无源性非线性控制策略的研究与应用

针对传统控制器在设计时常忽略与系统能量相关的问题,文中给出一种无源性控制策略,并将其应用于阻性负载的单相电流型PWM逆变器中。该控制策略主要是从能量角度分析逆变系统,根据在系统中注入阻尼,重新分布逆变系统能量的方法,使系统能够全局稳定。该方法无需将系统中的非线性因素完全抵消,即可实现电压、电流的渐近跟踪。仿真结果证明此无源性控制策略具有较好的鲁棒性,以及良好的稳态和动态性能,即使负载发生大范围变化,系统仍能保证稳定运行。据此也说明所述方法的正确性和有效性。     

矩阵变换器输入电流的无源性控制

矩阵变换器无中间直流环节,易受电网扰动和负载扰动的影响,为此采用无源性原理的控制方法设计了输入整流侧的控制器,并且加入适当的阻尼改善了控制系统特性.此外,通过矩阵变换器的降阶分解,简化了控制器结构和提高了控制器的可实现性.结果表明,在输入电压干扰和载扰扰动下,仍能保证输入电流为正弦波,避免了对电网造成污染.     

矩阵式变换器电流环无源性控制

针对矩阵式变换器输出侧电流易受输出侧负载影响现象, 提出了一种基于无源性理论的矩阵式变换器的控制器. 首先将矩阵变换器等效为虚拟的交－直－交变换器, 在d-q坐标下建立了矩阵变换器输入和输出侧的模型, 并基于无源性理论设计了矩阵式变换器输出侧闭环控制器, 以消除内外扰动和不平衡的影响, 实现对输出电流快速准确的跟踪. 仿真结果表明这种控制器具有很好的动态特性, 对输入和输出扰动均有很好的抑制效果.     

一类广义非线性系统的无源控制

考虑一类广义非线性系统的无源控制问题，利用广义Lyapunov函数和线性矩阵不等式，给出广义非线性系统无源且零解渐近稳定的充分条件。并在一定条件下得到存在状态反馈无源控制器，使得闭环系统无源且零解渐近稳定的充分条件，同时给出相应的控制器构造方法。     

一类未知参数非线性系统的自适应无源控制

对一类含有未知参数的本质非线性系统,通常的Backstepping方法无法应用.为此,提出一种基于状态反馈的自适应无源控制对策,通过对非线性系统进行反馈无源化控制,设计自适应无源镇定控制器和自适应无源输出跟踪控制器.设计中适当调节自适应无源控制器参数,能够保证闭环系统稳定且所有信号全局一致有界,从而解决了此类含有未知参数非线性系统的稳定性和输出跟踪问题.仿真算例验证了提出控制方案的有效性,表明系统具有较强的稳定性和跟踪特性.     

芾有干扰的非线性系统的无源化控制

本文提出并考察一类带有干扰的非线性系统的无源化控制问题,即构造反馈控制器使得相应的闭环系统无源且保持内部稳定.本文给出了在此馈通项下系统无源的一个充分必要条件.另外,针对两类特殊情形下的无源控制,应用Lyapunov递归方法得到了解决该问题的一个条件;特别利用控制Lyapunov函数,对较一般情形的非线性系统构造出一类有效的无源化控制器.     

PWM整流器的无源滑模非线性控制

为提高三相电压型PWM (pulse width modulation)整流器的稳态与动态控制性能,提出了无源滑模非线性控制方案.基于PWM整流器欧拉-拉格朗口系统动力学模型,分析了系统内在无源特性.从全局能量角度出发,利用系统无源性,通过能量成形与阻尼注入方法,给出了PWM整流器的辅助设计系统.设计了滑模变结构电流内环控制器与PI(proportional-integral)电压外环控制器,同时采用基于饱和函数的准滑模控制方法解决了控制力的抖动问题.仿真实验结果表明,所提控制方法可实现三相电压型PWM整流器的单位功率因数控制与直流电压快速调节,同时具有很强的抗电网电压和负载扰动能力以及对于参数摄动的鲁棒性.     

无源性非线性控制策略的研究与应用

针对传统控制器在设计时常忽略与系统能量相关的问题，本文给出一种无源性控制策略，并将其应用于阻性负载的单相电流型PWM逆变器中。该控制策略主要是从能量角度分析逆变系统，根据在系统中注入阻尼，重新分布逆变系统能量的方法，使系统能够全局稳定。该方法无需将系统中的非线性因素完全抵消, 即可实现电压、电流的渐近跟踪。仿真结果证明此无源性控制策略具有较好的鲁棒性，以及良好的稳态和动态性能，即使负载发生大范围变化，系统仍能保证稳定运行。据此也说明所述方法的正确性和有效性。     

一类非线性系统的鲁棒无源化控制

研究一类带有结构不确定性和外部干扰的非线性系统的鲁棒无源化控制问题,分别在HJI不等式和一定的匹配条件下构造出状态反馈控制器,使得闭环系统内部渐近稳定且外部无源。     

