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基于鲁棒一步集的tube不变集鲁棒模型预测控制

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自动化学报 2014年第7期40卷 1404-1411页

作者：秦伟伟刘刚王剑郑志强第二炮兵工程大学自动控制系西安710025 第二炮兵工程大学空间工程系西安710025 国防科技大学机电工程与自动化学院长沙410073

针对一类干扰有界的输入和状态受约束线性离散系统,提出了一种基于鲁棒一步集的tube不变集鲁棒模型预测控制方法.首先采用多面体不变集离线设计方法得到基于多面体不变集序列的扩展终端约束集;然后为了扩大鲁棒模型预测控制的初始状态... 详细信息

针对一类干扰有界的输入和状态受约束线性离散系统,提出了一种基于鲁棒一步集的tube不变集鲁棒模型预测控制方法.首先采用多面体不变集离线设计方法得到基于多面体不变集序列的扩展终端约束集;然后为了扩大鲁棒模型预测控制的初始状态允许区域,并提高系统的鲁棒性,在扩展终端约束集的基础上,通过引入鲁棒一步集并借助tube不变集控制策略,设计了基于鲁棒一步集的鲁棒模型预测控制方法,并给出了算法的存在性和稳定性证明.该方法不仅极大地扩大了初始状态允许区域,而且对有界干扰具有有效的抑制作用,使得受扰系统收敛到以原点为中心的最小鲁棒正不变集内.最后仿真验证了算法的有效性.

关键词：鲁棒模型预测控制鲁棒一步集 tube不变集最小鲁棒正不变集

基于tube不变集的直流微电网鲁棒模型预测控制

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电力系统保护与控制 2020年第17期48卷 9-17页

作者：王晓兰侯天玉宫玮丽刘祥远兰州理工大学电气与控制工程国家级实验教学示范中心甘肃兰州730050

由多个分布式发电单元(Distributed Generation Units,DGUs)互联组成的直流微电网中,DGU的投入或退出使微电网结构具有不确定性。针对这一问题,将基于tube不变集的鲁棒模型预测控制策略应用于直流微电网,离线设计,在线实时控制,使直流... 详细信息

由多个分布式发电单元(Distributed Generation Units,DGUs)互联组成的直流微电网中,DGU的投入或退出使微电网结构具有不确定性。针对这一问题,将基于tube不变集的鲁棒模型预测控制策略应用于直流微电网,离线设计,在线实时控制,使直流微电网在结构具有不确定情况下的状态始终收敛于终端干扰不变集,保证DGU投入或退出时直流微电网的母线电压稳定。首先分析了系统的状态方程,并推导出线性化模型。然后设计鲁棒模型预测控制器。最后利用Matlab进行数值仿真,验证了该控制方法的可行性。

关键词：直流微电网不确定系统 tube不变集线性矩阵不等式鲁棒模型预测控制

一类离散不确定系统的tube不变集离线鲁棒模型预测控制

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信息与控制 2011年第3期40卷 307-312页

作者：秦伟伟马建军郑志强刘刚国防科学技术大学机电工程与自动化学院湖南长沙410073 第二炮兵工程学院陕西西安710025

针对一类输入和状态受限的离散线性不确定系统,提出了一种基于tube不变集的离线鲁棒模型预测控制方法.首先针对输入和状态约束线性时不变标准系统,设计了改进的基于多面体不变集的离线模型预测控制算法,并证明了稳定性.其次对于存在未... 详细信息

针对一类输入和状态受限的离散线性不确定系统,提出了一种基于tube不变集的离线鲁棒模型预测控制方法.首先针对输入和状态约束线性时不变标准系统,设计了改进的基于多面体不变集的离线模型预测控制算法,并证明了稳定性.其次对于存在未知有界干扰的实际不确定系统,引入了tube不变集策略,通过设计对应标准模型的最优控制序列和状态轨迹,给出了实际不确定系统的离线tube不变集控制策略,保证系统状态鲁棒渐近稳定,并收敛于终端干扰不变集.仿真结果验证了该控制方法的有效性.

