基于IFO-K△X的非线性状态反馈控制系统的几个设计概念

摘要：采用Hammerstein模型描述非线性系统时，可以应用增量式函数观测器IFO-K△x设计状态反馈控制系统，数学分析已证明，在不同的前提条件下，Luenberger函数观测器、全维状态观测器和增量式状态观测器均为增量式函数观测器的特例。该文从基于增量式函数观测器的状态反馈控制律作用下的非线性受控系统的闭环系统入手，导出几个重要概念，从而证明基于Hammerstein模型的非线性系统，应用增量式函数观测器设计状态反馈控制系统时，其控制器和观测器可以独立地设计，即分离原理适用于该文所述之非线性控制系统，为IFO-K△x在热控领域的工程应用奠定理论基础。     

基于IFO-KΔx的非线性状态反馈控制系统的几个设计概念

采用Hammerstein模型描述非线性系统时,可以应用增量式函数观测器IFO-K△x设计状态反馈控制系统,数学分析已证明,在不同的前提条件下,Luenberger函数观测器、全维状念观测器和增量式状态观测器均为增量式函数观测器的特例。该文从基于增量式函数观测器的状态反馈控制律作用下的非线性受控系统的闭环系统入手,导出几个重要概念,从而证明基于Hammerstein模型的非线性系统,应用增量式函数观测器设计状态反馈控制系统时,其控制器和观测 器可以独立地设计,即分离原理适用于该文所述之非线性控制系统,为IFO-K△x在热控领域的工程应用奠定理论基础。     

基于增量式函数观测器的过热汽温控制

针对火电厂过热汽温系统具有大惯性、大迟延及参数时变等特性,将基于增量式函数观测器(IFOKΔx)的状态反馈控制与PID控制相结合,使得被控对象的动态特性得到了改善,克服了PID对大滞后对象控制效果不理想的缺点,同时又保留了PID控制鲁棒性强的优点。仿真研究表明:过热汽温控制系统采用该控制策略时,具有较好的控制品质,且在选择同样的观测器参数条件下,增量式函数观测器的鲁棒性要优于全维状态观测器。     

增量式变增益函数观测器在时变系统中的应用

在增量式函数观测器IFO-KDx的基础上，给出增量式变增益函数观测器IFO-K(T(t)) Dx和增量式变增益全维状态观测器IFO-T(t)Dx的数学定义，从而使得增量式观测器的应用领域进一步扩展到非线性慢时变受控系统中。文中分别给出了IFO-K(T(t))Dx和ISO-T(t)Dx成立的充分条件，进而得出对工程实践非常有意义的结论，即在定理所论条件下增量式观测器的设计可以避开求解Sylvester矩阵方程，从而为观测器的工程应用提供了更加完备的理论依据。工程实践证明了这一结论的正确性。     

增量式函数观测器对输入端不确定性有界扰动的稳定鲁棒性分析

观测器的稳定性证明是观测器存在的根本依据，文中在增量式函数观测器IFO-KDx成立的充要条件的基础上，探讨由于受控对象的固有特性(如不确定性、慢时变性等)使得IFO-KDx的充要条件不能给予严格保证时，其渐近稳定关系的变化。通过数学分析，论证IFO-KDx对于输入端存在不确定性有界扰动时的稳定鲁棒性。理论分析和工程实践均证明了，采用IFO-KDx设计状态反馈控制系统，不仅具有适用性和实用性，而且比起普通观测器具有较好的稳定鲁棒性，从而为观测器理论在控制工程中的创新与推广应用提供了一个重要的理论依据。 关键词： ；状态反馈控制；；；；     

基于状态观测器的状态反馈控制在300MW单元机组协调控制系统中的应用

在单元机组机理性数学模型的基础上，设计了一种增量式状态观测器，提出基于状态观测器的状态反馈与常规PID控制相结合的新型控制方法。采用状态反馈控制克服锅炉的时滞与惯性，提高机组负荷适应能力，应用PID控制保证控制系统的稳态指标。该算法还具有在分散控制系统中易于实现的优点。该控制方案在一台300MW单元机组中的实际应用效果表明：采用基于增量式状态观测器的状态反馈控制，可有效克服锅炉的时滞与惯性，同时还由于其减缓了模型失配的程度，因而可克服非线性、参数慢时变等不确定性因素的影响，特别是当机组负荷发生较大变化时，本方案更显示出其优良的控制性能。     

