发电机和静止无功补偿器鲁棒非线性协调控制

采用Hamilton函数方法研究发电机励磁和静止无功补偿器(SVC)的鲁棒协调控制问题。首先建立系统的不确定非线性微分代数系统控制数学模型;然后通过预置状态反馈完成系统的耗散Hamilton实现,并基于耗散实现设计鲁棒非线性协调控制器。仿真结果表明,该控制器能有效提高电力系统的暂态稳定性。     

一类非线性系统有限时间流形吸引的浸入与不变控制

本文对一类非线性系统,提出了一种设计渐近稳定控制律的有效方法.其中,通过更新系统浸入与不变流形理论的应用方法,流形的吸引坐标可以在有限时间内收敛到平衡点.为了得到闭环系统的稳定性,增广系统的各个信号被证明是有界的.本文得出的一个重要成果是流形吸引有限时间的计算方法.此外,在施加了有限时间流形吸引控制器之后,流形对外部有界未知扰动具有不敏感性.最后利用车摆系统来论述所提出的控制方法的设计步骤,以及通过仿真验证控制器的性能.     

基于模糊PID的静止无功补偿器电压控制方法

应用传统方法控制静止无功补偿器电压后,不仅电压回归稳态的耗时较长,且功率损耗较高。为此,本文提出基于模糊PID的静止无功补偿器电压控制方法,根据静止无功补偿器电路特点,建立数学模型,通过对补偿器电流作傅里叶变换,确定补偿器电压状态,然后,建立模糊PID控制规则,将补偿器电压修正值输入补偿器数学模型中对电压进行修正控制。应用该方法后,静止无功补偿器电压回归稳态时间在1 s以内,单位节点功率损耗在25 MW以内,电压得到有效控制。     

不确定串联非线性系统H∞鲁棒自适应控制

针对一类含有未知参数和干扰的非最小相位串联非线性系统,结合H∞控制和自适应控制方法并利用李雅普诺夫函数递推设计方法设计了状态反馈H∞自适应控制器,避免了求解Hamilton-Jacobi-Isaacs不等式设计控制器的困难.该控制器不仅保证闭环系统ISS(input-to-state)稳定,而且使得系统对于所有允许的参数不确定从干扰输入到可控输出的 L 2增益不大于给定的值.最后,给出了一个仿真例子,仿真结果充分表明了所设计的控制器的可行性和有效性.     

一类非线性系统的神经网络L2鲁棒自适应控制

对于一类具有三角结构的单输入单输出不确定非线性系统的跟踪控制问题,用反步法和动态面控制方法设计了一种神经网络L2鲁棒自适应控制器.控制器设计中没有直接解HJI(Hamilton-Jacobi-Isaac)不等式,而是合理地选择了L2增益性能指标,将被控系统各个状态变量的跟踪误差和神经网络各权值的跟踪误差看作整个控制系统的各个状态变量,并用李亚普诺夫定理和HJI不等式证明了使用提出的摔制器后,这些状态变量具有小于等于事先规定的正实数y的L2增益,并且当所考虑的干扰向量为零向量时,提出的控制器在原点大范围渐近稳定.仿真研究结果表明所提出的控制器具有很好的跟踪性能和很强的鲁棒性.     

一类非线性参数化系统的自适应鲁棒控制

针对一类含有非线性参数化不确定项的非线性系统,本文提出了一种基于浸入和不变流形的自适应鲁棒控制器.由于浸入和不变流形方法将调节函数引入到参数估计律的设计中,增加了控制器设计自由度,保证对系统中未知参数的渐近估计,使得设计出的自适应鲁棒控制器在克服非线性参数化不确定项和外界扰动影响的同时,保证了良好的动态和稳态性能.最后通过仿真实例验证了所提算法的有效性.     

浸入与不变方法原理及其在非线性自适应控制中的应用

非线性系统理论的实际工程需求和复杂性使其成为控制学科中最具吸引力和挑战性的研究领域,为此介绍了一种新的非线性控制律设计方法——浸入与不变（I&I）理论.该方法首先选择一个比被控系统维数低的（局部）渐近稳定的目标系统,然后设计浸入映射和控制律,使得原系统在控制律作用下的动态轨迹都是目标系统在浸入映射下的像,并且该控制律能够保持目标系统的像为不变吸引流形,且使闭环轨迹有界.针对未知点质量模型,设计了一种新的非线性浸入与不变自适应控制律,实现了对参考指令的精确跟踪.将其与基于确定等价原则的自适应控制律相比较,仿真结果表明,所设计的浸入与不变控制律能够更好地处理带有未知参数的系统.     