关键词：离散不确定系统 tube不变集多面体不变集鲁棒模型预测控制

基于多智能体协同控制的城轨列车高密度追踪间隔控制方法

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基于多智能体协同控制的城轨列车高密度追踪间隔控制方法

作者：高金金北京交通大学

学位级别：硕士

目前,北京、上海等超大城市高峰时期仍存在严重拥堵情况,在城市轨道交通运营网络基本确定的情况下,进一步提高行车密度,缩短列车追踪间隔是未来城市轨道交通发展的一个重要趋势。“撞软墙”移动闭塞充分考虑前车位置、速度、加速度、运... 详细信息

目前,北京、上海等超大城市高峰时期仍存在严重拥堵情况,在城市轨道交通运营网络基本确定的情况下,进一步提高行车密度,缩短列车追踪间隔是未来城市轨道交通发展的一个重要趋势。“撞软墙”移动闭塞充分考虑前车位置、速度、加速度、运行态势等更多动态信息,通过列车的协同控制进一步缩小列车运行间隔,实现列车的高密度的追踪。论文以基于车车通信的城轨列控系统为研究对象,通过将列车抽象成智能体,采用基于多智能体协同控制的方法进行研究,主要工作如下:(1)基于多智能体的列车追踪间隔控制框架。首先,结合基于车车通信的城轨列控系统结构和功能,深入分析了“撞硬墙”和“撞软墙”移动闭塞模式下的间隔计算原理;其次,研究了多智能体协同控制中涉及的代数图论、一致性控制设计和稳定性等相关理论知识;最后,围绕“撞软墙”模式下的高密度追踪间隔控制问题,提出了基于多智能体的列车追踪间隔控制框架。(2)基于零和博弈的列车协同安全状态集构建。考虑“撞软墙”移动闭塞模式下列车安全防护控制问题,结合列车间的相对位置、相对速度等信息,基于零和博弈方法构建了列车的协同安全防护模型。通过Hamilton–Jacobi方程求解协同安全防护模型,得到了列车在最坏干扰的情况下的最优安全控制输出,并形成了列车的安全状态集。根据仿真分析结果可得,与传统“撞硬墙”模式相比,生成的安全集跟随前车状态动态变化,具有较小的安全追踪间隔。(3)基于DMPC的列车协同控制策略生成。围绕列车的协同控制策略生成问题,设计了基于分布式模型预测控制(Distributed Model Predictive Control,简称DMPC)的列车协同控制方案。采用多目标粒子群算法(Multiple Objective Particle Swarm Optimization,简称MOPSO),设计了满足能耗、停车精度、准点和乘客舒适度的列车优化目标速度轨迹,作为前车追踪运行速度控制策略;结合追踪前车运行速度控制策略,以列车协同安全防护状态集、线路限速和列车控制输入为约束,设计了列车的一致性协同控制算法,并对算法的可行性和稳定性进行证明。(4)基于DMPC的列车鲁棒协同控制策略生成。考虑列车追踪过程中存在未知小干扰,通过在标称系统上叠加tube不变集,设计基于DMPC的列车鲁棒协同一致性追踪控制算法,并对算法可行性和稳定性进行证明。在此基础上,针对经典tube不变集求解过于复杂的问题,提出一种更高效的不变集算法,算法结合最小鲁棒不变集(Minimal Robust Positively Invariant,简称m RPI)和最大鲁棒不变集(Maximal Robust Positively Invariant,简称MRPI)方法的优点,将不变集求解转化成线性规划(Linear programming,简称LP)问题,提高了不变集的计算效率。图55幅,表13个,参考文献80篇。

关键词：车车通信协同控制 DMPC tube不变集零和博弈安全防护

基于凸多面体方法的直流微电网分散式鲁棒控制策略研究

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基于凸多面体方法的直流微电网分散式鲁棒控制策略研究

作者：张良良兰州理工大学

学位级别：硕士

直流微电网易于和分布式发电集成,且具有效率高、经济性好等特点,因而得到广泛应用。在直流微电网运行过程中,分布式发电单元的投切、负载突变和拓扑结构的变化都会引起母线电压波动,降低系统的稳定性。因此,对直流微电网母线电压稳定... 详细信息

