油藏注水开发低阶模型及最优控制仿真研究

油藏注水开发最优控制问题计算规模大、控制变量与计算网格多,且控制变量与目标函数之间的关系为一组非线性偏微分方程控制,若直接进行数值求解,对于目前的计算机计算速度和存储空间是个巨大负担.本文采用最佳正交分解(proper orthogonal decomposition,POD)方法提出了基于低阶模型的油藏注水开发最优控制问题,这样,控制变量与目标函数之间的复杂关系被转变为解析函数,仅以少量的POD系数作为优化变量且只需采用非线性规划方法即可求解,大幅度地降低了原问题的求解复杂度与计算量.以二维五点井网的一个井组为应用实例进行仿真研究,结果表明:基于低阶模型的最优控制问题所求解的最大生产净现值与经典的伴随梯度法相比仅有不超过2.5%的误差,且计算速度优势极为明显,当网格数为40×40时,计算速度可提高30倍以上,网格数越多,计算速度优势越明显,当网格数为70×70时,可提速60倍以上.     

可逆冷带轧机速度张力系统的模糊自适应动态面反步控制

研究了基于动态面反步控制和模糊自适应逼近的可逆冷带轧机速度张力系统直接反馈线性化(direct feedback linearization,DFL)动态解耦控制问题.首先,通过构造非线性干扰观测器(nonlinear disturbance observer,NDO)削弱了模型中非匹配不确定项对系统性能的影响,进而应用DFL理论实现了速度张力非线性耦合系统的动态解耦和线性化;其次,将反步控制与动态面控制相结合完成了解耦后速度张力各线性子系统控制器的设计,且有效避免了反步控制中的"微分爆炸"现象;再次,采用模糊自适应方法对所设计控制器中的匹配不确定项进行了逼近估计,有效地提高了速度张力系统的跟踪控制精度;稳定性分析结果表明,可逆冷带轧机速度张力系统是一致最终有界的.最后,基于工业现场的实际数据进行仿真对比研究,仿真结果验证了本文所提方法的有效性.     

含高阶干扰的非仿射非线性系统自适应跟踪控制

本文考虑了一类带有高阶干扰和未知参数的非仿射非线性系统的自适应跟踪控制问题.为了提高系统的抗干扰性能,首先设计了扩张状态滤波器估计系统受到的高阶干扰,并把干扰估计值引入到控制器中.其次,在每一步递推设计中,为了避免backstepping方法固有的"微分爆炸"问题,引入滑模微分器估计虚拟控制律的微分,进而提出了一种新的自适应控制策略.借助Lyapunov函数理论方法分析了闭环系统的稳定性,即在所提控制策略作用下,可保证闭环系统所有信号是一致最终有界的.最后,利用MATLAB仿真验证了方法的有效性.     

航天器姿态输出反馈抗干扰跟踪控制

针对采用四元数描述的航天器姿态运动模型研究输出反馈抗干扰跟踪控制问题.首先在姿态运动模型的基础上,结合四元数的性质设计扩张状态观测器(extended state observer,ESO)来估计角速度和干扰力矩,从理论上保证了ESO中的四元数状态满足范数约束,并证明了观测误差的收敛性;进一步利用互连和阻尼分配无源控制(interconnection and damping assignment passivity-based control,IDA--PBC)理论设计控制律,通过姿态和角速度误差状态变换以及引入误差积分项,使得期望的姿态和角速度误差,以及积分项误差运动方程中均出现阻尼项,提高了系统的抗干扰性能,最后利用Laypunov函数证明了闭环系统一致最终有界稳定.仿真结果验证了所设计ESO和IDA--PBC控制律的有效性.     

弱滑模观测器在无刷直流电机中的仿真研究

深入讨论了基于幂次趋近率方法的滑模观测器,并对一系列切换函数进行对比研究,总结出弱滑模观测器的规律.通过软硬件方式间接获得可靠的转子位置信号是无位置传感器无刷直流电机矢量控制的基础.在状态观测器设计法中,基于幂次趋近率方法的滑模观测器对电机启动时的反电动势信号具有跟踪速度快、观测精度高等特点,且算法结构简单,便于实现.仿真结果表明该方法在电机启动时反电动势信号微弱的情况下可以准确地估算反电动势信号,快速跟踪实际信号,并证明了该方法的正确性与有效性.     

模糊滑模控制和负载转矩补偿的异步电动机直接转矩控制

针对异步电动机(IM)转矩脉动以及抗干扰能力差的问题,设计了基于模糊滑模控制(FSMC)与负载转矩补偿的新型直接转矩控制(DTC),取代传统PID速度调节器的是一种滑模控制器.为解决滑模控制器中负载转矩脉动的问题,用模糊逻辑控制器取代了传统滑模控制律中的不连续部分,可以明显降低异步电动机在低速运转时的转矩脉动.提出了一种负载转矩观测器来估计未知的负载转矩.负载转矩观测器用来估计负载转矩扰动,估计作为速度环的前馈补偿.仿真结果表明:在低速负载转矩扰动时,该设计具有更好的动态响应和速度性能、更高鲁棒性和更强的抗干扰能力.     

优化反馈补偿闭环定子磁链观测器

针对纯积分定子磁链观测器存在的直流偏置与积分漂移问题,对反馈闭环磁链观测器进行了优化,设计了一种改进的反馈补偿闭环磁链观测器。该观测器先利用磁链与反电动势两矢量的正交关系,控制二者的夹角余弦值为零,再通过简单的乘法运算,实现对磁链的动态补偿,从而得到正确的积分结果。理论分析显示,积分结果中的直流分量能够得到完全消除,同时仿真结果证明了,改进观测器的良好性能以及理论分析的正确性。     

带负载扰动前馈补偿的PMSM模型预测控制

本文提出了一种带负载扰动前馈补偿的永磁同步电机模型预测控制方法。根据永磁同步电机的基本方程和预测控制原理构建转速预测模型,采用一种改进的Luenberger观测器来估计负载转矩扰动,通过在转速预测控制器中引入负载扰动前馈补偿,来提高驱动系统的动态响应速度和抗负载扰动能力。实验结果表明,与传统的永磁同步电机模型预测转速控制相比,本文提出的控制方法在负载突变的情况下,转速波动更小,鲁棒性更强。     

基于扩张状态观测器的四旋翼无人机飞行控制系统研究

针对四旋翼飞行器的不确定和非线性控制问题,分析了非线性、强耦合和欠驱动等系统特性,同时基于非线性动态逆方法,进行四旋翼飞行器控制系统姿态和航迹控制研究。通过扩张状态观测器实现了对无人机的强干扰及参数摄动的精度补偿。仿真实验验证了它的有效性。     

Fault reconstruction for Takagi–Sugeno fuzzy systems via learning observers

This paper addresses the problem of observer-based fault reconstruction for Takagi–Sugeno fuzzy systems. Two types of fuzzy learning observers are constructed to achieve simultaneous reconstruction of system states and actuator faults. Stability and convergence of the proposed observers are proved using Lyapunov stability theory, and necessary conditions for the existence of the observers are further discussed. The design of fuzzy learning observers can be formulated in terms of a series of linear matrix inequalities that can be conveniently solved using convex optimisation technique. A single-link flexible manipulator is employed to verify the effectiveness of the proposed fault-reconstructing approaches.