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基于自适应动态面算法的多机电力系统主汽门开度控制研究

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基于自适应动态面算法的多机电力系统主汽门开度控制研究

作者：胡石磊东北电力大学

学位级别：硕士

随着用电量的不断增加,电网结构日益庞大和复杂,其稳定性问题日益严峻,所以设计先进控制系统改善其稳定性和运行品质是十分必要的。在众多改善电力系统稳定性的控制因素中,汽门开度控制不仅可以改善电力系统的大干扰稳定、小干扰稳定、... 详细信息

随着用电量的不断增加,电网结构日益庞大和复杂,其稳定性问题日益严峻,所以设计先进控制系统改善其稳定性和运行品质是十分必要的。在众多改善电力系统稳定性的控制因素中,汽门开度控制不仅可以改善电力系统的大干扰稳定、小干扰稳定、抑制低频振荡等,还能够提高系统的暂态响应性能,对提高电力系统稳定性水平有着十分重要的意义。基于此,本文对多机电力系统主汽门开度非线性鲁棒控制问题进行了研究,根据Lyapunov稳定性理论,应用动态面结合RBF神经网络的方法完成了多机电力系统主汽门开度控制器的设计。论文主要进行了如下工作:1.对电力系统稳定控制中的主要方法进行了研究,包括映射线性化法、Lyapunov直接法、变结构控制、反推法等。2.在考虑多机电力系统模型中存在不确定参数和耦合项的情况下,在引入误差转换函数和性能指标函数的基础上,采用动态面结合RBF神经网络的设计方法完成了控制器的设计,实现了多机电力系统汽门开度的分散控制。3.采用动态面结合RBF神经网络的设计方法,设计了具有L∞性能指标的多机电力系统主汽门开度自适应动态面控制器,控制器设计过程考虑了互联项中包含时滞的情况,通过有限覆盖引理和神经网络的结合实现了对系统中未知时滞非线性项的处理,并且通过初始化技术的引入确保了系统跟踪误差的L∞性能。综上所述,本文针对多机电力系统汽门开度控制问题设计了自适应动态面控制器,所设计的控制器对系统模型的不确定性具有一定鲁棒性,并可以很好的保障系统的跟踪误差品质。相关稳定性分析表明了所提出的控制方案可保证闭环系统的稳定性,在MATLAB中的仿真结果进一步验证了控制器的有效性。

关键词：多机电力系统自适应动态面 RBF神经网络汽门开度控制时滞

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离散自适应动态面控制策略及应用

离散自适应动态面控制策略及应用

作者：李斌东北电力大学

学位级别：硕士

随着制造业的迅速发展,智能材料驱动器在精密制造中扮演的角色愈发重要,其为实现微纳级别的加工制造提供了可能。但是,由智能材料特性带来的控制问题亟待解决,其固有的回滞特性使得其所属系统的非线性问题大大加深,如何解决回滞的不可微... 详细信息

