非线性耦合系统的自适应蚁群滑模控制

针对一类多子系统之间具有强耦合关系的非线性系统,提出自适应蚁群滑模控制方法.依据等效滑模控制理论,建立滑模算法控制结构图,用于解耦非线性耦合系统;根据自适应蚁群算法建立了多变量蚁群算法的图形表示,对滑模控制中的滑模面斜率进行优化,来削弱“抖振”现象.该方法可以用较小的计算量对耦合系统自然解耦,并利用蚁群算法的并行特性来...     

高阶滑模控制永磁同步电机在线状态估计

为实现永磁同步电机的状态在线估计,采用一种新型带有微分器的高阶滑模控制技术.由于系统输出耦合,利用反馈线性化进行解耦.设计了高阶滑模控制器消除传统滑模控制中的抖颤问题,状态估计中的滑模变量及其微分值通过任意阶精确滑模微分器得到,避免复杂计算同时保证了精度,同时电机状态的估计值可以替代用于检测的传感器.仿真实验结果表明,多输入多输出的永磁同步电机系统具有较好的动态性能,同时其状态变量得到了在线精确估计.     

陀螺稳定平台模糊自调整滑模解耦控制

针对陀螺稳定平台系统中轴系间耦合因素对控制性能的影响,设计了一种模糊自调整滑模解耦控制算法.根据非线性微分几何理论,建立了稳定平台输入输出解耦控制,在此基础之上加入了模型参考滑模控制.所设计的滑模控制律采用了分层结构,在边界层内引入了非线性项,同时边界层厚度由一种模糊自调整方法实时改变,从而有效降低了滑模控制在实际应用中的抖振现象,提高了系统的解耦精确度.通过在某型号电视导引头陀螺稳定平台系统中测试,表明了该解耦控制方法的有效性和可行性;同PID等常用方法相比较,该方法的控制效果明显优于其他控制方法,有效提高了稳定平台系统的鲁棒性和跟踪精确度.     

基于微分几何的磁悬浮开关磁阻电机径向力的变结构控制

以磁悬浮开关磁阻电动机为对象,研究了其转子径向两自由度悬浮力系统的解耦和控制。根据电磁场理论的虚位移定理,建立了磁悬浮开关磁阻电动机径向悬浮力的数学模型。针对该模型具有非线性、多变量和强耦合的特点,采用非线性控制的微分几何方法来设计出解耦规律,通过该解耦规律的补偿,将原系统解耦和完全线性化。对解耦得到的线性子系统,应用滑模变结构控制理论来设计控制器,以获得转子的高精度稳定悬浮。仿真结果验证了该控制策略的有效性。     

模糊滑模控制的感应电动机解耦变结构系统

本文将模糊滑模控制应用于感就电动机控制系统,解耦变结构控制使感应电动机从亢介、一性和强耦合的复杂对象经为类似直流电动机的模型、模糊滑模控制的引入可以有效地抑制实际系统中的抖振,但模糊控制作为有差系统难以满足高精度调速和定位的性能要求,误差积分的引入可以将模糊滑模控制的感应电动机解耦变结构系统较正为无差系统。     

基于内模的永磁同步电机滑模电流解耦控制

永磁同步电机(permanent magnet synchronous motors,PMSM)矢量控制的目标是使PMSM具有优良的动态性能和稳态性能,但在同步旋转坐标系下dq轴电流存在耦合,影响转矩响应性能。传统的PI无法实现解耦,而电压前馈解耦策略对参数敏感,因此提出一种基于内模的滑模电流解耦控制策略。该策略使用内模控制策略控制理想电机解耦模型,保证系统动态响应速度;使用积分滑模控制实现dq轴电流解耦,同时提高系统在整个运动过程中对参数摄动和外扰动的鲁棒性。仿真和实验结果表明该策略能有效实现dq轴电流解耦,提高系统动态性能,并且具有优良的鲁棒性。     

