变速变桨风力机组控制策略研究

为提高风力机发电系统的风能利用效率、改善输出电能质量,针对变速变桨风力发电机组的控制问题,以混杂系统理论为核心,建立了应用于变速变桨风力机组的混杂自动机控制结构。同时,结合模糊控制理论,给出控制器的算法。通过对该控制结构和控制算法的仿真表明,与常规的控制方法相比,采用混杂自动机控制结构和控制算法控制变速变桨风力机组,既提高了风能的利用效率,又很好地改善了风力机输出电能质量,实际控制效果良好。     

一种实现风力机MPPT控制的加速最优转矩法

最优转矩法因其所需测量状态较少、易于实现的特点,被广泛应用于风力机的最大功率点跟踪(Maximum power point tracking, MPPT)控制. 传统的最优转矩法只考虑系统的稳态工作点,依靠系统本身的特性进行转速调节,在一定程度上限制了转速调节速度. 本文使用滑模变结构控制的思想,在最优转矩法的基础上设计得到 一种变结构控制器,增大了转速跟踪过程中的不平衡转矩,缩短了系统的调节时间. 仿真结果表明本文提出的改进方法可以获得良好的转速跟踪效果,从而提高风力机的风能捕获效率.     

变速风力发电机组的自适应滑模变桨距控制

在风力发电系统稳定性优化控制的研究中,针对不确定性的变速风力发电机组的变桨距控制方式系统稳定性差的问题,提出了一种自适应全局快速Terminal滑模控制方法.建立变桨距风力发电机组动力学模型,针对模型中的未知环节,设计了自适应模糊逼近系统.采用由Terminal滑动模态和线性滑动模态组成的滑模模态,采用了自适应Terminal滑模变桨距控制器.根据Lyapunov稳定性理论证明了系统稳定性,并给出了具体的自适应律和不确定项边界的估计算法.对自然风下的机组变桨距控制情况进行了仿真,结果表明系统稳定且输出功率平稳.     

基于观测器的机器人鲁棒跟踪控制

基于滑模控制原理设计稳定的状态观测器，在此基础上。研究了仅有关节角位移可测量的机器人轨迹跟踪控制问题。运用反推设计方法提出一种机器人鲁棒跟踪控制新方案。通过引入用于抑制观测误差的阻尼项和调制参数。加快了输出跟踪误差的收敛速度。利用李亚普诺夫方法分析了闭环控制系统的全局稳定性，证明了系统所有状态信号有界，跟踪误差收敛到零。仿真结果进一步表明，提出的控制方案具有较强的鲁棒性和良好的跟踪性能。     

兆瓦级风力发电机组偏航反时限优化控制

为解决兆瓦级风力发电机组不能频繁偏航和及时响应的矛盾,采用体现能量特征的反时限方法获得相对风向阈值及延时时间。考虑输入信号的稳定性,使用均值对风速和风向进行处理。在流程上对相邻两次动作进行时间限制,提高设备使用寿命。在PLC控制器上构建了仿真环境,实测结果验证了该算法的可行性及可靠性,为偏航系统优化运行提供可行指导。     

Asymptotic Tracking Control for Wind Turbines in Variable Speed Mode

This paper presents a variable speed control strategy for wind turbines in order to capture maximum wind power. Wind turbines are modeled as a two-mass drive-train system with generator torque control. Based on the obtained wind turbine model, variable speed control schemes are developed. Nonlinear tracking controllers are designed to achieve asymptotic tracking for a prescribed rotor speed reference signal so as to yield maximum wind power capture. Due to the difficulty of torsional angle measurement, an observer-based control scheme that uses only rotor speed information is further developed for global asymptotic output tracking. The effectiveness of the proposed control methods is illustrated by simulation results.      

