倒立摆的输出反馈控制:脆弱性和鲁棒性分析

对具有非最小相位的不稳定对象设计了H∞输出反馈控制器，从脆弱性和鲁棒性这两方面对设计结果进行了分析。指出该控制器的极点和传递函数对于控制器系数微小变化的灵敏度并不高，不是脆弱性问题。分析指出这种基于混合灵敏度的H∞设计对未建模动态缺乏鲁棒性，这会导致实际系统不能稳定工作。文中还给出了本例中H∞输出反馈。     

复杂网络理论在能源互联网脆弱性与鲁棒性研究中的应用

由于能源互联网逐渐形成一个庞大的复杂网络体系,其脆弱性与鲁棒性评估面临更多挑战。传统还原论无法解释系统层面的现象且对参数和数据量要求高,存在一定局限性,不断发展的复杂网络理论为此提供了新的理论工具。立足于国内外现有研究,首先概述了能源互联网的脆弱性和鲁棒性的含义,梳理了基于复杂网络理论的总体研究思路;其次,阐述了复杂网络视角下的能源互联网拓扑模型;然后,探讨了用以辨识系统薄弱环节的理论基础,并据此归纳了脆弱性改善策略;接着,基于相依网络理论总结了能源互联网的鲁棒性评估模型,包括连锁故障模型、攻击场景、鲁棒性测度;最后,提炼了已有研究的不足,并展望了未来的研究方向。     

计及动作安全裕度的节点电压脆弱性评估

针对电力系统安全问题,定义了节点动作安全裕度指标,结合传统节点电压脆弱性评估指标,对预想事故下的节点电压脆弱性进行分析,建立了计及动作安全裕度的节点电压脆弱性评估指标。通过对IEEE14、IEEE30母线系统的仿真,结果表明节点事故动作安全裕度的引入部分改变了传统节点电压脆弱度的排序,与传统节点电压脆弱性评估结果相比,更全面考虑了事故发生概率以及事故保护作用和故障操作对节点脆弱性的影响,提高了不同事故下节点电压脆弱性的评估精度,验证了该方法的和合理性与有效性。     

计及动作安全裕度的节点电压脆弱性评估

针对电力系统安全问题,定义了节点动作安全裕度指标,结合传统节点电压脆弱性评估指标,对预想事故下的节点电压脆弱性进行分析,建立了计及动作安全裕度的节点电压脆弱性评估指标.通过对IEEE14、IEEE30母线系统的仿真,结果表明节点事故动作安全裕度的引入部分改变了传统节点电压脆弱度的排序,与传统节点电压脆弱性评估结果相比,更全面考虑了事故发生概率以及事故保护作用和故障操作对节点脆弱性的影响,提高了不同事故下节点电压脆弱性的评估精度,验证了该方法的和合理性与有效性.     

基于暂态能量裕度的电力系统脆弱性评估

电力系统暂态失稳是引发系统灾难性事故的一个重要方面,从暂态稳定角度分析系统的脆弱程度是不可或缺的。电力系统的脆弱水平往往受到天气条件、负荷水平、随机故障的影响,必须合理考虑这些不确定性因素。本文建立了计及气候因素的故障概率模型,提出了从暂态能量裕度角度对电力系统脆弱性进行评估的思想。为避免严重程度高但发生概率小的事故被忽略掉,提出使用概率和能量裕度两个指标来评估系统的脆弱性。借助暂态能量函数定义了事故的能量裕度指标的计算公式,它能反映负荷水平的影响。利用各事故的脆弱性裕度指标还可以识别系统的薄弱环节。借助概率理论和范数理论,利用各事故脆弱性的概率指标和能量裕度指标分别推导出计算整个系统综合脆弱性的概率指标和能量裕度指标的模型,并在此基础上提出了电力系统脆弱性的评估算法。通过算例分析,本文建立的故障概率模型、提出的系统综合脆弱性指标体系以及评估算法是合理有效的。     

磁悬浮系统的H∞状态反馈设计

理论上H∞状态反馈设计只要求解一个Riccati方程,但常会得出一种无意义的结果.提出H∞状态反馈设计还应该加一个鲁棒性约束,即灵敏度函数的峰值.增加了鲁棒约束下的设计是最佳的设计,才能得到最佳的扰动抑制性能.还指出H∞状态反馈设计中的性能指标γ和权系数都是有量纲的,并详细说明了性能指标和权系数的确定方法.以磁悬浮系统为例,对H∞状态反馈设计中的权系数进行了详细的讨论.所提出的设计思想对一般的状态反馈设计也是有益的.     

