交流感应电机矢量解耦控制系统仿真研究

为了考查实际系统中异步感应电机磁场会随着电机负载(转矩)变化而呈不同程度的饱和以致电机参数非线性的影响,文章从同步速d-q坐标系下异步感应电机动态模型和矢量解耦控制的基本原理出发,引入了内模控制方法,详细设计了基于转子磁链定向和内模控制的电流调节器,分析了电流内模控制器对这种非线性参数的鲁棒性.在此基础上建立整个异步感应电机矢量控制仿真系统,并分别对忽略磁路饱和和考虑磁路饱和两种情况下的系统进行了仿真和分析.仿真和分析结果表明了电流内模控制调节器在模型匹配和失配下均能提供良好的转矩动、静态解耦效果.     

基于内模解耦的IPMSM矢量控制仿真研究

在永磁同步电机的研究中,针对永磁同步电机的非线性和参数的不确定性以及采用矢量控制后电压与电流之间的强耦合性,为抑制系统非线性影响,消除干扰,采用基于内模控制(IMC)的矢量控制,克服传统的PI控制不能动态解耦以及对电机参数敏感的问题.从同步速d-q坐标系下凸极式永磁同步电机(IPMSM)数学模型及其矢量控制的基本原理出发,对交叉耦合关系进行了理论分析,引入了内模控制方法,设计了转子磁链定向和内模控制的电流调节器.在MATLAB下搭建了系统的仿真模型进行仿真,结果表明,所提出的内模控制器在模型匹配和失配的情况下均能提供良好的解耦效果,为优化设计提供了有效参考依据,可在线调节.     

双馈风力发电系统的非线性解耦控制

为了克服双馈风力发电系统基于近似线性化模型的分离控制方法动态性能差,抗扰能力弱的缺点,研究了双馈风力发电系统的精确线性化解耦控制.首先从电力电子装置与电机系统集成的角度,建立了双馈风力发电系统的统一模型;然后应川逆系统理论,推导出其逆系统模型,将其精确线性化成一个伪线性系统;最后运用内模控制理论对其进行综合以提高系统的鲁棒性,实现了双馈风力发电系统的高性能控制.仿真和实验结果表明,该控制策略不仅可以加快系统的响应速度.保证系统的全局稳定性,而且还可以减少所需的直流滤波储能电容,提高系统可靠性.     

双馈感应风力发电系统新型功率控制策略研究

在风力发电功率优化控制问题的研究中,针对双馈感应风力发电系统稳定性问题,推导出双馈感应发电机转子d-q轴电流分量与定子无功功率及转矩之间的数学表达式,提出以定子无功功率和转矩作为参考输入的控制方法,得出系统功率转换的控制策略,建立了风电系统转子侧变换器的矢量控制框图.采用Matlab/Simulink,搭建了1.5MW风力发电系统的仿真模型.运行仿真模型,得到了双馈感应发电机转子电流,双馈风力发电系统的有功功率、无功功率及三相输出电流等信号的波形曲线.仿真结果表明,改进控制策略提高了系统的鲁棒性和输出电能质量,证明了控制策略的有效性和可行性.     

三电平SAPF双闭环控制系统的研究

提出了一种三电平并联型有源电力滤波器双闭环控制系统的设计方案。该系统采用ip-iq法提取谐波,利用瞬时无功功率理论检测三相电压与负载电流,用以计算补偿电流;其电压外环采用模糊PI控制器控制,电流内环采用内模控制器控制,并由三电平SVPWM调制器输出补偿电流。仿真实验结果验证了该系统具有良好的谐波补偿效果。     

基于通用内模的变频电网有源电力滤波器自适应重复控制

为了提高变频电网并联型有源电力滤波器(APF)的电流控制性能,针对谐波源的多样性和负载状态的变化,提出了一种通用内模,然后,结合两次坐标变换,通过内模p值的自适应调节,建立了基于通用内模的重复控制器.这种控制器,能够根据电网或负载状态,调整动态响应时间和补偿范围.这样就解决了谐波源或负载的变化引起的补偿效果降低的问题.针对电网频率的大范围变化,又引入了周期自适应参数.为了弥补重复控制动态延迟的缺陷,将并联比例控制器组成复合控制系统,并对该系统的主要特性进行了分析.在飞机变频交流电网并联APF系统中,首先将所提重复控制方法与其他四种方法了进行仿真对比,最后进行了实验验证.仿真和实验结果证明了基于通用内模的复合重复控制策略的有效性和优越性.     

