具有容性负载的直流微电网系统分布式协同控制

针对一类具有容性负载的直流微电网系统, 提出了分布式协同控制方法. 具有容性负载的直流微电网是一类耦合动态互联非线性网络化系统, 可将DC-DC变换器在信息层视为智能体, 在每个子系统模块中, 引入容性负载电压观测器, 耦合并联非线性系统负载均衡控制设计问题可解耦成一阶积分器多智能体系统的输出一致性跟踪问题. 基于最近邻原则, 通过在控制器中引入比例、积分环节, 设计了增益可调的分布式协同PI控制律, 当有向图满足至少含有一棵生成树的条件下, 通过子系统间的局部交互, 可以实现负载均衡的目标. 通过分析增广系统矩阵的特征值证明了整个闭环系统的稳定性. 仿真和实验说明了所提出的控制方法的有效性及可行性.     

超级电容负载的耦合并联充电系统无源分布式协同控制

储能式轻轨车辆采用超级电容作为动力源,其并联充电系统每个充电机不可避免的存在着线路不对称、元器件老化及工艺误差等因素,使得输出电流不均衡.本文将并联充电系统的电流均衡问题抽象成一类非线性耦合动态互联系统的输出同步问题,结合系统的无源性,根据最近邻原则,借助饱和函数,设计了保证控制输入有界的输出同步控制器.利用子系统存储函数构造李雅谱诺夫函数,在系统满足无源性、通信拓扑满足细致平衡条件的情况下,借助Barbalat等相关引理证明了整个闭环系统的稳定性.将提出的无源性协同控制方法运用到了具有超级电容负载的并联充电系统控制实例中,借助仿真验证了本文提出的无源性协同控制方法的有效性.     

基于LQR的耦合动态互联系统分布式协作 负载均衡优化控制

针对一类非等同非线性耦合互联系统,提出分布式协作负载均衡优化控制方法.将子系统间的通信联系建模成有向图,借助输入输出反馈线性化技术,将耦合互联系统的分布式负载均衡控制设计问题转化为广义线性多智能体系统的同步跟踪问题;基于最近邻原则和LQR方法,设计增益可调的分布式协作负载均衡优化控制律,耦合强度依赖于通信拓扑,控制增益依赖于子系统模型;借助矩阵变换方法,整个闭环系统的渐近稳定性可以解耦成每个子系统的稳定性,在假定通信拓扑只含有生成树的条件下,借助李亚谱诺夫函数,可证明整个闭环系统是稳定的,且通过调节控制增益,可以得到期望的响应速度.仿真结果验证了所提出控制方法的有效性及可行性.     

基于主电流控制的并联DC-DC升压变换器改进

并联DC-DC升压变换器之间的负载电流分配关系到系统可靠性;针对并联DC-DC升压变换器,提出了一种基于主电流控制的改进下垂方法;该方法利用并联DC-DC升压变换器的算法,根据下垂法的负载调节特性自适应地调整每个变换器的参考电压;与传统的下垂法不同,在所有变换器的内环控制器中使用其中一个并联变换器的电流反馈信号,以避免并联变换器控制回路的时延差异;研究结果显示,该算法保证了负载均流与下垂法的负载调节特性一致,在并联变换器参数失配的情况下对该算法进行了测试,通过Matlab/Simulink仿真验证了该算法的有效性。     

微电网的电流均衡/电压恢复自适应动态规划策略研究

含多类型分布式电源的微电网已经成为了未来电力系统的重要发展方向,其中风能和光能在降低化石能源消耗和二氧化碳排放等方面有着极大优势,考虑二者之间强互补性的协同调度已被广泛研究.但风/光协同调度的微电网多关注分钟级的调度或优化问题而非风/光波动下秒级的实时电流按容量比例精准分担,简称电流均衡,而精准电流均衡有助于可再生能源的高比例消纳.因此,本文提出了基于自适应动态规划的微电网电流均衡和电压恢复控制策略.首先,构建包含风电整流型电能变换器和光电升压型电能变换器的广义风光拓扑同胚升压变换器模型,其提供了后续控制器设计的模型基础.其次,本文将电流均衡和电压恢复问题转化为最优控制问题,基于此,每个能源主体的目标函数转化为获取最优控制变量和最小电压/电流控制偏差,进而转化为求解哈密顿?雅克比?贝尔曼(Hamilton-Jacobi-Bellman,HJB)方程问题.基于此,提出了基于贝尔曼准则的分布式自适应动态规划控制策略以求取HJB方程的数值解,最终实现电流均衡和电压恢复.最后仿真结果验证了所提分布式自适应动态规划控制策略的有效性.     

