直流降压变换器的降阶扩张状态观测器与滑模控制设计与实现

本文针对直流降压变换器的负载电阻扰动和输入电压变化等系统不确定因素对输出电压的影响,提出了基于降阶扩张状态观测器的滑模控制方法(SMC+RESO).首先设计降阶扩张状态观测器对系统状态,负载电阻扰动和输入电压变化进行估计,然后基于估计值利用滑模控制技术设计控制器,实现对直流降压变换器系统给定电压跟踪的快速性和准确性.值得注意的是,不同于文[1]所提出的基于扩张状态观测器的滑模控制方法(SMC+ESO),本文所提出的方法采用降阶扩张状态观测器,实现简单,且无需电流传感器,减小了实际应用的成本.利用Lyapunov稳定性定理从理论上证明了所设计的控制器可以保证闭环系统的稳定性.仿真和实验结果表明,与已有的基于扩张状态观测器的滑模控制方法相比,所提出的控制方法更好地改善了系统的跟踪性能和对干扰和不确定性的鲁棒性能,且减少了成本,但是牺牲了系统稳态性能.     

基于分布式策略的直流微电网下垂控制器设计

本文研究了分布式控制策略下直流微电网的负荷分配和电压平衡问题. 给出一种新的基于分布式策略的下垂控制器设计方法, 能够在统一的框架下实现直流微电网负载共享和电压平衡. 首先,将直流微电网的负载共享和电压平衡问题转化为多目标优化问题, 其性能指标与微源的容量密切相关. 然后, 通过求解多目标优化问题获得实现负载共享和电压平衡的集中式控制策略, 并给出下垂控制器的设计方法. 为了降低系统的通信负担, 给出一种新的只需与邻居节点交换信息的分布式控制策略, 通过理论分析可知该分布式控制策略能够收敛到多目标优化问题的最优解. 最后, 通过对新能源汽车充换电站系统的仿真验证了本文提出的方法的有效性.     

快速协方差交叉融合算法及应用

针对分布式传感网络系统中存在互协方差未知的情形, 融合系数的科学设计对于融合性能至关重要. 本文以各节点估计方差矩阵逆的迹的倒数作为计算融合系数的中间变量, 设计了一种序贯快速协方差交叉融合算法, 可以显著减少各个融合节点的计算量, 能够保证各融合节点融合结果相同. 在给定系统的误差方差上界约束与优化指标前提下, 该融合算法结合粒子群优化算法, 能够给出对分布式系统中各个节点的传感器精度要求. 工程实践中, 可为传感器的选型提供理论依据. 最后, 给出了一个分布式网络传感器精度选型的算例及快速协方差交叉融合算法在雷达网中的应用实例.     

反激变换器的输出反馈模型预测控制仿真研究

针对反激变换器的输出电压稳定性问题,提出一种输出反馈模型预测控制方法。建立双线性模型,设计状态反馈和输出反馈模型预测控制器,增加Luenberger-type型观测器确保状态估测动态误差是全局指数稳定;外环PI控制旨在消除电压偏移误差。给出系统存在输入电压和存在输入约束条件下的电感电流全局收敛的闭环稳定性分析。仿真结果表明,相比于PID控制,该方法在保证系统全局稳定性的同时,可以实现系统误差在有限时间内收敛,控制精度能达0.22%,提高了系统的鲁棒性和快速性。     

基于相对输出信息的多智能体系统分布式故障检测

针对一类邻居控制信息未知,且节点只能获得相对输出信息的多智能体系统,研究基于未知输入观测器的分布式故障检测问题,以实现节点对自身及邻居故障的实时检测.首先,通过对节点动力学模型进行分解与变换,构造出基于相对输出信息的故障检测参考模型,并给出未知输入观测器的存在性证明;接着,设计不依赖邻居节点控制信息的未知输入观测器,突破控制信息缺失导致观测器失效的理论难题;最后,借助未知输入观测器设计故障检测算法,并完成算法的分布式实现.仿真结果验证了所提方法的有效性与先进性.     