随着制造业的迅速发展,智能材料驱动器在精密制造中扮演的角色愈发重要,其为实现微纳级别的加工制造提供了可能。但是,由智能材料特性带来的控制问题亟待解决,其固有的回滞特性使得其所属系统的非线性问题大大加深,如何解决回滞的不可微分,多值映射等问题成为了能否更好利用智能材料驱动器的关键所在。动态面方法在非线性系统控制,尤其是高阶非线性系统的控制问题上取得了令研究者满意的效果,不但克服了backstepping方法中的“微分爆炸”等问题,还使得控制器结构大大简化,这吸引了大量学者投身于动态面的研究之中。离散时间方法使用采样信号或数字信号的形式易于抑制噪音,可采用高敏感度的控制元件提高控制精度,对于高延迟系统,可通过采样减轻延迟的扰动,数字控制系统的复现性更好,收益更高,成本更低,在稳定性和可实现性能方面通常被认为是优于连续时间仿真方法。本文针对带有回滞现象的非线性离散时间系统,利用动态面控制技术进行控制器设计,达到对误差及稳定性的要求,最后在智能材料驱动器平台上验证所提控制方案的有效性。主要研究内容如下:1.一类离散时间回滞非系统的自适应隐逆控制。提出了一类离散时间回滞非线性系统的自适应隐式逆控制方案,Prandtl-Ishlinskii(PI)模型用于表征压电致动器中的回滞回线。主要工作是:1)采用引入数字一阶低通滤波器的动态面(DSC)控制技术,不需要将原有的控制系统转换为未知的特殊形式;2)构造隐式逆补偿器以克服回滞现象,这意味着与控制信号耦合的回滞项被视为临时控制信号,从中设计搜索近似控制信号的方法;3)采用压电定位平台的实验平台,实现了设计的离散时间自适应控制器的实验验证。证明了闭环系统中的所有信号都是半全局一致最终有界的(SUUB),实验结果表明了所提出的控制方案的有效性。2.一类离散时间回滞非系统的自适应神经网络数字控制。针对一类非对称回滞系统,提出了一种自适应神经-数字隐式逆运动控制方案,解决了非对称回滞非线性系统的高精度位置数字控制问题。1)通过设计信号量化器和带隐式逆补偿器的离散时间控制器,克服了回滞系统的数字控制问题,使所提出的数字动态曲面控制方案更适用于实际的计算机控制。2)通过构造隐式逆补偿器,根据回滞输出计算近似控制律,不需要精确的回滞逆模型。3)通过设计数字一阶低通滤波器,不需要将离散被控对象模型转化为未知的特殊形式。实验结果表明,所提出的控制方案取得了满意的跟踪性能,并能有效地抑制迟滞和量化误差。

关键词：离散时间自适应动态面回滞 RBF神经网络隐逆

含TCSC装置的单机无穷大电力系统的非线性自适应动态面鲁棒控制

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河北师范大学学报（自然科学版） 2015年第6期39卷 495-503页

作者：郝建红汪筱巍华北电力大学电气与电子工程学院北京102206

针对含晶闸管控制串联电容器装置的单机无穷大电力系统,考虑摩擦阻尼系数不确定及受外部未知干扰的情况,基于非线性自适应动态面控制方法,设计了鲁棒控制器,同时得到了系统不确定参数的自适应更新律以及系统稳定运行的充分条件.采用该... 详细信息

针对含晶闸管控制串联电容器装置的单机无穷大电力系统,考虑摩擦阻尼系数不确定及受外部未知干扰的情况,基于非线性自适应动态面控制方法,设计了鲁棒控制器,同时得到了系统不确定参数的自适应更新律以及系统稳定运行的充分条件.采用该方法避免了传统自适应backstepping法中对虚拟控制输入的反复求导,克服了计算量过大的缺点.数值仿真结果表明,所设计TCSC非线性自适应动态面鲁棒控制器在系统动态响应和不确定参数的估计性能方面优于传统的自适应backstepping鲁棒控制器,提高了电力系统的动态稳定性.

关键词：晶闸管控制串联电容器单机无穷大系统自适应动态面鲁棒控制

高超声速飞行器滑翔段制导控制一体化方法研究

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高超声速飞行器滑翔段制导控制一体化方法研究

作者：张玉明哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

随着高超声速技术的发展与成熟,高超声速飞行器成为世界各国关注的焦点与争相发展的目标。然而由于高超声速飞行器非线性、强耦合、快时变的特点以及气动模型、质心运动模型与绕质心模型之间的耦合作用,使得高超声速飞行器制导控制系统... 详细信息

