TCR-TSC型SVC的非仿射非线性控制器设计

对由晶闸管控制电抗器(TCR)型装置与多个晶闸管开关电容器(TSC)型装置组成的静止无功补偿系统(SVC)建立了一个新的非仿射非线性模型。该模型以晶闸管的触发角为控制量。根据非线性控制的逆系统方法，设计了相应的非线性反馈线性化和极点配置的组合控制器。在控制器的设计中利用插值法导出了一个超越方程解函数的具有较高精度的近似计算公式。仿真结果表明了该设计方法的正确性和有效性。     

基于扩张状态观测器和Terminal滑模的HVDC非线性鲁棒控制器设计

针对高压直流输电系统(HVDC)强非线性和模型不确定性的特点,提出了一种基于扩张状态观测器(extended stateobserver,ESO)和Terminal滑模的HVDC非线性鲁棒控制策略。首先利用Terminal滑模设计出系统的虚拟控制输入,再由ESO来估计系统的内、外扰动以及不确定因素,并将其动态补偿到系统中,设计出了整流侧定电流和逆变侧定关断角非线性控制器。仿真结果表明,与常规的PI控制器相比,该控制器表现出良好的动态性能和稳态性能,提高了系统的鲁棒性。     

基于LMI技术的交直流非线性H2控制

以交直流并联系统为研究对象,综合考虑发电机和高压直流(HVDC)输电系统的动态调节过程,建立系统的非线性动态模型。并运用直接反馈线性化理论和H2控制理论,设计HVDC与发电机励磁的协调非线性控制器,其中H2控制律采用线性矩阵不等式(LMI)方法得出。仿真结果表明,所设计的控制器鲁棒性好,可以有效地提高交直流系统的暂态稳定性。     

一种新型STATCOM非线性控制器

研究静止同步补偿器(STATCOM)的非线性控制设计问题,建立STATCOM的动态数学模型。为消去模型中的非线性,引入基于坐标变换和状态反馈的微分几何方法。考虑到系统中存在不确定因素,所得到的模型为一个含有扰动项的不确定线性系统。利用自抗扰控制技术(ADRC)中的扩张状态观测器(ESO)观测该模型并消除其扰动,通过反馈将其线性化。结合微分几何方法中的状态反馈,得到原系统的非线性控制器。仿真结果表明,所设计的控制器具有良好的电压调节能力。     

基于微分代数模型的AC/DC系统非线性控制器设计

针对电力系统实际负荷以及直流系统本身的非线性特性，在微分代数模型的基础上，将M导数、M括号以及MIMO微分代数系统反馈线性化技术运用到交直流并联系统非线性控制器设计中。在系统的M关系度小于系统阶数及其满足一定的条件时，可得到微分代数系统模型的Bronovsky标准形式，并对交直流混合(AC／DC)系统中发电机励磁控制和直流系统整流侧定电流控制律进行了深入研究。针对一个含有AC／DC的单机无穷大系统(SMIBs)进行实例仿真，研究结果表明所设计的非线性控制器与传统的PID控制器相比具有较好的阻尼特性，能进一步提高系统的动态稳定性。该控制器的设计方法可以很方便地应用于多机交直流并联系统的稳定性控制。     

光伏并网发电系统的能量成型控制策略研究

采用端口受控哈密顿(Port-Controlled Hamiltonian)和能量成型的控制方法,研究了光伏并网发电系统的建模与控制问题。将非线性的光伏并网发电系统模型转化为哈密顿系统模型,根据系统控制器的设计目标,确定了系统期望的平衡点,利用互联和阻尼配置方法,设计了系统控制器。仿真结果表明,该方法能使所设计的逆变器运行于单位功率因数,结构简单,系统稳定性好。     

基于反馈线性化的TCSC非线性PID控制

非线性比例积分微分(PID)控制是一种利用非线性跟踪-微分器和非线性组合的方法对线性PID控制器进行改进的新型控制策略,它具有不依赖于被控系统模型的特点,对系统工作点和网络结构的变化具有良好的鲁棒性,而且结构简单、易于实现。在反馈线性化的基础上,将非线性PID理论应用到可控串补(TCSC)的控制器设计中。仿真结果表明:设计的控制器较常规控制器对系统运行具有更好的适应性和鲁棒性。     