无刷直流电机的电流跟踪控制

基于无刷直流电机数学模型,采用Simulink建立了无刷直流电机调速系统的仿真模型,研究了两种电流跟踪控制技术。系统采用双闭环控制,速度环采用PI调节器,电流环分别采用滞环比较电流跟踪控制和三角波比较电流跟踪控制。对两种电流跟踪控制方案进行了仿真比较,得出的结论为高性能无刷直流电机控制器的设计提供了参考。     

并联型有源电力滤波器的无源性控制

将无源性控制应用于并联型有源电力滤波器,对有源电力滤波器电路进行简化等效．把负载电压和电源电流作为状态变量,把补偿电流作为控制变量,通过坐标变换建立有源电力滤波器的数学模型,通过无源性理论获得简单而容易实现的控制律．仿真结果表明系统具有良好的稳定性和鲁棒性。     

非线性机电换能器混沌系统的无源化控制

针对一类相对阶为2的非线性机电换能器混沌系统,研究其无源化控制问题．所分析的系统具有标准链式结构,利用逆步（Backstepping）方法及无源性与稳定性之间的等价关系,设计并证明了系统的反馈镇定控制器．仿真算例验证了所提出方法的有效性．     

线性时滞系统的无源控制

研究一类线性时滞系统通过线性无记忆状态反馈控制律的无源控制问题。通过某个Ｒｉｃｃａｔｉ矩阵方程对称正定解的存在性,给出了使得闭环系统严格无源的控制器存在条件。进而,利用这个方程的正定解给出了无源化控制器的一个构造方法。     

不确定非线性时滞切换广义系统的鲁棒无源控制

将无源的概念从广义系统扩散到切换广义系统之中,进而研究了一类带有非线性扰动项和时滞不确定项的切换广义系统的无源控制问题。并且系统中的不确定性要满足有界条件。首先,基于一类广义Lyapunov函数结合线性矩阵不等式,获得了使非线性切换广义系统能够渐近稳定且严格无源的充分条件。然后,根据已给的条件设计出鲁棒无源控制器,使得闭环广义切换系统对于所有容许的不确定性是严格无源的。最后运用Matlab中的LMI工具箱具体给出实例,证明其可行性。     

具有饱和输入的线性系统的无源控制

研究了一类具有饱和输入的线性系统的无源控制问题。利用Riccati方程的方法，Lyapunov稳定理论和矩阵理论，给出了一类具有饱和输入的线性系统可无源控制的一个新的充分条件、利用Riccati方程的解，提出了该系统的一种无源控制器的设计方法。该方法设计简单，利于工程的实现，仿真实例说明了其有效性。     

基于Howland电流源的精密压控电流源

设计一种基于Howland电流源电路的精密压控电流源,论述了该精密压控电流源的原理。该电路以V/I转换电路作为核心,Howland电流源做为误差补偿电路,进一步提高了电流源的精度,使绝对误差仿真值达到nA级,实际电路测量值绝对误差达到μA级,得到高精度的压控电流源。仿真和实验测试均证明该方案是可行的。     

一类非线性系统的自适应无源化控制

讨论了一类含未知参数的非线性系统的自适应无源化问题.通过引入切换拓宽可反馈无源化对象的范围,在控制项前面的系数是未知参数线性函数的条件下构造出自适应无源反馈规律.在该条件不满足时,基于无源性分析给出了鲁棒自适应控制器,可以保证闭环系统是全局渐近稳定的.仿真结果表明了所提出算法的有效性.     

基于反馈无源化的切换非线性系统H∞跟踪控制

针对切换非线性系统,提出一种基于反馈无源化的H_∞跟踪控制策略.首先,提出依赖状态切换的控制方法,在子系统不满足有界参考弱最小相位这一标准假设时,给出解决H_∞跟踪问题的充分条件,通过零状态可检测条件保证切换系统的内部稳定性,并利用无源不等式验证切换非线性系统满足H_∞跟踪性能;然后,提出依赖时间切换的跟踪策略,得到H_∞跟踪问题的可解性条件,该方法不依赖系统内部状态进行切换,将系统输出和参考信号之间的误差作为控制输入,并计算出切换系统满足的平均驻留时间;最后,给出仿真算例,以验证结果的正确性.     

逆变器非线性运行的同步电动机无源性控制研究

通过严格的理论分析和数学计算,建立了同步电动机在同步坐标系中E-L方程形式的数学模型,给出了逆变器的非线性模型。以这些模型为基础,研究并设计了在负载转矩(转速、位置)为任意时变未知情形下同步电动机的无源性渐近跟踪控制器。该控制器在实现机械控制目标的同时实现了对磁场方向和磁场幅值的控制,即同时实现了磁场矢量控制。仿真结果表明,该无源性控制器可以很好地实现转速和位置的跟踪控制,具有很高的动态控制性能和鲁棒特性。