基于线性矩阵不等式的磁悬浮轴承多目标控制系统设计

首先建立了磁悬浮轴承局部子系统线性Takagi- Sugeno(TS)模糊模型，利用单点模糊化、乘积推理和加权平均得到整个系统的非线性模型。针对以往非线性系统的单目标控制设计，提出了基于线性矩阵不等式(LMI)的多目标模糊控制系统的设计方法。该方法将闭环控制系统的稳定性、抗干扰性及极点配置的要求统一到1个线性矩阵不等式组中，通过求解线性矩阵不等式组获得满足要求的控制器参数，利用并行分布补偿控制(PDC)方法得到整个系统的非线性模糊状态反馈控制器，实现了系统同时满足多目标的要求，并且避免了设计过程的多次反复。应用于磁悬浮轴承非线性系统的控制中，通过实验验证了该设计方法的有效性。     

UPFC状态反馈精确线性化潮流控制策略

统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)传统线性控制器的性能可能因运行点的大范围变化而恶化,针对该问题提出了一种基于微分几何状态反馈精确线性化理论的UPFC非线性潮流控制策略。通过选择李雅普诺夫型输出函数、适当的非线性坐标变换和状态反馈将UPFC的5阶非线性系统完全转化为一个线性系统,然后采用线性极点配置方法设计了UPFC内部潮流控制器。IEEE 118节点系统的仿真对比结果表明,所提UPFC潮流控制策略改进了传统PI控制近似线性化的缺陷,有效适应了UPFC控制范围的大幅度变化,在提高电力系统暂态稳定性方面的效果明显优于传统PI控制。此外,该控制策略设计过程可以应用于所有基于电压源型换流器(voltage source converter,VSC)的柔性交流输电系统(flexibleAC transmission system,FACTS)装置。     

基于学习前馈控制的高精度直线伺服系统跟踪控制研究

针对直接驱动的永磁直线同步电动机(PMLSM)伺服系统,在分析影响直线伺服跟踪精度因素的基础上,采用学习前馈控制(LFFC)策略对其进行有效的补偿控制.在系统和扰动定性知识的基础上,设计了基于B样条网络的学习前馈补偿控制.仿真结果表明,该控制策略有效地降低了负载扰动、端部效应、摩擦力及参数变化等对系统性能的影响,提高了直线伺服系统的跟踪精度.     

智能PID控制器及其在锅炉过热汽温自适应控制中的仿真研究

提出了一种新型智能PID控制器，并在电厂主汽温串级控制系统中进行仿真研究。智能PID控制器由模糊PD控制器和自调节积分环节并联组成，其特点是：模糊控制器的规则库由自适应神经元在线调节，积分器的增益由模糊推理机在线整定。因而该控制系统是无模型控制系统，无须被控对象的精确数学模型，系统可以实现参数的自整定，具有很强的自学习能力。对某超临界600MW直流锅炉主汽温控制的仿真结果表明，这种控制器可以实现多个工况点的控制，具有很强的自适应能力，并且在大范围的负荷变化和时变控制系统中仍具有稳定的控制效果、较强的鲁棒性和较好的抗扰动性能。     

混合有源电力滤波器的新型电流迭代学习控制

混合有源电力滤波器可以动态抑制电网谐波电流和补偿容性无功功率,改善电网电能质量。针对传统PI型迭代学习控制算法在并联有源电力滤波器应用中的不足,算法收敛性严重依赖于学习控制的初始输入,迭代学习控制器的参数是定常值,会影响有源滤波系统的控制性能。本文提出一种新型PI迭代学习控制算法,将其应用于混合有源电力滤波器系统的电流反馈控制中,得到了应用迭代算法的收敛性条件,并采用一种改进的Ziegler-Nichols方法对控制器参数进行了优化,以提高系统的控制精度。为了提高系统的动态响应性能,提出一种谐波电流误差的反馈-前馈控制策略,其中电流误差信号的D型前馈控制环节用于实现滤波器系统的电流快速补偿,同时利用一个三层BP神经网络对前馈控制增益进行优化。仿真和实验结果证明了该迭代算法及控制策略的可行性与有效性。     

基于LMI的多目标模糊状态反馈控制器设计研究

为实现使系统同时满足多目标控制要求,并避免设计过程多次反复的目的,提出了基于LMI的多目标模糊状态反馈控制器的设计方法。该方法在TS模糊模型的基础上,将闭环控制系统的稳定性、抗干扰性及极点配置的要求统一到一个线性矩阵不等式组中,通过求解线性矩阵不等式组获得满足要求的控制器参数,利用PDC方法得到整个系统的非线性模糊状态反馈控制器。应用于磁悬浮轴承系统,通过仿真试验,验证了该方法的有效性,系统同时满足稳定性、抗干扰特性及过渡过程特性多个目标要求。     

Decentralized robust adaptive-output feedback controller for power system load frequency control

