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一种压电智能结构的颤振主动控制研究

一种压电智能结构的颤振主动控制研究

作者：张宏亮南京航空航天大学

学位级别：硕士

压电智能结构的气动弹性主动控制是当前国际上气动弹性领域内的研究热点之一。本文以压电智能复合材料盒型机翼为研究对象,对气动弹性主动控制系统的结构特性以及开闭环颤振特性进行了较为深入地分析。对压电智能复合材料盒型机翼结构,... 详细信息

压电智能结构的气动弹性主动控制是当前国际上气动弹性领域内的研究热点之一。本文以压电智能复合材料盒型机翼为研究对象,对气动弹性主动控制系统的结构特性以及开闭环颤振特性进行了较为深入地分析。对压电智能复合材料盒型机翼结构,按照经典层合板理论,采用20个位移自由度和8个电自由度的四边形板单元,利用hamilton变分原理,详细推导了压电智能复合材料盒型机翼的有限元运动方程,并通过算例验证本文有限元程序是可行的。利用偶极格子网法计算空气动力影响系数矩阵,利用子空间法将空气动力影响系数矩阵拟合成时域有理函数形式,建立了压电智能复合材料盒型机翼的状态空间颤振方程。依次利用模态截断法、最小实现、平衡降阶法对系统方程进行了降阶处理。以提高颤振速度为目标,利用h∞控制理论对于降阶后的系统方程求解出能抑制外界干扰力的动态输出反馈控制器,并与降阶后的状态空间方程相结合,形成闭环控制系统。最后,对建立单输入单输出系统和多输入多输出系统模型等多种情况进行了理论分析。讨论了压电片的放置位置对颤振速度的影响。计算结果表明,通过主动控制律的实施,达到了颤振主动抑制的目的。

关键词：颤振主动控制 h_∞控制理论复合材料压电材料智能结构

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基于h∞的LCL并网逆变器控制器设计

基于H∞的LCL并网逆变器控制器设计

作者：李小龙南京航空航天大学

学位级别：硕士

并网逆变器作为可再生能源分布式发电系统和电网之间的接口,其性能直接关系到分布式发电系统输出的电能质量。因此,研究并网逆变器的设计与控制是提高分布式发电系统输出电能质量的关键一环。LCL型滤波器凭借其体积小、质量轻以及高频... 详细信息

并网逆变器作为可再生能源分布式发电系统和电网之间的接口,其性能直接关系到分布式发电系统输出的电能质量。因此,研究并网逆变器的设计与控制是提高分布式发电系统输出电能质量的关键一环。LCL型滤波器凭借其体积小、质量轻以及高频衰减特性好等优势,成为研究的热点。本文以h控制理论为方法,研究LCL型并网逆变器的阻尼以及电流控制器的设计。首先,对被控对象模型以及h理论进行介绍。分析LCL型并网逆变器数字控制系统的模型以及工作原理,引入h控制理论,构建h标准控制框图。针对本文所涉及的h跟踪问题和模型匹配问题进行分析,给出控制器的设计方法,通过公式推导阐述设计方法原理。其次,针对LCL型并网逆变器固有的谐振问题,采用h模型匹配的设计原理,使被控对象与期望模型相匹配,从而对LCL滤波器的谐振峰进行阻尼。根据阻尼控制器与被控对象的连接关系,阻尼的类别一般可分为串联、反馈和串联-反馈。考虑到不引入传感器,降低成本的角度,选择阻尼控制器与被控对象串联来实现阻尼。串联阻尼控制器的实现形式可分为相频校正和幅频校正。本文通过调节h模型匹配中广义对象的权重函数参数,分别实现了相频校正和幅频校正的阻尼形式,但幅频校正的阻尼形式鲁棒性较差,因此选择相频校正阻尼形式。此外,为了抑制并网逆变器的低频谐波,在h有源阻尼控制器的基础上设计了plug-in重复控制器。然后,为了简化LCL型并网逆变器控制器设计过程,提升对弱电网的鲁棒性,本文将h模型匹配问题和跟踪问题相结合,搭建广义对象,实现阻尼控制器、电流控制器和电网电压前馈控制器一体化设计。通过对广义对象输入输出关系的数学推导,阐述设计原理,并据此给出广义对象中权重函数的选取原则,讨论权重函数参数对控制器设计的影响。为了提高h控制器的实用性,对其进行降阶和离散处理。最后,搭建并网逆变器的MATLAB/Simulink仿真模型并结合d SPACE控制的实验平台,对本文所设计的策略从稳态、参数摄动和弱电网等角度进行仿真和实验验证。仿真和实验结果验证了本文所提出算法的有效性和鲁棒性。

