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适用于多工作模式Buck-Boost变换器的线性变参数模型与宽运行范围控制

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中国电机工程学报 2023年第21期43卷 8423-8433页

作者：马建军朱淼杨亚宇杜炤鑫国家电投智慧能源创新学院(上海交通大学) 上海市闵行区200240 电力传输与功率变换控制教育部重点实验室(上海交通大学) 上海市闵行区200240 上海海事大学上海市浦东新区200135 国网上海市电力公司上海市浦东新区200122

为实现宽范围电压调节,多模式Buck-Boost变换器(multimode Buck-Boost converter,MBBC)能够灵活工作在Buck、Boost与Transition模式,具有升/降压转换能力。然而在多模式变换器建模与控制设计时,传统小信号建模方法将不可避免带来动态响... 详细信息

为实现宽范围电压调节,多模式Buck-Boost变换器(multimode Buck-Boost converter,MBBC)能够灵活工作在Buck、Boost与Transition模式,具有升/降压转换能力。然而在多模式变换器建模与控制设计时,传统小信号建模方法将不可避免带来动态响应变差以及潜在失稳问题。为此,该文提出一种面向多模式变换器的线性变参数建模与控制设计方法。基于线性变参数系统模型,能够分析不同Transition模式对变换器动态特性影响,从而构建出一种具备最优开环动态特性的Transition模式。基于闭环控制设计方法,能够保证MBBC多种工作模式的鲁棒稳定性、恢复时间与衰减比等时域指标。通过与传统小信号模型设计实验对比,验证所提多模式变换器控制设计方法有效性。通过与现有Transition模式对比实验,验证所提IBB Transition模式最优暂态性能。

关键词：多模式变换器宽范围电压调节线性变参数多目标控制小信号模型

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滚珠丝杠传动系统线性变参数建模与控制研究

滚珠丝杠传动系统线性变参数建模与控制研究

作者：杜双江重庆大学

学位级别：硕士

滚珠丝杠传动系统将电动机的旋转运动转化为螺母带动工件台的平移运动,具有成本相对较低、刚性较高、摩擦力小、对外力和惯性变化的敏感性较低等优点,广泛应用于工业自动化和机器人领域的高精度传动系统。然而其在高速高加速度运动过程... 详细信息

滚珠丝杠传动系统将电动机的旋转运动转化为螺母带动工件台的平移运动,具有成本相对较低、刚性较高、摩擦力小、对外力和惯性变化的敏感性较低等优点,广泛应用于工业自动化和机器人领域的高精度传动系统。然而其在高速高加速度运动过程中,会激发传动系统的振动模态。系统振动会限制控制系统带宽的提高,导致系统不稳定并降低传动系统在动态运行过程中的运动精度,同时,系统的动力学特性(振动模态)会随着工件台位置和负载质量的改变而改变,传统的LTI建模将这种变动力学特性归属于模型的不确定性,使得系统模型的不确定较大,也会影响系统的运动精度。因此,论文以滚珠丝杠传动系统为对象,以降低模型不确定性、抑制振动模态、提高系统运动精度为目标,从滚珠丝杠传动系统的变动力学特性建模,振动抑制控制算法方面开展了深入研究。论文的主要研究内容与贡献如下:(1)基于理论建模,在传统的刚体、柔性体模态的基础上,进一步分析了滚珠丝杠传动系统的变动力学特性的原因,采用线性变参数(Linear Parameter Varying,LPV)动力学特性建模描述变动力学特性,并探索了线性变参数传递函数(Linear Parameter Varying-Transfer Function,LPV-TF)和线性变参数状态空间(Linear Parameter Varying-Transfer State Space,LPV-SS)的模型结构。(2)基于LPV-TF和LPV-SS模型结构,探索了相应的系统辨识算法(频域辨识与时域辨识),并针对LPV-SS辨识模型,采用模态坐标转换方法使得刚体模态与柔性模态解耦,以便于后续控制器的设计。通过实验对比,从模型结构上分析了两者的优劣,决定采用时域辨识获得的LPV-SS模型作为控制算法设计的基础。(3)基于已建立的LPV-SS辨识模型,为了抑制系统的柔性模态,采用了全状态反馈控制;为了解决LPV系统状态变量无法在线测量,建立了基于参数调度的状态观测器在线估计系统的状态变量;为了消除系统稳态误差,探索了一种具有积分效应的模态误差状态空间模型;为了解决LPV系统极点变化问题以及实现闭环系统模态控制性能设计,探索了基于参数调度的极点配置控制算法。以滚珠丝杠传动系统作为实验对象,验证了本文针对变动力学运动系统所探索的建模与控制方法的正确性、有效性。

