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高阶滑模微分器的分析与改进

控制与决策 2011年第8期26卷 1136-1140,1146页

作者：蒲明吴庆宪姜长生程路南京航空航天大学自动化学院模式识别与智能控制实验室南京210016

首先采用Terminal吸引子函数代替原不连续函数,以避免滑模微分器的抖振;然后针对现有文献中高阶滑模微分器设计参数选取苛刻这一问题,放宽了设计参数选择范围,并分不同情况证明了高阶滑模微分器的稳定性.在此基础上,给出了高阶滑模微分... 详细信息

首先采用Terminal吸引子函数代替原不连续函数,以避免滑模微分器的抖振;然后针对现有文献中高阶滑模微分器设计参数选取苛刻这一问题,放宽了设计参数选择范围,并分不同情况证明了高阶滑模微分器的稳定性.在此基础上,给出了高阶滑模微分器估计误差的上界与设计参数和滑模微分器阶次的关系式;通过对设计参数的选取和系统整体结构的分析,提出了高阶滑模微分器减小估计误差且更适于工程应用的设计方法,并给出所需条件.仿真结果表明了所得结论的正确性和有效性.

关键词：高阶滑模微分器稳定性证明减小误差去除抖振改进

基于改进积分视线导引策略的欠驱动无人水面艇路径跟踪

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北京航空航天大学学报 2018年第3期44卷 489-499页

作者：陈霄刘忠张建强董蛟周德超海军工程大学电子工程学院武汉430000

路径跟踪控制是无人水面艇(USV)自主完成各项任务使命的关键技术之一,受到国内外运动控制领域的普遍关注。为提高风浪流等外界环境干扰下,无人水面艇(USV)路径跟踪控制的准确性和鲁棒性,研究海流等外界扰动环境下一类非对称欠驱动无人... 详细信息

路径跟踪控制是无人水面艇(USV)自主完成各项任务使命的关键技术之一,受到国内外运动控制领域的普遍关注。为提高风浪流等外界环境干扰下,无人水面艇(USV)路径跟踪控制的准确性和鲁棒性,研究海流等外界扰动环境下一类非对称欠驱动无人水面艇的路径跟踪问题,提出了2种改进积分视线(ILOS)导引策略,并基于改进导引策略和反馈控制思想实现了无人水面艇水平面的路径跟踪。与传统ILOS导引策略相比,第1种改进策略具有变积分增益能够避免积分饱和及超调现象;第2种改进策略在前者的基础上将前视距离设计为时变量,使得无人水面艇操纵更加灵活,其中积分增益和前视距离均为垂直距离误差的不同函数,引导无人水面艇灵活快速地跟踪期望路径。基于级联系统理论证明了当所有控制目标实现时,控制系统为全局k-指数稳定(GKES)的,理论分析和仿真实验证明了算法的有效性和先进性。

关键词：欠驱动控制无人水面艇(USV) 积分视线(ILOS)导引路径跟踪级联系统稳定性证明

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变桨风力发电机组控制器优化设计

电网技术 2014年第12期38卷 3436-3440页

作者：赵微微张磊井延伟河北工业大学控制科学与工程学院天津市红桥区300131 国电联合动力技术有限公司河北省保定市071051

风速的随机性和风电机组控制系统的非线性导致难以获取风电机组精确的数学模型。鉴于实际的风电工程通常采用简单的比例-积分-微分(proportional integral differential,PID)控制器或比例-积分(proportional integral,PI)控制器达到输... 详细信息

风速的随机性和风电机组控制系统的非线性导致难以获取风电机组精确的数学模型。鉴于实际的风电工程通常采用简单的比例-积分-微分(proportional integral differential,PID)控制器或比例-积分(proportional integral,PI)控制器达到输出恒定功率的控制目标,不涉及复杂的智能控制算法,在风速高于额定风速时,提出了一种基于加性分解原理的方法来规范风力发电机组变桨控制器的设计参数,将风力发电机组变桨控制问题分解为2个简单的子问题,即线性时不变主系统的追踪问题和辅系统的镇定问题。基于该原理,设计出了简单的PI控制器,并在此基础上进行了控制器优化设计,而且通过理论推导给出了该控制器的稳定性证明,最后通过仿真验证优化后的控制器能够大大增加输出功率的平稳性。这将为今后设计风力发电机组变桨控制器设计提供一定的准则。