随着高超声速技术的发展与成熟,高超声速飞行器成为世界各国关注的焦点与争相发展的目标。然而由于高超声速飞行器非线性、强耦合、快时变的特点以及气动模型、质心运动模型与绕质心模型之间的耦合作用,使得高超声速飞行器制导控制系统设计困难,因此高超声速飞行器制导控制方法是当前研究的难点与热点。本文研究的制导控制一体化方法是高超声速飞行器制导控制领域的重要发展方向,相对于传统制导控制方法,制导控制一体化方法考虑飞行器质心运动与绕质心运动的耦合特性,将制导回路与控制回路作为一个整体回路设计,进而提高飞行性能以及降低成本。本文以高超声速飞行器为研究对象,面向滑翔飞行段设计两种制导控制一体化方法,并与传统制导控制方法进行比较分析,突显出制导控制一体化方法的优越性。研究基于时标分离原理设计滑翔段制导和控制方法。攻角与倾侧角指令由纵向航程控制以及侧向方位误差控制得到,利用反步控制方法设计控制器,联立制导与控制进行数值仿真有效性验证,为之后与制导控制一体化方法设计方法对比验证奠定基础。研究基于自适应动态面的制导控制一体化设计方法,首先建立飞行器加速度在弹道坐标系下的分量与三通道角速率之间的关系式,利用此关系式替代传统控制回路中以气流角表示的绕质心转动运动学方程,结合绕质心转动动力学方程建立制导控制一体化模型;其次,基于动态面控制方法,将模型中不确定项利用自适应估计律估计补偿;最后验证此方法的有效性与鲁棒性,并与传统基于时标分离原理设计的制导控制方法进行对比仿真分析。针对飞行器受到强干扰时舵偏持续满舵问题,进一步提高制导控制一体化方法的鲁棒性,提出考虑Anti-windup的自抗扰制导控制一体化设计方法。基于已有制导控制一体化模型,在改进其绕质心转动动力学方程,满足力矩在三通道的分配且考虑Antiwindup反馈的基础上,构建新的制导控制一体化模型,综合自抗扰控制方法和Antiwindup结构设计一体化控制律,仿真验证所提出方法的有效性与鲁棒性,并且分别与传统基于时标分离的制导控制方法、基于自适应动态面的制导控制设计方法进行仿真对比分析。

关键词：高超声速飞行器制导控制一体化自适应动态面线性自抗扰控制抗饱和

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多电机驱动伺服系统的跟踪与同步控制研究

多电机驱动伺服系统的跟踪与同步控制研究

作者：党佳丽青岛大学

学位级别：硕士

多电机驱动伺服系统有着大功率、高精度和过载能力强的优点,被广泛应用于许多工业领域中。在多电机伺服系统中,往往存在齿隙非线性、模型不确定和外部扰动等因素会影响系统的负载跟踪与电机同步效果,如何克服这些因素并提高多电机伺服... 详细信息

多电机驱动伺服系统有着大功率、高精度和过载能力强的优点,被广泛应用于许多工业领域中。在多电机伺服系统中,往往存在齿隙非线性、模型不确定和外部扰动等因素会影响系统的负载跟踪与电机同步效果,如何克服这些因素并提高多电机伺服系统的性能有着重要的研究意义。本文针对含有齿隙非线性、模型不确定和外部干扰的多电机驱动伺服系统,基于自适应控制、平均偏差耦合策略、非线性扰动观测器、最优控制、有限时间扩张状态观测器、命令滤波控制等方法设计了负载跟踪控制器与电机同步控制器,主要研究内容如下:(1)对多电机伺服系统的工作过程与数学模型进行了分析。针对含有死区非线性的多电机驱动伺服系统,提出了一种自适应跟踪和同步控制方案。首先,针对系统齿隙宽度不确定的情况,利用神经网络来逼近死区非线性项,并将该近似值纳入控制器设计中,实现对齿隙非线性的补偿。然后,设计了自适应动态面控制器来提高跟踪性能。最后,提出了一种基于平均偏差耦合策略的鲁棒控制器,来保证多个电机的同步工作。李雅普诺夫定理和Matlab仿真结果表明了所提控制策略的有效性。(2)针对模型不确定的双电机伺服系统,提出了一种基于扰动观测器的最优控制策略。首先,引入了非线性扰动观测器来估计负载端和电机端的模型不确定部分;然后,结合反步控制技术与二阶滤波器,设计了最优跟踪控制器;基于两个电机的位置差与速度差,设计了最优同步控制器;结合这两个控制器,分别得到了两个电机的控制输入。通过使用李雅普诺夫定理证明了系统的稳定性。最后,通过Matlab仿真,证明了本文提出的控制方法对双电机伺服系统具有较好的控制效果。(3)针对存在不确定项与未知扰动的二质量伺服系统,提出了一种基于扩张状态观测器的命令滤波跟踪控制方法。首先,通过有限时间扩张状态观测器估计负载端信息量、电机端信息量以及总扰动。然后,引入一阶命令滤波器近似得到了虚拟控制律的导数,抑制了反步法中存在的微分爆炸问题,设计了负载轨迹跟踪控制器。最后,通过仿真验证了该算法具有较强的抗干扰能力与鲁棒性。