含风电场的电力系统节点电压脆弱性评估

含风电场的电力系统节点电压脆弱性的研究,重点在于节点电压脆弱度指标的计算。将并网运行的风电场视作具有随机性的扰动源,根据风速变化将风电场运行划分成不同的扰动状态,通过潮流计算得出含风电场的电力系统在不同风速条件下的节点电压值,并采用引入优化乘子的保留非线性潮流法（preserving nonlinear flow algorithm,PNFA）计算节点临界电压,进而求取节点电压脆弱度指标。对引入风电场的IEEE14母线系统进行仿真计算,并通过对比求得的节点电压脆弱度指标以及不同并网点对脆弱度及脆弱度排序的影响,充分评估风电场的并网运行对系统节点电压脆弱性的影响。     

节点势能架构下的电压脆弱性评估

考虑到系统电压主要受无功影响的特点,从节点势能的角度提出电压脆弱性评估方法。该方法以无功负荷、发电机无功出力、无功补偿等不同无功注入成分变化下的势能裕度为基准,根据通常的电压稳定指标和电压脆弱性的定义推导不同无功注入成分影响下的电压脆弱性评估的程度指标及趋势指标,探讨网络拓扑结构和无功注入成分变化下电压脆弱性评估指标的获取。该方法的优势是能统一量化节点电压在系统不同无功注入成分变化影响下的演变过程,并准确确定系统最薄弱点。在IEEE-30母线系统中的仿真结果及其与基于连续潮流法的传统电压稳定指标仿真结果的对比,验证该方法的有效性和可行性。     

含风电场的电力系统节点电压脆弱性评估

含风电场的电力系统节点电压脆弱性的研究,重点在于节点电压脆弱度指标的计算.将并网运行的风电场视作具有随机性的扰动源,根据风速变化将风电场运行划分成不同的扰动状态,通过潮流计算得出含风电场的电力系统在不同风速条件下的节点电压值,并采用引入优化乘子的保留非线性潮流法(preserving nonlinear flow algorithm,PNFA)计算节点临界电压,进而求取节点电压脆弱度指标.对引入风电场的IEEE14母线系统进行仿真计算,并通过对比求得的节点电压脆弱度指标以及不同并网点对脆弱度及脆弱度排序的影响,充分评估风电场的并网运行对系统节点电压脆弱性的影响.     

连续时变线性系统稳定鲁棒性的一个新结果

本文利用Lyapunov稳定性理论分析了连续时变线性系统关于线性和非线性摄动的稳定鲁棒性,给出了受摄动系统保持稳定时的摄动限度,推广和改善了一些现有结果。     

Analyzing control system robustness

We have presented mathematical connections among three stability criteria: (1) the Nyquist stability criterion for SISO systems; (2) the small gain theorem for unstructured perturbations in MIMO systems; and (3) the structured singular value for structured perturbations in MIMO systems. This connection can provide an intuitive understanding of MIMO stability analysis using singular values for those who have had prior exposure to the Nyquist stability criterion. Singular value techniques have been extended beyond the stability analysis presented here to performance analysis and robust control system design. This approach has been successfully used for many control problems, including a magnetically levitated train, helicopter control, aero-engine control, power conversion, active sound control, aircraft control, flexible space structure control and distillation process control. In the twentieth century, control theory evolved from classical control to modem control to optimal control to intelligent control. This evolution should continue and robust control (using the singular value techniques discussed here) will become more common in practice     

磁耦合谐振无线电能传输系统的输出鲁棒控制

磁耦合谐振无线电能传输系统的负载和谐振参数会因为受到外界环境的影响而发生变化,系统工作频率发生随机漂移,导致模型参数存在不确定性。针对参数不确定下的输出鲁棒控制问题,基于H∞控制理论,应用matlab鲁棒控制工具箱设计H∞控制器,并利用结构奇异值法分析了闭环系统的鲁棒稳定性和鲁棒性能。结果表明,在H∞控制器的作用下,实现了闭环摄动系统的输出鲁棒控制。并为这种高阶非线性不确定闭环摄动系统提供一种通用的控制器设计方法。     

Adaptation and robustness in control systems

Two alternative approaches to the solution of control problems under conditions of uncertainty are considered: (i) synthesis of adaptive systems; (ii) synthesis of robust systems. Non-stochastic (set) models of uncertainty are used. An estimate of the quality of the plant parameter identification is given by evaluating the diameter of the set to which the parameter vector belongs. The obtained non-improvable set estimates of the parameters (in the form of ellipsoids or convex polyhedra) are the boundary determining the expediency of the change-over to the construction of robust control systems. The remaining part of the paper is devoted to the solution of the problem of synthesis of discrete robust control systems. The necessary and sufficient conditions of robust stability proposed by the author are used and are efficiently tested by means of a special software package ‘Robust stability’ for IBM-type personal computers.     