PWM整流器的模糊PI内模控制策略

PWM整流器模型中的非线性特性给控制器的设计带来一定的困难,且随着对整流器性能的要求日益提高,传统控制在性能上已难以令人满意。对此提出一种新的双闭环控制策略,电压外环采用模糊PI控制,电流内环采用内模控制。模糊PI控制使系统具有更快的动态响应和更小的超调,电流环内模控制解决控制器过分依赖精确数学模型的问题,提高电流环的抗扰性能,并简化了控制器设计。理论分析和仿真对比验证了所提控制策略的正确性和可行性。     

基于模糊RBF的双馈风机励磁控制研究

针对传统矢量控制精度依赖于发电机精确数学模型和参数等缺点,在分析双馈感应发电机电磁关系基础上,研究一种基于模糊神经网络的励磁控制策略.设计了基于模糊RBF解耦的励磁控制器,并对模糊RBF解耦算法进行研究;对基于模糊RBF的励磁控制的兆瓦级双馈风力发电系统进行仿真,结果验证了基于模糊RBF励磁控制的双馈发电机系统具有有功、无功功率的快速解耦能力,其调节过程响应速度快,超调量小,无静差;对于外界干扰和电机内部参数变化等问题都有良好的鲁棒性和参数自适应性.     

不平衡电网电压下双馈感应发电机无源控制

本文以抑制电网电压不平衡所带来的定、转子不平衡电流为目标,提出了一种基于无源化方法的双馈感应发电机不平衡控制策略.首先在分析了正转同步旋转坐标系下的双馈感应发电机正序模型及负序模型无源性的基础上,设计了正、负序模型的无源性状态反馈控制器;然后给出了一种期望状态值计算方法,根据不平衡控制目标得到定、转子电流负序分量的指令值,结合定子电压的正序分量和电磁转矩的期望值计算出定、转子电流正序分量的给定值;最后得到电网电压不平衡条件下双馈感应发电机的无源控制器.仿真结果表明:所提出的控制方案有效地抑制了电网电压不平衡故障时定子及转子的不平衡电流,降低了输出电磁转矩的波动,提高了双馈感应发电机系统在电网电压不平衡条件下实现不间断运行的能力.     

双馈风机自适应神经分散协调预测控制

目前,双馈感应发电机转子侧励磁控制系统均依据"孤立"模型设计."孤立"模型忽略了各子系统之间、各控制器之间的相互作用,因此这种控制器仅对改善本系统的控制特性有一定作用.针对以上情况,提出了一种自适应神经分散协调控制策略,并将其应用于双馈感应发电机转子侧励磁控制系统仿真研究中.首先,利用电力关联测量法建立了基于本地变量的双馈风机关联测量模型.其次,以关联测量模型作为预测模型,采用多模型预测控制器对双馈风机转子侧励磁系统进行控制.最后,利用可在线调整的人工神经网络作为多模型加权控制器以补偿双馈风机强非线性、工作区间变化范围大的特点.主导特征值分析和动态仿真表明:该控制策略不仅实现了高精度的最大功率跟踪控制,而且在电力系统故障时可提供持续的、充足的阻尼.     

基于IMC的PID控制器的设计实现

内模控制（IMC）是一种基于过程数学模型进行控制器设计的新型控制策略。自面世以来,不仅在工业过程控制中获得了成功的应用,而且表现出在控制系统稳定性和鲁棒性理论分析方面的优势,尤其是它仅有一个整定参数,参数调整与系统动态品质和鲁棒性的关系比较明确,采用内模控制原理可以提高PID控制器的设计水平。该文正是从IMC的结构出发,提出了一种简洁的IMC—PID控制器设计思路,并利用MATLAB进行仿真研究。分析发现,该控制器具有常规PID的优点,对于大纯滞后或非线性系统能够很好地工作,可以推广应用于一般工业过程。     

基于H∞控制理论的2-DOF内模控制器设计及其在电力系统中的应用

给出一种基于H_∞控制理论的二自由度内模控制器设计方法.考虑了标称模型与实际模型之间存在乘性摄动时的失配性,利用适当的状态变换,将跟踪问题的控制器设计转化成一个调节问题的标准H_∞控制器设计问题,再利用H_∞输出动态反馈完成了控制器设计.以电力系统模型为例设计了一个二自由度H_∞励磁控制器,仿真结果表明了此控制器的有效性.     

IMC based Controller Design for Automatic Generation Control of Multi Area Power System via Simplified Decoupling

This paper deals with design of integer and non-integer IMC based controllers for automatic generation control of two area power system using the simplified decoupling technique. A two area non-reheated interconnected thermal power system is considered for decentralised controller design. The coupling among areas are the main hurdle encountered in the design of controller. Hence, the idea of simplified decoupling technique is introduced to decouple the two area power system into two equivalent independent SISO systems. Integer and non-integer internal model control (IMC), are independently designed for each area based on decoupled systems. The performance of two area power system equipped with proposed controller is analysed through MATLAB. Simulation results show that proposed controller maintains robust performance and can minimize the load fluctuations. Finally, the method is extended to three area power system.     