非线性PID控制器在超导磁储能装置中的应用

基于非线性比例积分微分PID(Proportional Integration Differential)控制器在设计上具有不依赖于被控系统数学模型的特点,设计了用于电力系统的超导磁储能装置SMES(Superconducting Magnetic Energy Storage)的非线性PID控制器。概述了非线性PID控制器利用“跟踪-微分器”非线性结构产生控制所需的比例、积分、微分信号的原理。介绍了含SMES的电力系统模型及非线性PID控制器的设计。数字仿真结果验证了所设计的控制器是可行的,同时表明该控制器结构简单、易实现。     

基于结构化模型的电力系统元件非线性分散控制方法

和传统基于各种简化模型的研究不同,直接基于非线性微分-代数(differential-algebraic equation,DAE)子系统模型(即元件结构化模型)研究元件的非线性分散控制问题。首先分析元件结构化模型的特殊性,包括其指数1性质和关联可测性质。接着利用此特殊性,将非线性DAE子系统的控制问题转化为一类关联可测的非线性常微分方程(ordinary differential equation,ODE)子系统的控制问题。这样,传统的、适合于非线性ODE系统的控制方法就可在进行适当改进和拓展后用于元件非线性DAE子系统的控制器设计。此外,还讨论具体设计时需关注的若干问题,包括接口变量的选择与分解,输出方程与被控量的选择及反馈变量的选择。最后,归纳了设计控制器的具体步骤。     

基于线性矩阵不等式的磁悬浮轴承多目标控制系统设计

首先建立了磁悬浮轴承局部子系统线性Takagi- Sugeno(TS)模糊模型，利用单点模糊化、乘积推理和加权平均得到整个系统的非线性模型。针对以往非线性系统的单目标控制设计，提出了基于线性矩阵不等式(LMI)的多目标模糊控制系统的设计方法。该方法将闭环控制系统的稳定性、抗干扰性及极点配置的要求统一到1个线性矩阵不等式组中，通过求解线性矩阵不等式组获得满足要求的控制器参数，利用并行分布补偿控制(PDC)方法得到整个系统的非线性模糊状态反馈控制器，实现了系统同时满足多目标的要求，并且避免了设计过程的多次反复。应用于磁悬浮轴承非线性系统的控制中，通过实验验证了该设计方法的有效性。     

非线性系统的模糊输入多采样率数字控制

针对非线性系统的模糊多采样率数字控制问题,基于T-s模糊模型和离散模糊基函数值,建立了被控对象的输入多采样率数字控制系统模型.采用PDC控制原理,提出了一种新的模糊多采样率数字控制方法,给出了控制器设计算法,并通过求解带有线性矩阵不等式(LMI)约束的凸优化问题来获得控制器的参数.倒立摆控制器设计实例证明了设计方法是有效、可行的.     

基于分段李雅普诺夫函数的永磁同步电机混沌系统非脆弱模糊控制

针对控制器存在加性增益参数摄动的情况,研究了一类由T-S模型描述的非线性系统的非脆弱模糊控制问题,目的是设计一个非脆弱控制器以镇定所考虑的非线性系统。采用线性矩阵不等式处理方法,导出了非脆弱控制器的存在条件。通过建立和求解一个凸优化问题,给出了非脆弱控制器的设计方法,进而运用提出的方法来控制永磁同步电机混沌系统。仿真结果验证了该设计方法的有效性。     

自适应通用模型控制在液压弯辊系统中的应用

针对非线性的电液伺服系统,提出一种利用基于输入等价干扰的通用模型控制算法(ICMC)来设计控制器新策略.该控制器用估计得到的输入等价干扰及时进行自适应前馈补偿.控制器参数整定方便,物理意义明确.ICMC控制器能有效地跟踪液压伺服系统的时变参数和不可测扰动,通过仿真实验表明,该控制方法对非线性的液压弯辊力系统实现自适应控制是正确有效的.     

一类模型不确定非线性系统的反演预测控制

针对一类模型不确定的单输入单输出仿射非线性系统,设计一种使得闭环系统稳定且滚动时域性能指标在线最小化的预测控制器。运用反演(Backstepping)设计思想获得具有待定参数的控制器表达式,其误差导数中的未知函数采用模糊逻辑系统来逼近,通过直接估计模糊系统最优参数向量的范数上界来设计控制器和自适应律,大大降低了在线计算量。理论证明该方法设计的控制器保证了闭环系统所有信号是半全局有界的,并且跟踪误差收敛于零的某一邻域。仿真算例验证了所提出算法的有效性。     