同步电动机三自由度内模动态解耦控制

为了解决矢量控制只能实现电机转矩与磁链的静态解耦,不能实现两者的动态解耦的问题,探讨了多自由度内模解耦方案。由于一自由度内模解耦,当电机参数非同步变化时,电机定子电压方程仍存在耦合现象;而二自由度内模解耦,耦合程度虽有所减少,但动态解耦仍不完全;提出了三自由度内模解耦控制方案。该方案中通过前馈控制器、内模控制器、反馈滤波器的设计,从而实现动态全解耦。通过同步电动机内模解耦控制的仿真与实验结果证明了三自由度内模解耦控制方案能够实现动态完全解耦。     

基于电流分配系数自适应修正的平面电机解耦控制

对于模型参数具有不确定性的平面电机运动系统,电流分配策略是引起其多自由度耦合行为的本质.但现有解耦控制的研究主要集中于各运动自由度控制算法的设计,没有从电流分配的物理层面解决耦合问题.论文针对平面电机三自由度解耦控制,建立了各线圈单元通电电流与三自由度位移输出之间的ARMA(auto regressive and moving average)模型,以实测输出与估计输出之间的残差平方最小为优化目标,提出了一种基于电流分配系数自适应修正的解耦控制算法,并给出了可用于实际控制的递推离散化方法.通过在线调节,使电流分配系数估计值逼近实际模型参数,从物理本质减小了多自由度耦合作用.采用轨迹跟踪实验,并与基于数据解耦控制方法进行对比,结果表明该方法提高了平面电机的定位与运动精度,验证了其对一类MIMO(multiple input multiple output)运动系统多自由度解耦的有效性.     

磁悬浮平面电机的解耦控制策略

用于光刻加工的磁悬浮平面电机的6个运动自由度之间存在着紧密的电磁和力学耦合。为实现各运动自由度的解耦控制,提出了直线电机型电磁执行器的电流控制模型、基于模式力的解耦动力学模型和平面电机解耦控制策略。模式力使各自由度的动力学模型不再存在耦合,且都为简单的2阶线性系统。设计了样机的X位置伺服控制器,仿真结果表明该控制器使解耦后的X位置控制达到了预期的动、静态性能,并具有良好的抗扰性和鲁棒性。     

基于三自由度内模解耦控制的VSC-MTDC性能分析

为了解决一般解耦控制器参数整定比较复杂、解耦效果不理想的问题,探讨了用于VSC-MTDC系统的多自由度内模解耦控制方法。一自由度和三自由度内模控制可以实现有功、无功功率的解耦控制,但一自由度内模解耦控制只用一个内模控制器调节系统的跟随性、鲁棒性和抗干扰性,使系统的解耦效果和动态性能受到限制。针对其不足,文中提出一种用于柔性直流输电系统的三自由度内模解耦控制方法,其反馈控制器用于调节系统的鲁棒性、前馈控制器用于调节系统的抗干扰性、给定的内模控制器用于调节系统的跟随性能。在PSCAD/EMTDC中搭建了一个三端的直流输电系统,进行仿真验证。结果表明,三自由度较一自由度内模解耦控制具有更好的跟随性、鲁棒性和抗干扰性。     