基于小波网络的非线性内模控制

针对非线性内模控制结构,给出了小波网络逼近系统正、逆模型的充分条件的实现方法。在内模控制结构中引入PID补偿控制,改进了内模控制器的性质。仿真结果表明,小波网络用于非线性内模控制是有效的,内模＋PID控制较单一内模控制具有更快速和平稳的跟踪性能。     

内模控制在过程控制系统中的应用研究

内模控制是一种简单、实用的先进控制算法,是研究其它基于模型的控制策略的理论基础.本文介绍了内模控制的基本原理及内模控制器的设计方法,基于过程控制实验系统,采用内模控制策略对其进行控制,并在相同状况下,采用常规PID和内模PID算法对其进行控制比较.结果表明,采用内模控制策略的控制系统在超调量、上升时间和调节时间等方面均有所减小和缩短,体现了内模控制的实用性和控制效果的优越性,对于内模控制在其它领域的应用具有一定的参考价值.     

一种时滞过程内模PID控制器鲁棒整定方法

针对典型的一阶时滞（FOPTD）、二阶时滞（SOPTD）以及一阶时滞积分（FODI）过程,提出了一种简便的内模PID控制器设计和参数整定方法。 用一阶泰勒级数逼近系统模型的时滞项,导出内模PID控制器参数表达式,且仅有一个可调参数β,该可调参数与系统的动态性能和鲁棒性直接相关。基于控制系统的鲁棒性能指标给出了控制器可调参数β进行鲁棒整定的解析表达式。仿真结果表明,该方法可使系统同时获得良好的设定值跟踪特性、扰动抑制特性和克服参数变化的鲁棒性。        

Tuning algorithms for fractional order internal model controllers for time delay processes

This paper presents two tuning algorithms for fractional-order internal model control (IMC) controllers for time delay processes. The two tuning algorithms are based on two specific closed-loop control configurations: the IMC control structure and the Smith predictor structure. In the latter, the equivalency between IMC and Smith predictor control structures is used to tune a fractional-order IMC controller as the primary controller of the Smith predictor structure. Fractional-order IMC controllers are designed in both cases in order to enhance the closed-loop performance and robustness of classical integer order IMC controllers. The tuning procedures are exemplified for both single-input-single-output as well as multivariable processes, described by first-order and second-order transfer functions with time delays. Different numerical examples are provided, including a general multivariable time delay process. Integer order IMC controllers are designed in each case, as well as fractional-order IMC controllers. The simulation results show that the proposed fractional-order IMC controller ensures an increased robustness to modelling uncertainties. Experimental results are also provided, for the design of a multivariable fractional-order IMC controller in a Smith predictor structure for a quadruple-tank system.     

基于LMI和IMC的动态反馈抗饱和补偿设计

提出了一种基于线性矩阵不等式(LMI)和内模控制(IMC)的动态反馈抗饱和补偿器的设计方法,为此首先简要地介绍了基于统一框架的抗饱和补偿器设计方法,然后针对原框架计算量庞大的问题,利用模型精确的IMC结构中对象和控制器同时稳定就能保证系统闭环稳定的特性对框架进行改造,并进一步选取了具有(?)2范数形式的性能优化指标,通过整定控制器的方法来优化闭环系统的工作性能,给出了LMI形式的结果．最后给出了运用此方法设计补偿器的一个仿真实例．     

Enhanced design of cascade control systems for unstable processes with time delay

In this paper, optimal H₂ internal model controller (IMC) is designed for control of unstable cascade processes with time delays. The proposed control structure consists of two controllers in which inner loop controller (secondary controller) is designed using IMC principles. The primary controller (master controller) is designed as a proportional-integral-derivative (PID) in series with a lead-lag filter based on IMC scheme using optimal H₂ minimisation. Selection of tuning parameter is important in any IMC based design and in the present work, maximum sensitivity is used for systematic selection of the primary loop tuning parameter. Simulation studies have been carried out on various unstable cascade processes. The present method provides significant improvement when compared to the recently reported methods in the literature particularly for disturbance rejection. The present method also provides robust closed loop performances for large uncertainties in the process parameters. Quantitative comparison has been carried out by considering integral of absolute error (IAE) and total variation (TV) as performance indices.     

典型时滞时变过程的鲁棒数字双PI 控制

针对具有时滞时变以及负载干扰等复杂特性的时滞系统，在强时滞鲁棒数字PID控制方法的基础上，结合二自由度的IMC结构，给出一种数字双PI调节器的设计，在已知闭环系统时滞时变范围内，对确定性定值负载干扰的影响实现了无静差鲁棒调节控制。