飞行仿真转台速率稳定回路的H∞模型参考控制设计

对三轴三框架飞行仿真转台结构的描述下,分析了转台速率稳定回路中控制器的设计问题。针对传统的PI校正抗干扰性能差的缺陷,联合模型参考控制和H∞控制,以得到一种新的控制器设计方法-H∞模型参考控制。该新方法可使得速率稳定回路中的闭环传递函数等于或几乎接近于一个期望的传递函数,并且不仅继承了内模控制设计法中的模型参考特性,而且延拓了H∞回路成形法中的加权选择策略。通过引入两自由度的Youla-Kucera参数化来保证鲁棒模型参考的高性能设计,同时取得鲁棒控制意义下的鲁棒稳定性裕量。经仿真验证表明:采用内模H∞控制方法不仅具有更好的抗干扰性能,同时也改善了高阶系统的动态性能。     

孤岛微网DC/AC逆变器电压H∞鲁棒控制

DC/AC逆变器控制策略的优劣直接影响到孤岛微网系统电压质量水平,针对其在电压环采用PI控制时的抗干扰和参数摄动性能不佳问题,提出了一种电压H_∞鲁棒控制方法。该方法采用集中式二次电压调节,恢复了由传统下垂控制造成的电压频率跌落。通过将负荷电流视为外部扰动输入量,建立了孤岛微网简化数学状态空间模型;基于混合灵敏度优化问题选择加权函数W_1、W_2、W_3,设计了电压H_∞鲁棒控制器,以提高DC/AC逆变器的抗扰动能力,同时优化其在系统参数摄动时的鲁棒性能。最后通过MATLAB/Simulink仿真验证了该控制策略的可行性,并表明了电压H_∞鲁棒控制器能够保证DC/AC逆变器具备较强的抗干扰和鲁棒稳定性能。     

基于H_∞/μ法的永磁直线同步电机鲁棒二自由度控制

针对永磁直线同步电机(PMLSM)直接驱动伺服系统易受负载扰动、测量噪声及参数变化影响的特点,基于H_∞/μ方法设计了一个鲁棒二自由度速度控制器,解决了传统单自由度控制器在满足系统跟踪性能和抗干扰性能要求方面存在的矛盾。由于在求解μ制器时应用了标准H_∞控制理论,大大提高了μ控制器的获得速度。该速度控制器克服了标准H_∞控制器保守性的缺点,并且对负载扰动、测量噪声和参数不确定性等干扰的抑制方面也比标准H_∞控制器更具鲁棒性。仿真结果及分析表明,所提基于H_∞/μ方法二自由度速度控制器,满足高精度永磁直线同步电机伺服系统对鲁棒性和快速性的要求。     

差分进化改进微电网负荷频率混合H2/H∞ 鲁棒控制

针对外部扰动及系统参数摄动引起微电网负荷频率波动问题,设计了混合H_2/H_∞鲁棒控制器对系统负荷频率进行控制。建立了包含电池的柴油发电机组二次频率控制模型,引入低通滤波器,使电池对系统高频扰动信号具有较好的抑制能力。以误差平方的积分最小作为系统的目标函数,在综合H_2范数表征的系统性能和H_∞范数表征的鲁棒性能下,设计具有多目标约束条件的混合H_2/H_∞鲁棒控制器。采用差分进化算法对控制器加权函数参数进行寻优,使控制器在满足约束条件下达到最优。仿真实验结果表明所提出方法在满足系统鲁棒性能的基础上,同时具备较好的控制输出,保证微电网频率在外部功率扰动和系统参数摄动情况下具有较好的动态性能。     

基于鲁棒降阶模型的内模控制研究

针对大量物理对象的高阶模型,将H∞控制中的模型匹配问题与高阶系统平衡截断降阶方法相结合,提出了鲁棒降阶控制方法。并将该方法应用于内模控制系统模型降阶,设计出低阶的内模控制器,使控制过程更为简洁,且易于实现。对设计的内模控制系统进行了仿真验证,仿真结果表明,该方法具有较好的适用性．能达到较好的预期效果。     

风柴独立微电网频率H_2/H_∞优化控制研究

受风能和负荷不断变化的影响,风柴互补的独立孤岛型微电网会出现频率的大幅度波动。为保证微电网的正常运行,设计了一种H_2/H_∞控制器对柴油发电机进行有功功率调节,平衡由于风能和负荷的变化而引起的功率偏差,实现微电网的频率控制。H_2/H_∞控制器综合了两种性能指标的优点,其中,采用H_2性能指标使系统获得较好的动态性能,采用H_∞性能指标提高系统抑制随机干扰的能力,使系统对风电及负荷扰动等随机干扰既有较强的鲁棒性,又保证具有较好的动态性能。仿真结果表明,加入了H_2/H_∞控制后,微电网的频率变化能够控制在要求的范围内,避免了因负荷、风电相互作用而引起的频率波动,保障了微电网的安全、稳定运行。     