微电网的电流均衡/电压恢复自适应动态规划策略研究

含多类型分布式电源的微电网已经成为了未来电力系统的重要发展方向,其中风能和光能在降低化石能源消耗和二氧化碳排放等方面有着极大优势,考虑二者之间强互补性的协同调度已被广泛研究.但风/光协同调度的微电网多关注分钟级的调度或优化问题而非风/光波动下秒级的实时电流按容量比例精准分担,简称电流均衡,而精准电流均衡有助于可再生能源的高比例消纳.因此,本文提出了基于自适应动态规划的微电网电流均衡和电压恢复控制策略.首先,构建包含风电整流型电能变换器和光电升压型电能变换器的广义风光拓扑同胚升压变换器模型,其提供了后续控制器设计的模型基础.其次,本文将电流均衡和电压恢复问题转化为最优控制问题,基于此,每个能源主体的目标函数转化为获取最优控制变量和最小电压/电流控制偏差,进而转化为求解哈密顿?雅克比?贝尔曼(Hamilton-Jacobi-Bellman,HJB)方程问题.基于此,提出了基于贝尔曼准则的分布式自适应动态规划控制策略以求取HJB方程的数值解,最终实现电流均衡和电压恢复.最后仿真结果验证了所提分布式自适应动态规划控制策略的有效性.     

多航天器系统分布式固定时间输出反馈姿态协同跟踪控制

针对角速度信息不可测条件下的多航天器系统姿态协同跟踪控制问题,提出一种基于积分滑模的分布式固定时间姿态协同跟踪控制方法.基于bi-limit齐次性理论设计一种新型的固定时间收敛的积分滑模面.为估计出不可测的航天器信息,提出一种固定时间观测器,同时为减少航天器间的通信信息流,引入滑模估计器估计领航者的姿态信息.结合固定时间观测器、滑模估计器和积分滑模方法设计分布式固定时间输出反馈姿态协同跟踪控制器,保证各跟随航天器在固定时间内实现对领航者姿态的协同跟踪.通过代数图论和Lyapunov理论证明闭环系统的固定时间稳定性.通过对比仿真结果验证所提出的控制方法的有效性和优越性.     

基于事件触发的Buck型DC-DC变换器有限时间控制

针对Buck型DC-DC变换器输出电压跟踪控制问题,提出了一种基于事件触发机制的有限时间控制方案。首先,将Buck变换器建模成一类反馈型非线性系统。然后,为能有效地避免通信资源的浪费,通过构造一种状态变换设计了一种事件触发机制;同时,利用反步法,设计了系统的状态反馈控制器,该控制器在事件触发时刻更新;然后,基于所设计的事件触发控制器,利用有限时间Lyapunov稳定性理论分析了系统的稳定性,并证明了所设计的控制方案不会发生Zeno现象;最后,通过Buck变换器仿真实例验证了所提出的事件触发控制方案的有效性,仿真结果表明了在所设计的控制方案下,Buck型DC-DC变换器的输出在有限时间内可以达到期望值,同时还能减少通信资源的浪费。     

基于协同控制的串联超级电容电压均衡策略

超级电容作为储能式轻轨的动力源,其性能非常重要,为此提出一种分布式协同控制策略来实现串联超级电容的电压均衡.在信息层将串联超级电容单体视为智能体,均压问题可建模成多智能体系统协同跟踪问题;将串联超级电容单体之间分散的通信网络利用有向图来描述;借助有界的S型饱和函数,基于最近邻原则,设计了有界的控制增益可调节的协同均压控制律;在假定有向图含有生成树的前提下,利用李亚谱诺夫函数,结合拉塞尔不变集原则,证明了整个闭环系统的渐近稳定性;利用仿真验证了所提出的协同控制策略的有效性和可行性.     

