基于最小熵H_∞控制的降阶电力系统稳定器设计

针对电力系统的低频振荡问题,提出了一种基于最小熵H∞控制理论的电力系统稳定器的设计方法。为了获得低阶电力系统稳定器,采用降阶方法分别对原系统和控制器进行了降阶处理。利用BFO-PSO混合算法对权函数进行选取,把多个不同的设计目标转换为不等式约束,将加权函数的选取表示为一个多目标优化问题。针对4机2区域电力系统,根据参与因子确定PSS的安装地点,设计了抑制区域振荡的最小熵H∞电力系统稳定器。仿真结果表明,最小熵H∞电力系统稳定器能有效地抑制区域间的低频振荡,并且对整个系统的阻尼也有所改善。     

多机电力系统中光伏发电厂附加稳定器的设计

在未来电力系统中,光伏发电厂将是一种重要的可再生电源.光伏发电厂接入未来电力系统将会影响输电系统稳定运行和控制.提出一种多机电力系统中光伏发电厂稳定器的设计新方法.首先搭建接入电网的光伏发电厂局部线性化模型.给出在光伏发电厂接入地点附近线路上发生低频功率振荡与附加稳定器控制的关系.在此局部线性化模型基础上,演示如何使用...     

电力系统稳定器的配置与参数的频域设计法

通过对电力系统小干扰稳定性、特征值、相关因子的分析,介绍了多机电力系统中电力系统稳定器(PSS)的配置方法、PSS参数在频域中的整定.应用电力系统分析综合程序对一个3机电力系统进行了仿真分析与设计,结果证明了正确配置PSS能够增加系统阻尼、改善相应的弱振荡模式.     

H_∞PSS设计中加权函数的选择及模型降阶

基于H∞鲁棒控制理论的基本原理,设计了电力系统稳定器,克服了传统电力系统稳定器(PSS)鲁棒性差的缺点。针对H∞PSS设计中,权函数的选择较困难,以及H∞PSS阶数往往很高的缺陷,提出了选择权函数时较为通用的方法,以及基于Gram矩阵的均衡降阶方法,并说明了当直接从MATLAB工具箱得到的H∞PSS不是最小实现模型时,如何降阶。为了与传统PSS进行比较,针对单机无穷大系统受到扰动后发生低频振荡的例子,给出了几组仿真试验结果。结果表明H∞PSS能够在较大的运行范围内抑制振荡,显示了良好的鲁棒性。     

基于TMS320F28335的电力系统稳定器的研究

目前国内普遍采用以电功率作为输入信号的单输入电力系统稳定器(PSS),然而在原动机功率发生变化时,PSS本身不能区分系统波动和原动机功率波动,容易引起"反调"问题.为解决该问题,设计了一种基于TMS320F28335的以发电机的电功率和转子角速度作为输入信号的双输入PSS.首先,论述了双输入PSS的模型;硬件设计部分主...     

基于双金属MOFs 制备Co3O4/In2O3 复合物及其气敏性能的研究

以硝酸铟(In(NO₃)₃·xH₂O)、对苯二甲酸(H₂BDC)、六水合硝酸钴(Co(NO₃)· 6H₂O) 为原料, 首先采用一锅油浴法合成了含有Co²⁺ 的铟基金属有机框架材料(MOFs) Co²⁺/CPP-3(In) 材料, 然后在450 ℃ 下焙烧制备Co₃O₄/In₂O₃ 复合物气敏材料, 将Co₃O₄/In₂O₃ 复合物的粉体制作成传感器, 并对其气敏性能进行研究。利用扫描电子显微镜和X 射线衍射仪(XRD) 对双金属MOFs Co²⁺/CPP-3(In) 材料和Co₃O₄/In₂O₃ 复合物进行表征, 采用静态配气法测试其气敏性能。结果表明, Co₃O₄/In₂O₃(n_Co : n_In = 0.4 : 1) 样品的形貌保留了其MOFs 前驱体的棒状结构, 棱柱形框架更为突出, 表面呈凹陷状, 棒体中间粗两边细, 六角截面和棒体均布满了孔洞。结合EDX 和XRD 表征结果, Co²⁺/CPP-3(In) MOFs 前驱体完全转化成Co₃O₄/In₂O₃ 复合物; Co₃O₄/In₂O₃(n_Co : n_In = 0.4 : 1) 复合物在 70 ℃ 下对5×10^-6 H₂S 的气敏性能最优, 响应值达到153, 是同条件下纯备In₂O₃对H₂S 响应值的5 倍, 并且有较好的重复性、选择性和稳定性。     

