Robust control based on μ synthesis for combustion system

针对火电厂燃烧过程中主蒸汽压力控制系统的大时滞、大惯性和非线性,采用能迅速反映燃料侧扰动的辐射能信号进行快速补偿,设计一个混合灵敏度μ控制器作为主控制器.将μ分析方法引入锅炉燃烧控制系统,综合考虑了系统的鲁棒稳定性和鲁棒性能,解决了常规H∞控制性能不理想的问题.给出了基于μ综合理论的控制方法求解控制器的具体步骤,并分析了系统具有鲁棒稳定性和鲁棒性能的条件.仿真结果表明采用μ控制器有效地减小了稳态误差,明显改善了响应性能指标.     

非脆弱鲁棒控制的μ综合权函数选择研究

利用非脆弱鲁棒性能概念和μ综合设计方法,解决了一类常规的鲁棒性能设计不能保证控制器摄动时系统具有较好性能的问题.给出了用μ综合求解非脆弱鲁棒控制器的一种设计方法.并且指出,即使采用了μ综合方法,但如果性能权函数选择不当,也不能得到较好的非脆弱鲁棒性能.给出了权函数的正确选择.求解了μ综合非脆弱鲁棒PI控制器.对电厂锅炉过热汽温示例的不同设计结果进行了仿真对比,表明在被控对象和控制器同时摄动时系统仍具有较好的性能.     

模型随工况大范围变化的过热汽温μ综合

对某超临界600MW直流锅炉高温过热器导前区及惰性区均具有模型摄动的过热汽温μ综合鲁棒控制问题进行了研究.该被控对象在工况大范围变化时,模型(包括时间常数、增益、甚至对象阶次等)有很大的变化.对此提出了μ综合鲁棒PID汽温控制系统设计方法.讨论了该模型摄动不确定性权函数及性能权函数的选择,求解了μ综合鲁棒PI控制器.该控制器的实现,不需要增加现有控制设备额外的开支.仿真结果表明,本文设计的汽温控制系统具有较好的鲁棒性能.     

潜器全方位推进器主轴转速鲁棒H_∞控制器设计

针对潜器螺距调节式全方位推进器的工作环境和负载特性比较复杂的特点,为了提高全方位推进器主轴转速系统的动态性能和对参数扰动的鲁棒性,利用鲁棒控制理论,建立了永磁同步电机传动系统的反馈线性化模型,实现了主轴转速系统的鲁棒控制.该速度控制系统由负载转矩扰动估计器以及鲁棒控制器两部分构成.负载转矩扰动估计器主要用于负载扰动估计,以确保有效补偿负载扰动的影响.鲁棒控制器在电机参数发生变化和出现干扰的情况下,获得转速的跟踪性能.仿真结果表明,采用H∞鲁棒控制器的永磁同步电机主轴转速控制系统较传统的PID控制系统具有更好的跟踪性能、鲁棒稳定性和抗干扰性能.     

鲁棒预测控制系统的性能评估基准

控制性能评估基准(Benchmark)是实现控制系统性能评估的基础,将现有单变量控制系统的性能极限理论推广到多变量系统,针对模型预测控制(MPC)系统建立了其控制性能评估基准及输出反馈鲁棒MPC基准控制器。基准控制器实现了闭环系统跟踪性能与鲁棒稳定性能的折衷。在基准控制器作用下,闭环系统的控制性能独立于控制器参数。     

H_∞控制理论在主汽温控制系统中的应用

针对大惯性和模型不确定性的主汽温被控对象,设计H∞控制器,通过选择合适加权函数,利用MATLAB鲁棒控制工具箱得到H∞最优控制器,在不同工况下绘制系统响应曲线,结果表明控制系统在满足一定动态品质下,仍具有良好的鲁棒稳定性和鲁棒性能。     

H∞控制理论在主汽温控制系统中的应用

针对大惯性和模型不确定性的主汽温被控对象,设计H∞控制器,通过选择合适加权函数,利用MATLAB鲁棒控制工具箱得到H∞最优控制器,在不同工况下绘制系统响应曲线,结果表明控制系统在满足一定动态品质下,仍具有良好的鲁棒稳定性和鲁棒性能.     

