中间再热式汽轮发电机组的多指标非线性综合控制器的研究

采用多指标非线性控制设计方法,对中间再热式汽轮发电机的高、中压缸以及励磁控制系统进行综合考虑,并计及中间再热器的动态过程,设计了一种大型汽轮发电机的多指标非线性综合控制器.仿真结果表明,该控制器能很好地兼顾受控系统多个状态量的响应特性,协调系统的动、静态特性,并使发电机具有满意的输出特性.     

基于Sum of Squares分解技术的电力系统鲁棒综合控制方法

针对具有不确定干扰的汽轮发电机励磁与汽阀综合控制系统,建立鲁棒综合控制模型。运用基于 Sum of Squares(SOS） 分解技术的鲁棒控制方法(SOSRCA),设计电力系统鲁棒综合控制方法。该方法充分考虑了综合系统中存在的不确定参数及干扰,使发电机组具有较好的鲁棒性能。控制方法的求解过程是算法化、程序化的,避免了繁琐的递归设计和参数估计过程。最后,在三机电力系统仿真中,对基于SOSRCA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。     

汽轮发电机组轴系扭振的鲁棒非线性控制

提出将同步发电机及其励磁系统看做扭振励磁控制的执行元件,采用直接反馈线性化方法补偿其非线性因素,避免小偏差线性化模型的参数摄动问题,从而提高扭振励磁控制系统的鲁棒性.综合H∞扭振模态观测器、独立模态空间鲁棒控制器和非线性反馈补偿律,提出一种轴系扭振的鲁棒非线性控制策略,在大范围工况下具有一致的全局性能,并且3个组成部分可以分别独立设计;另外,可以方便地与常规非线性励磁控制律综合在一起,而不影响后者阻尼低频振荡的性能.以一台300 MW汽轮发电机组第1阶扭振模态的阻尼控制为例,通过仿真验证鲁棒非线性控制器的性能优于常规线性控制器.     

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。     

永磁同步发电系统非线性内模控制

为了进一步增强永磁同步发电系统发电运行的稳定性,要求控制策略对发电机参数变化及各种不确定干扰具有较强的鲁棒抑制能力。结合非线性反馈线性化技术和内模控制技术,提出一种新型永磁同步发电机(permanent magnetsynchronous generator,PMSG)控制策略。该控制策略以PMSG定子静止坐标系中数学模型为内模,采用一阶低通滤波器将实际电机与内模二输出之差动态系统扩张成一个新型非线性误差系统。基于该扩张系统,根据输入–输出反馈线性化理论推导出定子电压矢量给定。实验结果表明,采用所提控制策略的发电系统具有理想的电磁转矩和定子磁链幅值跟踪性能;对发电机参数变化及负载扰动具有强的鲁棒抑制能力;直流输出电压控制迅速而平稳,系统运行噪音小。     

基于结构保留模型的静止无功补偿器鲁棒非线性控制

采用Hamilton函数方法研究了静止无功补偿器(SVC)的鲁棒非线性控制问题。首先基于系统网络结构特点,建立了包含SVC、恒功率负荷和有界外部扰动的电力系统的结构保留不确定非线性控制数学模型,然后通过坐标变换和预置状态反馈控制完成了系统的耗散Hamilton实现。最后,基于该耗散实现设计了鲁棒控制器,并分析了闭环系统的渐近稳定性。由于充分利用了系统的内在耗散结构特性,所设计的鲁棒控制器物理意义明确,易于实现。与常规PID控制器的仿真比较表明,该鲁棒控制器作用下系统的超调量小、响应速度快,能有效抑制外部干扰对系统暂态稳定性的影响,有效提高了系统的动态性能。     

基哈密理论的发电机汽门鲁棒非线性控制器设计

提出了利用Hamiltonian能量函数理论设计非线性鲁棒控制器的方法,设计了发电机汽门的非线性鲁棒控制器,并且给出了估计干扰抑制增益的一个充分条件,所得控制器结构简单,易于工程实现。由于在控制器设计中未用到任何线性化方法,因而所得控制器充分利用了系统的非线性特性。仿真结果证实了理论分析的正确性与控制规律的有效性。     