带观测器的单相逆变器数字双环控制器设计及分析

为了获得具有带宽高、动态响应快、输出电压谐波少、适应非线性负载强等特点的高性能单相逆变器,设计了带观测器的单相逆变器数字电压外环电流内环控制器,通过MATLAB仿真,结果表明该控制系统具有良好的稳态和动态特性,且在带非线性负载时总谐波失真非常小,从而得出基于观测器的数字电压外环电流内环控制器可以设计出高性能的单相逆变器。     

一种基于状态观测器的Buck电路控制方法

为了改善DC/DC变换器的控制性能,提升控制器与电路的抗干扰能力,在电流模式控制的基础上,设计了一个基于线性扩张状态观测器的变换器控制器,提升了应对非最小相位系统输入电压或负载变化时稳定输出电压的能力。使用线性扩张状态观测器来估计输出电压与扰动并及时在反馈中给予补偿,保证系统在外部条件变化时的输出稳定性。对某DC/DC降压变换器进行实验,结果表明所设计的控制器可行且具有良好的电压稳定性能。     

基于分布式观测器的多自主水下机器人确定学习控制

针对多自主水下机器人的一致性跟踪问题,提出一种基于新型分布式观测器的一致性跟踪策略.对于具有未知非线性动态的引导者,首先利用确定学习理论将引导者的未知动态表示为具有常数权值的径向基函数神经网络;然后,设计一种新型的分布式观测器,并证明其观测误差能够指数收敛到零的小邻域内;接着,利用观测到的引导者状态信息,通过反步法和动态面技术为每个跟随者设计分布式跟踪控制器,通过Lyapunov稳定性分析,证明闭环系统中所有信号都是最终一致有界的,且跟随者的跟踪误差能够收敛到原点的小邻域内;最后,通过仿真验证所提出方案的有效性.     

基于神经网络干扰观测器的动态逆飞行控制

对新一代歼击机提出了基于神经网络干扰观测器的动态逆飞行控制器设计方案.首先采用RBF神经网络设计干扰观测器,使其输出能够逼近动态逆误差;然后基于干扰观测器的输出设计动态逆飞行控制系统,该系统能克服动态逆误差对飞行控制带来的不利影响;最后将所设计的飞行控制系统用于新一代歼击机的机动飞行仿真,仿真结果表明该飞行控制系统是有效的.     

感应电机二阶滑模次优算法定子磁链观测器设计

提出了基于二阶滑模次优算法的感应电机定子磁链观测方法,设计了定子磁链观测器,并应用到感应电机直接转矩控制中.本文设计的磁链观测器,通过准确的跟踪电流及其变化率,从而实现对转子磁链的准确估算,然后利用转子磁链与定子磁链的关系,估算出定子磁链.由于本文设计的定子磁链观测器是一个多输入多输出(MIMO)系统,稳定性分析非常复杂,为此将磁链估算误差的微分看作扰动处理,从而将MIMO的观测器模型分解成两个独立的单输入单输出(SISO)系统,简化了稳定性分析.将该观测器用于感应电机直接转矩控制中,达到了很好的控制效果.仿真和实验验证了该方法的有效性.     

新趋近律的直流微电网母线电压滑模控制设计

随着直流微电网技术的快速发展,直流微电网中母线电压的稳定性控制作为直流微电网正常平稳运行的关键,也成为了研究热点之一;针对直流微电网母线电压外环易受参数摄动和负荷扰动的影响,提出了一种扩张状态扰动观测器ESO(Extend state observer)与新型趋近律的滑模控制器NRSMC(New reaching law sliding mode control)相结合的复合控制器ESO-NRSMC;该控制器采用了一种新型趋近律方法来解决抖振现象与滑模面趋近时间之间的矛盾;同时扩张状态观测器将观测到的扰动值补偿到滑模控制器中,进一步提高控制器的抗扰动能力;还构造了Lyapunov函数来验证所设计的母线电压外环闭环控制系统的稳定性;最后通过仿真证明控制器ESO-NRSMC在微电网系统参数发生变化以及负载扰动的情况下,依然能够实现对直流微电网母线电压的稳定控制,具有较强的优越性和鲁棒性能。     

Optimal Cooperative Secondary Control for Islanded DC Microgrids via a Fully Actuated Approach

DC-DC converter-based multi-bus DC microgrids (MGs) in series have received much attention, where the conflict between voltage recovery and current balancing has been a hot topic. The lack of models that accurately portray the electrical characteristics of actual MGs while is controller design-friendly has kept the issue active. To this end, this paper establishes a large-signal model containing the comprehensive dynamical behavior of the DC MGs based on the theory of high-order fully actuated systems, and proposes distributed optimal control based on this. The proposed secondary control method can achieve the two goals of voltage recovery and current sharing for multi-bus DC MGs. Additionally, the simple structure of the proposed approach is similar to one based on droop control, which allows this control technique to be easily implemented in a variety of modern microgrids with different configurations. In contrast to existing studies, the process of controller design in this paper is closely tied to the actual dynamics of the MGs. It is a prominent feature that enables engineers to customize the performance metrics of the system. In addition, the analysis of the stability of the closed-loop DC microgrid system, as well as the optimality and consensus of current sharing are given. Finally, a scaled-down solar and battery-based microgrid prototype with maximum power point tracking controller is developed in the laboratory to experimentally test the efficacy of the proposed control method.