一类非线性系统的鲁棒H∞控制

研究一类可部分反馈线性化且具扰动三角结构的非线性参数不确定系统的鲁棒H∞控制问题,不确定参数属于已知紧集并以非线性形式进入系统.在输入到状态稳定的理论框架下,基于李雅谱诺夫函数和反演法构造出状态反馈控制器,使得闭环系统对所有允许的参数不确定性是内稳定的,且从扰动输入到输出有有界的L2-增益.控制器的设计不需解任何H am ilton-Jacob i方程,并给出仿真算例说明了该结论的可行性和有效性.     

基于一体化仿真支撑环境的静止无功补偿器建模仿真

静止无功补偿技术在电力系统中得到广泛的应用,对电力系统提高功率因数、稳定电压和平衡电网等有重要意义.首先介绍了晶闸管自关断变流器的无功补偿装置的工作原理,接着在一体化仿真支撑环境中用图形化建模技术建立无功补偿器模型,并通过实验分析模型的可用性.     

一类非线性系统的鲁棒H ∞控制

研究一类可部分反馈线性化且具扰动三角结构的非线性参数不确定系统的鲁棒H∞控制问题,不确定参数属于已知紧集并以非线性形式进入系统.在输入到状态稳定的理论框架下,基于李雅谱诺夫函数和反演法构造出状态反馈控制器,使得闭环系统对所有允许的参数不确定性是内稳定的,且从扰动输入到输出有有界的L\-2-增益.控制器的设计不需解任何Hamilton-Jacobi方程,并给出仿真算例说明了该结论的可行性和有效性.     

基于浸入—不变集的三旋翼无人机高度系统自适应控制器设计

针对三旋翼无人机的研究集中于数学模型分析、简单的控制算法设计等起步阶段,且高度系统空气阻尼系数未知的情况,研究了三旋翼无人机高度系统的控制问题。基于浸入—不变集方法设计了一种控制三旋翼无人机跟踪目标高度的自适应控制器,根据三旋翼无人机飞行运动特点,推导了三旋翼无人机运动数学模型,完成了控制器参数设计和气动参数选择,采用Lyapunov分析方法对所设计控制器的渐近稳定性进行了理论证明,并对未知空气阻尼系数进行了在线估计,最终在三旋翼无人机实验平台上在环仿真实验验证。实验结果表明,高度跟踪误差在0-6秒可较好地趋于收敛,控制阻尼系数估计值也较好地收敛于合理的范围,表明该算法稳态误差小,收敛速度快,具有较好的控制性能和较强的实用性。     

Hybrid adaptive robust control of static var compensator in power systems

To improve the transient response of an electric power transmission system, a hybrid adaptive robust control method is proposed in this paper for the static var compensator by incorporating the immersion and invariance adaptive (I&I adaptive) and L₂‐gain control. In contrast to the standard I&I adaptive control algorithm, establishing a target system is not required in constructing the robust control law with the proposed method. Thus, the procedure of solving PDEs to satisfy the immersion condition can be avoided. In addition, both parametric and non‐parametric uncertainties, which commonly exist in electric power transmission systems, are considered. The parametric uncertainty induced by the damping coefficient of the system is estimated by the designed adaptive law, which is constructed by ensuring the estimation error converges to zero. The non‐parametric uncertainty is caused by external disturbances and approximation errors in modeling the uncertain structure. By assuming that the L₂‐gain of the system to the non‐parametric uncertainties satisfies a dissipation inequality, we found that the robustness of the controller can be guaranteed. It is proved that all the system states are globally bounded and converge to a new stable equilibrium. Simulation results are also presented to show the effectiveness of the proposed control method in improving the transient response of the system and the convergence speed of the system states. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于系统侵入与不变流行的非线性系统自适应控制