关键词：并网逆变器 LCL滤波器有源阻尼 h_∞控制理论模型匹配重复控制

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多个体系统一致性问题

多个体系统一致性问题

作者：王芳温州大学

学位级别：硕士

近几年来,由于多个体系统在许多领域包括生物、物理,计算机科学以及控制等方面有着广泛的应用。主要有无人飞行器的合作控制、动物聚集行为、水下航行器的群体行为、分布式传感网络,卫星编队控制、粒子群运动以及分布计算等,成为这些学... 详细信息

近几年来,由于多个体系统在许多领域包括生物、物理,计算机科学以及控制等方面有着广泛的应用。主要有无人飞行器的合作控制、动物聚集行为、水下航行器的群体行为、分布式传感网络,卫星编队控制、粒子群运动以及分布计算等,成为这些学科的共同研究热点之一。本文分别针对连续时间和离散时间问题,主要探讨了固定时间拓扑和切换时间拓扑二阶多个体系统在领导和跟随者框架(leader-following)下的一致跟踪问题。假设领导个体(leader)的运动速度是未知且是时变的,并假设只有部分个体能够观测到领导个体的信息,利用局部信息构造系统分散式控制协议。利用图论、矩阵理论和Lyapunov函数的方法,分别建立系统在固定信息拓扑网络和切换信息拓扑网络情形下保证系统达到一致的条件。本文研究了基于h∞控制理论的多个体系统的一致性研究,考虑个体之间信号在传输与检测过程中受到的外来干扰以及传感器本身的内部噪声的影响。假定个体之间的网络拓扑图是随机切换的且是有向的。首先,给出了基于邻居规则的控制协议,将每个个体的动力学方程表示成二阶模型。其次,针对位置和速度的控制输出分别设计了加权系数。最后,利用图论、矩阵理论和Lyapunov函数的方法,分别考虑无通信时滞和有通信时滞的两种情形,以矩阵不等式的形式给出系统达到一致的充分条件,并通过仿真实例用来说明所得理论结果有效性。研究的结果有重要的理论意义和实际应用价值。

关键词：多个体系统 Lyapunov函数一致性 h_∞控制理论

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高压直流输电鲁棒控制研究

高压直流输电鲁棒控制研究

作者：杜晟西南交通大学

学位级别：硕士

高压直流输电技术(hVDC)具有适合于远距离、大容量输送电力等优点,近些年在我国得到了迅速的发展。hVDC系统是高度可控的非线性系统,其运行工况随时都会发生改变,扰动发生的地点、类型及严重程度具有随机性,此外,系统模型还含有未建模... 详细信息

高压直流输电技术(hVDC)具有适合于远距离、大容量输送电力等优点,近些年在我国得到了迅速的发展。hVDC系统是高度可控的非线性系统,其运行工况随时都会发生改变,扰动发生的地点、类型及严重程度具有随机性,此外,系统模型还含有未建模动态部分,这些因素使得基于直流输电系统准静态模型的常规控制器常常不能很好地满足系统的实际要求。因此,如何设计出鲁棒性更好的控制系统以改善hVDC系统的运行特性,同时提高与之相连的交流系统的运行稳定性这一课题无论在国内还是国外都是具有实际意义的, 首先,论文介绍了hVDC系统的结构、数学模型,并在此基础上,详细分析了直流输电系的主要控制和调节方式的原理及控制特性,并给出了直流输电系统基本控制和附加控制的控制原理。其次,采用状态反馈精确线性化对高压直流输电系统进行线性化,将复杂的非线性系统综合问题转化为线性系统的综合问题,这个经过精确线性化的线性系统能够真实地反映原非线性系统。随后,将该线性系统变为一类具有含未建模动态和有界扰动的不确定性系统,并转化为hoo标准问题,以此设计hoo鲁棒控制器,此控制器对系统自身摄动和外部扰动具有很强的鲁棒性。在前人的工作基础上,本文结合精确线性化方法和鲁棒hoo控制理论来设计hVDC系统基本控制器和附加控制器。最后,以新的CIGRE hVDC标准模型为基础,利用MATLAB软件对本文所设计的基本控制器和附加控制器进行仿真验证,仿真结果表明：与非线性最优控制仿真结果相比较,这种新颖的hVDC控制器更加符合实际,可以抑制系统未建模动态和有界扰动,有效地改善系统的暂态性能,具有良好的鲁棒性。