Compensation characteristics of shunt active and series active power filters

Active power filters have been used in practice to suppress the harmonic interference in power systems. To compensate for harmonic currents of loads, active power filters usually are connected to power systems in parallel with the loads. These filters, which are called shunt active filters here, are very effective for loads that can be considered as current sources, such as thyristor rectifiers with large dc reactances. Many papers have covered the shunt active filters applied to these current-source loads, however, none has discussed characteristics of the shunt active filters when they are applied to voltage-source loads. On the other hand, since more and more diode rectifiers with capacitive dc filters have recently been used, harmonics generated by them have become an issue. The diode rectifier with capacitive dc filters behaves as a voltage source rather than a current source. When a shunt active filter is applied to such a diode rectifier, the current injected from the shunt active filter may flow into the diode rectifier. As a result, harmonics of the source current cannot be reduced effectively, and harmonic current flowing into the diode rectifier increases greatly. This paper presents the aforementioned problem of shunt active filters analytically and experimentally. Then a series active filter is proposed to suppress the harmonic current of the diode rectifiers. The features, operating conditions, and considerations of shunt active filters and series active filters are described analytically and demonstrated experimentally. Taking a diode rectifier with capacitive dc filter as a typical voltage-source load, compensation characteristics of shunt active filters and series active filters are discussed by experiment and simulation. The validity of the series active filters is illustrated experimentally.     

降低电气化铁路混合有源补偿装置有源支路容量的分析

针对2种电气化铁路有源补偿的拓扑结构,分析了它们的电路构成、补偿目标、有源支路容量和适用的供电方式。提出4种适用于电气化铁路的混合有源补偿拓扑结构,给出了每种拓扑结构的电路构成,分析并推导了各自有源支路的容量计算公式,比较了4种混合有源补偿拓扑的有源支路的容量和电压等级。结果表明,这4种混合有源补偿拓扑均降低了电气化铁路有源支路的容量,它们的拓扑结构是合理可行的。4种混合有源补偿拓扑结构的提出,为混合有源补偿在电气化铁路中谐波、无功和负序综合补偿中的应用,提供了电气化铁路新的综合补偿方案。     

基于控保协同的有源配网主动注入式保护方法

由于逆变型分布式电源(inverter-interfaced distributed generation, IIDG)的故障特性主要由其控制策略及电网故障情况决定,在不同故障场景和工况下,传统的被动式保护方法存在保护整定和协调困难的问题。为此,提出一种基于控保协同的有源配网主动注入式保护方法,故障期间控制IIDG主动向电网注入特征信号,保护处利用检测到的特征信号来获取IIDG的基波信息,从而消除IIDG对各支路电流及现有电流保护的影响。由于保护利用的故障特征是由IIDG主动注入的,因此该方法在不同场景和工况下都有较好的适用性,且不需要增加额外的通信和检测设备,具有经济性好和实用性高的优点。仿真结果验证了所提方法的有效性。     

考虑主动需求的主动配电网负荷预测

主动配电网的主动需求管理技术(Active Demand,AD)通过市场引导机制来改变用户的典型用电行为,电网负荷特性随之发生改变,降低了传统负荷预测技术的预测精度。针对AD对主动配电网负荷预测的影响,考虑用户响应特性分析影响AD响应负荷的因素,作为负荷预测的外生输入量,然后利用粒子群优化的支持向量机技术在黑盒框架下建立含AD输入的完备负荷预测模型,提出了适用于考虑主动需求的主动配电网负荷预测新方法。基于用户响应行为的现实考虑,建立时变AD模型产生含AD效应的负荷数据集来测试所提出的负荷预测方法。实验结果表明,所提负荷预测模型与不含AD输入的负荷预测模型相比,预测精度更高。     

Flux-based active filter controller

This paper presents a synchronous frame flux-based control method for a parallel active filter application. The flux-based controller directly implements the inverter switchings in the synchronous reference frame by a hysteresis rule-based carrier-less pulse-width modulation (PWM) strategy to achieve high current bandwidth. This paper addresses the issues and impact on parallel active filtering requirements for utility interface of commonly used harmonic front-ends. The synchronous frame flux-based controller provides additional insights for harmonic current compensation requirements. Simulation results provide the validation of the flux-based active filter controller to meet IEEE Standard 519 recommended harmonic standards for large rated nonlinear loads under balanced and unbalanced supply conditions     