关键词：滚珠丝杠线性变参数系统辨识控制

舰载机着舰侧回路时变风险权值矩阵线性变参数预测控制

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控制理论与应用 2015年第1期32卷 101-109页

作者：朱齐丹王立鹏张智闻子侠哈尔滨工程大学自动化学院黑龙江哈尔滨150001

针对舰载机钩索阻拦阶段,提出阻拦风险函数的概念和计算方法,通过离线计算获得时变状态权值矩阵和时变控制输入权值矩阵.采用时变状态权值矩阵可以实时调整各状态之间的变化关系,而时变的控制输入权值矩阵能够调整副翼和方向舵的输入峰... 详细信息

针对舰载机钩索阻拦阶段,提出阻拦风险函数的概念和计算方法,通过离线计算获得时变状态权值矩阵和时变控制输入权值矩阵.采用时变状态权值矩阵可以实时调整各状态之间的变化关系,而时变的控制输入权值矩阵能够调整副翼和方向舵的输入峰值,避免出现输入饱和情况,提高横侧向自动着舰的效率和安全性.建立了时变的系统输出约束函数,增加了舰载机进舰阶段控制器的可解性.建立了基于状态偏差的舰载机横侧向着舰模型,针对舰载机上很多状态不能直接测量的特点,采用离线设计状态观测器的方法来估计舰载机的真实状态值,利用线性矩阵不等式求解系统最优解,通过舰载机自动着舰三维仿真模拟平台验证了算法的可行性.

关键词：自动着舰横侧向控制线性变参数预测控制线性矩阵不等式

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磁悬浮储能飞轮线性变参数鲁棒增益调度控制

控制理论与应用 2011年第11期28卷 1641-1644页

作者：陈峻峰刘昆肖凯国防科学技术大学航天与材料工程学院湖南长沙410073

针对强陀螺效应的磁悬浮储能飞轮转速快变引起的模型变化而带来的控制问题,设计了线性变参数增益调度鲁棒控制器.根据飞轮的线性变参数模型,设计的鲁棒增益调度控制器,能够保证其全转速范围内的鲁棒稳定性和性能.为降低控制器设计的保守... 详细信息

针对强陀螺效应的磁悬浮储能飞轮转速快变引起的模型变化而带来的控制问题,设计了线性变参数增益调度鲁棒控制器.根据飞轮的线性变参数模型,设计的鲁棒增益调度控制器,能够保证其全转速范围内的鲁棒稳定性和性能.为降低控制器设计的保守性,在设计控制器时,可缩小转速区间,使控制性能得到提高.与按照非时变模型设计的鲁棒控制器相比,线性变参数鲁棒增益调度控制器可以实现以转速为参数的自适应调节,在全转速范围内,其鲁棒稳定性和性能均具有显著优势.仿真结果验证了此控制器的有效性和先进性.

关键词：磁轴承线性变参数鲁棒增益调度控制储能飞轮系统

连续时间多胞线性变参数系统变增益H_∞/H_2输出反馈控制

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控制理论与应用 2016年第9期33卷 1225-1235页

作者：姜伟王宏力陆敬辉秦伟伟蔡光斌火箭军工程大学控制工程系陕西西安710025 火箭军工程大学空间工程系陕西西安710025

针对一类同时具有参数不确定性和外界干扰的非线性系统,提出了一种连续时间多胞线性变参数(LPV)系统变增益H_∞/H_2输出反馈控制方法.首先,对连续时间多胞LPV系统的变增益混合目标(H_∞/H_2指标和区域极点约束)输出反馈控制器综合方法... 详细信息

针对一类同时具有参数不确定性和外界干扰的非线性系统,提出了一种连续时间多胞线性变参数(LPV)系统变增益H_∞/H_2输出反馈控制方法.首先,对连续时间多胞LPV系统的变增益混合目标(H_∞/H_2指标和区域极点约束)输出反馈控制器综合方法进行了数学描述;其次,引入新的结构化松弛矩阵变量和参数依赖Lyapunov函数,将满足期望性能的混合目标鲁棒动态输出反馈控制问题转化为线性矩阵不等式框架内的有限维凸优化问题,进一步降低了所设计LPV控制器的保守性.最后,以四分之一车辆模型主动悬架系统为研究对象进行仿真,仿真结果验证了本文控制器的有效性.