非线性耦合动态互联系统分布式协作负载均衡控制

针对一类非线性耦合动态互联系统,提出一种分布式协作负载均衡控制方法.借助输入输出反馈线性化技术,构建系统输入输出之间的关系,将耦合互联系统的分布式负载均衡控制设计问题转化为一阶多速率积分器智能体系统的输出一致性跟踪问题.基于最近邻原则设计增益可调的分布式协作负载均衡控制律,在通信拓扑满足相应的连通条件下,通过子系统间的局部交互实现负载均衡的目标.仿真和实验结果表明了所提出控制方法的有效性和可行性.     

带有执行器故障的多水面船固定时间分布式滑模协同控制

针对未知环境干扰、未知执行器故障等多水面船协同控制问题,提出一种带有执行器故障的多水面船固定时间分布式滑模协同控制方法,可保证协同控制系统的全局固定时间的稳定性.首先,设计一种固定时间干扰观测器,用于估计集总扰动(包括未知环境扰动和未知执行器故障);其次,引入固定时间非奇异快速终端滑模面,可有效地消除系统的奇异性,改善系统的抖振;然后,提出一种基于固定时间非奇异快速终端滑模面和固定时间干扰观测器的分布式容错控制器,使得收敛时间上界与系统初始状态无关;最后,通过仿真实验验证所提出控制律的有效性.     

基于径向基函数神经网络的移动机器人多变量固定时间编队控制

针对带多不确定性的一组非完整移动机器人的编队控制收敛问题,提出了基于径向基函数神经网络的移动机器人多变量固定时间领航者-跟随者编队控制算法.RBFNN补偿了系统所受的多不确定性,并消除了鲁棒控制的抖振现象.基于固定时间理论和Lyapunov方法进行了控制算法设计,使所提出的控制方法保证了编队控制系统中的所有信号全局固定时间收敛,在任意系统初始条件下,在通过参数设计的固定时间内,使机器人编队达到期望编队.仿真结果显示了所提出算法的有效性.     

输入饱和的航天器特征点间相对位姿全状态预设性能固定时间控制

本文研究系统全状态、控制输入及响应时间受约束的航天器特征点间相对位姿跟踪控制问题,提出了一种基于非奇异终端滑模的输入饱和全状态约束固定时间控制器.首先,通过引入预设性能函数,控制器可以保证系统的瞬态和稳态性能达到全状态约束要求.其次,考虑到控制输入饱和约束和时间受限问题,提出了一种固定时间非线性饱和补偿器实时处理执行器的饱和效应,并且保证补偿器的状态在固定时间内收敛.同时,所提出的自适应律可以抑制外部干扰并保证在线估计参数的有界性.最后,基于李亚普诺夫稳定性理论证明了闭环系统的固定时间稳定性.通过航天器近距离逼近操作的仿真算例,验证了该方法的有效性.     

基于有限时间指令滤波的非线性系统固定时间预设性能控制

针对一类严格反馈非线性系统,提出一种基于有限时间指令滤波的自适应固定时间预设性能控制策略.首先,引用非线性映射技术及适当的误差变换,建立等效的误差模型;其次,综合利用反步法、固定时间控制和自适应控制等方法,设计一种基于有限时间指令滤波的预设性能跟踪控制器.该策略应用指令滤波器解决了反步法中对虚拟控制律反复求导问题,减轻了计算负担.此外,预设性能控制和固定时间控制保证了系统的跟踪误差能够在固定时间内收敛到预设性能函数限定的范围内,其收敛时间与系统初始条件无关,且确保系统中全部信号在有限时间均达到有界区域.理论分析与仿真验证均表明了所提出设计方法的有效性.     

带有输入饱和及输出受限非仿射系统固定时间跟踪控制

针对具有量化输入饱和及输出受限的非线性非仿射系统,提出固定时间自适应神经网络跟踪控制方法.引入中值定理解决系统具有非仿射结构的问题;基于反步法,使用Barrier Lyapunov函数约束系统输出,并利用RBF神经网络逼近未知函数;根据固定时间控制理论设计输入信号,该输入信号由滞后量化器量化,以降低控制信号的通信速率,并保证该系统在满足量化输入饱和及输出受限的条件下,系统可以在固定时间内跟踪上期望信号,且该系统收敛时间与初始状态无关.最后通过Matlab仿真软件验证所设计控制器的有效性.     

