线性自抗扰控制在倒立摆系统的实现

针对自抗扰控制技术的实际应用以及对单入双出欠驱动系统的控制能力问题,结合自抗扰控制器不依赖系统模型,通过扩张观测器观测系统输入输出状态,估计并补偿系统误差来消除误差的控制特性,提出一种采用双LESO的LADRC控制方法。通过同时观测并估计补偿系统总扰动误差的方法,结合双PD控制器共同作用的控制律,实现对倒立摆系统的稳定控制。仿真实验表明该方法不仅对倒立摆摆杆角度和小车位移都能起到很好的稳定控制效果,同时比传统自抗扰控制器简化了参数调试的问题。实时控制结果更加说明了该方法的有效性及良好的鲁棒性。     

基于模糊控制的旋转倒立摆系统

针对倒立摆系统的非线性、不稳定的控制问题,研究了旋转倒立摆系统的构成和数学模型,对旋转倒立摆系统在平衡点附近进行了可控性分析,提出了一种新的基于模糊控制器进行控制的方法,建立了相应的控制规则,进行了实时控制和研究。实验结果表明,该系统具有鲁棒性、稳定性好和算法简单的特点,可以应用在实时性要求较高的场合。     

一种非线性系统的综合设计方法和应用

为了解决变结构控制存在抖动现象且需要知识不确定参数变化范围的主要问题,针对一类非线性系统,设计了一种新的变结构控制器。文中首先提出利用两个神经网络来辨识系统的不确定性,然后提出了一种基于神经网络的变结构控制器。最后将本文所述的控制方法应用于倒立摆系统中,其仿真结果令人满意。     

基于免疫优化的机炉协调系统模糊增益调度H∞鲁棒控制

针对非线性锅炉-汽轮机系统在负荷点大范围变动情况下的协调控制,提出了一种新的免疫优化模糊增益调度 鲁棒控制方法。该方法首先利用 /混合灵敏度方法设计出多个 局部鲁棒控制器以覆盖机炉系统的负荷变化区间;然后采用模糊推理生成增益调度准则以实现各局部控制器间的软切换;最后利用免疫遗传算法对模糊增益调度准则的结构参数进行优化设计,从而保证闭环系统具有良好的全局控制性能。仿真研究表明：基于该方法设计出的协调控制系统在大工况范围内具有优良的调节品质。     

基于改进鲨鱼优化算法的倒立摆自抗扰控制研究

旋转倒立摆是一类单输入多输出的非线性不稳定系统,具有很强的耦合性,传统的控制策略难以满足其控制精度的要求。为实现对倒立摆起摆后在稳定阶段的精确控制,本文采用自抗扰控制策略对倒立摆的摆角和转角进行闭环控制。由于传统的非线性自抗扰控制器具有多个耦合参数,传统的经验整定法难以有效整定,本文通过均匀变异和对立学习策略对传统鲨鱼算法进行改进并对自抗扰控制器参数进行在线整定。通过实验,验证了改进后的鲨鱼优化算法具有较高的全局收敛性,有效的整定了自抗扰控制器参数,提高了控制器精度,使倒立摆获得了良好的稳定性和鲁棒性。     

具有增益调度切换增益的永磁同步电机滑模控制

滑模控制器的切换增益需要随着参数摄动和外部扰动变化,但是增大切换增益会加剧系统抖振。针对这一问题,采用增益调度和自适应相结合的方法对永磁同步电机滑模控制器的切换增益进行实时整定。该方法根据自适应律在线调整切换增益系数的边界范围,同时以关于直轴、交轴电流的积分滑模面函数作为调度变量,在允许边界范围内对切换增益系数进行增益调度。所设计方法在保证系统鲁棒性的前提下,削弱了系统抖振,改善了控制性能。     

基于神经网络的一类非线性系统自适应滑模控制

针对可以分解为标称系统和不确定系统两部分的SISO非线性系统,提出了一种基于神经网络的自适应滑模控制方案。控制器由标称控制律和补偿控制律组成,标称控制律用来控制标称系统,补偿控制律是基于Lyapunov稳定性理论设计的自适应神经滑模控制律,用来控制不确定系统,而神经网络用来逼近系统的不确定性。理论分析和计算机仿真都证明,本文提出的控制策略不但能解决这类系统的轨迹跟踪控制问题,而且可以保证闭环系统的渐近稳定性。     

