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精确反馈线性化中虚拟输出函数的求解与应用

应用基础与工程科学学报 2010年第2期18卷 321-329页

作者：王新屏张显库毕宁宁大连海事大学航海动态仿真与控制实验室辽宁大连116026

为使精确反馈线性化方法得到更广泛的应用,给出虚拟输出函数的简便求解方法.首先将虚拟输出函数的求解转化为偏微分方程组的求解,然后针对这类偏微分方程组的特点提出仿照求解齐次线性方程组的方法可以简便的求出虚拟输出函数.利用该方... 详细信息

为使精确反馈线性化方法得到更广泛的应用,给出虚拟输出函数的简便求解方法.首先将虚拟输出函数的求解转化为偏微分方程组的求解,然后针对这类偏微分方程组的特点提出仿照求解齐次线性方程组的方法可以简便的求出虚拟输出函数.利用该方法为非线性舵鳍联合系统实现了状态反馈线性化,并基于闭环增益成形算法设计了非线性鲁棒控制器,仿真表明该控制器对原非线性系统能起到良好的控制作用.该方法简单、实用,对于状态反馈线性化的实现具有一定的指导意义.

关键词：精确反馈线性化虚拟输出函数偏微分方程组舵鳍联合闭环增益成形非线性鲁棒

基于精确反馈线性化的直流微电网双向直流变换器反步滑模控制

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电力系统保护与控制 2018年第2期46卷 43-49页

作者：王宝华蒋力南京理工大学自动化学院江苏南京210094 国网无锡供电公司江苏无锡214000

直流微网中母线电压的变化对负载有很大的影响。储能系统通过双向直流变换器调节直流母线电压的过程中,占空比会大幅度变化,使变换器呈现严重的非线性,导致母线电压不稳定。针对这一问题,将精确反馈线性化与反步滑模控制相结合应用于双... 详细信息

直流微网中母线电压的变化对负载有很大的影响。储能系统通过双向直流变换器调节直流母线电压的过程中,占空比会大幅度变化,使变换器呈现严重的非线性,导致母线电压不稳定。针对这一问题,将精确反馈线性化与反步滑模控制相结合应用于双向直流变换器中,解决了变换器的非最小相位特性和变结构特性,保证了系统在不确定性和非线性条件下、外界干扰情况下的鲁棒性和稳定性。首先分析了变换器的状态方程,通过坐标变换推导出精确反馈线性化模型,并在此模型上设计了反步滑模控制器。最后利用PSCAD软件进行仿真,验证了所提控制方法的有效性及优越性。

关键词：直流微电网双向直流变换器精确反馈线性化反步滑模直流母线电压控制

有源电力滤波器精确反馈线性化准滑模变结构控制

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中国电机工程学报 2014年第33期34卷 5868-5875页

作者：杨龙月刘建华王崇林中国矿业大学信息与电气工程学院江苏省徐州市220008

提出一种基于精确反馈线性化的有源电力滤波器(active power filter,APF)准滑模变结构复合控制策略,解决了传统有源电力滤波器滑模控制器设计结构复杂及抖振问题。根据三相有源电力滤波器在d-q坐标系下的仿射非线性模型,推导相应的坐标... 详细信息

提出一种基于精确反馈线性化的有源电力滤波器(active power filter,APF)准滑模变结构复合控制策略,解决了传统有源电力滤波器滑模控制器设计结构复杂及抖振问题。根据三相有源电力滤波器在d-q坐标系下的仿射非线性模型,推导相应的坐标变换矩阵与状态反馈表达式,得到系统精确反馈线性化模型。针对此线性系统设计积分滑模函数,并证明等效控制的存在性与滑模控制的可达性。最终实现了准滑模变结构控制器设计,并给出参数选取范围。仿真与实验结果证明,该复合控制方法结合了精确反馈线性化控制与滑模控制的优点,具有较优的动态控制响应与稳态控制性能。

关键词：有源电力滤波器精确反馈线性化准滑模变结构控制抖振

基于精确反馈线性化的直流微电网恒功率负载系统NTSMC稳定性研究

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电源学报 2020年第2期18卷 104-112页

作者：吴当当滕青芳佐俊兰州交通大学自动化与电气工程学院兰州730070

针对带有恒功率负荷CPL(constant power load)的直流微电网系统易引起系统振荡的问题,提出一种基于精确反馈线性化的非奇异终端滑模控制NTSMC(non-singular terminal sliding-mode control)策略。首先,采用状态反馈精确线性化技术,建立... 详细信息