关键词：高压直流输电精确线性化 h_∞控制理论不确定性系统 h_∞鲁棒控制基本控制附加控制

基于Drag-Free的重力场测量卫星动力学与控制研究

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基于Drag-Free的重力场测量卫星动力学与控制研究

作者：施梨哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

利用卫星对重力场进行测量是重力场测量发展到现代的一个标志。而Drag-Free控制能够消除卫星的阻力,可以满足重力场测量对极低干扰环境的要求,是重力场测量卫星中的一项关键技术。提出并分析了基于Drag-Free重力场测量卫星的体系结构,... 详细信息

利用卫星对重力场进行测量是重力场测量发展到现代的一个标志。而Drag-Free控制能够消除卫星的阻力,可以满足重力场测量对极低干扰环境的要求,是重力场测量卫星中的一项关键技术。提出并分析了基于Drag-Free重力场测量卫星的体系结构,建立了Drag-Free卫星的动力学模型,并分析其特性,基于h∞理论设计了Drag-Free卫星的控制器。本文主要工作包括以下几个方面:首先,在比较Drag-Free加速度计和位移两种模式特点和适用范围的基础上,提出基于Drag-Free加速度计和位移混合模式的重力场测量卫星体系结构。分析该体系结构下Drag-Free控制回路、质量块控制回路和卫星本体姿态控制回路的组成和实现原理。并研究支持Drag-Free技术的敏感器、执行机构和放电装置等多种部件的实现原理。其次,建立Drag-Free卫星的卫星本体和质量块的动力学模型,以及两者之间的相对运动动力学模型。基于Drag-Free卫星运行的特点,对卫星本体和质量块相对运动动力学模型和卫星本体姿态动力学模型进行合理简化。通过仿真分析简化对动力学模型精度的影响。并建立卫星本体和质量块受到的各种干扰力和干扰力矩模型。最后,研究将h∞设计理论与回路成形设计方法相结合的原理,分析基于h∞设计与回路成形设计相结合的h∞多灵敏度设计方法的特点、适用范围和设计过程。基于h∞控制系统设计理论对Drag-Free卫星控制器进行设计。将设计得到的控制器与建立的动力学模型组合起来,形成闭环回路,进行仿真验证。

关键词： Drag-Free 重力场测量卫星 h_∞控制理论耦合

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基于因特网的远程控制中关键问题的研究

基于因特网的远程控制中关键问题的研究

作者：齐海龙南京航空航天大学

学位级别：硕士

随着网络技术的不断发展,Internet 技术已经渗透到日常生活和工业生产的各个领域,这使得利用 Internet 进行远程控制成为可能。现在,基于因特网的远程控制已经成为研究的热门。本文首先详细研究分析了基于因特网的远程控制系统中存在... 详细信息

随着网络技术的不断发展,Internet 技术已经渗透到日常生活和工业生产的各个领域,这使得利用 Internet 进行远程控制成为可能。现在,基于因特网的远程控制已经成为研究的热门。本文首先详细研究分析了基于因特网的远程控制系统中存在的一些关键问题,研究了网络中信息传输的不确定延迟的基本规律。在此基础上,将远程控制系统进行了合理的转化,利用 h ∞控制理论,设计了一个不确定延迟补偿控制器,该控制器较好的解决了远程控制系统中的不确定延迟问题。为了进一步提高控制器的效果,本文运用遗传算法对 h ∞控制器的参数进行了进一步的优化设计,较好的提高了控制器的性能;同时,对基本遗传算法中的待寻优参数的选择范围进行了研究,提出遗传算法的二次优化算法,该方法可以很好的提高遗传算法的搜索寻优效果。最后,设计了一个远程控制系统的仿真软件,利用 MATLAB 和 VC 接口技术,将 Internet 网络和数字仿真系统结合了起来,为远程控制系统中控制算法的仿真试验研究提供了很好的工具。

关键词：远程控制 Internet 不确定延迟 h_∞控制理论遗传算法

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Quad-rotor飞行器控制问题研究

Quad-rotor飞行器控制问题研究

作者：杨桐哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

Quad-rotor飞行器属于小型无人飞行器(MUAV)的一种,机动性强,易于实现垂直起降,具有国防价值和商业价值。但是,quad-rotor飞行器是多输入多输出的欠驱动系统,具有高度耦合性和非线性等动力学特性,这些特性使quad-rotor飞行器的控制非常... 详细信息

