基于反推控制的机械弹性储能永磁同步电机最大转矩电流比控制

与id=0控制相比,同等容量下最大转矩电流比控制可使永磁同步电机输出更大的低速转矩,动态性能也更优,适合于作为机械弹性储能系统驱动控制。提出一种基于反推控制的永磁同步电机最大转矩电流比控制方法,运用极值原理建立最大转矩电流比控制下最小d、q轴电流关系式,利用带遗忘因子的最小二乘算法辨识同时变化的涡簧负载转矩和转动惯量,在此基础上,设计速度反推控制器和电流反推控制器分别取代传统速度PI控制器和电流PI控制器,并从理论上证明了控制算法的稳定性。实验结果表明,最大转矩下该方法比基于反推的id=0控制需要的定子电流更小,而与基于PI的最大转矩电流比控制相比,具有跟踪参考信号迅速、动态性能好、参数调整少的优点。     

基于滑模控制与模糊控制的轨道列车制动力控制器设计

提出了一种结合了传统PI控制、滑模控制与模糊控制的组合制动力控制器。首先,建立了电机械制动系统的执行机构模型。基于电机械制动系统的执行机构模型及制动力参考值特点,提出了一种变增益二阶滑模控制策略,并将其与传统PI控制器以并联方式组合,使得制动力能够快速跟随给定。同时,采用模糊控制抑制滑模控制器引起的抖振,提升了系统的稳态精度。仿真和实验结果验证了该方法的有效性。     

基于反推控制的永磁同步电机新型直接转矩控制方法

针对永磁同步电机(PMSM)传统直接转矩控制(DTC)运行时存在的磁链转矩脉动大,逆变器开关频率不恒定等问题,提出了一种基于反推控制的永磁同步电机新型直接转矩控制方法,该方法采用速度反推控制器取代传统的速度PI控制器,采用磁链转矩反推控制器用于产生定子电压在静止坐标系上的分量,并结合空间矢量调制方法产生开关信号,控制逆变器的运行。实验结果表明该方法能够明显减小传统直接转矩控制中的磁链和转矩脉动,并使逆变器工作在恒定的开关频率下,同时与基于PI控制的改进直接转矩控制方法相比,具有响应迅速、可调参数少的优点。     

基于反推控制的储能系统并网变流器直接PQ控制策略

新能源和储能装置的并网变流器功率控制多采用基于PI调节器的电流双闭环来间接实现,存在静态误差和参数整定困难等缺点.为使储能系统更好地参与电网功率调节,在推导并网变流器有功功率和无功功率状态方程的基础上,提出了基于反推控制的直接PQ控制策略,省去了电流转化环节,避免了复杂的有功功率和无功功率解耦过程.进一步,依据控制性能选取了反推控制器参数,使系统在设定时间内进入稳态.仿真结果表明,提出的控制器性能良好,能够快速、准确地跟踪电网功率指令.与基于PI控制的电流双闭环功率控制策略相比,反推控制参数更易整定,且调节时间短,不存在静态误差.     

机械弹性储能箱结构及并网控制策略优化

机械弹性储能(MEES)机组核心部件是机械弹性储能箱,提出了单体储能箱模块化-推拉式机械装配技术,基于传统储能箱组"手拉手"机械结构,通过增加单向超越离合器使储能箱之间实现了柔性联动,且具有防反转自锁功能。建立了储能箱额定功率、储能容量配置数学模型,并根据其特殊运行特性曲线,提出一种适用于机组发电过程的永磁同步发电机转速自适应控制算法,同时提出一种网侧变流器反推鲁棒控制算法。实验结果表明,所提方法能有效抑制机组参数扰动,永磁同步发电机能够快速响应、平稳运行,网侧变流器直流侧电压稳定并可以单位功率因数并网运行,发挥机组最大出力,有助于减小机侧变流器容量。     

