础上,本文得到了保证闭环系统随机稳定的充分条件.与此同时,通过求解线性矩阵不等式设计了镇定控制器.最后,通过两个仿真算例,验证了此设计方法的有效性.     

基于静态输出反馈协议的多智能体系统同步

研究多智能体系统的同步和有限时间同步问题.基于邻居节点的输出信息设计静态输出反馈协议,将多智能体系统同步控制问题转化为一类同步误差系统的镇定问题,导出使该系统同步和有限时间同步的充分条件.采用分离方法,通过迭代求解含有不等式约束的优化问题,得到最优的静态输出反馈增益,使得相应的性能指标最小. 通过数值算例验证了结果的可行性,研究参数对解空间的影响,得到参数可行域.     

连续搅拌反应釜的非线性H_∞控制

以连续搅拌反应釜(CSTR)为例,研究了非线性系统存在控制量约束时的H∞控制问题,基于Hamilton Jacobi不等式,得到了系统的L2增益有限的充分条件,在这个条件下,得到了使闭环系统满足H∞扰动衰减性能准则的状态反馈控制器.     

基于端口受控哈密顿方法的Buck-Boost变换器控制

应用一种新的端口受控哈密顿(PCH)系统方法,研究了Buck-Boost变换器的建模与PWM控制问题。首先,建立了Buck-Boost变换器的PCH系统数学模型。然后,利用互联和阻尼配置的能量成形方法,给出了Buck-Boost变换器的反馈镇定原理。根据其稳态特性确定了系统期望的平衡点,分析了Buck-Boost变换器平衡点的稳定性,最后设计了控制器。仿真结果表明,该控制器具有很好的性能和应用前景。     

Cuk变换器的能量成型控制与仿真研究

采用非线性控制方法———能量成型和端口受控哈密顿(PCH)系统理论,研究了Cuk变换器的控制问题。建立了Cuk变换器的PCH数学模型,利用互联和阻尼配置的能量成型方法,给出Cuk变换器的反馈镇定原理,分析了平衡点的稳定性,从而实现了Cuk变换器的控制。仿真分析表明,所设计的控制器具有较快的响应速度和较好的动态性能,具有很好的应用意义。     

Geometric structure of generalized controlled Hamiltonian systems and its application

The main purpose of this paper is to provide a systematic geometric frame for generalized controlled Hamiltonian systems. The pseudo-Poisson manifold and the co-manifold are proposed as the statespace of the generalized controlled Hamiltonian systems. A Lie group, called N-group, and its Lie algebra, called N-algebra, are introduced for the structure analysis of the systems. Some properties, including spectrum, structure-preservation, etc. are investigated. As an example the theoretical results are applied to power systems. The stabilization of excitation systems is investigated.     

异步电动机哈密顿控制系统的建模与仿真

采用哈密顿系统理论对异步电动机进行建模与速度控制。应用端口受控哈密顿系统理论,建立了异步电动机的非线性PCH数学模型及仿真模型,设计了系统的控制器和负载转矩观测器,分析了系统平衡点的稳定性。在Matlab/Simulink中,搭建异步电动机哈密顿控制系统的仿真模型。仿真结果表明,所提出的方案对负载扰动具有很强的鲁棒性。     

一类一阶控制系数未知非线性系统有限时间镇定

为了解决电力系统区间震荡问题, 已经发展形成了多种控制策略.在许多国家一些大规模的电力系统中,为解决各种不同的电力系统的运行和规划问题,采用了越来越多的柔性交流输电系统装置(FACTS).设计目标之一是减少系统中存在的一些临界区间震荡.基于变结构控制技术,提出了FACTS控制器,用以缓解区间震荡问题,研究了串联和并联的FACTS装置,并给出实例加以研究用以说明所提出控制器的有效性.     

Hamiltonian realization of power system dynamic models and its applications

Power system is a typical energy system. Because Hamiltonian approaches are closely related to the energy of the physical system, they have been widely researched in recent years. The realization of the Hamiltonian structure of the nonlinear dynamic system is the basis for the application of the Hamiltonian methods. However, there have been no systematically investigations on the Hamiltonian realization for different power system dynamic models so far. This paper researches the Hamiltonian realization in power systems dynamics. Starting from the widely used power system dynamic models, the paper reveals the intrinsic Hamiltonian structure of the nonlinear power system dynamics and also proposes approaches to formulate the power system Hamiltonian structure. Furthermore, this paper shows the application of the Hamiltonian structure of the power system dynamics to design non-smooth controller considering the nonlinear ceiling effects from the real physical limits. The general procedure to design controllers via the Hamiltonian structure is also summarized in the paper. The controller design based on the Hamiltonian structure is a completely nonlinear method and there is no linearization during the controller design process. Thus, the nonlinear characteristics of the dynamic system are completely kept and fully utilized. Supported in part by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 50707009 and 50525721), in part by Program for Changjiang Scholars and Innovative Research Team in University under IRT0515 and in part by Ministry of Education of China (Grant No. 20070079014)     

输入饱和非线性切换Hamilton系统镇定与H∞控制

研究了输入饱和非线性切换Hamilton系统在任意切换路径下镇定与H_∞控制问题。设计合适的状态反馈并提出充分条件,实现输入饱和非线性切换 Hamilton 系统的镇定问题。 设计系统的 H_∞控制器,进一步研究带外部干扰的输入饱和非线性切换 Hamilton 系统 H_∞控制问题,在该控制器作用下,系统存在外部干扰时,γ-耗散不等式成立,无外部干扰时,闭环系统全局渐近稳定。仿真实例验证了研究方法和结果的有效性。     

双馈感应电动机的状态误差端口哈密顿建模和控制

针对负载转矩已知和未知情况,本文采用端口受控哈密顿(port-controlled Hamiltonian,PCH)方法,分别研究了双馈感应电机(doubly-fed induction machine,DFIM)哈密顿建模与控制问题,建立了双馈感应电机的PCH模型,给出了期望的闭环系统PCH结构,选取了期望的闭环哈密顿函数,采用能量成形、阻尼注入和互联配置的方法设计出系统控制器,并且在负载转矩未知时设计负载转矩观测器。通过Matlab/simulink进行仿真验证,仿真结果表明,系统动态响应比较快,具有较好的稳态性能和速度跟踪性能。证明所提出的PCH控制方法是有效的。     

基于ACM单元的Hamilton体系下薄板弯曲问题

基于弹性薄板弯曲问题的Hamilton体系变分原理，将有限元方法引入到Hamilton体系下的板弯曲问题，对位移、应力分别采用不同的插值方式，区域离散后得到刚度方程。以ACM单元为基础，发展了一种新单元，推导了有关公式，编程并计算了有关算例，结果表明基于Hamilton体系的有限元单元的有效性与精确性。