一种不确定非线性系统的滑模变结构观测器的研究

由于工程实际中大部分工业对象均为非线性系统,滑模观测器应用研究的重点已从线性系统转至不确定非线性系统。针对一类非线性满足Lipschitz条件,而不确定部分为有界函数的不确定非线性系统,提出一种滑模变结构观测器设计方案,将基于线性系统提出的Walcott-Zak观测器用于抑制非线性对系统的影响,而滑模变结构使得观测器对系统不确定性具有鲁棒性。对所设计观测器的稳定性进行了证明,并通过仿真验证了所提方法的有效性。     

基于扰动滑模观测器的永磁同步电机矢量控制

分析了一类非线性系统基于扰动的滑模状态观测器设计的基本思想,在此基础上将其应用到永磁同步电机无传感器矢量控制策略下永磁转子速度及位置信息的获取当中.为获取精度较高的状态估计,设计了具有变截止频率特性相位补偿的位置及具有自适应调节率的转速滑模观测器,理论分析表明这类观测器对参数变化具有极强的鲁棒性.仿真结果证明基于空间矢量脉宽调制供电技术的永磁同步电机双闭环无传感器矢量控制系统具有较好的动静态性能.     

带有非线性干扰观测器的永磁同步电机预测函数控制

针对永磁同步电机因外部扰动引起的不确定性和难以保证控制精度问题,提出一种带有非线性干扰观测器的永磁同步电机预测函数控制策略。通过非线性干扰观测器抑制外部扰动,速度外环预测函数控制和电流内环预测函数控制器相互配合,提高系统的控制精度。通过仿真算例证明了双环预测函数控制的有效性,证明控制系统可以有效抑制外部干扰,减小电机抖振,提高系统的鲁棒性,取得更高的控制精度。     

Buck＿Boost变换器恒功率负载优化算法

文中以非线性Buck_Boost直流变换器为研究对象,利用状态反馈线性化,将模型转化成线性标准型。针对系统发生的恒功率负载和阻性负载波动,设计Luenberger观测器对负载总功率进行观测,根据观测的负载总功率计算出系统新的稳定工作点。通过求解线性二次型最优控制问题优化系统性能指标,优选出控制输入量,驱动系统状态快速达到稳态点,对于扰动情况也具有较强的鲁棒性。仿真结果验证了设计方法的有效性。     

多速率采样状态反馈无差拍控制AF的电流控制

本文提出了将多速率采样技术与状态反馈无差拍控制技术结合，用于有源滤波器的电流控制中，克服在单速率采用无差拍控制技术中各采样点之间无法控制和由输出反馈无差拍控制使系统稳定性降低的缺点，提高整个系统稳定性和系统的响应。仿真结果表明，本方法能提高系统性能。     

基于神经元状态的伺服系统自适应广义极点配置控制

提出了一类基于神经元状态估计器的自适应广义极点配置控制，研究了该控制系统的网络结构和权值学习方法。系统仿真实验表明，该控制策略具有结构简单、训练方便，有强壮的鲁棒性和快速性，对于系统不确定、参数时变或含非线性因素等伺服系统是一种有效的控制策略。     

Model-system parameter mismatch in GPC control

This paper considers a linear discrete-time system controlled by a GPC regulator. However the parameters and dynamic order of the system assumed for the regulator design differ from the true parameters. Hence there is a model-system parameter mismatch. For this case it is shown how to determine the stability of the system and then how to calculate the mean values and variances of input and output signals. The formulae presented give some insight to the robustness of the stochastic GPC controller.     