带指令滤波的直驱永磁风机自适应反推积分滑模控制

针对直驱式永磁同步风力发电系统最大功率跟踪问题,提出一种带指令滤波的自适应反推积分滑模控制器。构造了直驱式永磁风力发电系统的非线性模型。基于反推法设计控制器,并引入二阶滑模微分器充当指令滤波器,避免传统反推控制中计算膨胀和控制器饱和问题,并针对滤波误差设计补偿信号。考虑系统运行过程中参数的变化和系统未建模部分的影响,引入投影自适应算法提高系统的动态性能,并确保自适应估计值是有界的。同时为提高系统的鲁棒性,引入积分滑模控制,利用李雅普诺夫方法证明了系统的稳定性。仿真结果验证了所设计控制器的有效性。与传统PI控制、指令滤波反推控制器相比,所设计控制器具有更好的响应速度和鲁棒性。     

一种基于内模控制的工业机器人关节伺服系统振动抑制算法

由于减速器的柔性导致工业机器人关节伺服控制系统存在谐振点,传统PI控制在极端位置指令下会出现振动。该文根据工业机器人单关节的弹性传动模型,基于内模控制原理提出一种工业机器人关节伺服系统振动抑制算法,通过在传统伺服控制器位置环与速度环之间添加抑振滤波器实现振动抑制,无需额外的传感器与复杂的控制算法。仿真与实验证明了该方法简单可行,能有效抑制机械振动,且具有较强的参数鲁棒性。     

柔性臂振动的双目三维检测和主动控制

针对柔性臂的振动问题,设计并搭建了一套基于双目视觉检测,以伺服电机驱动控制的柔性臂实验平台进行研究。根据电机的运行状态将柔性臂振动分为定点振动和旋转振动,通过双目视觉对柔性臂上的特征点进行三维重建,进而获取柔性臂的定点和旋转振动信号。对振动信号进行模态分析获取柔性臂的振动特性,并据此设计基于蚁群优化参数的PD控制器抑制柔性臂的弯曲振动,然后与常规PD控制效果进行比较。实验结果表明,基于蚁群优化参数的PD控制能够在较短时间内有效抑制柔性臂的定点振动,相较于常规PD控制抑振效果有明显改善,并且旋转振动的抑制效果也很显著,以此验证了蚁群PD控制算法在快速抑振上的有效性。     

自储能多端背靠背柔性直流系统控制策略

为了解决自储能多端背靠背柔性直流系统的协调控制与电压稳定问题,提出了一种改进的电压裕度控制策略。首先建立了系统的数学模型,然后针对3种典型的运行场景设计了协调工作机制及其控制方式。基于Lyapunov稳定性理论设计了自适应指令滤波反推电压控制器,解决了系统控制方式切换导致的功率振荡与电压波动问题,改善了系统的稳定性和动态响应性。最后分别对3种典型的运行场景进行仿真分析,验证了所提控制策略和方法的有效性。     

基于虚拟磁链的PWM整流器模糊自适应反推控制

三相PWM整流器传统双闭环PI控制参数整定困难且抗干扰能力较弱,控制器稳定性不高,跟踪速度较慢。提出一种新型的控制策略,针对传统虚拟磁链观测器存在的观测误差提出改进方案,利用改进的虚拟磁链观测器替代交流电压传感器,在降低系统复杂度和成本的同时,很好地解决了反推控制存在稳态扰动误差这一问题;根据非线性系统 Lyapunov稳定理论设计电压外环和电流内环反推控制器来代替传统的PI控制器,将模糊控制与反推控制相结合,对控制器中的关键参数进行实时优化。通过MATLAB/Simulink进行仿真,引入不同的扰动进行测试,结果表明,所提方法能有效提高系统的抗干扰能力和反应速度,具有良好的动态性能。     

基于线性自抗扰技术的SMES储能变流器控制策略

储能系统作为微电网中不可或缺的重要组成部分,对保证微电网的稳定运行和提高微电网电能质量具有重要作用。提出一种基于线性自抗扰控制(linear active disturbance rejection control,LADRC)的超导磁储能系统(superconducting magnetic storage system,SMES)储能变流器控制策略,利用LADRC能够估计并补偿系统扰动,可有效改善储能系统输出电能质量和提高系统鲁棒性。通过对LADRC和比例积分(proportional integral,PI)控制系统进行频率响应特性分析可知,一阶LADRC的反馈补偿器可以等效为一个PI控制器串联一个一阶低通滤波器,能有效抑制系统高频噪声;同时使用根轨迹法分析了LADRC控制系统的稳定性和鲁棒性。MATLAB仿真结果表明,基于LADRC的SMES储能变流器控制策略具有响应速度快、控制精度高、抗扰能力强等优点,其控制效果和鲁棒性均优于传统PI控制器。     