并联型有源滤波器的 控制

电力系统的运行工况复杂,要得到系统和干扰的精确数学模型几乎是不可能的。介绍了H∞鲁棒控制器理论的基本原理,并运用混合灵敏度的方法设计了APF的H∞鲁棒控制器,能将电力系统的建模误差、参数不确定性和干扰不确定性等因素计入设计方案之中,因而能使控制系统具有很好的鲁棒性。采用混合灵敏度的方法设计H∞鲁棒控制器,在进行合理的降阶后利用Matlab软件进行仿真,结果表明：APF的H∞控制具有较好的动态品质,并使系统具有较强的鲁棒性。自动控制系统最重要的特性莫过于它的稳定性,在稳定的基础上,再追求系统满足一定的性能要求,这样的控制系统才具有实际应用价值。因此,保证闭环控制系统的稳定性,这是控制器设计所必须满足的基本要求。利用Matlab软件进行仿真,结果表明：APF的H∞控制具有较好的稳定品质。     

HVDC孤岛运行附加频率鲁棒控制器设计

为提高HVDC孤岛运行时送端系统频率稳定性,提出了一种直流附加频率鲁棒控制器,利用直流功率的快速可控性来稳定系统频率。采用高精度TLS-ESPRIT算法辨识得出系统低阶线性化模型,再采用基于线性矩阵不等式的鲁棒设计方法在兼顾最优性能和鲁棒性能的同时设计了附加频率鲁棒控制器。该附加频率鲁棒控制器控制结构简单、阶数较低,易于实现。在PSCAD/EMTDC中的仿真实验表明,所设计的附加频率鲁棒控制器能显著提高送端系统频率稳定性。并且相比于传统PI控制器,其控制效果更好,对不同运行方式下的不同类型故障都有较强的鲁棒性,即使在联网运行方式下也可继续有效地运行,研究结果可供孤岛运行方式下的实际电力系统应用参考。     

过热汽温控制系统μ综合的研究

栓文对惰性区具有大延迟及参数摄动的电厂锅炉过热汽温鲁棒控制问题进行了研究。指出该问题可以统一在μ综合框架之下进行处理。文中了权函数的选择,求解了μ综合鲁棒ＰＩ控制器。对锅炉过热汽温控制进行了仿真研究,结果表明设计的控制器满足系统鲁棒性能要求。     

并联型有源滤波器的H∞控制

电力系统的运行工况复杂,要得到系统和干扰的精确数学模型几乎是不可能的.介绍了H∞鲁棒控制器理论的基本原理,并运用混合灵敏度的方法设计了 APF 的H∞鲁棒控制器,能将电力系统的建模误差、参数不确定性和干扰不确定性等因素计入设计方案之中,因而能使控制系统具有很好的鲁棒性.采用混合灵敏度的方法设计H∞鲁棒控制器,在进行合理的降阶后利用Matlab软件进行仿真,结果表明:APF的H∞控制具有较好的动态品质,并使系统具有较强的鲁棒性.自动控制系统最重要的特性莫过于它的稳定性,在稳定的基础上,再追求系统满足一定的性能要求,这样的控制系统才具有实际应用价值.因此,保证闭环控制系统的稳定性,这是控制器设计所必须满足的基本要求.利用Matlab软件进行仿真,结果表明:APF的H∞控制具有较好的稳定品质.     

锅炉过热汽温H∞非脆弱鲁棒控制性能权函数选择研究

一般鲁棒控制方法研究在鲁棒稳定的前提下,考虑对干扰的抑制性能.但对于锅炉过热汽温实际系统,输入和干扰同时存在.提出了在鲁棒稳定的前提下,系统的实际输出性能才是控制系统设计的真正要求.针对实际干扰情况应采用不同的性能权函数,才能达到较好的系统输出性能.研究了性能权函数的选取.给出了求解锅炉过热汽温H∞非脆弱鲁棒PI控制器的方法,设计了H∞非脆弱鲁棒控制系统的PI控制器参数.通过仿真说明了性能权函数选择的重要性.     

