Disturbance observer-based tracking control with prescribed performance specifications for a class of nonlinear systems subject to mismatched disturbances

This work investigates simultaneous prescribed performance tracking control and mismatched disturbance rejection problems for a class of strict-feedback nonlinear systems. A novel control scheme combining prescribed performance control, disturbance observer technique, and backstepping method is proposed. The disturbance estimations are introduced into the design of virtual control law design in each step to compensate the mismatched disturbances. To further improve the control performance, a prescribed performance function characterizing the error convergence rate, maximum overshoot, and steady-state error is used to construct the composite controller. The proposed controller guarantees transient and steady-state performance specifications of tracking error and provides much better disturbance attenuation ability simultaneously. Rigorous stability analysis for the closed-loop system is established by direct Lyapunov function method. It is shown that all the states in the resulting closed-loop system are stable, and the tracking error evolves within the prescribed performance boundaries and asymptotically converges to zero even in the presence of mismatched external disturbances. Finally, theoretical results are illustrated and demonstrated by two simulation examples.     

Implicit discrete-time fast terminal sliding mode control with disturbance compensation

In this paper, an implicit discrete-time fast terminal sliding mode (DFTSM) control with disturbance compensation is designed and analyzed for uncertain high-order systems. First, a recursive discrete sliding surface is constructed based on implicit Euler technique, which can completely eliminate discretization chattering so as to significantly reduce the boundary layer of sliding mode motion. With the help of a high-order disturbance compensator, the accuracy limitation of implicit DFTSM control systems is overcome by increasing the order of sliding mode. Then the finite-time convergence of implicit DFTSM is proved for the first time, and the influence relationship of control parameters on the convergence speed and control accuracy of the algorithm is established. Finally, two numerical examples are provided to demonstrate the effectiveness and superiority of the proposed design approach.     

具有非匹配扰动的非线性变参数系统模型参考跟踪控制

本文研究了一类含有非匹配扰动的非线性变参数系统的跟踪控制问题.首先,设计非线性扰动观测器用于估计系统所受到的未知扰动.其次,在前馈–反馈跟踪控制器中引入扰动补偿控制项,提出一种基于扰动观测器的跟踪控制策略.利用依赖于状态和时变参数的线性矩阵不等式,导出保证闭环系统输入–状态稳定的充分条件,进而运用平方和凸优化技术解析地构造出扰动观测器和跟踪控制器.通过理论证明,所设计的控制策略能够实现非线性变参数系统输出对参考模型输出的跟踪,消除输出通道中非匹配扰动的影响.最后,由数值仿真例子验证了所提方法的有效性.     

有色量测噪声下带广义未知扰动的递推上限滤波

针对博弈对抗环境下利用快速采样雷达进行非合作目标跟踪带来的有色噪声和未知干扰共存问题, 本文提出有色量测噪声下带广义未知扰动的随机动态系统递推上限滤波. 这里, 有色量测噪声用于描述由于快速采样或持续干扰带来的噪声相关性, 广义未知扰动用于建模博弈对抗对雷达观测带来的异常影响(先验信息缺失). 针对所考虑系统, 通过参数优化实现状态估计误差协方差上限(而不是理论值)的在线递推, 提出有色噪声下上限滤波(CU-BF), 给出状态估计误差协方差最小上限的近似实现, 讨论了所提CUBF的存在性条件. 在具有时变未知扰动和有色量测噪声的目标跟踪仿真中验证了所提方法的有效性.     

基于神经网络的双闭环伺服系统自适应控制

针对双闭环伺服系统中传统自抗扰控制（ADRC）控制器待整定的参数较多且整定过程较复杂的问题,设计了一种基于径向基函数神经网络的ADRC控制器。考虑到组合控制律的独立性,设计线性状态误差反馈进一步降低参数整定复杂性。径向基函数神经网络将扩张状态观测器中的非线性误差增益作为其权值系数,在线辨识出被控对象的Jacobian信息,利用神经网络的自学习功能实现了ADRC的参数在线自整定。以永磁同步电机(PMSM)作为被控对象,通过MATLAB进行仿真。仿真结果证明,此控制策略有效地优化了伺服系统的静态性能和动态品质,实现了控制系统的高动态和高精度。     