欺骗攻击下一类神经网络的自适应事件触发H∞滤波

本文主要研究了在欺骗攻击下的离散时间神经网络的H_∞滤波器设计问题.考虑到被控系统和滤波器在一个易受外部网络攻击且带宽有限的共享通信网络上进行信息交换,本文提出了自适应事件触发机制来减轻数据传输的通信负担.此外,由于通信网络的开放性和互通互联,通过共享通信网络传输到滤波器的实际输入信息可能会被攻击者注入的虚假信息所改变.在此基础上,利用构造Lyapunov-Krasovskii泛函、线性矩阵不等式等处理技术,本文给出了滤波误差系统渐近稳定的充分条件,并且设计了满足预设性能的H_∞滤波器,最后通过一个仿真实例验证了所提方法的有效性.     

深空双质量块无拖曳卫星H∞鲁棒控制器设计

针对执行深空任务的双质量块无拖曳卫星模型复杂、控制自由度多且精度要求高的问题,提出了一种基于频域约束规范的GS/T混合灵敏度H_∞鲁棒控制器快速设计方法,该方法物理意义明确,降低了无拖曳控制系统设计的复杂度.首先,推导了双质量块构型无拖曳卫星的高精度动力学模型,表明了其各回路间的强耦合特性.其次,通过设计选择矩阵以及输入解耦策略,将控制系统划分为单输入单输出的质量块无拖曳控制回路、悬浮控制回路以及航天器姿态控制回路,并建立了各回路的闭环反馈控制策略.然后,在频域结合科学性能要求与外部扰动和传感器测量噪声的频谱模型,构建了各个回路的灵敏度函数与补灵敏度函数设计规范,从而可以快速且准确地设计出符合性能要求的加权函数阵,完成了无拖曳与姿态控制系统的设计.仿真结果表明,提出的控制系统设计方法具有足够的稳定性和抗干扰能力,达到了超稳超静的无拖曳水平要求.最后结合传递函数分析,给出了进一步减小加速度噪声的工程改进思路.     

离散切换系统的H_/H∞故障检测滤波器设计

为解决离散时间线性切换系统的故障检测问题,设计了满足混合H_-/H_∞性能指标的鲁棒故障检测滤波器.首先,通过构造故障检测滤波器来得到残差,并且为提高故障检测的性能,使用加权H_∞性能指标和H_-性能指标表示残差对于扰动的鲁棒性以及对于故障的敏感性,进而将鲁棒故障检测滤波器的设计问题转化为混合H_-/H_∞性能指标下的多目标求解问题.接着,利用多Lyapunov函数方法和平均驻留时间技术,先得到了初步的滤波器设计结果,然后通过引入松弛变量的方法解除了Lyapunov矩阵和系统矩阵的耦合,得到了保守性较低的结果,并将其表示为线性矩阵不等式形式.最后,使用一个例子进行仿真,为其设计了故障检测滤波器的参数矩阵,并得到了残差评价函数的仿真图形.仿真结果表明,所设计的故障检测滤波器可以实现故障检测的功能.     

基于Internet的网络控制系统H∞鲁棒控制

针对Internet 环境下的网络控制系统时延突变大、时变难以估计等特点，利用实际网络时延测量值，建立了网络控制系统的时变多时延状态方程，并应用H∞鲁棒控制理论，通过求解一组线性矩阵不等式，在满足一定性能要求条件下给出了静态状态反馈控制，使得闭环网络控制系统二次稳定并满足相应的性能指标.该控制方法使系统在网络时延、建模误差等干扰下仍保持鲁棒稳定性，并且简单易行，便于工程应用.通过仿真试验比较了在不同时延条件下系统的状态响应曲线，结果表明该方法对时延的不确定性具有较强的适应能力，从而验证了该方法的有效性.     

