基于IFO-K△X的非线性状态反馈控制系统的几个设计概念

摘要：采用Hammerstein模型描述非线性系统时，可以应用增量式函数观测器IFO-K△x设计状态反馈控制系统，数学分析已证明，在不同的前提条件下，Luenberger函数观测器、全维状态观测器和增量式状态观测器均为增量式函数观测器的特例。该文从基于增量式函数观测器的状态反馈控制律作用下的非线性受控系统的闭环系统入手，导出几个重要概念，从而证明基于Hammerstein模型的非线性系统，应用增量式函数观测器设计状态反馈控制系统时，其控制器和观测器可以独立地设计，即分离原理适用于该文所述之非线性控制系统，为IFO-K△x在热控领域的工程应用奠定理论基础。     

基于IFO-KΔx的非线性状态反馈控制系统的几个设计概念

采用Hammerstein模型描述非线性系统时,可以应用增量式函数观测器IFO-K△x设计状态反馈控制系统,数学分析已证明,在不同的前提条件下,Luenberger函数观测器、全维状念观测器和增量式状态观测器均为增量式函数观测器的特例。该文从基于增量式函数观测器的状态反馈控制律作用下的非线性受控系统的闭环系统入手,导出几个重要概念,从而证明基于Hammerstein模型的非线性系统,应用增量式函数观测器设计状态反馈控制系统时,其控制器和观测 器可以独立地设计,即分离原理适用于该文所述之非线性控制系统,为IFO-K△x在热控领域的工程应用奠定理论基础。     

基于代数等价观测器的再热蒸汽温度控制系统

针对再热蒸汽温度对象特性参数随机组运行工况变化而有较大变化的特点,首次运用代数等价观测器(AEO)的概念指导状态反馈和状态观测器的参数整定,同时引入"正踢"、"反踢"、"加速器"等概念和变参数PID控制器共同组成一个再热蒸汽温度控制系统,不仅可以有效克服干扰,而且在对象特性参数变化较大时仍能获得较好的控制品质.     

增量式函数观测器对输入端不确定性有界扰动的稳定鲁棒性分析

观测器的稳定性证明是观测器存在的根本依据，文中在增量式函数观测器IFO-KDx成立的充要条件的基础上，探讨由于受控对象的固有特性(如不确定性、慢时变性等)使得IFO-KDx的充要条件不能给予严格保证时，其渐近稳定关系的变化。通过数学分析，论证IFO-KDx对于输入端存在不确定性有界扰动时的稳定鲁棒性。理论分析和工程实践均证明了，采用IFO-KDx设计状态反馈控制系统，不仅具有适用性和实用性，而且比起普通观测器具有较好的稳定鲁棒性，从而为观测器理论在控制工程中的创新与推广应用提供了一个重要的理论依据。 关键词： ；状态反馈控制；；；；     

一种集中式四自由度磁轴承振动抑制方法

针对磁悬浮飞轮储能中同频扰动抑制问题,建立了磁轴承转子系统数学模型,讨论了以电磁力作为控制量进行控制器设计的可行性和优越性,并从系统能量函数角度出发,提出了一种以电磁力作为控制量的集中式同频扰动抑制算法.在以电磁力作为控制量的基础上,将线性扩张状态观测器与集中式四自由度状态反馈控制器相结合,并通过李雅普诺夫定理验证了系...     

基于观测器的永磁同步电动机微分代数非线性控制

永磁同步电动机(PMSM)是一个典型的非线性多变量耦合系统。微分代数采用动态反馈控制实现一类非线性系统的控制，平滑性是微分代数的重要概念。该文首先给出PMSM的(d,q)数学模型并利用平滑性将其线性化，在此基础上构造了前馈反馈控制器。利用位置可测的特点，构造了非线性高增益观测器，实现了电流和速度观测，得到了控制一观测器系统，并给出了系统稳定的条件。通过对系统的位置给定仿真试验，结果表明：该系统具有快速性、稳定性、无超调、抗负载扰动以及无稳态误差观测等优点。     

基于ESO的永磁同步电机转子动能反馈控制策略

针对电子助力制动系统永磁同步电机调速性能受负载影响较大的问题,提出基于扩张状态观测器的永磁电机转子动能反馈控制策略.在转子动能反馈控制策略基础上,设计了基于扩张状态观测器的负载侧功率补偿方法,解决了传统负载侧功率观测准确性与快速性矛盾的问题.通过试验验证了该方法在突然加卸负载时可使得电机动态性能良好.     