风力发电机组的变论域自适应模糊控制

建立了变速变浆距风力发电机组的简化模型。在此基础上，将变论域自适应模糊控制应用到风力发电机组的转速和浆距控制系统中，改善风力发电机组的风能捕获性能。变论域自适应模糊控制器在保持规则形式不变的前提下。论域随着误差的变化而变化。这种控制器不但具有经典模糊控制的优点，如不需要精确的数学模型，产生非线性控制动作，良好的动态性能等．而且具有较高的控制精度。仿真结果证明该方法改善了风力发电机组的控制性能。     

Robust Tracking Control Of The Variable Stiffness Actuator Based On The Lever Mechanism

This paper is concerned with the design of a robust adaptive tracking control scheme for a class of variable stiffness actuators (VSAs) based on the lever mechanisms. For these VSAs based on the lever mechanisms, the AwAS‐II developed at Italian Institute of Technology (IIT) is chosen as the study object, and it is an enhanced version of the original realization AwAS (actuator with adjustable stiffness). Firstly, for the dynamic model of the AwAS‐II system in the presence of parametric uncertainties, unknown bounded friction torques, unknown bounded external disturbance and input saturation constraints, by using the coordinate transformations and the static state feedback linearization, the state space model of the AwAS‐II system with composite disturbances and input saturation constraints is transformed into an uncertain multiple‐input multiple‐output (MIMO) linear system with lumped disturbances and input saturation constraints. Subsequently, a combination of the feedback linearization, disturbance observer, sliding mode control and adaptive input saturation compensation law is adopted for the design of the robust tracking controller that simultaneously regulates the position and stiffness of the AwAS‐II system. Under the proposed controller, the semi‐global uniformly ultimately bounded stability of the closed‐loop system has been proved via Lyapunov stability analysis. Simulation results illustrate the effectiveness and the robustness of the proposed robust adaptive tracking control scheme.     

基于负载观测的最大风能跟踪控制

研究风力发电机风能优化控制问题,由于风轮系统存在非线性,为了实现最大化捕获风能,设计了基于耗散系统理论框架的L2范数优化鲁棒速度控制器,有效克服系统参数变化带来的系统不确定性的影响;并为克服大惯量风轮转矩变化对风速跟踪的不良影响,设计了一个负载观测器,在线观测风轮转矩,对风轮转矩的动态变化进行补偿,实现了风速动态跟踪控制,提高了风能转换效率.以1.5MW直驱永磁风电机组作为研究对象,进行了仿真,结果表明,控制策略可以有效地实现最大风能跟踪控制,并且对于干扰具有较强的鲁棒性,为风力发电优化设计提供了依据.     

基于LabVIEW的低速风洞风速量化PID控制系统设计

为了完成某大学DFD风洞的风速控制系统，设计了一套以计算机为中心基于LabVIEW的风速控制系统，给出了系统的硬件设计和软件设计。在提出总体PID控制方案的基础上，对风速控制精度及PID参数整定进行了研究，改善了PID参数整定过程，提出了风速闭环控制量化PID方案。通过LabVIEW程序代码实现了控制软件。实际运行验证了量化PID方法的可靠性及实用性。该系统具有优越性和实用性。     

自适应控制在变速风力发电系统中的应用

针对变速风力发电系统提出了一种自适应反馈线性化控制器。该控制器通过对涡轮轴转矩的自适应估算,将其作为参考转矩提供给磁场定向控制的鼠笼式异步电机。异步电机通过变速箱与涡轮轴相连接。反馈线性化控制器用于保持涡轮转速与用户自定义的辅助输入量的线性关系。控制器的参考转速是风速的函数,它的选择随风力状况的变化而变化,目的是为了获取最大风能。仿真结果表明,该控制器能够获取最大可用风能,控制效果良好。     

PMSM调速系统的自学习滑模控制

针对永磁同步电机存在对外界扰动及内部参数摄动较为敏感的问题,提出了一种自学习滑模控制方法.该方法设计了一类非线性光滑函数,并将其应用于扩张状态观测器和滑模趋近律中,同时采用最速下降法对滑模控制器增益参数进行自学习实时更新.仿真结果表明,与常规PI矢量控制方法相比,该控制方法不仅响应速度快、控制精度高,而且对系统外部扰动具有很强的抗扰能力.     

Modeling of Maglev Yaw System of Wind Turbines and its Robust Trajectory Tracking Control in the Levitating and Landing Process Based on Ndob

The yaw system is one of the important parts of the horizontal axis wind turbines. In this paper, a novel maglev yaw system (MYS) is introduced, a novel robust controller based on nonlinear disturbance observer (NDOB) is proposed to improve the dynamic suspension stability of the MYS in its levitating and landing process. First, the dynamic model of the MYS is built and analyzed as well as the model of the force caused by crosswind exerting on the MYS, and then the mathematical model of the MYS is derived from its dynamic model. Second, since the uncertain internal disturbance originated from the MYS itself exists, in order to realize the finite time convergence and improve the robustness of the MYS, a NDOB‐based robust controller is designed via like nonsingular terminal sliding mode (LNTSM) method with the aid of backstepping design idea (BDI) to guarantee that the system output asymptotically tracks the reference trajectory, and the levitating and landing velocities of the MYS converge to their expectations globally and asymptotically in finite time. Finally, compared the conventional backstepping control (BC), the extensive simulation results show that the proposed robust controller has a better robustness and the MYS can realize smooth and reliable operations in its levitating and landing process in finite time, therefore the novel robust controller is substantiated to be effective and feasible.     