基于交叉格莱姆矩阵的最小信息损失模型降阶方法

运用信息论的原理和方法研究以状态空间形式描述的线性定常系统的模型降阶问题.应用线性定常系统及其对偶系统的稳态状态信息熵规范了系统能控性信息和能观性信息的定义形式.基于交叉格莱姆矩阵的系统信息属性,定义了交叉格莱姆信息.通过分析系统稳态状态信息熵的信息描述形式,揭示了交叉格莱姆信息的状态物理含义.在基于最小信息损失的模型降阶过程中以交叉格莱姆信息损失最小为目标,提出了新的模型降阶方法--CGMIL方法.理论分析和仿真结果表明,交叉格莱姆信息是包含系统能控性信息和能观性信息的综合信息描述形式,CGMIL方法与基于最小信息损失的模型降阶方法相比能够获得更好的降阶性能.     

基于降阶模型的弹性飞行器QFT控制器设计与仿真

弹性飞行器具有很高的阶次,直接设计控制器会很困难,且不利于工程实现.为此,文章研究了基于降阶模型的控制器设计方法.以某大型弹性飞行器12阶模型为研究对象,首先利用平衡截断降阶方法对该模型降阶,所得到6阶的降阶模型能在较宽频段范围内近似全阶模型.然后,基于降阶模型,使用QFT方法设计飞行器的高度保持控制器,直接用于12阶模型的控制.给出了系统高度响应、鲁棒性验证以及系统状态和4阶弹性变形模态的仿真结果曲线.仿真结果表明,无论是在标称状态,还是当系统矩阵摄动的状态,高度响应都能快速跟踪指令信号,且无稳态误差,调节时间约为7s,系统的各阶结构弹性变形模态都得到了快速抑制,最终衰减为零.     

基于LMI降阶正实控制器的设计

考虑降阶正实控制器的设计问题．基于线性矩阵不等式（LMI）,分别给出了连续和离散情形下降阶正实控制器新的上界,该界由系统参数矩阵确定．证明了当广义对象的两个子系统存在不稳定不变零点时,存在阶数小于广义对象McMillan阶的降阶正实控制器．证明是构造性的,可以给出降阶控制器的设计算法．     

基于数值模拟的CO2地质封存项目井筒泄漏风险定量化评价方法

为评估CO₂地质封存场地的CO₂沿井筒泄漏风险，介绍了自主研发的可对CO₂井筒泄漏风险进行定量化评价的数值模拟WellRisk软件，将软件应用于实际CO₂地质封存场地--神华鄂尔多斯CO₂咸水层封存示范工程，定量评估该场地CO₂沿注入井和监测井的泄漏量，并将软件模拟结果与美国能源部开发的NRAP–IAM–CS（The national risk assessment partnership–integrated assessment model–carbon storage）软件模拟结果进行对比，实现了CO₂沿井筒泄漏风险的定量化评价。定义了井筒泄漏系数，即井筒发生泄漏的有效截面积和井筒总截面积的比值，并将井筒泄漏系数作为量化表征井筒固井质量的重要参数。当泄漏系数取值为10^–6时，神华CO₂地质封存场地在1 000 a内的总泄漏量为720 tCO₂，占总注入量的0.24%，小于IPCC的风险阈值1%。因此，泄漏系数为10^–6或更低的井筒是低风险泄漏井，具有良好的固井质量，对应于NRAP–IAM–CS软件中井筒渗透率低于10^–12 m²的情况。泄漏系数为10^–5或更高的井筒是高风险泄漏井，具有较差的固井质量。WellRisk和NRAP–IAM–CS的计算结果均表明，当注入井和监测井的固井质量良好时，神华CO₂地质封存场地基本不存在CO₂泄漏风险。     

基于贝叶斯分层自回归时空模型的北京PM2.5预测

为解决PM_2.5的多站点同步预测问题,提出一种贝叶斯框架下的分层自回归时空模型.将PM_2.5日均浓度真实值视为潜在时空过程,利用一阶自回归过程刻画时间相关性,并基于Matérn过程捕获空间相关性,极大程度地提高了降维和同步预测的效率.此外,还将日最高温度、相对湿度和风速等气象因素作为解释变量,用于提升PM_2.5的预测效果.借助模型的分层结构,通过贝叶斯方法结合马尔可夫链蒙特卡罗(MCMC)算法实现参数估计和预测过程.对北京市日均PM_2.5浓度的实证分析表明,模型在空间和时间维度上均有良好的插值或预测效果.     