Multiple-critical-pole coupled active filters

In this paper realizations of low sensitivity narrow BP active filters implementing multiple-critical-pole (MCP) approximation methods and coupled filter structures are studied. In the first part of the paper, a synthesis procedure particularly developed for the realization of MCP transfer functions is described. According to that procedure the portion of the MCP transfer function containing multiple poles is realized as a follow-the-leader feedback (FLF) network, and the remaining part as a cascade. It is shown that the lower sensitivities of MCP functions in comparison with standard approximating functions (Butterworth, Chebyshev, etc.) can be further decreased by applying the FLF configuration instead of the cascade. the synthesis procedure is straightforward and in some cases it can be performed using identical second-order BP blocks. the final circuit sensitivities can be optimized according to given filter specifications and a user selected optimization criterion. In the second part of the paper, the MCP transfer functions are combined with the cascaded biquarts (CBQ), the shifted companion form (SCF), and the leap-frog (LF) structures, and sensitivity analysis is performed. It is shown that applications of the above mentioned structures can improve the filter sensitivites in a way similar to that of the given FLF configuration.     

新型直流侧串联型有源电力滤波器

针对广泛应用的整流类负荷的谐波治理,提出一种单相输出电压可调的新型直流侧有源电力滤波器.从理论上分析了该拓扑的工作原理和电路的瞬时功率流向,从储能电容的不间断充放电过程中,计算出负载所需的无功功率.与传统的直流侧有源电力滤波相比,该拓扑具有调压范围广、储能电容充放电速度快、储能电容容值小的优点;且2个全控开关工作在同一...     

Comparisons between a hybrid shunt active filter and a pure shunt active filter

This paper deals with the hybrid shunt active filter for harmonic compensation of a three‐phase diode rectifier in a 480‐V adjustable‐speed motor drive system. The hybrid filter is formed by a three‐phase LC filter tuned around the seventh harmonic frequency and a small‐rated three‐phase voltage‐source PWM inverter. The LC filter and PWM inverter are directly connected in series. As a result, the DC capacitor voltage of the PWM inverter in the hybrid filter is much lower than that of a conventional pure shunt active filter. This results in higher efficiency, less switching ripple, and less EMI emission. Computer simulation is carried out to compare the hybrid filter with the pure filter in terms of circuit configuration and filtering performance. Simulation results indicate that the hybrid filter is superior in effectiveness and viability to the pure filter. In addition, theoretical analysis based on vector loci confirms the validity of the simulation results. © 2005 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 153(2): 61–70, 2005; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20145     

基于自抗扰控制器的有源滤波器直接电流控制

为提高有源电力滤波器的控制策略水平,本文分析了电压型有源电力滤波器、电源及非线性负载三者之间的有功功率平衡,在此基础上提出了一种基于自抗扰控制器的有源电力滤波器的直接电流控制方法.将负载电流和电源电压等因素作为系统的未知干扰,用扩张状态观测器对未知扰动进行观测,然后利用非线性反馈控制律进行补偿.无需检测谐波电流及无功电流,省去了复杂计算,简化了控制器的设计.仿真结果显示:电网电流被补偿为与电网电压同相位的正弦波,证实了该控制方法是可行的.     

基于综合功率介数的主动配电网脆弱性分析

考虑到主动配电网在智能电网发展中的重要性以及在潮流分布与运行方式上的复杂性,进行了符合主动配电网运行实际的脆弱性分析。将主动配电网视为有向网络,将系统潮流分布方向作为网络邻接矩阵的方向矢量,从而得到考虑方向性的网络介数指标,以衡量各节点在网络连通性中的重要性。考虑发电机-负荷因素,分析功率在支路间的分布情况,提出功率因数指标,以评定各节点在功率传输中的作用。使用熵值法确定各指标权重,提出综合功率介数的概念,并对主动配电网的脆弱环节进行识别。以年为时间尺度,对网络脆弱性的年变化趋势进行研究,发现了较强的季节特性。使用添加了分布式电源与电池储能系统的IEEE 33节点系统,计算了网络在受到按脆弱性识别结果进行攻击时的失负荷率,验证了所提方法的正确性。