对抗网络下时滞非线性多智能体系统固定时间二分一致性

本文针对一类存在输入时延的非线性多智能体系统,研究了其在结构平衡的无向符号图下的固定时间二分一致性问题.首先,本文针对智能体间相互合作与相互竞争的关系,设计了一类存在输入时延的多智能体系统固定时间分布式一致性控制协议,使得系统状态在固定时间内收敛到数值相同但符号相反的两个值,且收敛时间上界与初始状态无关.随后,利用Lyapunov稳定性理论和代数图论给出了在存在输入时延的情况下多智能体系统实现固定时间二分一致性的充分条件和收敛时间的上界值,证明了控制算法的稳定性.最后,仿真实例验证了所提固定时间二分一致性算法和理论结果的有效性.     

Fixed-Time Output Consensus Tracking for High-Order Multi-Agent Systems With Directed Network Topology and Packet Dropout

This paper studies the problem of fixed-time output consensus tracking for high-order multi-agent systems (MASs) with directed network topology with consideration of data packet dropout. First, a predictive compensation based distributed observer is presented to compensate for packet dropout and estimate the leader’s states. Next, stability analysis is conducted to prove fixed time convergence of the developed distributed observer. Then, adaptive fixed-time dynamic surface control is designed to counteract mismatched disturbances introduced by observation error, and stabilize the tracking error system within a fixed time, which overcomes explosion of complexity problem and singularity problem. Finally, simulation results are provided to verify the effectiveness and superiority of the consensus tracking strategy proposed. The contribution of this paper is to provide a fixed-time distributed observer design method for high-order MAS under directed graph subject to packet dropout, and a novel fixed-time control strategy which can handle mismatched disturbances and overcome explosion of complexity and singularity problem.      

基于固定时间扰动观测器的水面无人艇精确编队控制

在水面无人艇(USV)编队控制中,控制效果易受系统初始状态和内外部扰动的影响.为此,研究一类具有复杂干扰下的USV编队控制问题,结合固定时间扰动观测器提出一种领航-跟随编队控制方法.首先,提出一种基于固定时间滑模的跟踪控制(FTSM-TC)策略,在固定时间内保证领航艇快速跟踪期望轨迹;然后,为处理内外部未知干扰设计固定时间扰动观测器(FTDO),从而保证在固定时间内对编队系统中的未建模动态和外部复杂干扰进行精确辨识.所提出的基于FTDO的编队控制(FTDO-FC)策略,使编队控制系统在固定时间内收敛并保持稳定的期望队形,仿真结果表明,所设计控制方法能够有效解决存在复杂未知扰动情况下的USV编队控制问题,且收敛时间与系统初始状态无关.     

符号图下含扰动的多智能体系统预定时间二分一致性

研究符号图下具有扰动的多智能体系统二分一致性控制问题.考虑了线性系统、非线性不确定系统以及切换拓扑的情况,分别提出相应的预定时间控制器,各控制器可使系统在预定时间内实现二分一致性.通过Lyapunov稳定性理论、代数图论和矩阵分析等验证算法的准确性;仿真对比实验验证了所提算法的可行性和有效性;相较于有限时间控制算法,所提算法的收敛时间不依赖于初始状态,可以通过选择单一时间参数设定系统收敛时间上界;相较于固定时间控制算法,所提算法预设收敛时间与控制算法参数无关,设定简单,具有更低的保守性.     

Buck型变换器非奇异固定时间滑模控制

针对存在参数不确定性的Buck变换器系统,提出一种非奇异固定时间滑模控制方法。首先,设计非奇异固定时间滑模面,并基于该滑模面设计固定时间控制器,保证系统输出电压误差在固定时间内收敛到平衡点的邻域内,且其收敛时间上界与系统初始状态无关。其次,设计自适应律估计系统不确定干扰上界,有效抑制不确定干扰对系统的影响,该方法无需干扰上界的先验知识。最后,仿真结果验证了所提方法的有效性。