基于鲁棒H∞控制的永磁直线伺服系统反馈线性化速度跟踪控制的研究

高速、高精直线伺服系统要求实现对速度的快速精确跟踪,但是,由于模型的非线性和变量间的耦合给系统控制带来困难.在高速、高精速度跟踪控制中,电流和速度的变化过程在时间尺度上相对接近,不能简单地采用磁场定向矢量控制方法实现静态解耦,否则电流和速度间的非线性耦合将破坏速度跟踪品质.因此,采用状态反馈线性化方法来实现永磁直线同步电动机(PMLSM)模型的精确线性化和动态解耦.利用非线性坐标变换和非线性反馈将系统解耦成独立的线性电流子系统和速度子系统.通过设计鲁棒H∞控制器来实现速度跟踪控制.仿真结果表明该方案PMLSM伺服系统具有良好的鲁棒速度跟踪性能.     

基于VSC的高压直流输电系统的非线性控制

基于电压源型换流器的高压直流输电系统是一个多变量、非线性、强耦合的系统,建立精确的换流器数学模型比较困难。文章采用非线性变换和非线性系统反馈线性化理论,建立了同步旋转坐标系下VSC-HVDC系统换流器的非线性数学模型,结合线性系统最优控制原理,设计了VSC-HVDC系统的状态反馈线性化解耦控制器,实现系统有功功率和无功功率的解耦控制。基于PSCAD/EMTDC的数字仿真,验证了所设计的控制器具有良好的控制性能。     

两电机调速系统的神经网络逆无模型自适应鲁棒解耦控制

为了解决非线性强耦合的多输入/输出的两电机调速系统存在较大负载扰动的问题,提出一种基于神经网络逆(neural network inverse,NNI)的鲁棒解耦控制策略。首先,根据逆系统理论,分析系统的可逆性,利用神经网络逼近原系统逆模型,将强耦合的两电机非线性系统线性化解耦为一伪线性复合系统。其次,针对两电机调速系统中负载扰动的问题,根据动态线性化理论,设计无模型自适应(model-freeadaptive,MFA)补偿控制器;将MFA补偿控制器与伪线性化复合系统相结合,以提高神经网络逆控制的两电机调速系统在负载扰动下的抗扰性能。基于Matlab/Simulink和PLC实验平台进行仿真和实验。实验结果表明:基于神经网络逆系统的MFA鲁棒控制策略不仅能很好地实现两电机转速与张力的解耦,还对负载扰动具有很强的抗扰性能。     

磁集成电压调整模块中磁路耦合的反馈精确线性化解耦控制

试图利用微分几何理论实现磁集成电压调整模块非线性解耦控制.首先分析集成磁心磁路的耦合关系和等效磁路,由此建立了磁集成电压调整模块两输入两输出仿射非线性模型,并基于微分几何理论推导出对应的非线性坐标变换矩阵和非线性反馈规律表达式,得到变换器的状态反馈精确线性化模型.实验表明,磁集成电压调整模块非线性控制策略克服了磁集成中磁路耦合的影响,比现有非解耦PI控制有更好的动态品质和稳态特性,同时容易实现各相电流均流控制和磁路集成的控制解耦.     

基于扩张状态观测器的电力系统非线性鲁棒协调控制

该文提出了一种基于扩张状态观测器的非线性鲁棒协调控制方法(Extended-State-Observer based Nonlinear Robust Coordinated Control，ENRCC）；将电力系统对象归纳为一类内环为非线性系统、外环为伪线性系统的多输入多输出对象。在此基础上，完整地阐述了ENRCC的控制原理；利用一簇低阶扩张状态观测器对内环非线性系统进行动态反馈线性化和解耦设计，利用线性鲁棒控制方法对已线性化的内环系统和外环伪线性系统进行预期动力学设计，最终可实现观测器 线性化 鲁棒协调控制三者的有机结合。实例仿真结果表明：该控制规律严谨简单，方法原理直观清晰，便于工程应用，具有很强的适应性和鲁棒性，能有效地解决一类不确定 非线性 分散性的电力系统多输入多输出(MIMO)对象的控制问题。     

直驱XY平台伺服系统预测鲁棒轮廓跟踪控制

针对直驱XY平台中存在的系统延迟、系统参数变化、负载扰动等不确定性以及双轴之间的耦合问题,依据模型预测控制、扰动观测及解耦控制理论,设计了一种模型预测控制器(MPC)、扰动观测器(DOB)和交叉耦合控制器(CCC)相结合的预测鲁棒跟踪控制系统。利用MPC作为前馈控制器,通过模型预测、滚动优化和反馈校正提高系统的跟踪性能。DOB能够抑制系统参数变化及外部负载扰动等不确定性因素对系统伺服性能的影响,提高系统的鲁棒性能。CCC能补偿两轴间的轮廓误差,解决双轴间的耦合问题。仿真实验结果表明,所设计的系统具有快速准确的跟踪性能和较强的鲁棒性能。所提出的控制方案能够有效地减小系统的轮廓误差,进而提高了XY平台的轮廓加工精确度。     

