挠性航天器姿态机动和振动抑制的自适应控制

针对挠性航天器姿态机动控制中存在的参数不确定性、外部干扰、挠性附件振动及挠性模态不易直接测量的问题,提出一种具有干扰抑制的自适应输出反馈机动控制器设计方法.设计中无需忽略挠性附件和中心刚体的耦合,利用挠性附件固有物理特性构造一种结构简单的开环模态观测器,然后用以此获得的模态估计信息及可测量的姿态四元数和角速度信息,基于...     

考虑输入饱和的挠性航天器姿态容错控制与振动抑制

针对挠性航天器姿态机动过程中存在模型参数不确定性、外部干扰、执行机构故障、输入饱和及挠性附件振动且挠性模态不易直接测量的问题,从被动容错控制角度出发,提出了一种抗饱和容错控制与振动抑制策略。首先,构造挠性模态观测器对挠性模态变量及其变化率进行观测。然后,将系统不确定、外部扰动、执行器故障和控制器输出超出执行机构饱和部分作为复合干扰,采用二阶非线性干扰观测器对其进行估计并进行有效的补偿。该方案能够实现执行机构饱和约束和失效故障条件下的姿态容错控制,并能抑制挠性结构的振动。利用李雅普诺夫方法严格证明了闭环系统的稳定性,最后通过数值仿真验证了该控制方法的有效性。     

挠性航天器LMI抗饱和控制及模态振动抑制

针对挠性航天器中输入受限和模态振动问题,分别设计了抗饱和补偿器以及输入成型器。设计基于线性矩阵不等式(line matrix inequality,LMI)抗饱和补偿器,保证了挠性航天器受限控制系统的稳定。同时,为了降低挠性结构和受限问题带来的模态振动,设计了输入成型器,并将成型器改进优化增强模态抑制效果。与传统的抗饱和控制相比,补偿器不增加系统状态阶数,控制器不需要模型的状态信息。并且通过增加输入成型器,增强模态振动抑制效果,优化了系统输出曲线。理论分析和仿真结果验证了所提方法的正确性和有效性。     

控制受限的挠性航天器姿态机动控制和振动抑制

针对挠性航天器姿态机动过程中存在模型参数不确定性、外界干扰、执行机构饱和受限及挠性附件振动及挠性模态不易直接测量的问题,提出了一种鲁棒自适应控制方法。首先构造挠性模态观测器对挠性模态变量及其变化率进行观测,然后,设计自适应控制律来处理系统中的不确定参数和外界干扰上界。最后,通过引入附加的输入误差系统来补偿执行器的饱和非线性,从而保证所设计的控制力矩不超过执行器的幅值上限。基于李雅普诺夫方法证明了所设计的控制器保证了姿态机动过程的稳定性和挠性模态振动的衰减,最后通过数值仿真验证表明所设计的控制器能够严格满足执行机构的饱和约束,在完成姿态机动控制的同时,有效抑制了挠性附件的振动。     

考虑模型参数不确定性的航天器姿态机动控制

针对具有参数不确定航天器大角度姿态机动的非线性控制问题,提出一种分散保性能控制律。研究刚性航天器大角度机动中航天器姿态控制问题时,忽略挠性模态对其的影响。在对具有参数不确定航天器进行建模的前提下,对模型的性质进行了描述。利用反馈线性化方法将航天器姿态动力学模型变换成三个部分进行分散控制器的综合,设计保性能控制律对航天器模型中参数不确定性进行抑制。由于引入保性能控制律,在补偿参数不确定性的同时还能够满足系统性能指标的要求。仿真实验结果表明,所设计的控制律能保证航天器在不确定性的影响下,精确完成大角度姿态机动,验证了方法的有效性。     