含风电场的互联电力系统辨识与广域时滞阻尼控制器设计

针对大规模风电的远距离输送以及大区域电网互联将面临的区域低频振荡问题,提出一种适用于风电场并网背景下的广域阻尼控制器设计方法.该方法利用增益调度思想将风电场平均风速划分为若干个控制区域,并逐一对每个控制区域进行系统辨识以及阻尼控制器设计,以解决风电场出力的不确定性造成的控制器失效的问题.提出了改进自回归滑动平均(ARMA)方法和自由权矩阵方法分别完成上述系统辨识以及控制器设计过程.含风电场的EPRI-8机36节点测试系统仿真表明:所提辨识方法克服了传统ARMA方法辨识精度不高的问题,所提控制器设计方法允许的时滞裕度优于传统线性矩阵不等式方法.所提的增益调度控制方法能满足风电场出力变化的实际情况,具有较高的实用价值.     

基于MATLAB的实时模糊控制系统的研究

研制出一种低成本，高可靠性和高稳定性倒立摆硬件系统，同时提出一种专家模糊控制策略以及基于MATLAB的实时控制途径。采用模糊组合变量来减少模糊规则数，并根据摆角来选择不同模糊规则库从而提高控制性能。用Matlab实现的控制算法在对倒立摆的实验中表现出很好的实时控制性能。     

机炉协调的增益调度伺服系统

针对多输入多输出的非线性锅炉—汽机系统的参数在大范围工况下发生变化，提出了增益调度伺服系统。增益调度控制方法把非线性系统在一些工况点下进行线性化，针对每一个线性化系统设计了伺服系统。在相应的工况点下，伺服系统能保证良好的动态性能和稳定性。对于这些选定工况点之间的其他工况，提出了一种能保证稳定性的插值方法。基于这种插值方法选择的控制器参数可以由极点配置保证全局稳定。这种增益调度伺服系统具有良好的无差跟踪、参数变化鲁棒性和抗干扰能力。仿真结果说明了这种控制系统能在大范围工况内运行良好。     

Control Lyapunov functions for controllable series devices

Controllable series devices (CSD), i.e., series-connected flexible AC transmission systems (FACTS) devices, such as unified power flow controller (UPFC), controllable series capacitor (CSC) and quadrature boosting transformer (QBT) with a suitable control scheme can improve transient stability and help to damp electromechanical oscillations. For these devices, a general model, which is referred to as an injection model, is used. This model is valid for load flow and angle stability analysis and is helpful for understanding the impact of the CSD on power system stability. Also, based on Lyapunov theory a control strategy for damping of electromechanical power oscillations in a multi-machine power system is derived. Lyapunov theory deals with dynamical systems without inputs. For this reason, it has traditionally been applied only to closed-loop control systems, that is, systems for which the input has been eliminated through the substitution of a predetermined feedback control. However, in this paper, we use Lyapunov function candidates in feedback design itself by making the Lyapunov derivative negative when choosing the control. This control strategy is called control Lyapunov function (CLF) for systems with control inputs     

Robust tracking control for robot systems with discontinuous uncertainty: an approach based on Filippov's framework

In this paper, the robust tracking control problem for a rigid robot with discontinuous uncertainty is considered. The controller design approach is based on Filippov's framework and generalized Lyapunov stability theory. It is shown that no Lipschitz continuous controller to stabilize the error system asymptotically exists because of the existence of nontrivial equilibrium set including the origin. A robust controller which makes the error system asymptotically stable is derived in Filippov's framework. © 2008 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 164(4): 53–61, 2008; Published online in Wiley InterScience ( www. interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20303     

永磁同步电机调速系统的快速幂次趋近律控制

针对在采用PI控制器的永磁同步电动机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)调速系统中,PI控制器无法满足高精度控制要求,且易出现积分饱和的问题,提出一种基于快速幂次趋近律的滑模变结构控制器。该趋近律是在幂次趋近律的基础上,加入指数项以及系统状态变量。其中,指数项具有较快的收敛速度,可以解决幂次趋近律在远离滑模面时趋近速度慢的问题,系统状态变量可抑制由于引入指数项带来的抖振。基于该改进趋近律设计永磁同步电动机滑模速度调节器,并采用李雅普诺夫函数对其进行稳定性分析。经过与PI速度控制器进行仿真实验比较,结果表明采用该控制器的系统可实现速度无超调跟踪,并具有稳定性高、抗负载扰动强的优点。     