通信网络非理想情形交流微电网多电力弹簧电压平稳控制方法

微电网采用多交流电力弹簧(AC electric spring,ACES)分布式一致性控制可实现系统母线电压平稳,但非理想通信网络情形下传统矢量控制方法难以保持母线电压期望轨迹稳定跟踪。针对这一问题,设计形式简单的高斯观测器,以有功功率和无功功率牵制项形式与多ACES一致性控制器结合,动态调节各母线电压期望轨迹,在线补偿时变通信时延与噪声干扰造成的偏差;设计具有零动态特性的反馈线性化控制方法,采用简单的线性化控制器,即可实现存在不确定性扰动情形下系统母线电压期望轨迹准确跟踪;设计基于ACES开关模式的模型预测控制方法,完成滤波电感电流目标函数快速寻优与有功功率精确分配。依据Lyapunov稳定性定理,证明通信网络非理想情形下闭环控制系统可全局渐近收敛至期望工作点,并求取收敛时间上界。基于dSPACE的实验结果验证所提方法具有动态响应快、稳定域宽、鲁棒性强的特点。     

复杂交流多电机系统的研究

针对多变量非线性耦合的多电机同步系统,建立了按转子磁场定向的物理模型,设计了基于自抗扰控制器的多电机同步系统。利用扩张状态观测器对外界的扰动进行观测和补偿,将多电机系统进行确定化和近似线性化处理。基于PLC构建的多电机实验平台,进行了抗扰、解耦特性测试实验。结果表明,采用自抗扰控制方法可以实现系统中速度和张力的解耦控制,系统具有良好的动静态性能和鲁棒性能。     

汽轮发电机组轴系扭振的鲁棒非线性控制

提出将同步发电机及其励磁系统看做扭振励磁控制的执行元件,采用直接反馈线性化方法补偿其非线性因素,避免小偏差线性化模型的参数摄动问题,从而提高扭振励磁控制系统的鲁棒性.综合H∞扭振模态观测器、独立模态空间鲁棒控制器和非线性反馈补偿律,提出一种轴系扭振的鲁棒非线性控制策略,在大范围工况下具有一致的全局性能,并且3个组成部分可以分别独立设计;另外,可以方便地与常规非线性励磁控制律综合在一起,而不影响后者阻尼低频振荡的性能.以一台300 MW汽轮发电机组第1阶扭振模态的阻尼控制为例,通过仿真验证鲁棒非线性控制器的性能优于常规线性控制器.     

低开关频率下的同步电机非线性鲁棒控制

通过降低开关频率可提高中压变频器功率,但会造成定子电流励磁分量与转矩分量耦合。为解决此问题,在永磁同步电机(PMSM)直接反馈线性化控制基础上,充分考虑变频器在低开关频率下的延迟特性,结合不确定模型鲁棒问题的标准分析方法,设计了一种基于仿射非线性系统的鲁棒控制器。该控制器能在低开关频率下实现对定子电流励磁分量与转矩分量的动态解耦,仿真及实验验证了鲁棒控制器的有效性与可行性。     

双馈风力发电系统终端滑模控制研究

针对双馈风力发电系统最大风能跟踪与功率解耦问题,采用非线性逆系统方法实现反馈线性化和解耦.考虑建模误差和系统参数变化等影响,利用核岭回归支持向量机(SVM)方法来辨识逆系统,并在线调整自适应参数,对解耦后的双馈发电机系统设计终端滑模控制器.分析结果表明,系统状态实现了有限时间收敛,具有较好的动态特性,且有功功率和无功功率实现了解耦控制.仿真结果验证了该方法对双馈风力发电系统控制的可行性和有效性.     