弱电网下并网逆变器自适应H∞控制方法

在实际应用中,采用传统的鲁棒H_∞控制方法的并网逆变器,其稳定性和干扰抑制性能往往会受到电网弱电网特性的影响。为了增强并网逆变器对电网阻抗变化的适应能力,提出一种适用于弱电网的并网逆变器改进H_∞控制方法,即自适应H_∞控制方法。以单相并网逆变器为例,建立了弱电网下并网逆变器的鲁棒H_∞控制模型,证明了弱电网特性将会造成该模型中系统参数、控制输入参数以及干扰输入参数出现参数摄动,从而影响了系统的稳定性以及干扰抑制性能。为了克服弱电网特性的影响,改进方法中引入了间接控制来取代公共连接点电压前馈动态地调节公共连接点电压,消除了控制系统的参数摄动,增强了并网逆变器对弱电网具有自适应性,提高了系统的稳定性和干扰抑制性能。最后,通过搭建的实验平台验证了理论分析和所提自适应H_∞控制方法的合理性及有效性。     

具有区域极点配置的水轮机调速系统的H2/H∞混合控制

对水轮机调速系统采用具有区域极点配置的H_2/H_∞混合控制进行研究,以实例说明应用线性矩阵不等式(LMI)进行设计的方法。仿真及分析表明,所设计的控制器不仅具有良好的动态品质,并且能抑制振荡,提高电力系统的暂态稳定性。     

H_∞滤波技术在伺服系统中的应用

研究了伺服系统的H_∞滤波器设计问题.首先对无刷直流电动机控制系统进行了保性能控制器设计,在外界干扰不可避免的情况下,设计了H_∞滤波器.使得滤波误差系统渐近稳定且满足一定的H_∞性能指标,给出了滤波器存在的充分条件,并通过矩阵变换得到了设计滤波器的LMI方法.通过求解LMI,可以得到滤波器参数.范数小于指定上界的充分条件,并解出了滤波器的参数.最后仿真实例证明了该方法的有效性.     

一类参数不确定大迟延对象的加权混合灵敏度H_∞控制

讨论一类具有参数不确定性大迟延对象的混合灵敏度H∞控制方法。通过选取适合的不确定性权函数、性能权函数和控制权函数,实现系统的鲁棒性能设计。仿真结果表明,采用本方法设计的控制器,使系统具有良好的鲁棒性能和较强的抗干扰性能,并能实现控制输出限幅。     

UPFC并联侧换流器的新型控制器设计

首次将内模控制应用到UPFC的控制器设计中,运用逆系统原理和状态反馈将UPFC并联侧系统进行精确线性化,设计了对UPFC并联侧采用基于内模控制的逆系统方法解耦控制和基于内模控制的状态反馈解耦控制这两种新的控制器,从而成功地实现了系统的非线性解耦控制。最后通过仿真验证了这两种控制的良好性,以及它们的性能要优于经典PI控制器的性能。     

单相PWM整流器H∞回路成形鲁棒直接电流控制

网侧等效电感参数摄动是单相脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)整流器系统模型不确定性的显著表征,这一特性易降低整流器系统的鲁棒性。为降低因测量误差、运行工况变化等导致的模型参数摄动对控制系统鲁棒性的影响,提出基于鲁棒控制理论的H_∞回路成形鲁棒直接电流(H_∞loop shaping robust direct current,H_∞-LS RDC)控制策略。选取适当的补偿器串联在电流环前后,构造出期望的开环传递函数。在此基础上,对期望受控对象进行正规化互质因式分解,进一步将H_∞回路成形设计归结为针对互质因式摄动模型的H_∞鲁棒控制问题。提出根据电流高次谐波特性选取补偿器的依据,并利用Riccati方程求解H_∞回路成形控制器,所得鲁棒稳定裕度满足良好鲁棒性设计要求。通过半实物实验平台,开展所提控制策略与直轴交轴(direct-axis quadrature-axis,DQ)电流解耦控制策略的实验对比研究,研究结果表明:该H_∞-LS RDC控制策略能有效增强单相PWM整流器系统在网侧电感参数摄动情况下的鲁棒性。     

感应电动机交-交变频调速系统的双内模控制研究

基于先进的内模控制理论,提出了一种双内模控制结构,将内模控制拓展应用到多环控制的感应电动机交-交变频调速系统的外环;仿照调速系统调节器的工程设计方法,提出了基于内模控制原理的调速系统调节器设计原则,并进行了调节器设计.所设计的电流调节器为PI结构、磁链和转速调节器为PI或PID结构,但都只有一个可调参数,结构简单,参数调整方便.仿真实验表明,采用内模控制后,系统的输出动态性能优于工程设计方法设计的动态性能.     