针对带有恒功率负荷CPL(constant power load)的直流微电网系统易引起系统振荡的问题,提出一种基于精确反馈线性化的非奇异终端滑模控制NTSMC(non-singular terminal sliding-mode control)策略。首先,采用状态反馈精确线性化技术,建立变换器系统线性化模型;然后,设计基于复合滑模面的NTSMC,以实现系统快速收敛并有效削弱传统滑模的抖振问题,确保负载恒定功率供应;最后,建立Matlab/Simulink仿真模型。仿真结果表明,对于带CPL的直流微电网系统,所设计的基于精确反馈线性化的复合滑模面NTSMC系统具有较高的鲁棒性,可保证系统在输入电压摄动及负载出现扰动时有理想的稳态特性和动态响应。

关键词：直流微电网恒功率负荷精确反馈线性化复合滑模面非奇异终端滑模控制

基于精确反馈线性化的Boost变换器非线性控制方案

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电测与仪表 2021年

作者：周雪松李康马幼捷天津理工大学天津市复杂控制理论重点实验室天津理工大学电气电子工程学院

Boost变换器以电容电压作为输出时存在非线性和不稳定的零动态，导致系统带宽变窄、动态响应缓慢。针对这一问题，基于精确反馈线性化提出一种新的控制方案。该方案采用以滑模控制的电感电流作为内环、以PI控制的电容电压作为外环的串... 详细信息

Boost变换器以电容电压作为输出时存在非线性和不稳定的零动态，导致系统带宽变窄、动态响应缓慢。针对这一问题，基于精确反馈线性化提出一种新的控制方案。该方案采用以滑模控制的电感电流作为内环、以PI控制的电容电压作为外环的串级结构。由于精确反馈线性化是全局线性化、滑模变结构控制对系统内部参数摄动和外部干扰均不敏感，该控制方案既能解决以电容电压作为输出直接控制时产生的不稳定零动态问题，又可以克服以电感电流作为输出间接控制电容电压时易受输入电压变化和负载扰动影响的缺点。通过仿真表明，该方案与PI电压电流双环控制相比，动态响应调节特性和稳态误差调节特性更好、鲁棒性更强。

关键词： Boost变换器精确反馈线性化滑模变结构控制零动态鲁棒性

Boost变换器精确反馈线性化滑模变结构控制

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中国电机工程学报 2011年第30期31卷 16-23页

作者：乐江源谢运祥洪庆祖张志陈林华南理工大学电力学院广东省广州市510640

利用非线性系统的微分几何理论,在Boost变换器仿射非线性模型基础上,推导出对应的非线性坐标变换矩阵和状态反馈表达式,得到Boost变换器状态反馈精确线性化模型。在此线性化模型基础上,选取线性切换函数和指数趋近律,设计滑模变结构控... 详细信息

利用非线性系统的微分几何理论,在Boost变换器仿射非线性模型基础上,推导出对应的非线性坐标变换矩阵和状态反馈表达式,得到Boost变换器状态反馈精确线性化模型。在此线性化模型基础上,选取线性切换函数和指数趋近律,设计滑模变结构控制器。研究对比表明,所提出的精确反馈线性化滑模变结构控制策略具有良好的动态响应调节和稳态误差调节特性,同时克服了现有精确反馈线性化控制策略固有的对精确数学模型依赖性的缺点,表现出更强的鲁棒性,从而具有一般性理论和实际意义。

关键词： DC-DC变换器滑模变结构控制非线性控制精确反馈线性化

三相有源电力滤波器精确反馈线性化空间矢量PWM复合控制

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中国电机工程学报 2010年第15期30卷 32-39页

作者：乐江源谢运祥张志陈林华南理工大学电力学院广东省广州市510640

提出一种基于精确反馈线性化的三相有源电力滤波器空间矢量脉宽调制控制方法。在三相并联型有源电力滤波器的仿射非线性模型基础上,推导出其状态反馈精确线性化非线性控制律,实现三相并联型有源电力滤波器有功补偿电流和无功补偿电流的... 详细信息

提出一种基于精确反馈线性化的三相有源电力滤波器空间矢量脉宽调制控制方法。在三相并联型有源电力滤波器的仿射非线性模型基础上,推导出其状态反馈精确线性化非线性控制律,实现三相并联型有源电力滤波器有功补偿电流和无功补偿电流的解耦控制。选取适当的反馈系数可确定交流侧指令电压,利用空间矢量脉宽调制技术对所需的指令电压进行逼近。与PI控制的三角载波控制方案进行仿真对比分析,验证了所提出的控制方案的动、静性能指标均优于PI控制方案。研制了一台小功率样机,验证了所提方案的正确性和可行性。