Quad-rotor飞行器属于小型无人飞行器(MUAV)的一种,机动性强,易于实现垂直起降,具有国防价值和商业价值。但是,quad-rotor飞行器是多输入多输出的欠驱动系统,具有高度耦合性和非线性等动力学特性,这些特性使quad-rotor飞行器的控制非常困难。近年来,quad-rotor飞行器引起了许多专家学者的关注,成为航空控制领域的研究热点。本文研究了quad-rotor飞行器的控制问题,采用h∞鲁棒控制理论设计回路成形控制器,目标是使quad-rotor飞行器实现垂直起降运动,并能在小角度范围内完成横滚、俯仰和偏航等姿态运动。Quad-rotor飞行器通过平衡四个螺旋桨产生的力来实现稳定盘旋和精确飞行。首先,本文分析quad-rotor飞行器在各种飞行状态下的转速控制策略,根据quad-rotor飞行器系统的结构特点和动力学特性,建立quad-rotor飞行器的非线性数学模型,然后将模型线性化,以便于进行控制器仿真。其次,为了降低系统不确定性对系统稳定性和系统性能的影响,quad-rotor飞行器的控制系统采用h∞回路成形控制方法,这种方法将经典的回路成形法和带宽概念与现代的h∞控制理论的鲁棒稳定性融合在一起,充分考虑系统不确定性的影响,保证控制系统的鲁棒稳定性,并优化性能指标。再次,飞行器的姿态变化是由各螺旋桨的转速变化引起的力矩变化实现的,要求飞行器的电机驱动系统运行可靠,效率高和调速性能好。本文选用无位置传感器形式的无刷直流电机设计驱动系统,采用反电势过零检测法实现转子位置检测。硬件电路与软件程序结合,实现内同步运行和平滑调速,有效驱动飞行器,实现飞行姿态调整。最后,通过实验室条件下的实物实验,验证控制系统设计方案的合理性。

关键词： Quad-rotor飞行器 h_∞控制理论无刷直流电机反电势过零检测

基于h∞理论的电力系统稳定器设计与机组协调

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基于H∞理论的电力系统稳定器设计与机组协调

作者：胡薇山东大学

学位级别：硕士

在现代电力系统中,电网互联可提供较高的供电可靠性和经济效益。随着现代电力事业的蓬勃发展,大容量远距离输电日益增多,这也导致稳定问题更显突出,发电机同步电抗进一步增大,机组惯性时间常数进一步减小。特别是特高压电网的建设,远距... 详细信息

在现代电力系统中,电网互联可提供较高的供电可靠性和经济效益。随着现代电力事业的蓬勃发展,大容量远距离输电日益增多,这也导致稳定问题更显突出,发电机同步电抗进一步增大,机组惯性时间常数进一步减小。特别是特高压电网的建设,远距离的特高压电力外送通道在重载情况下,很有可能产生功率振荡。电力系统规模的不断增大和运行方式的不断变化都对现有的低频振荡分析及控制方法提出了新的挑战。电力系统稳定器(PSS)是抑制系统低频振荡的重要方法,并且已经取得广泛应用。它非常有效地改善了系统的动态性能,在抑制由于远距离输电以及AVR增益增大产生的低频振荡方面,已有很大成效。电力系统稳定器的原理是通过对发电机的励磁进行调节,形成一个与转子速度偏差同相位的电扭矩分量,从而可增加发电机转子振荡时的阻尼。迄今为止,PSS仍是增强系统阻尼、抑制系统低频振荡的首选措施。对于发电机群之间的区域性振荡模式,则需要在全系统内合理配置PSS并协调整定各项参数才能取得较好的阻尼效果。本文在对比了多种控制方法之后,选用了鲁棒控制理论中的h∞控制理论设计PSS。将低频振荡分析模型和h∞理论相结合,同时考虑系统的不确定性和干扰问题,将设计目标转化为h∞混合灵敏度问题,并通过干扰和不确定性的频率特性选取加权函数,连同系统名义模型一起构成增广被控对象。目前的研究都是按照固定的方法给出加权函数,然而对权矩阵之间的协调问题较少涉及。本文通过多次仿真验证得出最优的加权矩阵组合,并因此得到优化的h∞电力系统稳定器。并在单机无穷大系统中改变运行方式时对h∞PSS和传统PSS的效果进行对比然后应用到多机系统中去。在多机系统中,本文首先通过PSASP程序检测系统的弱阻尼极点,根据其结果分析出各个振荡模式的关键参与机组,然后在相应的关键机组上配置PSS,再计算系统的弱阻尼极点,与配置PSS之前进行对比。分别对各种不同的机组PSS组合情况进行计算,得出最佳的机组组合,并对比通过参与因子计算得出的机组组合的差异。并通过对机组PSS配置的选择,选出PSS机组协调的最佳方案并得出一定的理论依据。

关键词：电力系统稳定器低频振荡 h_∞控制理论加权函数机组协调