关键词：多电机伺服系统自适应动态面平均偏差耦合策略最优控制命令滤波

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电力系统中非线性模型的鲁棒控制研究

电力系统中非线性模型的鲁棒控制研究

作者：汪筱巍华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

电力系统是一个多维数、强耦合的动态非线性系统。为了保证电力系统安全可靠稳定运行,其中最有效的手段之一是提高电力系统中控制器的鲁棒性能。本文以此为出发点,采用现代控制理论与控制技术,针对电力系统中几种典型的非线性模型,考虑... 详细信息

电力系统是一个多维数、强耦合的动态非线性系统。为了保证电力系统安全可靠稳定运行,其中最有效的手段之一是提高电力系统中控制器的鲁棒性能。本文以此为出发点,采用现代控制理论与控制技术,针对电力系统中几种典型的非线性模型,考虑了系统在实际运行过程中存在内部参数不确定性及受外部干扰影响,建立了鲁棒控制模型,设计了易于实现的非线性鲁棒控制器。首先,针对PMSM系统在特殊工况下会处于混沌状态,并考虑系统实际运行过程中可能受某些不确定因素的影响,建立了PMSM系统的混沌鲁棒控制模型,采用基于微分几何理论的精确反馈线性化法分别针对系统鲁棒镇定问题和鲁棒输出跟踪问题进行分析并设计相应的鲁棒控制器,从而实现了PMSM混沌系统的鲁棒镇定及鲁棒输出跟踪。然后,针对含TCSC装置的单机无穷大电力系统存在不确定参数及受外部未知干扰影响,结合自适应控制方法和动态面控制方法的优点,设计了TCSC非线性自适应动态面鲁棒控制器,并通过数值仿真将所设计的控制器的控制效果与传统自适应backstepping控制器的控制效果进行对比,突出所设计的控制器鲁棒性强、响应快的优点。其次,针对受外在周期性负荷扰动和电磁扰动以及内部参数不确定的简单二机互联混沌电力系统模型,将backstepping设计思想、自适应控制和滑模控制三者相结合,设计了动态反馈鲁棒控制器,使得闭环动态误差系统渐近稳定。仿真结果表明,所设计的自适应backstepping滑模控制器具有良好的鲁棒性,且控制性能优于传统的自适应backstepping控制器及PID控制器。最后,针对阻尼系数不确定的交直流联合输电系统受具有未知上界的不确定小扰动及三相短路大扰动的影响,采用一种新型自适应全局Terminal滑模控制方法设计了直流输电系统的非线性附加鲁棒控制器,通过快速调节直流输电线路的输送功率,来改善交流传输系统的动态稳定性能。仿真结果表明,所设计的控制器具有较强的鲁棒性,能够有效地提高系统运行的稳定性,且在系统动态响应和不确定参数的估计性能方面优于自适应backstepping滑模控制器。

关键词：电力系统非线性不确定性外部干扰精确反馈线性化自适应动态面自适应backstepping滑模自适应全局Terminal滑模鲁棒控制

带有SVC的多机无穷大母线励磁系统自适应分布控制研究

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带有SVC的多机无穷大母线励磁系统自适应分布控制研究

作者：王姝然东北电力大学

学位级别：硕士

随着世界经济与新能源发电的发展,现代电力系统的规模迅速扩大。大区联网乃至全国、跨国联网的逐步施行,以及新元件、新技术的不断引入使得电网结构日益复杂,这种发展趋势对电力系统稳定性提出新的挑战。在改善电力系统动态性能和稳定... 详细信息