关键词：有源电力滤波器解耦控制精确反馈线性化空间矢量脉宽调制微分同胚

基于精确反馈线性化的三自由度直升机控制系统研究

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基于精确反馈线性化的三自由度直升机控制系统研究

作者：周唯昆明理工大学

学位级别：硕士

当前,无人机的研究和应用已经成为了热点,其中的无人直升机控制技术是无人直升机系统研制的一个重要方面,也是核心技术。优秀的控制算法是无人直升机企业的核心技术,可以为企业带来丰厚的利益。但是现在消费级无人直升机市场的火热,屡... 详细信息

当前,无人机的研究和应用已经成为了热点,其中的无人直升机控制技术是无人直升机系统研制的一个重要方面,也是核心技术。优秀的控制算法是无人直升机企业的核心技术,可以为企业带来丰厚的利益。但是现在消费级无人直升机市场的火热,屡屡会有无人直升机摔机,甚至是伤人事件发生。这使得无人直升机的稳定运行受到了关注,而使得无人机稳定的运行必须在建模和控制两个方面着手。本文的研究重点是无人直升机建模和控制技术的研究,研究的平台是三自由度直升机实验平台,旨在研究一种针对高度非线性和强耦合的仿射系统的建模、线性化和解耦控制算法。论文的主要研究工作如下:(1)采用拉格朗日方法和牛顿第二定律对三自由度直升机进行系统建模和系统辨识考察系统特性。首先对三自由度直升机的机械结构和电气结构进行了详细的建模,得到了具有仿射非线性特性的系统动力学方程。利用M序列对高度轴和俯仰轴进行了线性系统辨识实验,得到了系统的线性程度,佐证了三自由直升机系统的非线性和强耦合性。(2)采用基于传统SISO系统的PID控制器设计方法设计了针对具有MIMO、强耦合特征的三自由度直升机的位置控制器。首先针对高度轴和俯仰轴设计了多变量的PD解耦控制器,设计了旋转轴和俯仰轴之间的串级PD控制器。实验结果表明,系统位置响应达到了基本的控制目的,但是存在着系统参数难调、系统响应慢、系统鲁棒性差、系统耦合特性差等问题,致使系统存在“掉高”现象。(3)采用LQR输出跟踪控制器设计了三自由度直升的位置跟踪控制器。首先对三自由度直升机的仿射系统在平衡点处进行线性化处理,根据LQR输出跟踪控制器的控制率,求解系统的黎卡提方程,得到实际系统的控制率。实验过程表明,系统的位置响应加快,参数调节方便,但是解耦特性差,系统仍然存在“掉高”现象。(4)提出基于精确反馈线性化方法对三自由度直升机仿射系统进行解耦和线性化。首先利用精确反馈线性化对仿射系统在大范围进行系统的解耦和线性化。再利用LQR方法和PD方法对大范围条件下的线性模型进行位置控制器设计。实验结果表明,控制系统的位置响应迅速,参数调节方便,系统的解耦彻底,“掉高”现象彻底得到解决。(5)编写了基于三自由度直升机控制算法的仿真软件。根据本文对三自由度直升机的研究过程中出现的PID控制算法、LQR跟踪控制算法、精确反馈线性化算法设计了基于MATLAB的控制器设计仿真软件。在实际的系统参数调整过程中,此软件的仿真结果可以直接在设备上使用。本文围绕三自由度直升机的位置控制,比较了单独使用PID解耦控制和LQR跟踪控制器这两种控制方法的优劣,提出了精确反馈线性化方法,出色的完成了三自由度直升系统在大范围下的解耦和线性化工作,弥补了前两种方法的不足。本文针对三自由度直升系统提出的精确反馈线性化方法和控制算法的仿真技术对其他无人直升机的控制和仿真具有借鉴意义。

关键词：无人直升机三自由度系统辨识 PID LQR 精确反馈线性化仿真技术

精确反馈线性化在移动机器人轨迹跟踪中的应用

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机器人 2001年第S1期23卷 661-663,680页

作者：裴辛哲刘志远裴润哈尔滨工业大学 150001

本文首先介绍了轮式移动机器人从原始形式到链形式的转换 ,并以此为对象 ,通过动态扩展 ,引入了精确反馈线性化的方法 ,将链形式精确地转换为输入输出线性系统 ,在此基础上 ,设计了反馈控制器对轮式移动机器人的轨迹跟踪进行控制 .

关键词：精确反馈线性化零动态轨迹跟踪