SMES/BESS储能变流器在微电网中的控制策略研究

储能系统在微电网的运行控制中起到了重要的作用,研究了超导磁储能和蓄电池储能系统的储能变流器在微电网中的控制策略。基于比例积分(proportional-integral,PI)控制的储能变流器已广泛应用于微电网中,以实现双向的功率传输。然而,由于储能变流器具有高度的非线性和耦合性,PI控制器无法实现令人满意的鲁棒性。因此提出了一种基于互联和阻尼配置方法的能量成型控制策略,用于改善微电网中混合储能系统储能变流器的鲁棒性。具体设计过程包括3个步骤:端口受控哈密尔顿模型的建立、期望平衡点的设定和能量匹配方程的求解。最后,为验证所提出方法的正确性和有效性,建立了微电网模型进行并网、孤岛运行的仿真。仿真结果表明,所提出的HESS储能变流器的能量成型控制策略在微电网各运行状态下均能有效维持微电网稳定运行,并较传统的PI控制有更强的鲁棒性。     

机械弹性储能系统中永磁同步电机反推SVM-DTC控制

机械弹性储能系统在储能过程中驱动电机负载的转矩和转动惯量连续变化,情况复杂,需要一种能够快速跟踪其变化且抗干扰能力较强的控制系统。直接转矩控制响应快,能快速跟踪储能箱转矩,结合反推自适应控制算法,可以使其有较好的稳态和暂态性能。首先采用遗忘因子递推最小二乘算法辨识储能箱转矩和转动惯量,实时更新控制对象参数,结合辨识结果设计转角、转速、转矩和磁链反推控制器,并最终得到定子电压在两相静止坐标系下的分量,同时设计转矩和转动惯量自适应控制器消除辨识误差对控制性能的影响,进一步应用电压空间矢量调制方法产生频率恒定的开关信号,控制逆变器运行。实验结果表明永磁同步电机输出转矩能够快速跟踪负载转矩,且转矩转速脉动较小,储能过程平稳。     

基于指令滤波的直驱永磁风机自适应有限时间反推控制

为解决额定风速以下直驱式永磁同步风力发电系统最大功率跟踪控制问题,提出一种基于有限时间指令滤波的自适应反推控制器。建立了直驱式永磁同步风力发电系统的动力学模型。引入高阶滑模微分器作为指令滤波器,并设计滤波补偿信号,解决了传统反推法中“计算爆炸”和控制器饱和问题,并保证有限时间收敛。使用自适应算法克服参数变化和系统未建模部分的影响,增强系统鲁棒性。利用Matlab/Simulink建立仿真模型,PI控制和反推控制器相比,克服了参数不确定性的影响,并具有更快的响应速度。     

控制受限的挠性航天器姿态机动控制和振动抑制

针对挠性航天器姿态机动过程中存在模型参数不确定性、外界干扰、执行机构饱和受限及挠性附件振动及挠性模态不易直接测量的问题,提出了一种鲁棒自适应控制方法。首先构造挠性模态观测器对挠性模态变量及其变化率进行观测,然后,设计自适应控制律来处理系统中的不确定参数和外界干扰上界。最后,通过引入附加的输入误差系统来补偿执行器的饱和非线性,从而保证所设计的控制力矩不超过执行器的幅值上限。基于李雅普诺夫方法证明了所设计的控制器保证了姿态机动过程的稳定性和挠性模态振动的衰减,最后通过数值仿真验证表明所设计的控制器能够严格满足执行机构的饱和约束,在完成姿态机动控制的同时,有效抑制了挠性附件的振动。     

