输出函数在多输入多输出非线性控制系统设计中的重要作用

针对多输入多输出系统研究了输出函数在非线性控制设计中的作用,指出输出函数在非线性控制设计中的一个重要功能是对闭环系统进行极点配置,并提出了一个对非线性控制系统具有一定普适性的输出函数形式。讨论了通过将输出函数选取为多状态量的线性组合形式来实现对系统闭环极点进行配置的方法。在多输入多输出系统中,针对凝汽式汽轮发电机给出应用实例。举例中讨论了通过将输出函数选取为发电机端电压Uf、转子角速度ω、转子角加速度ω、输出有功Pe等状态量的线性组合来设计出具有多性能指标的非线性控制律,以改善系统的动、静态性能。仿真结果表明所提出的控制律不仅能明显地提高发电机的动态稳定性,而且能准确地将发电机的端电压Uf和输出有功Pe控制在其给定值上运行,不会因受扰而发生偏移。这表明所提出的控制律能很好地协调系统的动、静态性能。     

基于目标全息反馈法的单输入多输出控制系统极点配置

该文深入研究目标全息反馈非线性控制(nonlinear control with objective holographic feedbacks,NCOHF)设计方法在单输入多输出(single input multiple output,SIMO)控制系统中发挥作用的机理。鉴于线性系统是非线性系统的特例,将NCOHF设计方法用于线性控制系统中。详细讨论NCOHF设计方法配置系统极点的原理和解决目标量跟踪精度的本质。基于Hartman-Grobman定理,得出其非线性控制设计实质,即：通过非线性反馈对非线性控制系统在平衡点附近进行极点配置,通过反馈系数对目标量分别约束,从而迫使目标量收敛于各自的参考轨迹。以发电机励磁控制系统为例,给出应用实例,提出目标全息反馈非线性励磁控制(NECOHF)设计方案。仿真结果表明：通过极点配置进行设计,使得发电机具有良好的输出特性。     

超导磁储能与发电机励磁的多指标非线性协调控制

采用多指标非线性控制设计方法对SMES与汽轮发电机的励磁进行协调控制设计。多指标非线性设计方法通过恰当地选择输出函数来改变闭环系统的特征根位置，以获得良好的系统控制性能。设计表明，采用多指标非线性控制设计方法能很好地解决高维、多输入多输出非线性控制系统的非线性控制设计问题。仿真结果表明，所设计的控制规律能很好的兼顾系统各状态量的动、静态特性，有效提高系统的稳定运行能力，明显提高系统各输出量的控制精度。     

单输入单输出微分代数系统的多指标非线性控制方法

针对含隐函数的单输入单输出微分代数系统,提出多指标非线性控制设计方法,以确保各状态量均具有良好的动、静态性能。借助于哈特曼–格鲁勃曼(Hartman-Grobman)定理推证非线性微分代数系统对应的一次近似系统的特征根与输出函数中参数矩阵(c1,c2)之间的关系,从而揭示了该方法的实质。将该方法应用于非线性微分代数模型的发电机单机无穷大系统中,设计了一个多指标的非线性励磁控制律。仿真表明:该控制律既能增强系统的稳定性,又能提高发电机机端电压控制精度,使各个状态量快速地追踪其给定值。说明该方法能有效地解决微分代数系统的动、静态性能的协调问题。     

非线性励磁控制中输出函数对系统性能的影响

发现在进行非线性系统的非线性控制设计时，状态方程中输出函数的选取对线性化以后系统状态方程的形式有很大的影响，进而影响到所设计的控制器性能。在此研究结果的基础上，改进了电力系统非线性控制器的设计方法，可以在统一的非线性控制设计框架下同时对多个状态量的性能指标提出要求，兼顾受控系统多个状态量的响应特性，使系统的动态性能和静态性能能够很好地协调，实现高性能的非线性控制。将改进的设计方法应用于发电机组的励磁控制，采用逆系统非线性控制原理设计了一种具有综合性能指标的非线性励磁控制规律。将所设计的多指标非线性励磁控制律用于单机无穷大电力系统的同步发电机组中进行仿真实验，其结果表明所提出的控制器不仅能明显地提高发电机的动态稳定性，而立能准确地将发电机的端电压控制在其给定值上运行，不会因受扰而发生偏移。     