提高系统稳定性的调谐型TCIPC非线性控制器设计

根据相间功率控制器(IPC)功率控制特性,通过对比调谐型IPC与非调谐型IPC调节功率的灵敏度,说明了调谐型IPC对联络线功率的调节能力比非调谐型IPC强。基于微分几何仿射非线性控制理论,推导出调谐型可控相间功率控制器(TCIPC)仿射非线性系统模型,并根据状态反馈精确线性化方法,设计了调谐型TCIPC非线性控制器。以单机无穷大系统中串入调谐型TCIPC为例进行仿真。结果表明:采用所提出的控制方法设计的调谐型TCIPC控制器,在系统发生大干扰后具有良好的阻尼性能,可以起到提高系统暂态稳定性的作用。     

基于超导储能的暂态稳定控制器设计

设计了用于提高电力系统的暂态稳定超导储能(SMES)装置的非线性鲁棒控制器,并从数字仿真和动模实验两方面进行了验证。为了简化动态性能分析和控制器设计,在实验样机的基础上,提出了新的基于电流型变流器的SMES的动态模型,并将其转化为标幺制模型。通过外部干扰的引入,得到了装设SMES的单机无穷大系统的动态模型,并采用精确线性化方法和线性H∞控制理论设计了SMES的非线性鲁棒控制器。为了验证该控制器的效果,对装设SMES单机无穷大系统进行了数字仿真和动模实验,并将其与常规PI控制器进行了比较。仿真和实验结果都证明了非线性鲁棒控制器具有良好性能。     

基于动态解耦的模糊多模型协调控制系统应用研究

大型火电单元机组的协调控制对象是一个多变量、强耦合的控制对象,针对此对象设计合适的解耦控制器是急需解决的问题。由于非线性系统可以用多个线性模型来逼近,多模型方法被认为是处理非线性系统常用的方法和技术。该文以330MW单元机组为仿真模型,针对协调控制系统的非线性和耦合等特性,首先建立协调控制系统的非线性模型,然后对此模型在3个工况点下进行线性化,设计与之对应的多变量动态解耦控制器,进而用T-S模糊模型合成出模糊多模型全局控制系统。仿真研究结果证明了这种新型协调控制系统的有效性。     

一种数据驱动的非线性控制器直接设计方法

提出一种基于虚拟目标值(virtual reference,VR)和支持向量机(support vector machine,SVM)的非线性控制器设计直接方法。该方法的优点在于,能够在对象未知的情况下,利用采集到的对象输入输出数据直接设计非线性反馈控制器。文中分析了虚拟目标值反馈调整(virtual reference feedback tuning,VRFT)理想控制器,给出了基于VR和SVM的非线性控制器的结构和设计步骤。仿真结果表明,该方法具有良好的处理非线性和噪声的能力,并且能消除稳态误差。与经典基于神经网络(neural networks,NN)的间接模型参考控制方法相比,计算量大大降低。     

基于ESO-backstepping的多机电力系统非线性鲁棒励磁解耦控制

通过构造扩张状态观测器(extended state observer,ESO)对发电机励磁系统模型误差和不确定外扰进行动态补偿,并运用反步法对补偿后的模型设计非线性解耦控制律。由于该方法对系统模型的非线性部分有选择地利用ESO进行动态补偿,既避免了运用反步法设计时自适应参数的引入,又能充分利用系统的特性,减轻ESO的估计负担,有效地兼顾了控制器鲁棒性及控制精度这两方面的要求。仿真表明：该方法鲁棒性强,参数易于选取,与比例–积分–微分(proportion-integration- differentiation,PID)+电力系统稳定(power system stabilizer,PSS)控制器励磁控制器相比较,具有更为优秀的动态品质,方法简单有效。     

基于双环控制思路的有源电力滤波器H_∞控制

应用平均化建模的方法,建立了考虑外界干扰的有源电力滤波器(APF)系统的平均化模型.根据直流侧电容电压响应速度远远慢于输出电流响应速度(两者的响应在时间轴上分离),将控制器设计为电流环与电压环2个部分.电压环控制采用PI控制方法设计,而在电流环设计时将APF非线性系统进行简化,进而设计H_∞控制器.最后利用极点配置对闭环系统的收敛速度进行定性配置.该控制器的设计考虑了系统参数摄动及外界干扰的不确定性,使控制器具有较强的鲁棒性;设计时从系统的状态平均化模型出发,物理意义清晰,设计思路合理,针对一般H_∞控制器设计需求解Riccati方程的不足,对矩阵进行归一化然后利用LMI工具箱简化控制器求解,易于在工程中实现.仿真与实验结果验证了控制器设计方法的正确性和有效性.