     

Observer‐based control of a photovoltaic DC–DC buck converter: HDS approach

In this paper, a new observer‐based controller is proposed for a photovoltaic DC – DC buck converter; both photovoltaic (PV) voltage and current regulation are considered. In order to deal with the complex and nonlinear PV mathematical model and adapt it to the control purpose, a hybrid PV current observer model is proposed; three modes are defined and the stability of the observer is discussed using the hybrid dynamical system approach (HDS). The observer‐based controller is designed for both voltage and current regulation of the PV system; the closed loop of the full system stability is demonstrated through Lyapunov analysis. Experimental results are also presented showing the feasibility of the proposed observer‐based controller.     

基于参考模型的扰动观测器控制系统

为了补偿控制系统的未知动态和外部扰动,论文提出一种基于参考模型的扰动观测器控制系统.首先,分析了二阶理想参考模型控制系统的设计,并通过闭环传递函数证明了参考模型控制系统的稳定性.然后,设计了二阶系统扰动观测器和基于参考模型的扰动观测器控制律,分析了二阶闭环控制误差系统收敛性.并推广到n阶控制系统,证明了n阶闭环控制误差...     

虚假数据注入攻击下直流微电网的滑模控制

针对一类控制通讯信道受到攻击下直流微电网系统母线电压波动问题,提出一种基于滑模控制方法的镇定策略,以实现动态控制与快速响应.首先,在直流微电网系统中引入蓄电池储能系统并构建系统数学模型;其次,设计积分滑模控制策略,控制储能系统注入镇定电流以稳定直流母线电压,从而抑制非线性扰动和虚假数据注入攻击对系统性能的影响;然后,借助适当的Lyapunov泛函,得到确保滑动模态渐近稳定和滑模面可达性的充分条件,保证直流微电网系统能够实现对负载需求的迅速响应及稳定运行;最后,通过Matlab数值仿真验证所提出的滑模控制策略的有效性.     

基于模糊PID控制的双向DC/DC变换器研究

双向DC/DC变换器是指在保持变换器两端的直流电压极性不变的情况下,根据实际需要完成能量双向传输的直流变换器。它在直流不间断电源系统、分布式电站、电动汽车以及太阳能电池阵中有广泛的应用。通过对双向半桥变换器的分析,并将其与蓄电池相结合使用,完成能量的双向传输和电池能量对电网的回馈。由于DC/DC变换器在升降压的过程中产生的严重的非线性问题,在控制方案上,采用模糊PID控制的电压、电流双闭环控制。仿真表明,与传统的PID控制相比,该控制方案有效提高了变换器的鲁棒性,减小输出电压波动,能够实现能量的双向流动。     

基于滑模控制的独立光伏发电系统控制策略

针对独立运行的光伏发电系统,提出了基于滑模控制的最大功率跟踪(MPPT)策略;针对光伏微源输出功率随机性引起的逆变器输入侧直流母线电压波动,通过储能控制实现电压稳定;针对负载变化引起的系统输出电压波动,设计了系统输出电压电流双闭环控制器。通过MatLab/Simulink对提出控制策略进行了仿真验证。分析结果表明,所提出滑模控制策略可实现光伏电池的MPPT;储能控制策略可有效抑制光伏微源输出功率波动引起的直流母线电压波动;输出电压控制策略能稳定系统电压,确保安全可靠运行。     

基于VSG微网储能变流器无缝切换控制策略研究

针对微网储能变流器采用状态跟随控制器进行切换的过程中存在微小电压、电流扰动等问题,本文提出了 一种基于线性自抗扰控制器(LADRC)的无缝切换控制策略.在采用P/Q控制和VSG控制相互切换方法的基础上,将电流内环控制器改成线性自抗扰控制器.通过设计一个状态观测器LESO实时在线观测估计输出变量直轴、交轴电流id、iq以...