关键词： H∞控制 H2控制区域极点配置线性变参数主动悬架

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基于线性变参数的船舶运动H_∞控制及仿真

大连海事大学学报 2007年第2期33卷 88-91页

作者：袁士春郭晨史成军大连海事大学自动化与电气工程学院

为确定船速变化对船舶操纵控制的影响,提出线性变参数H∞航向控制算法.通过变量代换,得到显含船速项的Nomoto船舶运动方程,以船速作变参数,转换为连续线性变参数系统方程.将其凸分解为多胞表示,利用线性矩阵不等式方法,对多胞的各顶点... 详细信息

为确定船速变化对船舶操纵控制的影响,提出线性变参数H∞航向控制算法.通过变量代换,得到显含船速项的Nomoto船舶运动方程,以船速作变参数,转换为连续线性变参数系统方程.将其凸分解为多胞表示,利用线性矩阵不等式方法,对多胞的各顶点分别设计满足H∞性能和动态特性的输出反馈航向控制器,综合顶点控制器得到具有同样多胞结构的全局连续变增益控制器.仿真结果表明,该控制器能有效控制船舶航向.

关键词：船舶运动 H∞控制线性变参数多胞特性线性矩阵不等式

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一种间歇过程多批次融合线性变参数建模方法

信息与控制 2017年第1期46卷 46-52页

作者：王幼琴赵忠盖刘飞江南大学轻工过程先进控制教育部重点实验室江苏无锡214122

针对间歇过程多批次、多时段特性,提出一种多批次融合线性变参数(LPV)建模方法.传统间歇过程LPV建模是连续过程LPV建模方法的简单复制,仅仅利用了单个批次的信息,模型的扩展性较差.多批次融合建模方法考虑间歇过程多批次特性,依据调度... 详细信息

针对间歇过程多批次、多时段特性,提出一种多批次融合线性变参数(LPV)建模方法.传统间歇过程LPV建模是连续过程LPV建模方法的简单复制,仅仅利用了单个批次的信息,模型的扩展性较差.多批次融合建模方法考虑间歇过程多批次特性,依据调度变量将所有批次数据划分为不同阶段,在各阶段建立子模型,最终采用高斯权重函数融合各子模型.在该模型中,多批次的数据通过EM(expectationmaximization)算法融入到模型参数的辨识中,能够克服间歇过程初始值波动给模型带来的影响.最后对青霉素发酵过程进行仿真,通过单个批次数据建模与多个批次建模的比较结果可知,多批次融合LPV建模方法精度更高,适用性更广泛.

关键词：间歇过程多批次线性变参数调度变量 EM算法青霉素发酵

参与电网调频的风电机组线性变参数变桨控制策略

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中国设备工程 2022年第5期 142-143页

作者：张兴郑立纹王峰国电联合动力技术有限公司北京100036

风电机组在进行调频工作的时候,风电机组变桨动作的风速范围将会随着输出功率的变化而发生变化,而在调频的时候,输出功率是经常需要进行调整的,另外,因为风况可以直接影响桨距角调节气动功率的灵敏度,这样就会导致风电机组在进行调频时... 详细信息

风电机组在进行调频工作的时候,风电机组变桨动作的风速范围将会随着输出功率的变化而发生变化,而在调频的时候,输出功率是经常需要进行调整的,另外,因为风况可以直接影响桨距角调节气动功率的灵敏度,这样就会导致风电机组在进行调频时发生振荡现象,为了解决这一问题,我们需要提出一种线性变参数系统作为原则的风电机组变桨控制方法。

关键词：电网调频风电机组线性变参数变桨控制

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一类无尾式飞行器线性变参数建模

弹箭与制导学报 2009年第5期29卷 27-30页

作者：李文强马建军李鹏郑志强国防科技大学机电工程与自动化学院长沙410073

基于线性变参数系统的变增益控制克服了传统变增益的缺点,其关键所在就是系统非线性模型向线性变参数模型的转化;讨论了目前广泛应用的三种线性变参数建模方法,并分析了它们各自的缺点,同时,在此基础上对其中的一种方法进行改进,最后利... 详细信息

基于线性变参数系统的变增益控制克服了传统变增益的缺点,其关键所在就是系统非线性模型向线性变参数模型的转化;讨论了目前广泛应用的三种线性变参数建模方法,并分析了它们各自的缺点,同时,在此基础上对其中的一种方法进行改进,最后利用该方法对一类无尾式飞行器进行了线性变参数建模;仿真结果及其性能评估结论表明,改进方法较之原方法在性能评测上效果提高了十倍,同时仿真结果也显示误差在允许范围之内,得到了满意的结果。

关键词：线性变参数变增益建模无尾式飞行器非线性