基于变增益扩张状态观测器的永磁同步电机转速环自抗扰控制器设计

线性扩张状态观测器(LESO)在观测初始阶段,系统状态量实际值与估计值误差较大。由于LESO高增益的影响,导致LESO在初始时刻的扰动估计输出出现很大的峰值,而且观测器增益越大,峰值现象越严重。针对上述问题,设计了一种变增益扩张状态观测器(TESO),其增益是一个时变函数,在初始时刻为较小的函数值,随着时间逐渐增大,直至趋于一个较大常数。利用李雅普诺夫变换和微分代数谱理论给出了参数整定公式。将线性自抗扰控制器(LADRC)中的扩张状态观测器替换为TESO,并将其应用于永磁同步电机转速控制中,计算机仿真和系统试验验证了该控制器设计的有效性。     

基于零动态和变结构控制的发电机汽门和励磁非线性综合控制

针对电力系统暂态过程的非线性特性,利用励磁控制和汽门控制的特点,以功角和电压稳定为目标提出一种发电机汽门和励磁综合控制思想。励磁控制以稳定电压为目标,结合基于零动态和变结构控制的概念和原理进行设计,有效地维持了电压水平。汽门控制以功角稳定为目标,通过计算零动态系统的暂态能量函数,利用Lyapunov稳定理论,得到稳定流形作为切换面,然后设计相应的变结构非线性汽门控制律,将零动态系统限制在所设计的稳定流形上。变结构控制的特性使控制律具有一定的鲁棒性。汽门控制设计中未使用任何线性化方法,因而控制律对系统的非线性特性完全适应。试验结果表明所设计的控制器不仅对小干扰和大干扰暂态过程具有很好的稳定作用,而且在动态过程中能很好地稳定电压,动态过程具有更好的供电品质。     

感应电机速度和电阻自适应辨识的LMI方法(英文)

该文研究了一种感应电机无速度传感器模型参考自适应系统(model reference adaptive system,MRAS),提出一种新型的基于自适应磁链观测器的常数增益速度辨识方法。首先,运用李亚普诺夫(Lyapunov)稳定性理论设计出自适应磁链观测器及速度估算方法,通过MATLAB中的线性矩阵不等式(linear matrix inequality,LMI)工具箱求解线性矩阵不等式获得磁链观测器的增益矩阵,保证了此磁链观测器的稳定性,同时也克服了运用极点配置方法带来不稳定区域的问题。该文还研究了基于自适应观测器的电阻辨识问题。基于给出的自适应磁链估计方法,设计了感应电机无速度传感器直接转矩控制系统,并进行了MATLAB仿真和实验,结果表明,提出的无速度传感器速度方法在全速范围内具有很好的动态和静态性能。     

一类不确定时延网络控制系统的非脆弱H_∞保成本控制

针对控制器具有加法摄动和乘法摄动的一类不确定时延网络控制系统,研究非脆弱H∞保成本控制问题。考虑不大于一个采样周期的不确定时延和有限能量的外部扰动,基于Lyapunov理论和线性矩阵不等式方法,对于所有容许的不确定性使得闭环系统渐近稳定,得到了该系统非脆弱H∞保成本控制律存在的充分条件。利用这几个低保守性的充分条件容易检验一类不确定时延网络控制系统的渐近稳定性,并且满足H∞成本指标上界。最后用仿真例子表明所给出的结果是有效的。     

永磁同步电机调速系统二阶滑模控制器的设计

在表贴式永磁同步电机调速系统中,针对经典PI控制中超调大、鲁棒性差、易受负载扰动等问题,设计一种基于二阶滑模算法的控制器,采用积分型滑模面,通过李雅普诺夫函数证明了其在有限时间内收敛,将其应用于转速控制环节,具有对内部参数变化不敏感的优点;并针对负载扰动问题,设计一种负载转矩观测器,将负载转矩观测值补偿到电流中,减小了负载扰动对系统的影响。仿真和实验结果表明,该控制方法能改进永磁同步电机的调速性能,响应速度快且无超调,系统鲁棒性强。     

基于动态面控制的间接自适应神经网络块控制

针对一类可转化为"标准块控制形"的多输入多输出的非线性系统,基于动态面控制技术,提出一种间接自适应神经网络控制器的设计方案.该方法通过引入1阶滤波器,消除了后推设计中由于反复对虚拟控制的求导而导致的复杂性问题,同时完全避免了反馈线性化方法中可能出现的控制器奇异性问题,且无需控制增益矩阵正定、可逆的条件.利用李亚普诺夫方法,证明了闭环系统是半全局一致终结有界,通过适当选取设计常数,跟踪误差可收敛到原点的一个小邻域内.仿真结果表明所提控制方法的有效性.