不确定非线性系统的变结构鲁棒控制

本文利用几何方法研究了一类非线性系统的变结构控制问题,提出了具有不确定模态非线性系统的滑动模态控制器设计方法,并用简单算例说明了该设计方法的可行性.     

不确定线性系统的鲁棒切换函数变结构控制

针对工程领域中常见的一类不匹配不确定系统,即不确定性不是发生在控制通道中的系统,如工程中具有执行器的控制系统,提出了一种建立鲁棒切换函数的方法,进面设计滑模变结构鲁棒控制策略,该策略可确保整个闭环系统的轨迹是一致最终有界并具有稳定性,最后以船舶减摇鳍控制系统为例,进行了变结构鲁棒控制器设计。     

Observer Based Fuel Delivery Control for PEM Fuel Cells with a Segmented Anode Model

In the anode of proton exchange membrane (PEM) fuel cells, the measurable outlet pressure is usually different with the actually utilized stack pressure. In this paper, the anode of PEM fuel cells is divided into three segments to reduce the modeling error between these two pressures and the impact of the spatial distribution of pressure, electrochemical reaction, and gas permeation. Specifically, we first model the fuel delivery system with anode recirculation and bleeding in a MIMO nonlinear compact form based on the segmented anode model. Then, a Lyapunov‐based full state feedback controller is proposed based on the developed model to guarantee adequate hydrogen supply and maintain the anode hydrogen at a suitable concentration level. Moreover, a high order sliding mode observer is proposed to estimate the unmeasurable pressure and the partial pressure in the fuel delivery system with known disturbance. Furthermore, an output feedback controller based on the proposed observer is developed with guaranteed stability. Simulation results illustrate the effectiveness of the proposed control and the estimation approaches.     

滑模变结构控制理论研究综述

针对近年来滑模变结构控制理论的应用与发展,从4个方面对其进行了分析和总结。讨论了滑模变结构的两个设计问题,即滑模面设计和求解控制律的滑模到达条件,以及如何消除滑模变结构的抖振问题;指明了滑模变结构的一个重要发展方向—离散滑模变结构控制。介绍了目前各个方面的研究内容和方法,对各种方法的优缺点进行了评述,特别介绍了与模糊控制、神经网络等其他控制方法相结合的研究方法,预期了今后的发展方向。     

非线性系统变结构观测器

本文研究了非线性系统的变结构观测器，分别讨论了干扰满足及不满足匹配条件下观测器的鲁棒性，证明了观测器的构造误差是一致最终有界的。     

一种新的鲁棒自适应控制律

本文提出了一神新的称为θ-δ修正法的鲁棒自适应控制律.与其它修正法比较,θ-δ修正法不会使系统性能退化.即在无摄动的理想情况下,这种自适应律可以保证跟踪误差以及自适应回路里的其它信号为渐近稳定.当系统受到摄动时,该自适应律是鲁棒的且无论设计常数γ是大是小,输出误差的漂移都很小,因而γ可以取大于零的任意值.     

不确定系统的变结构鲁棒自适应控制及其在机械手控制中的应用

本文针对一类不确定非线性系统,通过状态微分同坯变换和反馈控制建立了系统的变结构鲁棒控制设计过程,并在此基础上提出了一种新型的变结构鲁棒自适应控制算法。该算法优点是:1)不需要确切知道系统不确定性,也不需要知道不确定性的界,而是利用自适应规律对系统不确定性范围进行在线估计;2)能够保证系统获得较为满意的动态性能;3)控制规律是连续性的,因而避免了一般变结构系统中的不连续控制所导致的颤振现象。为了说明本文所提算法的正确性,本文还以二连杆机械手为例讨论了其终端夹持不定载荷时的轨迹跟踪问题。