基于状态观测器的状态反馈控制在300MW单元机组协调控制系统中的应用

在单元机组机理性数学模型的基础上，设计了一种增量式状态观测器，提出基于状态观测器的状态反馈与常规PID控制相结合的新型控制方法。采用状态反馈控制克服锅炉的时滞与惯性，提高机组负荷适应能力，应用PID控制保证控制系统的稳态指标。该算法还具有在分散控制系统中易于实现的优点。该控制方案在一台300MW单元机组中的实际应用效果表明：采用基于增量式状态观测器的状态反馈控制，可有效克服锅炉的时滞与惯性，同时还由于其减缓了模型失配的程度，因而可克服非线性、参数慢时变等不确定性因素的影响，特别是当机组负荷发生较大变化时，本方案更显示出其优良的控制性能。     

增量式函数观测器的概念及其状态反馈控制系统的应用

Luenberger提出的状态观测器理论可以解决在确定性条件下受控线性系统的状态重构问题，然而，物理世界中一切实际的系统都具有不同程度的非线性。该文采用Hammerstein模型描述一类非线性系统，明确提出增量式函数观测器的概念，从基本定义出发，通过数学分析，证明Luenberger函数观测器、全维状态观测器和增量式状态观测器均为增量式函数观测器的特例。由于增量式函数观测器的数学定义是建立在非线性受控系统的基础上，因此，观测器的应用便可扩展到非线性控制领域。理论分析表明，在选择同样的观测器参数的前提下，增量式观测器的鲁棒性要优于鲁棒Luenberger观测器。在3座火力发电厂的6台300MW以上容量单元机组工程应用的实践已证明，基于增量式观测器的状态反馈控制与PID控制相结合，能实现对大滞后复杂受控对象的高质量控制，具有很强的稳定鲁棒性，其控制算法简单实用，且便于推广。     

锅炉蒸汽温度鲁棒控制系统研究及其稳定性分析

锅炉蒸汽温度受控对象具有全程非线性和时变特性,给建模和控制系统设计带来较大困难。采用广义约当块及代数等价变换方法,可将分段的传递函数描述转换为变参数的状态空间描述,对3种典型控制系统的稳定鲁棒性所进行的理论研究表明,对同一组传递函数描述的具有非线性和时变特性的高阶惯性受控对象,依据其任一代数等价的状态空间描述所构建的Luenberger函数观测器,在满足一定的条件时,存在n×n解阵T(t)满足Sylvester矩阵方程T(t)A(t)?FT(t)=GC(t)。文中给出了3种类型锅炉蒸汽温度控制系统全局渐近稳定的充分条件,及其调节器的稳态工作点。仿真试验和工程实践证明了理论分析的正确性和控制系统的稳定鲁棒性。     

一台660MW单元机组主蒸汽温度控制系统的设计与调试

浙江北仑发电厂2号机组的主汽温控制系统在改造前采用了串级PID控制策略,其调节效果不太理想,经常会发生主汽温与其设定值偏差较大、过热器壁温超限等现象,在机组控制系统改造以后,主汽温控制系统采用了基于增量式状态观测器的状态反馈控制与串级PID控制相结合的控制策略,采用基于增量式状态观测器的状态反馈能够预测主汽温变化的趋势,使得控制系统能够及时的进行调节,而采用常规的串级PID控制能够消除主汽温的稳态偏差,对于两侧过热器的热偏差问题,本文基于北仑电厂2号机组过热器的结构特性,加入了偏置发生器及跟踪功能,为运行人员提供了方便,实际运行效果表明,主汽温度的动态特性得了明显改善,过热器壁温得到了很好的控制,取得了较好的控制效果。     