关键词：变桨风力机控制器优化加性分解稳定性证明

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风电机组拟连续高阶滑模转矩控制器设计

控制工程 2018年第1期25卷 1-6页

作者：张磊王贞贞王婕河北工业大学控制科学与工程学院

风电机组非线性、不确定、多干扰等特点，使得控制器设计成为一项极具挑战的研究课题。拟连续高阶滑模控制方法对外部干扰、未建模动态和参数不确定具有强鲁棒性，且能够有效削弱抖振，所以在风速低于额定风速时，采用拟连续高阶滑模控... 详细信息

风电机组非线性、不确定、多干扰等特点，使得控制器设计成为一项极具挑战的研究课题。拟连续高阶滑模控制方法对外部干扰、未建模动态和参数不确定具有强鲁棒性，且能够有效削弱抖振，所以在风速低于额定风速时，采用拟连续高阶滑模控制方法对风电机组转矩控制问题进行研究。首先，在传统滑模控制的基础上继续求导，设计拟连续二阶滑模转矩控制器，在有限时间内实现对参考转速的稳定跟踪。其次，根据Lyapunov理论证明该控制器的稳定性。最后通过仿真和对比分析验证所设计的拟连续二阶滑模转矩控制器不仅能够通过控制发电机转矩实现功率的最大输出，而且能够有效的抑制抖振现象，控制系统具有强鲁棒性。

关键词：风力发电机组变速转矩控制器拟连续高阶滑模控制稳定性证明

基于拟连续高阶滑模的风力发电机组控制器设计

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基于拟连续高阶滑模的风力发电机组控制器设计

作者：王贞贞河北工业大学

学位级别：硕士

人口增长和经济的快速发展,以及全球气候的剧烈变化,使得各个国家和地区都开始大力发展可再生能源发电。其中,风力发电成为增长最快的电源。风力发电机组非线性、不确定、强耦合、多干扰等特点,使得控制器设计成为一项极具挑战的研究课... 详细信息

人口增长和经济的快速发展,以及全球气候的剧烈变化,使得各个国家和地区都开始大力发展可再生能源发电。其中,风力发电成为增长最快的电源。风力发电机组非线性、不确定、强耦合、多干扰等特点,使得控制器设计成为一项极具挑战的研究课题。由于拟连续高阶滑模控制对外界干扰、未建模动态和参数不确定具有强鲁棒性,控制律设计简单,动态响应快,且能够有效削弱抖振,也打破了传统滑模控制相对阶的限制,所以,本课题采用拟连续高阶滑模控制方法进行风力发电机组控制器设计。首先,对风力发电机组控制系统的各个模块进行建模,分别建立了风速模型、风力机模型、发电机模型、传动系统模型和变桨执行机构模型,并以此为基础搭建了风力发电机组控制系统的仿真平台。以额定风速为划分点,将风力发电机组的控制策略分别变速控制和变桨控制,并分别针对变速控制和变桨控制分析了具体的控制目标和控制策略。其次,当实际风速低于额定风速时,采用拟连续高阶滑模控制方法对风力发电机组进行变速控制。首先,针对两质量块风机传动系统模型设计二阶转矩控制器,为了进一步减小抖振,在二阶控制器的基础上继续求导,实现系统升阶,设计三阶动态转矩控制器。并通过理论推导证明了两种控制器的稳定性。最后通过仿真验证得出,本课题所设计的拟连续二阶和三阶滑模转矩控制器能够通过控制发电机转矩调节风轮转速,实现功率输出最大化的控制目标。控制器对外界干扰和参数不确定具有良好的鲁棒性,且三阶控制器能够在二阶控制器的基础上有效削弱抖振。最后,当实际风速超过额定风速时,为了防止风机受到损坏,采用拟连续高阶滑模控制方法对风力发电机组进行变桨控制。首先将变桨控制系统的被控对象模型进行精确反馈线性化,然后针对线性化后的模型设计三阶桨距控制器,并证明其稳定性。最后通过仿真验证得出,本课题设计的拟连续三阶滑模桨距控制器能够根据风速的变化调整桨距角,达到维持输出功率在额定值的控制目标。且控制器能够在保证系统鲁棒性的同时,有效抑制抖振。

关键词：风力发电机组拟连续高阶滑模转矩控制器桨距控制器稳定性证明

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事件驱动控制及其应用研究

事件驱动控制及其应用研究

作者：熊瑛华北电力大学

学位级别：硕士

在工业控制系统中,每个过程控制单元通常要服务于多个控制回路,同时完成多个控制任务。过程控制单元的运算负荷率及不同单元间的通讯负荷是表征工业控制系统可靠程度的重要指标。事件驱动控制正是这样一种能够在确保控制品质的前提下有... 详细信息