非仿射纯反馈不确定系统预设性能鲁棒自适应控制

针对一类结构和参数及控制方向均未知的非仿射纯反馈非线性不确定系统,提出了一种保预设性能鲁棒自适应控制方案。首先引入性能函数和误差转换函数,通过误差转换将原始的输出误差存在性能约束的受限系统转换为等价的非受限系统;其次,基于中值定理将非仿射型系统转化为具有线性结构形式的时变系统,并同时利用自适应投影算法对有界时变参数进行辨识,参数辨识误差和外界干扰采用非线性阻技术项进行补偿;随后综合运用反演技术和Nussbaum函数设计控制器并进行稳定性分析。所设计的控制器不仅能够保证闭环系统所有信号有界且输出误差满足预设的瞬态及稳态性能要求;最后,仿真结果验证了所设计控制方案的可行性与有效性。     

非线性系统模糊间接自适应控制的后推设计

采用模糊神经网络作为非线性逼近器，针对一类一阶非线性多入多出系统，提出了一种具有扰动抑制的鲁棒自适应控制方法，给出了高阶多入多出系统具有扰动抑制的自适应后推(backstepping)设计方法。在鲁棒项合理简化的情况下，给出了系统Lyapunov意义下的稳定性证明，简略分析了各设计参数的物理意义及其对系统性能的影响。理论分析和仿真实验均显示，本方法可以保证系统的全局渐近稳定性，且若选取恰当的设计参数可保证系统对输入信号的跟踪达到任意精度；由于鲁棒项的引入可使系统的设计更具灵活性。     

具有多性能指标的水轮机调速器非线性设计

根据水电站水力系统具体水工结构的不同,针对水库-引水涵洞-调压室-压力引水管-水轮发电机组水力发电系统,首次建立了用于水轮机调速系统研究的5阶非线性控制模型,利用多性能指标非线性控制设计方法对水轮机调速系统进行设计,通过调整输出函数系数矩阵的值来实现系统的零极点配置。仿真结果表明:多性能指标非线性控制(MINC)设计方法比完全精确线性化(EFL)设计方法具有更好的系统调节性能,在保证系统稳定性的同时能快速调整水轮机速度偏差为零,并且系统具有良好的抗负荷干扰性能,通过输出函数系数矩阵的调整实现协调系统动、静态性能,从而实现水轮机调速系统的高性能调节。     

具有不确定性参数的轧机主传动系统自抗扰控制器设计

轧机主传动系统通常由直流电机驱动,其性能好坏直接影响板带材的产量和质量.针对轧机主传动系统存在不确定性负荷扰动和未建模动态的特点,首先建立了轧机主传动系统的模型,将不确定性负荷扰动和未建模动态视为一个综合扰动项,然后利用扩张状态观测器对综合扰动项进行观测和补偿,基于自抗扰控制技术设计了一个不依赖于对象模型的轧机速度鲁棒控制器.仿真结果表明:该控制器不仅有效地抑制了不确定负荷扰动的影响,同时对系统内部参数如电机转动惯量、电枢电阻等的摄动也具有较强的鲁棒性.     

Accommodation of unknown actuator faults using output feedback‐based adaptive robust control

In this paper, we solve the problem of output tracking for linear uncertain systems in the presence of unknown actuator failures using discontinuous projection‐based output feedback adaptive robust control (ARC). The faulty actuators are characterized as unknown inputs stuck at unknown values experiencing bounded disturbance and actuators losing effectiveness at unknown instants of time. Many existing techniques to solve this problem use model reference adaptive control (MRAC), which may not be well suited for handling various disturbances and modeling errors inherent to any realistic system model. Robust control‐based fault‐tolerant schemes have guaranteed transient performance and are capable of dealing with modeling errors to certain degrees. But, the steady‐state tracking accuracy of robust controllers, e.g. sliding mode controller, is limited. In comparison, the backstepping‐based output feedback adaptive robust fault‐tolerant control (ARFTC) strategy presented here can effectively deal with such uncertainties and overcome the drawbacks of individual adaptive and robust controls. Comparative simulation studies are performed on a linearized Boeing 747 model, which shows the effectiveness of the proposed scheme. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