风电机组耦合振动特性分析EI北大核心CSCD

在兆瓦级风电机组中,桨叶、塔筒及传动轴作为具有一定柔性的部件容易发生形变,产生振动并形成耦合。传统分析中一般只考虑传动轴的扭振特性,难以研究低频耦合振动对系统的影响。利用FAST与Matlab/Simulink联合仿真方法,建立了包含气动力学、多体动力学及电气控制的数学模型。通过不同风况及不同幅值电压跌落的激励,分析叶尖加速度、塔筒顶部加速度及扭矩等变量,研究机组中主要部件的耦合振动。结果表明叶尖挥舞及摆振方向,塔筒顶部前后及侧向,传动轴扭振之间存在耦合振动,但各方向耦合程度不同,桨叶摆振方向、塔筒侧向与扭振的耦合对机组威胁最大。此外,湍流风下发生电压跌落也会对机组带来较大威胁。     

永磁同步电机准谐振自抗扰电流谐波抑制EI北大核心CSCD

为了抑制永磁同步电机电流谐波并提高系统鲁棒性,提出一种新型准谐振自抗扰控制(quasi-resonant active disturbance rejection control,QRADRC)方法。该方法改进传统扩张状态观测器(extended state observer,ESO)结构,在其扰动估计回路中增加并联准谐振环节,由此构建的新型准谐振扩张状态观测器(quasi-resonant extended state observer,QRESO)作用于线性自抗扰电流环。新型QRESO中的基本ESO用以估计直流扰动,引入的准谐振环节用以估计交流扰动,从而使新型QRADRC既可有效抑制电机参数摄动带来的直流扰动,又能够极大提高电流谐波交流扰动的抑制能力。该文对该型QRADRC的谐波抑制能力和抗干扰能力进行理论分析、仿真和实验验证。结果表明,与传统的比例积分(proportional integration,PI)、比例积分谐振(proportional integration resonance,PIR)、自抗扰控制(active disturbance rejection control,ADRC)3种方法相比,新型QRADRC方法显著降低了相电流5、7次谐波和转矩电流6次谐波,并且具有面向时变电机参数更强的鲁棒性。     

主从控制微电网孤岛切换暂态振荡分析与抑制EI北大核心CSCD

针对微电网孤岛切换暂态稳定性问题,提出暂态振荡因素分析方法及其抑制策略。通过分解孤岛切换暂态过程,分析诱发主逆变器不稳定性的因素,构建了由系统级控制层与逆变器控制层组成的双层控制系统。最后,根据主动与被动孤岛切换的特点,分别提出了相应的孤岛切换策略,提升切换过程中暂态稳定性及其恢复速度,实现抑制孤岛切换暂态振荡的目的。仿真结果表明,即使微电网中主逆变器容量比例较低,所提控制策略仍可较好地实现孤岛平滑切换,提高了微电网供电的稳定性与可靠性。     

一种基于三端口变换器的航天器分布式供电系统EI北大核心CSCD

提出一种以三端口变换器(three-port converter,TPC)为基本单元构成的航天器分布式供电系统架构及其功率控制方法。该系统包含多个独立的分布式输入源,分别连接各TPC模块的输入端;而集中式输出母线和储能母线则分别由各TPC模块的储能端和输出端并联连接得到。由于多个输入源之间功率存在差异且单个TPC含有3条功率路径,系统中各条传输路径上的功率难以确定。为了实现每条功率路径可控,提出"在储能装置处于放电状态时平均分配放电电流、在储能装置处于充电状态时按输入功率分配输出端功率"的新型功率控制方法,以保证系统所有工况下均能稳定运行并能够自然切换。实验结果表明了所提出分布式供电系统及其功率控制方法的可行性。     

基于滑模控制的记忆电机调磁转速波动抑制EI北大核心CSCD

可变磁通记忆电机可以通过施加直轴脉冲电流来改变低矫顽力永磁体的磁化状态,实现气隙磁场的调节,但是调磁操作将会引起明显的转速波动,从而降低驱动系统稳定性。该文提出一种基于转矩观测器的记忆电机新型滑模速度控制器,以降低调磁期间的转速波动。首先,提出一种基于改进趋近律的滑模速度控制器,该趋近律基于反双曲正弦函数和幂指数函数,可有效抑制滑模抖动并加快状态变量趋近滑模面的速度。其次,提出一种超扭曲滑模转矩观测器来观测负载转矩,并补偿至速度控制器中,以提高驱动系统的动态性能。特别地,提前辨识记忆电机调磁期间模型,并补偿至转矩观测器,从而更准确地观测调磁期间剧烈变化的扰动转矩。此外,采用前馈电流控制器,通过补偿调磁操作电压以提高电流跟踪能力。最后,通过实验验证所提出控制方法的可行性和有效性。     