In this paper, a new model reference-decentralized robust adaptive-output feedback controller is proposed for the load frequency control (LFC) of large-scale power systems with unknown parameters. This control strategy requires only local input–output data and can follow random changes in the operating conditions. The controller is designed such that the trajectory errors and the control gains of each area remain uniformly bounded. In the proposed method, firstly an adaptive observer is designed to estimate the state variables and system parameters using local data only. Then a locally linear combination of the estimated states and the model reference states are used to design a robust adaptive-output feedback controller for each area. Simulation results for a three-area power system show that the proposed controller achieves good performance even in the presence of plant parameter changes and system non-linearities. Received: 18 October 2001/Accepted: 24 October 2001     

基于模型预测前馈的滚转稳定伺服系统控制研究

速率陀螺式滚转稳定平台是一种应用于旋转载体中的惯性稳定装置,不仅要求有较高的位置控制精度,为满足陀螺测量范围,还要求很高的速度控制精度。通过对稳定平台的分析,详细推导了系统的传递函数模型,在PID反馈控制的基础上,设计了由模型预测控制单元组成前馈环节的预测前馈复合控制器。实验结果表明在载体滚转速度快速上升以及大速度稳定滚转情况下,模型预测前馈控制大大提高了稳定平台的控制精度。     

永磁同步电机非线性黄金分割自适应转速控制

针对永磁同步电机系统复杂设计高精确度的控制器比较困难的问题,采用id=0的矢量控制策略,基于永磁同步电机的特征模型,设计一个以非线性黄金分割自适应控制为主的控制方案。通过安排过渡过程和特征模型参数的在线辨识实现了该控制方案下控制器参数的在线自适应调节。实验结果表明该控制方案不仅能够实现永磁同步电机较高精确度的转速控制,与一阶自抗扰控制、增广状态反馈控制和传统的PI控制相比,具有更加优越的暂态和稳态性能。     

非线性网络化控制系统鲁棒容错控制

针对具有马尔可夫特性时延的网络化控制系统,基于时延准T-S模型,考虑系统参数不确定性的影响,采用状态反馈控制律,通过构造离散Lyapunov泛函,推证出了确保网络化控制系统在传感器发生失效故障时具有鲁棒完整性的充分条件,并以求解LMIs给出容错控制器的设计方法。最后通过仿真验证了文中所述方法的可行性和有效性。     

直线伺服系统的鲁棒保性能控制研究

对具有不确定性的直线电机伺服系统进行鲁棒控制。把一矢量控制的永磁直线电机构成一个三环系统，在速度环和电流环内采用IP速度控制器和状态反馈控制器，以实现电机的高精度快速进给，并抑制外部扰动对系统的影响。为了保证对于所有允许的参数不确定性，系统都具有所期望的性能，采用保性能控制方法设计其最优状态反馈保性能控制器。对电机在两种最恶劣情况下作了仿真实验。结果表明，和传统的方法相比，用该方法设计的直线伺服系统具有性能鲁棒性，当参数变化时，系统具有较好的抗扰性和跟踪性能。     

MMC-HVDC的二阶线性自抗扰控制策略

基于模块化多电平换流器的高压直流输电(MMC-HVDC)技术已得到广泛运用,但传统基于dq同步旋转坐标系的双闭环PI控制中电流内环需要依赖系统数学模型进行前馈解耦补偿,并且一阶非线性自抗扰控制器设计参数过多、整定困难。针对上述问题,提出了MMC-HVDC的二阶线性自抗扰控制策略。设计了MMCHVDC的双闭环二阶线性自抗扰控制器,实现了有功和无功功率的完全解耦控制,所设计控制器还具有响应速度快、抗扰能力强以及不依赖被控对象数学模型等优点;为了降低桥臂子模块的开关次数,改进了子模块电容电压平衡控制算法;在PSCAD/EMTDC中搭建了21电平MMC-HVDC的电磁暂态仿真模型,通过仿真验证了所设计控制器具有良好的控制性能和电容电压平衡控制算法的有效性。     

基于模糊神经网络再励学习控制器设计及其在倒车模型中的应用

考虑到神经网络学习算法的特点，给出了一种基于再励学习的自组织模糊CPN。它结合了模糊自组织CPN和再励算法的优点，在控制过程中在线调整网络结构以及对网络参数学习，学习效率高，控制结构简单。可以不要求受控对象的学习模型，实现在线控制，应用在倒车模型中仿真结果展示了所设计系统的良好控制性能。     

伺服系统中位置前馈控制器和电子齿轮的设计

在要求高精度、快速响应的伺服定位系统中，单纯采用比例或比例积分调节的位置控制器很难同时满足定位的快速性、高精度以及对位置的无超调。本文提出了采用位置前馈的控制器来满足伺服定位的各项要求。设计中通过对速度和加速度的前馈控制，即保证伺服系统在高精度定位的同时，又具有快速响应的特性。同时，本文介绍了一种电子齿轮的数字实现方法。实验结果表明，采用位置前馈控制器可以满足高性能伺服定位的要求，该位置控制器和电子齿轮不仅可以用于点位控制系统，而且可以应用于采用插补算法的轮廓控制系统中。     