随着世界经济与新能源发电的发展,现代电力系统的规模迅速扩大。大区联网乃至全国、跨国联网的逐步施行,以及新元件、新技术的不断引入使得电网结构日益复杂,这种发展趋势对电力系统稳定性提出新的挑战。在改善电力系统动态性能和稳定性方面,通过引入非线性控制可以有效改善现有设备的性能。在众多方法中,发电机的励磁控制是最常用的技术手段。本文针对多机无穷大母线励磁系统,依照李雅普诺夫稳定性理论,提出一种基于RBF神经网络与自适应动态面相结合的控制策略,并完成控制器的设计。本篇论文的主要研究内容如下:针对带有SVC的多机电力系统,提出了一种滑模控制与分布自适应动态面控制相结合的控制方案。当多机电力系统中存在耦合互联项及时滞时,可通过对每个子系统的信息进行采集并采用有限覆盖引理对此进行处理,最终实现分布控制。在控制器设计的过程中,通过引入改进后的磁滞量化器有效减小系统的抖动,贴近实际控制。通过使用RBF神经网络作为逼近器,用来估计系统模型中的未知参数和不确定项,并且通过用权值向量的范数代替对权值向量本身的估计,简化计算步骤,更加适用于在线控制。经MATLAB仿真验证,该控制器能使多机电力系统的功角性能得到改善,并且在闭环系统中所有的控制信号均能快速收敛,实现半全局最终一致有界。针对具有死区的多机电力励磁系统完成基于自适应动态面算法的控制器设计,对死区进行分析,并且采取相应的方法予以解决,以提高控制效果。同时,将自适应动态面与误差转换函数及跟踪性能函数相结合,可以改善系统误差的动态品质。且在母线处配备静止无功补偿器,增强系统的无功调节能力,也增强系统的暂态稳定性。经MATLAB仿真验证,该控制器能使多机电力系统的跟踪误差始终保持在跟踪性能函数之间,并且所有信号半全局最终一致有界,仿真结果可以验证所提出控制方案的有效性。

关键词：多机电力系统发电机励磁控制自适应动态面 RBF神经网络量化死区

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伺服系统中抑制机械谐振方法的研究

伺服系统中抑制机械谐振方法的研究

作者：巩凤娇北京理工大学

学位级别：硕士

伺服系统在工业生产中广泛应用。在伺服系统中,因为电机和负载间的传动装置不是理想刚体,系统容易产生机械谐振。机械谐振会降低伺服系统的动态跟踪性能,甚至会使系统变得不稳定。本文针对传动装置不是理想刚体的伺服系统,从控制的角度... 详细信息