在工业控制系统中,每个过程控制单元通常要服务于多个控制回路,同时完成多个控制任务。过程控制单元的运算负荷率及不同单元间的通讯负荷是表征工业控制系统可靠程度的重要指标。事件驱动控制正是这样一种能够在确保控制品质的前提下有效降低过程控制单元运算和通信负荷的控制方法。不仅如此,事件驱动控制所具有的减少控制作用变化次数的特性还能够有效地抑制执行机构的频繁动作,延长其使用寿命。提出了一种不依赖具体控制算法的事件驱动控制系统的一般性设计方法。通过对事件驱动系统在扰动作用下时域输出响应及控制量变化特性的分析,得到事件驱动系统可以等效为变采样保持系统的结论;在此基础上,给出基于小增益定理的系统稳定性判别方法及主要控制参数的整定步骤。在理论推证的基础上,以核电蒸汽发生器水位为被控对象,进一步研究了事件驱动控制的工程应用问题。在事件驱动控制的整体框架下,提出了一种以二自由度内模控制器为反馈部分,以蒸汽流量驱动的动态环节为前馈部分的核电蒸汽发生器水位的复合控制结构;引入增益调度方法,将5个典型工况下设计的前馈和反馈控制器进行整合,使系统达到良好的全局控制效果;通过对控制系统特性的深入分析,从工程应用的角度给出了控制器中主要参数的整定准则。仿真结果表明,该结构能够确保蒸汽发生器水位在各负荷段均具有良好的控制品质,同时有效地减小控制器运算负荷及执行机构动作次数。

关键词：事件驱动控制稳定性证明蒸汽发生器水位控制

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基于预测控制的长随机网络时延研究

基于预测控制的长随机网络时延研究

作者：樊艳艳华北电力大学

学位级别：硕士

社会在不断发展,控制的对象也在不断复杂化,经典的点到点的控制结构已经不再适用,21世纪的控制系统最大的特点是引入了网络结构。未来新的趋势是智能网络节点传感器、控制器和执行器通过网络构成网络控制系统。与传统结构相比,网络控制... 详细信息

社会在不断发展,控制的对象也在不断复杂化,经典的点到点的控制结构已经不再适用,21世纪的控制系统最大的特点是引入了网络结构。未来新的趋势是智能网络节点传感器、控制器和执行器通过网络构成网络控制系统。与传统结构相比,网络控制系统在布线减少、结构的灵活性、系统的可靠性以及资源的共享性等方面表现出很大的优势;但是随之也带来了一些问题,例如网络导致的时延、丢包等。这些问题使系统的性能不再良好。详细分析这些不利影响后,本文给出了针对长随机网络时延的非建模控制方法和建模控制方法。首先对网络时延进行测试和分析,总结网路时延的特点和规律。然后对短随机网络时延控制系统在四种不同驱动方式下建模。其次对长随机网络时延,给出了一种非建模的控制方法。假设控制器、执行器和传感器都采用时钟驱动方式,针对因网络随机时延导致控制器难以计算这个问题,给出了其解决办法及稳定性证明。最后介绍了长随机网络时延的建模方法。利用长随机网络时延的特点和规律,用小波分解算法将长随机网络时延分解为两部分即固定时延和短的随机网络时延,利用短随机网络时延控制系统的建模方法将长随机网络时延与被控对象建模为广义被控对象,再引入预测控制器对广义被控对象进行控制。

关键词：网络诱导时延数据包丢失预测控制稳定性证明小波分解

基于微分几何的固定翼无人机过顶跟踪地面目标制导方法

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兵工自动化 2018年第12期37卷 30-33,38页

作者：夏卫政徐进廷黄坤张民南京航空航天大学自动化学院中国人民解放军61886部队

为了实现无人机对地面目标的密切跟踪,提出一种基于微分几何的无人机过顶跟踪地面目标的制导方法。通过搭建无人机过顶跟踪地面目标的数学模型,分析其数学关系。设计无人机过顶跟踪地面目标的制导律并完成稳定性分析。最后,分别针对不... 详细信息

为了实现无人机对地面目标的密切跟踪,提出一种基于微分几何的无人机过顶跟踪地面目标的制导方法。通过搭建无人机过顶跟踪地面目标的数学模型,分析其数学关系。设计无人机过顶跟踪地面目标的制导律并完成稳定性分析。最后,分别针对不同运动状态的地面目标进行仿真验证。仿真结果表明:该方法能实现对各类地面目标的有效跟踪,并且具有良好的跟踪性能。

关键词：无人机过顶跟踪制导方法微分几何稳定性证明