二自由度控制交流调速系统的鲁棒性改进

分析了二自由度控制交流调速系统的鲁棒性 ,指出将滑模变结构控制引入该系统的必要性。理论分析与仿真结果表明将二自由度控制和滑模变结构控制相结合能使系统具备更为优良的性能 ,特别是能明显增强系统的鲁棒性能。     

电动汽车电驱动系统的EIMC及其鲁棒性研究

电动汽车电机驱动系统运行环境恶劣,控制系统模型复杂多变,为了提高控制系统适应模型失配的能力,通过对传统内模控制结构进行改进,引入一种增强型内模控制(EIMC)方法,使系统的鲁棒性得到增强。通过对灵敏度函数(SF)和补灵敏度函数(CSF)的分析,研究了系统的品质鲁棒性(QR)和鲁棒稳定性(RS)。研究结果表明,通过调整滤波器参数可以使系统同时具有较强的鲁棒稳定性和较好的品质鲁棒性。为了增强电动汽车控制系统的鲁棒性,将EIMC方法应用于以永磁无刷直流电机(PMBLDCM)为动力的电动汽车控制系统的速度控制中。理论分析和仿真实验表明,在模型失配和负载扰动的情况下,EIMC可以使电动汽车控制系统具有较强的鲁棒稳定性和较好的品质鲁棒性。依据EIMC原理而设计的速度控制器,仅有一个调节参数,参数整定容易,易于工程应用。     

Reinforcing robustness of adaptive dynamic surface control

Adaptive dynamic surface control (ADSC) design was proposed as an alternative to adaptive backstepping, capable of curing the ‘explosion of complexity’ problem, caused by the repeated differentiations of the so called intermediate control signals. However, as it is clearly demonstrated in this work, ADSC schemes are sensitive to modeling uncertainties and/or additive external disturbances. In fact, it is shown that a uniformly bounded exogenous perturbation of unknown upper bound may easily destabilize the closed‐loop system. Subsequently, a constructive methodology based on the recently developed by the authors prescribed performance control technique, is proposed, which combined with an ADSC design, results in a modified scheme possessing significantly increased robustness properties. Simulation studies illustrate the approach. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

一类非线性系统的全局鲁棒模糊时变滑模控制

针对参数不确定性非线性系统 ,将模糊逻辑控制引入时变滑平面的设计方法中 ,提出了一种具有全局鲁棒性的模糊时变滑模控制方法 ,保证控制系统从初始时刻开始就处于滑动模态上 ,消除了到达段 ,从而保证了系统对外部摄动及参数变化的全局鲁棒性 ;同时 ,用模糊控制替代符号函数 ,并推导出了模糊滑模控制器的解析式 ,使得控制信号平滑 ,消除了系统的高频颤动。仿真结果证明了该方法的有效性     

Analysis of control performance for stability robustness of powersystems

This paper presents a novel approach to analyze stability robustness of controls in power systems over a range of operating conditions. The controls considered include exciters, power system stabilizers, and governors. The analytical basis for the approach is presented. The robustness framework for power systems is formulated. Numerical results for a sample test system are obtained and compared with those obtained by conventional techniques     

Study on outlier robustness of minimum variance control performance assessment

Minimum variance (MinVar) method for control performance assessment constitutes one of the most common approaches to the control quality estimation. There are dozens of versions, enriched with numerous reported industrial implementations. MinVar methodology uses the idea of minimum variance, which has been introduced by Kalman. Therefore, it should be remembered that MinVar concept relies on the same assumptions as an idea of the minimum variance control. Among other assumptions, it is essential that the modeled disturbance is an independent random sequence. This article addresses scenarios, when loop noise exhibits non-Gaussian properties and is characterized by outliers having fat-tailed distribution. Sensitivity analysis of minimum variance method against such disturbances is evaluated using commonly used PID SISO control benchmarks. It is shown that MinVar method may be significantly biased in such non-Gaussian situations, which are very frequent in the industrial reality. Reasons of the biased performance are traced and respective solutions are proposed.