三相 Z 源逆变器的最优滑模预见重复控制

针对微网逆变器带不平衡和非线性负载时三相逆变器输出电压电流谐波大的问题,提出一种最优滑模预见重复控制的 方法,实现对不平衡负载和非线性负载等非正常工况的快速响应和参考电压的高精度跟踪。 首先,在前馈补偿环节引入预见控 制器,并利用差分算子,设计包含目标值信号和滞后环节反馈的扩大状态误差系统,将逆变器的控制问题转化为线性离散系统 的调节问题;进一步,利用 Lyapunov 方法和线性矩阵不等式及最优控制器的设计方法,得到包含滑模控制、状态反馈、重复控 制、和预见补偿的最优滑模预见重复控制器。 实验结果表明,最优滑模预见重复控制带线性负载时电压波形畸变率从 3. 12%减 少到 0. 78%,响应时间从 10 ms 减小为 5 ms;其带非线性负载时电压波形畸变率从 6. 72%减少到 0. 92%,验证了所提方法的有 效性。     

高性能直线伺服系统的研究

针对永磁同步直线电机伺服系统采用传统的比例或比例积分位置调节器时动态性能差,本文将前馈控制应用于位置环以改进系统的动态性能,并对其进行了理论分析。利用仿真软件对该系统建模、仿真并对该系统进行定位实验,结果表明采用位置前馈控制不仅使伺服系统达到了很好的动态特性,而且保证了系统定位的高精度和无超调。     

采用自抗扰控制器的高性能异步电机调速系统

矢量控制技术已被广泛地应用于高性能异步电机调速系统中,然而,由于在实时控制中存在严重的外部干扰,参数变化和非线性不确定因素,基于精确电机参数的准确解耦很难实现,并且磁通和转矩的动态性能也受到严重的影响,为了提高调速系统的动态性能,该文提出了一种可以取代经典PID控制器用于异步电机调速的非线性自抗扰控制器。自抗绕控制器由三部分组成;跟踪微分器,扩张状态观测器和非线性状态误差反馈控制律,利用扩张状态观测器,自抗绕控制器可以估计出系统状态变量及其广义导数,从而实现异步电机的精确解耦,此外,上述控制录需要精确电机参数就可以实现干扰补偿,这使得自抗绕控制器的设计能够独立于异步电机的精确数字模型。仿真和实验结果表明,相对于经典PID控制器,自抗绕控制器在较宽的调速范围内具有更好的动态性能以及对负载扰动,电机参数变化都具有更好的鲁棒性。     

基于Simulink的HVDC PI控制器参数优化方法

为了提高高压直流输电系统的抗干扰能力,提出了基于Simulink的HVDC系统PI控制器参数离线和在线的优化方法。离线优化法是利用Simulink内置Signal Constraint模块确定出满足条件的PI控制器参数;在线优化法是采用非线性PI和自适应模糊控制相结合的方式对PI控制器参数进行优化。以整流侧定电流控制为例,首先利用模糊控制能够在线优化控制器参数的特点,缩小了PI参数的优化范围;然后利用fal函数进一步修正了其优化精度。仿真结果表明,离线优化法具有简单实用的优点,在线优化法能够提高系统的优化精度,使系统具有良好的控制性能。     

Semi‐adaptive control of convexly parametrized systems with application to temperature regulation of chemical reactors

In this paper, we are interested in the problem of adaptive control of non‐linearly parametrized systems. We investigate the viability of defining a stabilizing parameter update law for the case when the plant model is convex on the uncertain parameters. We show that, when the only prior knowledge is convexity, there does not exist an adaptation law—derivable from the standard separable Lyapunov function technique of Parks—applicable for all the state space. Therefore, we propose a semi‐adaptive state feedback controller where adaptation takes place only in the region of the state space where convexity can be used to reduce parameter uncertainty. In the remaining part of the state space we freeze the adaptation and switch to a robust controller. This scheme ensures semi‐global stability for convexly parametrized non‐linear systems with matched uncertainty. The proposed controller is then applied to the problem of temperature regulation of continuous stirred exothermic chemical reactors where reaction heat is convex in the uncertain parameters. Copyright © 2001 John Wiley & Sons, Ltd.     

Output‐feedback co‐ordinated decentralized adaptive tracking: The case of MIMO subsystems with delayed interconnections

Exact decentralized output‐feedback Lyapunov‐based designs of direct model reference adaptive control (MRAC) for linear interconnected delay systems with MIMO subsystems are introduced. The design process uses a co‐ordinated decentralized structure of adaptive control with reference model co‐ordination which requires an exchange of signals between the different reference models. It is shown that in the framework of the reference model co‐ordination zero residual tracking error is possible, exactly as in the case with SISO subsystems. We develop decentralized MRAC on the base of a priori information about only the local subsystems gain frequency matrices without additional a priori knowledge about the full system gain frequency matrix. To achieve a better adaptation performance we propose proportional, integral time‐delayed adaptation laws. The appropriate Lyapunov–Krasovskii type functional is suggested to design the update mechanism for the controller parameters, and in order to prove stability. Two different adaptive DMRAC schemes are proposed, being the first asymptotic exact zero tracking results for linear interconnected delay systems with MIMO subsystems. Copyright © 2005 John Wiley & Sons, Ltd.