伺服系统在工业生产中广泛应用。在伺服系统中,因为电机和负载间的传动装置不是理想刚体,系统容易产生机械谐振。机械谐振会降低伺服系统的动态跟踪性能,甚至会使系统变得不稳定。本文针对传动装置不是理想刚体的伺服系统,从控制的角度研究了机械谐振的抑制方法,主要研究内容如下:(1)建立了二质量系统的模型,讨论了利用一般形式的控制器配置系统闭环主导极点来消除机械谐振的方法,根据系统的期望性能配置系统的闭环主导极点,给出了控制器参数的选取规则,并分析了每种主导极点配置方法的适用范围。文中主要研究了闭环传递函数分母阶次为三和四时的情况,指出了利用IP控制器配置系统极点相比利用传统PI控制器配置系统极点的优越性。(2)针对IP控制器不能配置任意负载惯量比的二质量系统的极点的问题,分析了电机侧加速度反馈对二质量系统的影响,指出利用电机侧加速度反馈能够任意改变二质量系统的等效负载惯量比。同时,讨论了负载侧加速度反馈对二质量系统的影响,指出利用负载侧加速度反馈可以任意改变二质量系统的等效谐振频率,通过将系统的等效谐振频率调节到工作带宽之外来消除机械谐振的影响。(3)针对谐振频率较低的二质量系统,研究了基于低通滤波器的机械谐振抑制方法,设计了使电机端输入输出特性近似等效为参考模型输入输出特性的低通滤波器,同时设计了基于参考模型的快速终端滑模控制律,保证了系统的动态跟踪性能。理论分析和仿真结果都证实了此种方法抑制伺服系统机械谐振的有效性。(4)针对部分参数未知且负载侧存在摩擦的二质量系统,研究了基于自适应动态面算法的控制方法,利用摩擦的连续可微模型构造了二质量系统的状态空间表达式,设计了基于自适应动态面算法的控制律,抑制了摩擦环节和机械谐振对系统的影响,保证了负载的动态跟踪性能。最后,仿真验证了此种方法的有效性。最后,总结了文中研究的几种机械谐振抑制方法,并以此为基础展望了未来消除机械谐振的方法。

关键词：二质量系统加速度反馈低通滤波器快速终端滑模自适应动态面

滞环非线性时滞系统的输出反馈自适应控制方法的研究

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滞环非线性时滞系统的输出反馈自适应控制方法的研究

作者：刘悦东北电力大学

学位级别：硕士

随着智能材料的不断发现和愈加广泛的应用,对于严重影响系统控制精度的智能材料的固有特性—滞环现象越来越受到重视;与滞环现象类似,时滞现象也广泛存在于各种装置和实际系统中,它会降低系统控制的准确性甚至使系统变得不稳定;在实际... 详细信息

随着智能材料的不断发现和愈加广泛的应用,对于严重影响系统控制精度的智能材料的固有特性—滞环现象越来越受到重视;与滞环现象类似,时滞现象也广泛存在于各种装置和实际系统中,它会降低系统控制的准确性甚至使系统变得不稳定;在实际系统中,通常输出量是可测的,并且通常情况下具有明确的物理意义。因此,研究滞环非线性时滞系统的输出反馈不但具有丰富的实际应用背景,更具有理论价值。针对同时具有滞环、时滞等非线性因素的复杂非线性系统,仅仅依靠线性系统理论或者传统的PID等控制方法已经不能很好的满足控制目标,随着对自适应控制方法研究的深入,反推法在对含有未知参数的控制、改善过渡品质等方法优势明显,以反推法为基础发展而来的动态面方法继承反推法的优势,克服了反推法的缺点,目前受到广泛关注。本文将滞环非线性时滞系统作为主要研究对象,以动态面算法为主要控制器设计算法,取得了以下成果:(1)针对一类状态变量全部可测的滞环非线性时滞系统,提出了一种基于RBF神经网络的动态面控制方法。该方法的主要特点为:采用动态面的控制方法,大大简化了控制器的设计过程;通过RBF神经网络估计未知时滞函数,避免了建立一般用来处理时滞的复杂的Krasovskii函数,放宽了对时滞函数的假设,可以在时滞函数完全未知的情况下设计控制器,改进了现有的动态面算法;稳定性分析表明,控制方案可以保证由控制对象、控制律、调参律等组成的闭环系统稳定并且通过参数的选取,可以使跟踪误差任意小;最后,通过仿真证明了方法的有效性。(2)针对一类只有输出可测的滞环非线性时滞系统,提出了一种基于RBF神经网络的动态面控制方法。该方法的主要特点为:在第三章采用动态面的控制方法以及通过RBF神经网络估计未知时滞函数的基础上,针对状态未知的情况,采用K-滤波器估计未知状态变量,实现了在状态变量未知情况下控制器的设计;稳定性分析表明,控制方案可以保证闭环系统的稳定并且通过参数的选取,可以使跟踪误差任意小;最后,通过仿真证明了方法的有效性。

关键词：滞环时滞自适应动态面 RBF神经网络观测器