基于结构保留模型的静止无功补偿器鲁棒非线性控制

采用Hamilton函数方法研究了静止无功补偿器(SVC)的鲁棒非线性控制问题。首先基于系统网络结构特点,建立了包含SVC、恒功率负荷和有界外部扰动的电力系统的结构保留不确定非线性控制数学模型,然后通过坐标变换和预置状态反馈控制完成了系统的耗散Hamilton实现。最后,基于该耗散实现设计了鲁棒控制器,并分析了闭环系统的渐近稳定性。由于充分利用了系统的内在耗散结构特性,所设计的鲁棒控制器物理意义明确,易于实现。与常规PID控制器的仿真比较表明,该鲁棒控制器作用下系统的超调量小、响应速度快,能有效抑制外部干扰对系统暂态稳定性的影响,有效提高了系统的动态性能。     

基于H_∞控制的多变量系统仿真

研究了基于环路成形H∞控制的多变量系统控制器设计。为了能方便地在实际工程中实现复杂的控制,提出了采用多变量PID控制器逼近所得高阶控制器的方法,并给出了如何选择影响闭环系统性能的预补偿器方法。仿真结果表明,文中所得的多变量PID控制器具有较好的鲁棒稳定性和鲁棒性能。最后针对该设计方法,以Matlab6.2为平台开发了一套交互式的多变量系统控制器设计软件MCSLab。     

H∞混合灵敏度控制在主汽压系统中的应用

主蒸汽压力是电厂热工过程控制中的重要参数,由于锅炉燃烧工况变化较大,主汽压对象模型具有不确定性,常规控制方法很难得到预期的控制效果。为提高系统控制品质,提出了主汽压系统的H∞混合灵敏度设计方法,给出了选择加权函数的具体方法,采用MATLAB软件进行仿真计算,得到H∞最优控制器。仿真结果表明,在对象模型参数发生较大变化时,与常规PID调节方法相比,H∞最优控制器能使主汽压控制系统具有良好的鲁棒稳定性和动态性能。     

基于H∞控制的多变量系统仿真

研究了基于环路成形H∞控制的多变量系统控制器设计.为了能方便地在实际工程中实现复杂的控制,提出了采用多变量PID控制器逼近所得高阶控制器的方法,并给出了如何选择影响闭环系统性能的预补偿器方法.仿真结果表明,文中所得的多变量PID控制器具有较好的鲁棒稳定性和鲁棒性能.最后针对该设计方法,以Matlab6.2为平台开发了一套交互式的多变量系统控制器设计软件MCSLab.     

基于内模控制理论的HVDC IMC-PID控制器设计

分析了内模控制(IMC)理论的优越性,推导了HVDC控制系统的传递函数,在IMC理论基础上设计了直流控制系统IMC-PID控制器。控制系统的性能指标采用平方积分误差值(ISE)衡量,鲁棒稳定性指标采用M值进行评定,在综合考虑两者的基础上进行IMC-PID控制器参数的整定。在MATLAB中搭建标准模型进行数字仿真,结果显示在系统参数发生一定变化时系统仍能够保持稳定,具有较好的动态性能,由此证明了所提设计方法的可行性和有效性。     

异步电动机间接磁场定向的二自由度鲁棒控制器

间接磁场定向控制(IFOC)的异步电动机控制系统性能容易受到转子电阻变化和外界扰动的影响,一般的鲁棒控制在兼顾系统鲁棒稳定性和鲁棒性方面有所不足.为了解决这些问题,研究将基于Youla参数化的二自由度控制结构用于异步电动机的间接磁场定向控制,H<,∞>反馈控制器用于保证反馈闭环的鲁棒稳定性和鲁棒性能,设计基于日:优化的前馈控制器来保证系统即使在存在模型误差的情况下,仍具有良好的鲁棒跟踪性.仿真结果表明,所设计的二自由度控制器能够提高系统在参数变化和外界干扰下的性能.     

基于H_∞控制的无刷直流电机鲁棒控制器

针对无刷直流电机控制系统容易受负载扰动和参数变化等影响的特点,基于H∞控制方法设计了一种鲁棒控制器,解决了传统控制器在满足系统跟踪性能和抗干扰性能要求方面存在的矛盾。仿真结果表明,该控制器系统对于外部扰动及参数摄动具有鲁棒稳定性和较强的鲁棒跟踪能力。     

弱电网下LCL并网逆变器控制设计

当分布式发电(DG)单元与弱电网系统互连时，受电网阻抗摄动的影响，并网后DG单元的性能降低，甚至产生不稳定。基于μ方法设计了并网电流反馈控制器，为了对并网的有功电流分量和无功电流分量解耦，建立多输入多输出系统模型。将低频并网电流dq解耦要求与稳态误差、超调量等指标一起转化为闭环系统控制器设计问题，最后基于μ方法设计一种鲁棒的反馈控制器。仿真结果表明，该控制器保证了系统在弱电网电感摄动时的鲁棒稳定性和鲁棒性能，实现了并网电流的d分量和q分量的解耦。