非线性系统的 H∞部分状态观测器设计

针对一类具有干扰的非线性系统的鲁棒部分状态观测器,设计了新的能够重构有L₂(即平方可积) 干扰非线性系统部分状态的H_∞状态观测器.首先, 给出了部分状态观测器设计矩阵应满足的约束条件和具体的表达形式. 进而通过对观测误差动态的分析, 研究了观测误差对L2干扰的衰减性问题, 并基于LMI技术给出了H_∞部分状态观测器存在的充分条件.理论分析指出,当干扰为零时,所设计的观测器可渐近重构待估状态;当干扰不为零时,观测器误差具有对L₂干扰的衰减性. 最后,仿真算例验证了本文理论结果的正确性.     

弹性飞机的混合H2/H∞最优PID控制器设计

针对弹性飞机强鲁棒性、低阶次、低增益鲁棒控制器的设计问题,以某弹性飞机12阶模型为研究对象,研究了基于弹性飞机降阶模型的混合H2/H∞最优PID控制器的设计。首先基于平衡截断法得到了6阶降阶模型。然后,根据全阶模型和降阶模型的频域降阶误差选取了合适的鲁棒加权函数。之后,给出了系统跟踪误差的H2范数的一种简化计算方法用于计算H2范数优化设计指标。最后使用粒子群优化算法进行了混合H2/H∞最优PID控制器参数的优化得到了最优PID控制器。仿真结果表明,与H∞混合灵敏度控制器相比,混合H2/H∞最优PID控制器阶次更低,并能同时镇定参数和非参数两种不确定性具有更强的鲁棒性;对弹性形变有较好的抑制作用,对刚性模态也取得了很好的控制效果。     

基于Dymola仿真平台的CO2热泵热电池储能水箱尺寸优化研究

基于Dymola仿真平台,建立了跨临界CO_2热泵储能系统动态模型,模拟研究了系统中储能水箱几何尺寸对其性能的影响,并与试验结果比对以保证模型的准确性。借助MATLAB优化工具箱,优化储能水箱的内部结构,优化后热分层系数提高了2.95%。在Dymola中建立优化后的热分层水箱模型,然后通过Dymola建立的热泵储能动态模型对储能水箱尺寸进行了优化,结果表明,优化后系统总性能系数提高了3.71%。     

CO2做低渗气藏储气库垫层的气水边界稳定性分析

将低渗透枯竭气藏改建为地下储气库的关键问题之一是气水界面的稳定性.为分析以CO_2做垫层气的低渗透气藏改建储气库在扩容建库和季节调峰时气水界面的稳定运移,根据枯竭气藏储层的特点,建立基于低渗透微裂缝储层的双重孔隙介质模型.以中原油田文23改建储气库的地下储层为研究对象,讨论扩容建库时CO_2垫层气的注入方式对气水界面稳定性的影响,以及储气库季节调峰时气水界面的运移特性.研究表明:在扩容建库阶段,CO_2连续注气驱水能快速扩容,但降低了气水界面和储层内压力场稳定性;间歇注气扩容方式在4个周期后扩容速率降低了4.8%,但更好地保证气水界面的稳定运移和储层内压力场的稳定;在季节调峰阶段,溶解态和超临界态CO_2的相互转换更好地保证气水边界和储层内压力场的稳定,同时提高储层空间利用率.     

基于模型辅助补偿自抗扰的履带车辆行进间火炮身管稳定控制

针对履带车辆高速行进间射击时火炮扰动力矩急剧增加且火炮、炮塔的转动惯量变化较为严重而影响射击精度的问题,在传统自抗扰位置-电流双环炮控系统的基础上,提出了一种基于模型辅助补偿的自抗扰控制方法。首先基于带遗忘因子的递推最小二乘法建立一个不依赖于负载总干扰力矩的转动惯量辨识模型,其次利用降维状态观测器根据辨识得到的转动惯量实时观测负载力矩,最后将实时辨识得到的转动惯量和观测出来的负载力矩前馈补偿到自抗扰控制器中。联合仿真表明该方法不仅能提高行进间火炮身管稳定精度和鲁棒性,还能降低扩展观测器的观测压力。