中间再热式汽轮发电机组的多指标非线性鲁棒综合控制

针对具有不确定干扰的中间再热式汽轮发电机组的励磁与高、中压缸汽阀综合控制系统,运用多指标非线性鲁棒控制设计方法(MINRCA)建立其鲁棒综合控制模型。通过选取适当的非线性变换输出函数,配置系统的零、极点,保证中间再热式汽轮发电机的多个性能指标的实现。该输出函数还能把系统的干扰与零动态系统解耦,然后运用L_2增益干扰抑制方法,将干扰对系统输出的不利影响抑制在给定水平。从而使系统具有良好的动静态性能的同时,还具有较好的干扰抑制鲁棒性能。在三机电力系统中,对基于MINRCA所得出的鲁棒综合控制律进行仿真分析与讨论,验证其有效性及优越性。     

TCSC与水轮发电机励磁和水门的多指标非线性协调控制

采用多指标非线性控制设计方法，对TCSC与水轮发电机的励磁和水门进行了协调控制设计。设计过程表明：多指标非线性设计方法能较好地解决多输入多输出高阶非线性控制系统的设计问题，并且对于具有非最小相位环节的水轮发电机非线性控制系统也能有效地解决其设计问题。文中所设计的多指标非线性协调控制律能有效地协调系统各状态量的动、静态性能，既提高了系统的稳定运行能力，改善了系统各状态量的动态响应特性，又能很好地保证机端电压、有功输出和TCSC阻抗这些反应系统输出特性状态量的控制精度。仿真结果表明：TCSC与发电机进行协调控制，有利于提高系统的稳定运行能力，因此，在一次系统电气特性允许的情况下，应考虑将TCSC的安装地点尽量选择在靠近发电厂一侧，以便实施TCSC与发电机的协调控制。     

带电压反馈的ESO发电机励磁系统滑模变结构

针对发电机励磁系统的非线性及易受内、外扰动等特点,应用坐标变换、ESO及滑模变结构控制理论,设计了一种新颖的提高系统动、静态特性的ESO滑模励磁控制器,并在此基础上引入了电压反馈,使其更好地稳定了机端电压,即对系统的状态方程进行坐标变换,然后通过构造扩张状态观察器(ESO)对发电机励磁系统进行动态补偿,实现线性化;采用极点配置法设计滑模切换函数,从理论上保证发电机转子方程具有期望的极点;采用指数趋近率和准滑动模态方法求取滑模控制率.仿真结果表明,该控制器在动态、静态特性上明显地提高了系统的稳定性、快速性和准确性,而且鲁棒性较好.     

微分代数模型可控制动电阻与励磁系统多指标非线性控制

针对微分代数模型的水轮发电机组可控制动电阻(Thyristor Controlled Braking Resistor,TCBR)与励磁系统进行多指标非线性扰动解耦控制律设计。微分代数模型多指标非线性设计方法(Differential Algebraic System Multi-Index Nonlinear Control,DASMINC)将输出函数选取为系统关键变量线性组合的形式,通过扰动解耦设计,借助哈特曼-格鲁勃曼(Hartman-Grobman)定理,适当选取输出函数参数矩阵配置微分代数模型闭环系统平衡点处特征根位置,使系统获得优良控制性能。仿真结果表明该方法控制的TCBR与发电机励磁系统能大幅提高水电站输电系统暂态稳定性,抗扰能力强,且能很好协调各状态量的动、静态性能。     