本生直流炉机炉协调控制系统的设计新方法及其工程应用

直流炉的控制技术是热控领域一个重要的研究课题,与汽包炉有较大的差别,该文从直流炉非线性数学模型的结构入手,导出其线性增量型数学模型,进而采用状态空间法加以描述,建立了相应的增量式状态观测器,分别设计了新型的适用于直流炉的机炉协调控制系统、锅炉给水控制系统和过热器蒸汽温度控制系统.通过在实践中对上述控制系统的整定与优化,取得了优良的控制效果：机组在大负荷范围（80MW）和高负荷变化速率（9MW/min）的工况下减负荷时,过热器出口汽温、机前压力和有功功率等参数的调节品质满足电力系统热工自动化的行业标准.现场实时控制的应用效果展示了该项技术的先进性和实用性,同时也为超临界机组控制策略的选择提供了参考和借鉴.     

用状态空间法分析sf型矢量控制系统

本文针对异步电动机sf型矢量控制系统,推出了这种系统的以状态方程形式表示的系统方程,利用状态空间分析法对该系统进行了全面而系统的分析。文中给出了分析结果并进行了实验研究,实验表明理论结果是正确可行的。     

基于预测技术和状态细分的感应电动机直接转矩控制算法研究

针对感应电动机直接转矩驱动控制系统中磁链和转矩波动过大的缺点,在保证其快速响应特性的前提下,采用预测技术将电机运行状态细分为磁链和转矩全暂态、磁链暂态、转矩暂态、磁链和转矩全稳态4种状态,并对不同的状态采用不同的控制方法,以保证运行过程中定子磁链幅值的恒定,达到减小磁链和转矩波动的目的.通过仿真与实验验证了该控制技术的正确性和可行性.     

协调控制系统设计新思路

通过对火电单元机组控制对象的复杂特性(非线性、强耦合、大惯性)的分析，指出常规协调控制系统难于实现自动控制的原因，提出了将智能解耦控制、状态参量控制和Fuzzy-PID复合控制技术结合起来应用，构造协调控制系统设计的新方案，并在实践应用中取得了满意的控制效果，表明了这些设计思路的有效性。     

基于增量式函数观测器的状态反馈在平凉4×300MW单元机组中的应用

单元机组被控对象本是非线性系统,本文在机理性数学模型的基础上,给出了其增量式观测器IFO-KΔAx的状态空间描述,并将基于。IFO-KΔx的状态反馈与常规PID控制相结合。采用状态反馈控制克服受控对象的时滞与惯性,提高控制系统的快速性和负荷适应能力,应用PID控制来保证受控对象的稳态指标。实践表明:IFO-KΔx对受控对象的数学模型要求不高,特别是应用于迟滞和惯性较大的受控对象时,所设计的观测器具有很好的鲁棒性。该控制方案应用于平凉电厂4X300MW单元机组的机炉协调及主汽温等控制系统中取得了优良的控制效果,其控制算法简单实用,且便于推广。     

状态变量——预测控制技术在600MW机组再热汽温控制中的研究与应用

电厂锅炉的再热汽温是机组安全、经济运行的重要参数之一，该文针对电厂再热汽温被控对象大惯性、大滞后的特点，结合现代控制理论，提出了基于状态变量一预测控制技术的再热汽温控制方法，即先采用状态反馈来补偿汽温被控对象的滞后和惯性，然后通过预测控制来对补偿后的广义被控对象进行控制，仿真试验及现场运行结果表明，该控制方法具有优良的控制品质，是一种对大滞后过程较为有效的控制策略。     

CCM Buck变换器的状态反馈精确线性化的非线性解耦控制研究

基于非线性系统的微分几何理论，应用脉冲模型积分法建立CCM(电流连续型)Buck变换器的非线性仿射模型，推导出对应的非线性坐标变换矩阵和非线性状态反馈表达式，得到了Buck变换器状态反馈精确线性化模型，由此提出了电感电流和输出电容电压解耦控制策略。研究结果表明，Buck变换器通过状态反馈实现精确线性化得到的非线性控制策略，比现有的PI控制有更好的动态响应调节和稳态误差调节特性。同时说明状态反馈精确线性化能对Buck变换器这类分段线性系统实现完全解耦控制，从而具有一般性理论和实际意义。