计及虚拟惯量与下垂控制的风火耦合系统小扰动稳定分析

风火耦合系统在我国北方电网中普遍存在。为了构建电网友好型风电场,主动频率支撑控制被引入风电功率外环,然而该控制可能会影响耦合系统的稳定特性。已有研究主要关注主动频率支撑控制对火电机组主导的机电振荡特性的影响,对风电机组主导的次同步振荡特性影响的研究不多。基于此,建立考虑主动频率支撑控制的风火耦合系统模型,分析在不同风电渗透率和不同锁相环阻尼系数下主动频率支撑控制对耦合系统中火电机组主导的机电振荡模态以及风电机组中锁相环主导的次同步振荡模态的影响,确定耦合系统中锁相环主导的次同步振荡模态的主要影响因素。为了探究主动频率支撑控制影响锁相环主导的次同步振荡的失稳机理,推导了耦合系统计及主动频率支撑控制时锁相环小扰动等效模型,通过复转矩法分析了主动频率支撑控制对锁相环主导的次同步振荡模态的影响。通过时域仿真验证了主动频率支撑控制参数对耦合系统稳定性的影响。     

基于自适应积分滑模与扰动观测的多PMSM同步控制

为了克服多电机差速失步振荡及同步稳定性变差等问题,提出了基于新型自适应积分滑模和扰动观测的多 PMSM 同步控制方法。首先,构建了一种改进型偏差耦合同步控制结构。其次,设计了基于新型自适应积分滑模(new adaptive integral sliding mode control, NAISMC)的 PMSM 控制器。同时,利用滑模扰动观测器(sliding mode disturbance observer, SMDO)对电机负载扰动进行观测,并与改进的偏差耦合同步控制结构相结合,提出了基于NAISMC与SMDO的多 PMSM 的改进型偏差耦合同步控制方法。最后,进行了实验分析。其结果表明所提出的同步控制方法能有效地保证4个电机具有良好的同步性能,提高了其抗扰动的能力,确保了多电机同步的稳定性。     

光伏快速充电站配电变压器端电能质量综合控制研究

针对光伏快速充电站将光伏发电与电动汽车快速充电站有机结合,在充分发挥清洁能源优势和大量提升充电效率的同时所带来的电能质量扰动类型复杂、变化快速等问题,提出了一种基于串并联组合配电网柔性交流输电(distribution flexible AC transmission system, DFACTS)的新型电能质量补偿器的电能质量综合控制方法。深入研究了新型电能质量补偿器主电路拓扑,建立起了动态工作模型。详细分析了新型电能质量补偿器线性自抗扰控制方法的工作原理,设计出线性自抗扰控制器。并针对各DFACTS控制器间的交互影响,提出多DFACTS控制器的协调控制策略。最后搭建仿真模型,进行仿真验证。仿真结果表明,所提出的新型电能质量补偿器采用线性自抗扰控制方法相比传统PI控制方法,提高了电能质量扰动快速变化时的综合补偿能力和动态响应能力。并且验证了该协调控制能有效提高系统电压稳定能力,具有良好的可行性和有效性。     

基于多粒度特征选择和模型融合的复合电能质量扰动 分类特征优化

现代电力系统因其“双高”特性造成电能质量扰动模式愈加复杂,对复合扰动的准确分类提出了挑战。传统电能质量扰动分类方法在特征提取阶段所提取的特征由人为确定,难以判断所提取的特征对分类问题是否有效,加之多重复合扰动特征相互耦合导致扰动特征的可分性确定困难。为此,提出一种基于粒度的计算方法进行特征选择的模型。在提取的扰动特征集的基础上,通过构建多粒度空间反映特征分布差异性,进而挖掘各粒度下的最优特征子集以确定有效和冗余的分类特征,达到优化分类效果的目的。在此基础上,通过集成分类模型融合不同粒度空间最优扰动特征集所训练的同质弱分类器模型,提出一种新的电能质量扰动多粒度集成分类方法。该方法克服了现有方法在进行多粒度分类时通过寻找最优单粒度空间特征而导致的其他粒度空间信息丢失的问题。实验表明,多粒度特征选择算法可提取对分类有效的扰动特征,集成分类模型可进一步改善模型的分类性能。     

结合特征扰动与分配策略的集成辅助多目标优化算法

代理模型利用近似预测代替算法对多目标优化问题的真实评价,大幅减少了算法寻优所需的真实适应度评估次数。为提高代理模型在求解高维问题时的准确性并降低计算开销,提出一种基于特征扰动与分配策略的集成辅助多目标优化算法。将径向基函数网络代理模型与支持向量机回归代理模型作为集成过程中的基模型,降低算法在高维问题上的计算开销。结合特征扰动与基于记忆的影响因子分配策略构建集成代理模型,提高集成准确性。使用集成预测值与不确定信息加权辅助管理集成代理模型,平衡全局搜索与局部探索,增强算法在目标空间中的寻优能力。实验结果表明,该算法在ZDT1~ZDT3和ZDT6测试问题上所得解集的分布性与收敛性相比经典算法更好,并且当决策变量维数增加时,使用集成代理模型相比于Kriging代理模型约减少了90%的适应度评估次数,同时可获得更准确的预测结果。