控制受限的挠性航天器姿态机动控制和振动抑制EI北大核心CSCD

针对挠性航天器姿态机动过程中存在模型参数不确定性、外界干扰、执行机构饱和受限及挠性附件振动及挠性模态不易直接测量的问题,提出了一种鲁棒自适应控制方法。首先构造挠性模态观测器对挠性模态变量及其变化率进行观测,然后,设计自适应控制律来处理系统中的不确定参数和外界干扰上界。最后,通过引入附加的输入误差系统来补偿执行器的饱和非线性,从而保证所设计的控制力矩不超过执行器的幅值上限。基于李雅普诺夫方法证明了所设计的控制器保证了姿态机动过程的稳定性和挠性模态振动的衰减,最后通过数值仿真验证表明所设计的控制器能够严格满足执行机构的饱和约束,在完成姿态机动控制的同时,有效抑制了挠性附件的振动。     

柔性机械臂的一种组合控制

在柔性机械臂轨迹控制中,要实现定位目标的同时必须消除柔性振动,利用奇异摄动方法将柔性臂系统分解为慢变和快变两个降阶子系统,并对慢变和快变子系统分别采用滑模控制方法和H∞控制方法设计了控制器。采用Matlab进行的仿真结果表明,所设计的组合控制器是有效的。控制性能稳定。     

电流控制型储能变流器控制稳定性分析与谐波谐振抑制技术研究

储能变流器是储能系统平抑新能源电站功率波动和支撑电网调频调压功能的核心载体。对储能变流器关键运行控制技术特别是电流控制模式下的控制策略进行研究,提出了电流内环无静差跟踪控制策略,建立了PI控制器比例、积分关键控制参数最佳阻尼比优化设计方法。基于开环幅相频率特性和开环对数频率特性方法,构建计及储能变流器电流内环的开环频域模型。通过Bode稳定判据,定量分析了不同电流内环比例系数、积分参数以及变流器阻感参数变化对储能变流器控制稳定性的影响,并采用Nyquist稳定判据对比验证,在实时数字仿真试验平台（RT-LAB）开展储能变流器并网测试,不同比例系数和积分系数下的并网系统均保持稳定。基于滤波器的输入电压到输出电流的传递函数,发现储能变流器存在谐波谐振问题,提出基于电容电流反馈的有源阻尼谐振抑制策略,有效消除谐波谐振影响。分析结果表明,所设计的储能变流器及其谐波谐振抑制策略,具备鲁棒性,能够为大型新能源电站建设提供有力支撑。     

控制参数对柔性直流电网稳定性的影响分析

控制参数的合理选择是柔性直流电网稳定运行的前提条件,而其参数整定又依赖于柔性直流电网的稳定性模型。首先,提出了基于直流电压斜率控制的柔性直流电网小信号模型,同时考虑了模块化多电平换流器内部动态特性及环流抑制器的作用。然后,利用根轨迹法分析直流电压斜率控制器的PI参数、斜率参数和环流抑制器PI参数对系统稳定性影响。利用参与因子法识别二倍频环流所对应的模态,进而分析PI参数对二倍频环流抑制的影响效果。最后,在PSCAD/EMTDC平台上搭建张北柔性直流电网试验示范工程仿真系统,验证所提建模方法以及结论的正确性,为实际工程中控制参数整定提供了理论依据。     

基于蓄电池模型参数拟和的新型充电控制策略

蓄电池最优充电的关键问题就是电池模型建立和充电电流的控制。本文根据储能铅酸蓄电池特性,采用脉冲电流放电法,建立了电池模型并对模型参数进行了拟合;同时针对传统储能铅酸蓄电池分阶段充电单-双闭环PI控制方法中启动电流超调量大、调节时间长,动态切换过程中电流跟踪速度慢、出现断续的情况,提出了一种基于电流预测控制的蓄电池充电控制方法。本方法将电流预测控制应用到传统单-双闭环PI控制系统中,用电流预测控制器来取代传统单-双闭环PI控制器中的电流环,使充电器输出电流在下一周期快速达到给定值,实现无差拍跟踪,达到最优控制目标。最后仿真结果和实验结果都证明了该方法的正确性与可行性。