不确定微分代数系统的多指标非线性鲁棒自适应控制方法

针对含不确定因素的多输入多输出微分代数系统,提出一种多指标非线性鲁棒自适应控制方法(multi-index nonlinear robust adaptive control,MINRAC),并将其应用于汽门开度与发电机励磁的协调控制上。数字仿真表明：在系统参数不确定和存在外部扰动的情况下,该方法能够使得系统的多个指标都运行在期望的工作点上而不发生静态偏移。对于不同类型的扰动,如有功功率阶跃,三相短路,该控制方法都能很好地镇定系统,并且能够消除机端电压偏差。与多指标非线性控制(multi-index nonlinear control,MINC)和多指标非线性鲁棒控制(multi-index nonlinear robust control,MINRC)相比,该文提出的方法能更好地兼顾系统的动静态性能。     

永磁直线同步电动机速度环自抗扰控制器的设计

针对永磁直线同步电动机具有强耦合性,存在未建模动态和不确定外部扰动的特点,首先运用矢量控制方法对模型进行解耦化简,将未建模动态和不确定外扰视为一个综合扰动项,然后利用自抗扰控制技术对综合扰动项进行观测和补偿,设计出了一种不依赖于对象模型的速度环鲁棒控制器.仿真结果证明,该控制器不仅具有良好的抗外扰能力,同时对系统的内部参数如动子质量、主磁极磁链等的摄动也具有较强的鲁棒性.     

Adaptive robust output‐feedback motion control of hydraulic actuators

Most previous advanced motion control of hydraulic actuators used full‐state feedback control techniques. However, in many cases, only position feedback is available, and thus, there are imperious demands for output‐feedback control for hydraulic systems. This paper firstly transforms a hydraulic model into an output feedback–dependent form. Thus, the K‐filter can be employed, which provides exponentially convergent estimates of the unmeasured states. Furthermore, this observer has an extended filter structure so that online parameter adaptation can be utilized. In addition, it is a well‐known fact that any realistic model of a hydraulic system suffers from significant extent of uncertain nonlinearities and parametric uncertainties. This paper constructs an adaptive robust controller with backstepping techniques, which is able to take into account not only the effect of parameter variations coming from various hydraulic parameters but also the effect of hard‐to‐model nonlinearities such as uncompensated friction forces, modeling errors, and external disturbances. Moreover, estimation errors that come from initial state estimates and uncompensated disturbances are dealt with via certain robust feedback at each step of the adaptive robust backstepping design. After that, a detailed stability analysis for the output‐feedback closed‐loop system is scrupulously checked, which shows that all states are bounded and that the controller achieves a guaranteed transient performance and final tracking accuracy in general and asymptotic output tracking in the presence of parametric uncertainties only. Extensive experimental results are obtained for a hydraulic actuator system and verify the high‐performance nature of the proposed output‐feedback control strategy.     

带有扰动观测器的双模分段风电偏航控制

针对风电偏航控制系统中存在扰动和不确定性因素的问题,设计了扰动观测器对其进行补偿,抑制了扰动和不确定因素给系统带来的不利影响。为使系统获得较好的跟踪效果,采用双模分段控制,即跟踪控制器在大偏差情况下采用比例控制,在小偏差情况下采用模糊比例微分控制,使系统具有较好的跟踪响应速度及动态性能指标。仿真结果表明,采用扰动观测器和模糊分段控制相结合的设计方案,在存在扰动的情况下,偏航系统依然具有较好的跟踪特性。     

Composite adaptive disturbance observer‐based control for a class of nonlinear systems with multisource disturbance

Antidisturbance control and estimation problem are introduced for a class of nonlinear system subject to multisource disturbances. The uncertain multisource disturbances consist of not only a single harmonic or constant disturbance but also another unexpected nonlinear signal described as a nonlinear function. The composite adaptive disturbance observers are constructed separately from the controller design to estimate the disturbance with partial known information. By integrating disturbance observer‐based controller with robust adaptive control, a novel type of composite adaptive disturbance observer‐based control scheme is presented for a class of nonlinear system with multisource disturbances. Simulations for a flight control system are given to demonstrate the effectiveness of the results compared with the previous schemes. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.