采用扰动观测器的偏差解耦控制方法EI北大核心CSCD

为解决dq坐标系下传统解耦方法在电感参数变化时动态解耦效果不佳的问题,提出一种基于扰动观测器的偏差解耦控制方法。该方法将电感参数变化和电流耦合引起的电压误差视为系统扰动,利用扰动观测器对其进行观测,并将观测值作为补偿信号反馈到输入端以抵消扰动对系统的影响。借助扰动观测器的频率特性调整被控对象的幅、相频响应,即便电感参数变化也能使被控对象标称化。该方法不仅能实现dq轴间的电流解耦,还对干扰起抑制作用,在保证系统对电感参数摄动有较强鲁棒性的同时,提高系统的动态性能。通过对传统解耦方法与新方法的仿真分析和实验比较,验证了所提方法的可行性和有效性。     

基于场-路-运动耦合模型的超导电动悬浮系统垂向振动抑制方法研究EI北大核心CSCD

超导电动悬浮具有大悬浮间隙、节能、环保等优点,是未来高速磁悬浮列车系统的技术路线之一。然而,在实际运行中,超导电动悬浮系统会受线路不平顺、气动扰动等因素影响而产生振动,振动会降低乘坐舒适性甚至导致列车悬浮失稳撞轨。因此,非常有必要研究抑制超导电动悬浮系统振动的方法。以铰链零磁通线圈超导电动悬浮系统为研究对象,开发超导电动悬浮系统“场–路–运动”耦合的阻尼性能分析模型,比较被动阻尼与主动阻尼的垂向振动抑制效果,揭示被动阻尼与主动阻尼的作用机理。研究结果表明,基于加速度比例控制的主动阻尼具有更优的振动抑制效果。     

±800kV换流变压器空载运行振动特性EI北大核心CSCD

为研究换流变压器空载运行下振动特性,该文结合某±800kV直流工程调试,监测采集换流器充电、空载加压等不同空载工况下的换流变压器振动数据,研究不同工况下换流变压器振动特性与影响机理,提出换流变压器振动测点选取以及监测评估策略,建立空载下振动特征量的波动范围。结果表明:换流器充电等暂态时刻,换流变压器振幅增大,之后呈指数规律降低,振动主频以50Hz奇倍频为主,且YD换流变压器50Hz奇倍主频分量比YY换流变压器衰减更慢。带换流器空载运行后,换流变压器振动特性与其单独空载运行时明显不同,但无法表征换流器站内空载加压过程;而在换流器带线路空载加压到800kV阶段,约5%~7%的振动功率从400~1000Hz变化到1000~4000Hz频段。研究成果可为评估换流变压器振动状态提供参考。     

基于谐振调节器的永磁同步电机电流谐波抑制方法EI北大核心CSCD

当永磁同步电机在转子磁场定向控制方法下运行时,由于电机齿槽以及逆变器死区效应等非理想因素的影响,d、q轴电流中会包含谐波。为了抑制电流谐波,该文采用在电流控制环上并联谐振调节器的方法对特定的谐波进行抑制。谐振调节器在给定的谐振频率下有无穷大的增益,因此可以对该频率的谐波进行完全抑制,但是当输入为阶跃信号时,电流响应会出现超调。为了消除超调,同时提高电流的动态响应速度,采用一种前馈控制方法,同时考虑数字控制延时的影响,达到了电流响应没有超调,快速跟踪的效果。为验证该文提出的方法,进行了仿真分析,并在1.25 kW永磁同步电机实验平台进行了实验,验证了该文方法对电流谐波抑制及动态响应速度的提升作用。     