基于状态观测器的电力系统阻尼控制

研究了基于状态观测器的电力系统阻尼控制器设计方法.建立了包含4阶发电机模型和3阶励磁系统模型的多机电力系统线性化状态方程,并计算出其矩阵A的特征值和系统阻尼比.通过观察系统的阻尼强弱,根据所要求配置的极点,采用全维和降维状态观测器方法,求出观测器增益和系统反馈增益进行反馈控制.该方法的优点在于不需要测量系统的所有状态变量.在4机2区算例中,求出2种观测器的综合闭环系统的零输入响应,通过比较估测值与实际值的变化情况,验证了该方法改善电力系统阻尼特性的有效性.     

Luenberger-type cubic observers for state estimation of linear systems

This article introduces a new nonlinear observer for state estimation of linear time invariant systems. The proposed observer contains a (nonlinear) cubic term to enhance observer response. Unlike previously proposed observers, the cubic observer has nonlinear estimation error dynamics. Convergence criteria, performance advantages, and observer-based feedback control with cubic observers are addressed. Simulation examples demonstrating performance improvement compared with linear observers, are included.     

磁悬浮制冷离心压缩机停机气流冲击抑制研究

磁悬浮制冷离心压缩机停机时,排气压力小于冷凝器压力,形成气流倒灌作用于叶轮,给磁悬浮转轴径向带来较大冲击,特别是在冷凝压力与排气压力相差较大情况下,气流冲击将直接导致转子与轴承发生碰撞,影响系统稳定性.为了提高磁轴承的抗冲击能力,提出一种改进的线性自抗扰控制方法,通过构建线性状态误差反馈的动态方程,使其仅与位移观测量有...     

基于微分同胚映射和扩张状态观测器的高压直流非线性控制器的设计

为提高高压直流输电系统的抗干扰能力以及模型辨识的准确性,提出了一种基于微分同胚映射和扩张状态观测器的高压直流非线性控制器设计方法。首先利用微分同胚映射将高压直流输电系统模型中的非线性因素作为系统的控制输入,利用线性最优反馈和非线性误差反馈率确定最优预控变量;然后运用扩张状态观测器来辨识所有不确定因素,从而实现非线性控制...     

基于观测器的控制时滞线性系统的最优跟踪控制

研究了控制时滞线性系统的二次型最优跟踪控制问题.首先将控制时滞系统转化为无时滞系统,再将最优跟踪问题转化成等价系统的最优调节问题.然后,通过求解Riccati方程,设计含动态观测器的前馈-反馈最优跟踪控制律,利用构造参考输入观测器解决了前馈补偿器的状态物理不可实现问题.仿真实例验证了所设计的最优跟踪控制律的有效性.     

采用自抗扰控制器的永磁直线电动机速度控制

设计了一种基于自抗扰控制原理的永磁直线电动机调速系统。将系统内部模型的不确定性与系统的外部扰动统一视为系统的未知干扰，通过扩张状态观测器来估计，根据估计状态设计非线性反馈控制律进行直接反馈线性化补偿，使直线电动机速度调节转化为解耦的线性系统的控制。仿真结果验证了该控制策略对状态的正确估计，以及对摩擦力和纹波推力扰动对速度精度影响抑制的可行性和鲁棒性。     

基于复合控制的圆筒形永磁直线同步电机位置控制

针对圆筒形永磁直线同步电机,设计了一种位置控制系统。考虑到直线电机的推力脉动、摩擦力和系统模型的不确定性,采用干扰观测器(DOB)对其进行在线估算并进行补偿,经过补偿,系统模型近似等价其标称模型;基于标称模型设计速度前馈控制器,基于速度控制系统的模型设计位置前馈控制器,使得永磁直线同步电机控制系统的输出能够无误差地跟踪期望的速度和位置响应曲线;采用综合校正方法设计反馈控制器,保证系统的稳定性。最后给出了仿真结果。