一种高性能的非线性励磁控制

考虑到在基于微分几何的非线性控制中，输出函数的选取会直接影响到变换后的线性空间的构成，从而影响到控制器的最终控制效果这一事实，该文提出了通过将输出函数选取为多状态变量组合形式的简便方法来解决非线性控制系统的动、静态性能的综合协调问题，从而有效地提高控制系统的整体综合性能；将此方法用于发电机的非线性励磁控制系统中，成功地找到了一种具有较高控制性能的非线性励磁控制律。仿真结果显示，该控制律既能很好地提高发电机端电压控制精度，又能有效地提高发电机组的运行稳定性，并表明所提出的控制器能有效地协调系统中各状态量的动、静态性能，具有较好的工业运用价值。     

具有多性能指标的汽轮发电机非线性综合控制

提出了一种多指标非线性控制设计方法，该方法通过将输出函数选取为多状态量的线性组合来实现非线性系统的多性能指标控制，从而可在统一的非线性控制设计框架下同时对系统中多个状态量的性能指标提出要求，并可在系统的动态性能和静态性能间进行很好的协调。将所提出的多指标非线性控制设计方法应用于汽轮发电机组的励磁、调速综合控制中，成功地解决了汽轮发电机非线性综合控制中的动、静态性能的综合协调问题。将所设计的汽轮发电机多指标非线性综合控制律用于单机无穷大电力系统的同步发电机组中进行仿真实验，结果表明所提出的控制律不仅能明显地提高发电机的动态稳定性，而且能准确地将发电机的端电压Uf和输出电磁功率Pe控制在其给定值上运行，不会因受扰而发生偏移。这表明所提出的控制律能很好地协调系统的动、静态性能。     

具有非线性输入的鲁棒自适应模糊滑模控制

针对一类具有死区非线性输入的SISO非线性系统,基于滑模控制原理,提出了一种稳定自适应模糊控制器设计方案.该方案通过使用积分型Lyapunov函数避免了反馈线性化方法中可能出现的控制器奇异性问题,运用两阶段法构造两个Lyapunov函数,确定出用于建模的有界闭区域,再证明跟踪误差收敛到零.通过理论分析,证明了闭环控制系统全局一致终结有界;仿真结果表明了该方法的有效性.     

基于控制系统四元组形式的发电机非线性分散鲁棒控制

分析了仅包含状态变量、输出变量、控制变量的控制系统常规三元组形式应用到发电机分散鲁棒控制时遇到的困难，为克服这些困难提出了包含状态变量、输出变量、控制变量、量测变量的控制系统四元组形式的概念。量测变量的引入使得发电机综合控制模型本身变为各机解耦、与外部系统网络参数及动态无关，在此模型下设计出分散鲁棒控制器是自然的。此模型可以考虑系统包含各种动态元件如FACTS元件、HVDC系统等情况，在此四元组模型下，通过直接寻求控制量与控制目标之间关系的关联度方法将发电机控制的四元组模型完全线性化，通过励磁控制使发电机端电压具有良好的动态特性，通过汽门控制提高发电机功角暂态稳定性。数字仿真表明，所设计的基于控制系统四元组形式的发电机非线性分散鲁棒综合控制器是有效的。     

一种高性能三相四桥臂逆变器控制器的设计

三相四桥臂逆变器能有效地处理不平衡和非线性负载，然而其控制方法通常非常复杂。该文提出了一种性能优异、设计简单的控制器及其设计方法，该方法基于极点配置的PID电压单环控制。为了得到三相四桥臂逆变器的数学模型，采用开关周期平均法和旋转坐标变换建立连续定常系统模型，在此模型的基础上设计简单明了的PID控制器。根据三相四桥臂逆变系统的控制传递函数、期望的极点分布和性能指标，计算出最佳的PID控制参数。对该系统工作于不平衡负载时输出电压的不平衡程度分析，和非线性负载时输出电压的谐波含量对比分析，结果证明该文提出的方法具有很好的动静态特性，该方法与诸多其他控制方法相比具有原理简洁、应用方便、参数整定灵活等杰出优点。详细的仿真结果和实验结果验证了该方法的正确性。