交直流电力系统非线性鲁棒直流调制控制器设计

随着“西电东送、全国联网”战略的实施,大区之间通过交直流并列运行输电系统实现电网互联。性能优良的直流调制控制器可以快速有效地调节直流联络线的输送功率,减轻交流输电系统的暂态输电压力,以提高交流系统的动态性能。以交直流并列电力系统为研究对象,采用基于扩张状态观测器的动态反馈线性化方法,将系统的非线性数学模型动态补偿为一个伪线性系统,然后利用线性鲁棒H∞理论进行控制器综合。仿真试验表明,当交流联络线发生三相短路故障时,给出的控制器能够有效抑制两侧交流系统的功角振荡,且对于系统不确定性表现出良好的鲁棒性,从而使整个交直流电力系统的暂态稳定性得到改善。与基于精确反馈线性化方法的非线性控制器相比,具有更为优越的动态品质。     

Boost变换器精确反馈线性化滑模变结构控制

利用非线性系统的微分几何理论,在Boost变换器仿射非线性模型基础上,推导出对应的非线性坐标变换矩阵和状态反馈表达式,得到Boost变换器状态反馈精确线性化模型。在此线性化模型基础上,选取线性切换函数和指数趋近律,设计滑模变结构控制器。研究对比表明,所提出的精确反馈线性化滑模变结构控制策略具有良好的动态响应调节和稳态误差调节特性,同时克服了现有精确反馈线性化控制策略固有的对精确数学模型依赖性的缺点,表现出更强的鲁棒性,从而具有一般性理论和实际意义。     

基于反馈精确线性化解耦的FMSS改进滑模控制策略

柔性多状态开关(flexible multi-state switch,FMSS)存在非线性和强耦合的特点,传统的比例积分(pro￣por￣tional integral,PI)控制难以实现输出功率的完全解耦,且存在PI参数调节困难、系统动态响应速度慢及鲁棒性差等问题。文中首先利用反馈精确线性化将FMSS由高阶非线性系统转化为2个完全独立的一阶线性系统,实现了有功和无功电流的完全解耦;然后针对传统滑模控制(sliding mode control,SMC)趋近速度慢、系统收敛性能差以及运动抖振大等问题,设计了一种基于自适应趋近率的改进SMC算法,对电压外环和电流内环进行优化,并通过Lyapunov函数研究了所提算法的稳定性;最后在Simulink软件中,对三端口FMSS在输出功率扰动、交流电压暂降及系统参数摄动等工况下进行仿真分析,结果表明所提控制策略增强了系统的鲁棒性和抗干扰能力,可有效提升系统的动态响应速度。     

计及非线性负荷的AC/DC系统控制策略

详细研究了带非线性负荷的交直流并联系统发电机励磁控制和直流系统控制,将M导数、M括号以及MIMO微分代数系统反馈线性化技术应用到交直流并联多机系统非线性控制器设计中,提出了具有微分代数形式的零动态设计.通过合理选择输出量作为坐标变换量,得到微分代数系统模型的Bronovsky标准形式.针对一个含有AC/DC的多机系统进行仿真, 研究结果表明,所设计的非线性控制器与传统的PID控制器相比具有较好的阻尼特性, 该控制器能进一步提高系统的动态稳定性.     

电压解耦矢量控制型交流牵引平台

针对大功率变频实验平台能耗大、对电网干扰大的问题,设计了一种电压解耦矢量控制型交流牵引仿真实验平台.采用转速、转矩分别独立控制实现牵引传动系统和动态负载转矩的模拟与控制.结合城轨动车交流牵引系统的参数,对实验平台的控制方案和控制性能进行仿真验证,分析了系统动态启动过程、能量回馈和系统平衡条件,仿真结果表明系统性能良好,为实物平台的搭建提供了理论依据和数据支持.     

向无源网络供电的VSC-HVDC系统控制策略

在同步旋转坐标系下,利用电压源型高压直流输电(voltage source converter based high voltage DC,VSC-HVDC)的暂态数学模型,提出了一种向无源网络供电的VSC-HVDC系统新型控制策略。基于非线性系统反馈线性化控制的逆系统方法,推导了VSC-HVDC的逆系统模型,构造了伪线性系统,实现了对VSC-HVDC系统有功功率和无功功率的解耦。采用极点配置方法对该伪线性系统进行了综合,设计了控制器,并对反馈线性化中重要的隐动态问题进行了讨论,保证了控制系统的稳定性。仿真结果表明,该控制器具有较好的动态性能。     

改善HVDC动态特性的非线性附加控制

为进一步改善高压直流输电系统的性能,用状态反馈精确线性化方法设计了整流侧定直流电流、逆变侧定交流电压的非线性附加控制器,只需少量局部反馈信号便可获得良好的调节性能。数字仿真结果表明,该控制器能改善交直流系统的动态特性。     

有源电力滤波器非线性解耦控制的研究

有源电力滤波器是一个非线性、多变量、强耦合的系统,建立精确的数学模型比较困难。文中在其非线性数学模型的基础上,采用非线性变换和非线性反馈理论,推导出其反馈线性化方程,从而得出有源电力滤波器有功电流和无功电流的解耦控制策略。数字仿真和实验结果表明,该控制策略能较好地实现有源电力滤波器的解耦控制,具有较好的动态特性和较强的鲁棒性。