考虑了一类具有非参数不确定非线性系统的自适应控制问题,基于系统侵入与不变流行概念,选用含有系统状态的参数误差表达式,应用非线性阻尼方法,处理参数估计误差中的不确定项,确保参数估计对外界干扰的鲁棒性。应用滑模积分反推法,确定了系统的控制率,证明了在该控制律的作用下系统平衡点全局渐近稳定。该方法设计过程简单, 参数估计误差具有良好的动态性能,而且避免了积分反推法无自适应调节时出现的系统不稳定问题。仿真结果表明,所设计的控制器对非参数不确定性具有很强的稳定性和鲁棒性。     

基于自适应Backstepping设计的TCSC非线性鲁棒控制器

电力系统是强非线性的动态大系统,在运行中总要受到外部干扰和内部干扰的影响,从而对其稳定运行造成严重威胁.本文针对带有TCSC单机无穷大母线系统的三阶鲁棒模型,在考虑阻尼系数未知及系统受外部扰动的情况下,将自适应backstepping方法与非线性L₂增益干扰抑制理论融合,构造出系统的存贮函数,并获得非线性自适应鲁棒控制器及参数替换律.所得控制器不仅能够保证系统状态有界,而且能够有效抑制干扰对系统输出的影响.通过对单机系统的仿真结果表明采用该方法的控制器优于传统的控制器.     

Nonlinear robust sliding mode control of a quadrotor unmanned aerial vehicle based on immersion and invariance method

We present an asymptotic tracking controller for an underactuated quadrotor unmanned aerial vehicle using the sliding mode control method and immersion and invariance based adaptive control strategy in this paper. The control system is divided into two loops: the inner‐loop for the attitude control and the outer‐loop for the position. The sliding mode control technology is applied in the inner‐loop to compensate the unmatched nonlinear disturbances, and the immersion and invariance approach is chosen for the outer‐loop to address the parametric uncertainties. The asymptotic tracking of the position and the yaw motion is proven with the Lyapunov based stability analysis and LaSalle's invariance theorem. Real‐time experiment results performed on a hardware‐in‐the‐loop‐simulation testbed are presented to validate the good control performance of the proposed scheme. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于多面体不变集的离线鲁棒预测控制器综合

提出一种基于多面体不变集的离线鲁棒预测控制器综合算法.该算法离线确定一组反馈控制律及其对应的不变集,在线控制时根据当前状态所处的位置选择相应的控制律,不仅扩大了初始可行域,还能在一定程度上改善控制性能.仿真结果表明了采用多面体不变集的优越性.     

基于扩展自适应Backstepping设计的TCSC非线性控制的新方法

首先针对一般的参数反馈型非线性系统提出一种扩展自适应Backstepp ing方法.该方法不仅保留系统的非线性特性和对未知参数的实时在线估计,而且突破经典的确定性等价性原理来设计参数估计器和动态反馈控制器.该方法可用于带有TCSC(thyristor controlled series compensation)的单机无穷大系统.仿真结果表明,该方法在系统响应和自适应速度方面优于传统的Backstepp ing方法.     

High performance nonlinear adaptive control of temperature in cryogenic wind tunnel

A new nonlinear adaptive control method based on Immersion and Invariant (I&I) approach is proposed for the temperature control of a cryogenic wind tunnel. The proposed control method can be applied to wide range temperature operation of the tunnel by incorporating the nonlinear dynamic model of temperature into the controller design. By constructing globally stable nonlinear observer, and rendering an invariant and attractive manifold in the state space of plant and observer, the uncertain gain of known disturbance and unknown wind tunnel wall temperature are considered in the same manner within the adaptive I&I control frame. In the design, nominal heat transfer coefficient is deployed to avoid complicated design process involving nonlinear parameterization. This design leads to an adaptive output feedback stabilization control law for the temperature with guaranteed transient and steady performance, which exhibits reasonable robustness to time delay in the control input channel and other uncertainties. The analysis and simulation show the effectiveness of the proposed control methodology.     

基于非线性控制方法的倒立摆系统控制

应用非线性系统跟踪控制方法对倒立摆系统的控制进行研究.基于非线性系统控制方法对倒立摆系统摆的镇定问题、台车位置调节问题和鲁棒控制问题设计出了具体的控制器.最后给出了在所设计的各种控制器作用下系统的仿真结果,结果表明所设计的控制器对倒立摆系统的稳定控制具有良好的效果.