基于改进滑模观测器的无位置传感器AFFSPM电机模型预测磁链控制EI北大核心CSCD

为了提高轴向磁场磁通切换永磁(axial field fluxswitching permanent magnet,AFFSPM)电机无位置传感器位置检测精度,同时抑制该电机的转矩和磁链脉动,该文提出一种基于改进滑模观测器(sliding mode observer,SMO)的无位置传感器AFFSPM电机模型预测磁链控制方法。首先,基于传统滑模观测器,设计边界层可随滑模面误差自调节的反正弦饱和函数,削弱系统抖振,改善系统稳态性能;接着,将扩展卡尔曼滤波器及幅值补偿环节代替单一低通滤波器,并通过内嵌二阶广义积分器的软件锁相环估算转子位置角和速度,消除位置角补偿,提高位置观测精确度;最后,将估算的转子位置角和速度反馈到模型预测磁链控制模块,完成无位置传感器控制。该文通过理论推导、仿真与实验研究验证所提出的控制策略可有效提高AFFSPM电机无传感器控制的稳态和动态性能。     

链式STATCOM导致变压器偏磁的机理及抑制EI北大核心CSCD

针对链式静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)导致变压器直流偏磁的问题,研究了其机理和抑制策略。提出STATCOM调制指令中的动态偏置是导致STATCOM输出电流含直流分量主要因素,级联逆变单元硬件电路引入的静态偏置为次要因素。两种因素导致STATCOM输出含直流分量的电流,进而导致变压器直流偏磁。为此,提出STATCOM调制指令动态偏置自动校正为主、逆变单元静态偏置手动校正为辅的偏磁抑制策略,并通过STATCOM控制器硬件在环的RTDS(real time digital simulator)仿真试验,验证了抑制策略的有效性,且普遍应用于多个不同工程现场的STATCOM。现场试验和长期运行数据表明,变压器的偏磁得到有效抑制的同时,STATCOM自身的可靠性也得到了大幅提升。     

非理想电网电压下基于谐波功率注入方法的三相并网型变换器的控制EI北大核心CSCD

在诸如不对称、含有谐波等非理想状况的电网电压下,常规的三相并网型变换器的控制策略将很难取得满意的效果。针对这一问题,基于"电流正弦化且平均单位功率因数为零"及非理想电网电压下的功率流的唯一对应关系,推导出了针对3种控制目标的功率流方程。通过谐波功率注入的方法,可实现3种控制目标的变换器控制。为了提高系统的抵抗模型和参数不确定扰动,设计了线性自抗扰控制器。实验表明所提方法具有结构简单、低谐波等优点。     

基于多分类相关向量机的水电机组振动故障诊断EI北大核心CSCD

水电机组振动故障成因与故障征兆之间呈复杂的非线性关系,传统方法难以描述。当前研究常采用模式识别方法,如支持向量机、神经网络等实现振动故障诊断。该文在现有研究基础上,引进相关向量机(relevance vector machine,RVM)对诊断过程进行改进。相比传统方法,该文所提方法在学习过程中参数设置简单,在输出结果时给出了分类的可靠性,适合实际工程应用。同时,该方法在决策过程中,能够根据训练数据分布情况,自动选取决策结构,进一步提高诊断的速度与准确性。将该文所提诊断方法用于水电机组振动故障诊断实例,取得良好效果,验证了算法的有效性。     

基于非线性磁路饱和模型的永磁同步电机增益调度电流控制EI北大核心CSCD

随着永磁同步电机(permanent magnet synchronous machine,PMSM)过载能力、功率密度和转矩密度的提高,磁路饱和程度加深且变化剧烈,其非线性限制电流环的动态性能并且降低控制器的鲁棒性。该文提出一种PMSM增益调度电流控制策略,基于以微分电感为参数的非线性磁路饱和模型,设计小信号模型的线性内模控制器,根据电流调度变量插值成非线性控制,非线性耦合的消除保持非线性控制小信号化与线性内模控制的一致性,获得不同形式非线性积分的增益调度电流控制器。采用内模控制维持小信号系统相同的闭环特性,使得该非线性控制也具有相同的线性闭环特性,达到反馈线性化的效果,提高大范围工况的性能。通过仿真和实验验证控制器的有效性。