基于燃料—汽压系统H_∞控制器的设计

针对燃料—汽压模型采用H_∞控制理论设计了一种鲁棒控制器。根据超临界机组对象特性试验建立燃料—汽压模型,将H_∞控制器的设计归结为H_∞混合灵敏度问题,合理地选择了加权函数,得到了H_∞控制器,从奇异值的角度深入分析了H_∞控制器的控制效果,并把H_∞控制器与传统PID控制器进行比较,仿真结果表明,运用H_∞控制理论设计的燃料—汽压控制器有更好的给定值跟随性和鲁棒性。     

永磁同步电机调速系统H∞鲁棒控制

针对表面式永磁同步电机调速系统易受参数摄动和负载扰动等不确定性因素的影响问题,在传统矢量控制方案基础上提出了H_∞鲁棒控制策略。首先,在系统状态空间表达式误差模型下,考虑扰动因素设计了基于哈密顿-雅可比不等式的H_∞鲁棒电流控制器,实现了电流控制的鲁棒性;其次,在运动方程扩展状态空间表达式下,设计了基于线性矩阵不等式的H_∞状态反馈控制器增益型H_∞滑模面,进一步设计滑模控制律,得到了鲁棒H_∞滑模速度控制器,确保了速度控制的鲁棒性,改善了系统的动态品质;最后通过仿真和半实物仿真实验验证了该文提出控制策略的有效性和可行性。     

基于H_∞回路成形的风力发电机变桨距鲁棒控制

介绍了风力发电机组变桨系统的工作原理;并研究了风力发电机组变桨距控制机构的鲁棒H_∞控制问题。针对风力发电系统中的变桨距控制系统选择权函数进行成形,然后利用H_∞回路成形算法对成形后的系统设计鲁棒控制器,仿真结果表明,所提出的控制器具有良好的跟踪性能和鲁棒性。     

基于阶梯隶属度函数的离散T-S模糊系统H_∞控制

针对离散T-S模糊控制系统,提出了一种基于阶梯隶属度函数的H_∞控制器设计方法。为了增加控制器设计的自由度,采用模糊Lyapunov函数作为候选Lyapunov函数,并利用非并行补偿控制器进行闭环控制。进一步利用阶梯隶属度函数逼近T-S模糊模型的隶属度函数,根据阶梯隶属度函数取值的离散性和有限性,描述闭环系统稳定性和性能的模糊矩阵不等式可以被转换为若干线性矩阵不等式。由于隶属度函数的信息被引入到控制器设计之中,降低了控制器设计的保守程度。相比于传统的H_∞控制方法,所提出的方法能够设计出具有更小H_∞性能指标的模糊控制器。给出了一个数值仿真示例验证了方法的有效性。     

基于ERGA和混合H_2/H_∞方法的交直流并联系统分散控制

提出一种基于有效相对增益阵列和混合H_2/H_∞方法的交直流并联系统分散控制方法。该方法首先根据有效相对增益阵列(ERGA)指标和总体最小二乘-旋转不变技术确定附加阻尼控制器安装地点和反馈信号配对方案,再基于混合H_2/H_∞控制理论设计分散控制器,抑制交直流并联输电系统中存在的区域间和区域内低频振荡。有效相对增益阵列指标考虑了传递函数矩阵的动态和静态过程,混合H_2/H_∞控制理论可计及控制代价和系统的不确定性。EMTDC/PSCAD实例仿真证明了控制器的有效性。     

基于H_∞和重复控制的三相四线制PV-AF系统

为了提高具有有源滤波功能的光伏并网(photovoltaicpower generation and active filter,PV-AF)系统的动态和静态性能以及稳定性,提出了一种基于H∞和重复控制的PV-AF系统双闭环控制策略。电压外环采用比例积分控制器控制变流器直流侧电压并生成逆变有功电流指令;电流内环采用重复H∞控制器用于跟随逆变指令电流和并联负载谐波补偿电流指令。与传统的电流环PI控制和PR控制方法相比,重复H∞控制器的内模环节提高了电流环跟踪性能,H∞控制环节增强了系统的鲁棒性,使PV-AF系统实现光伏并网逆变的同时,有效地补偿并联负载谐波电流。实验结果表明通过使用该方法,减小系统稳态误差的同时,提高了系统的鲁棒性,有效改善了系统的动静态性能。     

单相PWM整流器H_∞混合灵敏度电流控制

以单相电压型脉宽调制(pulse width modulation,PWM)整流器为研究对象,以提高动态响应速度、增强鲁棒性能为研究目标,提出基于dq电压前馈解耦模型下的H_∞混合灵敏度(H∞mixed sensitivity,H_∞-MS)直接电流控制(direct current control,DCC)算法。首先,给出整流器在dq坐标系下的数学模型,并基于电压前馈解耦思想得到dq轴电流解耦系统模型及闭环控制结构;然后,分析模型参数摄动情况,给出模型乘性不确定界,选择灵敏度加权函数规划系统的控制性能,选择补灵敏度加权函数保证系统的鲁棒性能,从而将控制器设计问题转化为H_∞标准控制问题;建立系统增广矩阵,求解黎卡提(Riccati)不等式的正定解,得到2个三阶控制器;最后,通过半实物仿真实验对基于比例积分(proportional integral,PI)直接电流控制算法和H_∞-MSDCC算法进行对比研究。研究结果表明,在网侧电感参数摄动时,所提H_∞-MS DCC算法可以有效地提高系统的鲁棒性。