直流微电网易于和分布式发电集成,且具有效率高、经济性好等特点,因而得到广泛应用。在直流微电网运行过程中,分布式发电单元的投切、负载突变和拓扑结构的变化都会引起母线电压波动,降低系统的稳定性。因此,对直流微电网母线电压稳定性控制方法的研究具有重要意义。本文针对直流微电网中的不确定性变化引起的母线电压波动问题,从三个方面展开了深入地研究和分析。(1)为了提高所设计控制器在不同运行条件下的鲁棒性,引入了凸多面体方法。首先建立了两个分布式发电单元互联的状态空间模型,并对其拓展得到了具有一般拓扑结构的直流微电网参数确定性模型。然后对直流微电网中分布式发电单元的即插即用、负载突变和拓扑结构变化等不确定性利用凸多面体方法描述,建立了直流微电网的凸多面体模型。(2)针对直流微电网中不确定性变化引起的系统稳定性问题,研究了基于凸多面体方法的直流微电网分散式鲁棒H控制策略。利用扩展的线性矩阵不等式得到分布式发电单元子系统和直流微电网系统渐近稳定的条件,通过闭环极点位置约束提升了分布式发电单元的动态性能。然后通过求解分布式发电单元子系统的凸优化问题,得到了基于凸多面体方法的直流微电网分散式鲁棒控制器。在MATLAB/Simulink中模拟了直流微电网中分布式发电单元的即插即用、负载突变和拓扑结构变化,观察系统的动态性能。结果表明:基于凸多面体方法的分散式鲁棒H控制能有效地保持电压稳定,与参数确定性模型的鲁棒H控制相比,该方法能够更好的抑制负载突变引起的母线电压波动。(3)为了降低不确定性变化对直流微电网母线电压的影响,研究了基于凸多面体方法的直流微电网分散式tube鲁棒模型预测控制策略。首先对直流微电网凸多面体模型进行离散化处理,将互联耦合项视为扰动,建立了直流微电网的凸多面体离散化模型。然后将直流微电网的凸多面体离散化模型分解为标称系统和误差系统,通过求解模型预测控制器得到分布式发电单元的最优状态轨迹,对误差系统设计辅助反馈控制器,保证了误差系统的渐近稳定性。在MATLAB/Simulink中模拟了直流微电网中分布式发电单元的即插即用、负载突变和拓扑结构变化,观察系统输出电压波动情况。结果表明:基于凸多面体方法的分散式tube鲁棒模型控制能有效地抑制系统母线电压波动,与分散式鲁棒H控制方法相比,该方法对直流微电网中负载突变时具有更强的鲁棒性。

关键词：直流微电网凸多面体方法线性矩阵不等式鲁棒模型预测控制 tube不变集

采用鲁棒容许集对有约束的不确定系统作鲁棒模型预测控制

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控制理论与应用 2011年第6期28卷 763-770页

作者：秦伟伟马建军郑志强刘刚国防科技大学机电工程与自动化学院湖南长沙410073 第二炮兵工程学院自动控制系陕西西安710025

针对输入和状态受约束的干扰有界多胞不确定线性系统,提出了基于鲁棒容许集的扩大吸引域鲁棒模型预测控制(RMPC)方法.首先给出了多面体不变集的鲁棒容许集计算方法,并推导了鲁棒容许集存在的充分必要条件.其次,为了拓展tube不变集鲁棒... 详细信息

针对输入和状态受约束的干扰有界多胞不确定线性系统,提出了基于鲁棒容许集的扩大吸引域鲁棒模型预测控制(RMPC)方法.首先给出了多面体不变集的鲁棒容许集计算方法,并推导了鲁棒容许集存在的充分必要条件.其次,为了拓展tube不变集鲁棒模型预测控制算法的适用范围,讨论了干扰有界多胞不确定线性系统的tube不变集控制策略.之后为了扩大约束系统吸引域,提出了干扰有界多胞不确定系统的鲁棒容许集模型预测控制策略.通过采用鲁棒容许集和tube不变集RMPC,该方法不仅扩大了吸引域,而且降低了在线计算量;同时,采用基于最小鲁棒正不变集的tube不变集策略保证了算法的鲁棒性.最后仿真结果验证了算法的有效性.

关键词：干扰有界多胞不确定系统鲁棒容许集鲁棒模型预测控制 tube不变集

结构不确定情况下直流微电网的分布式鲁棒模型预测控制研究

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结构不确定情况下直流微电网的分布式鲁棒模型预测控制研究

作者：侯天玉兰州理工大学

学位级别：硕士

随着直流负荷比重的日益增加,为了减少中间变换环节,提高电能的利用率,直流微电网(DC-MG)因其所具有的广阔应用前景,逐渐成为学者们的研究热点。由于无功功率的波动问题在DC-MG中不存在,因此直流母线电压稳定与否,成为判断DC-MG稳定运... 详细信息

随着直流负荷比重的日益增加,为了减少中间变换环节,提高电能的利用率,直流微电网(DC-MG)因其所具有的广阔应用前景,逐渐成为学者们的研究热点。由于无功功率的波动问题在DC-MG中不存在,因此直流母线电压稳定与否,成为判断DC-MG稳定运行的最重要的指标之一。直流微电网在运行过程中,受负荷变化、检修或故障等因素的影响,需要经常投入或退出分布式发电单元(DGUs),造成DC-MG系统结构发生变化,这非常不利于直流母线电压的稳定。因此,研究直流微电网中的结构不确定性问题,对直流微电网的安全、平稳、可靠运行有重大价值。由多个DGUs互联组成的DC-MG系统,单个DGU投入或退出会影响DC-MG的稳定运行。针对直流微电网中出现的不确定情况,提出一种分布式鲁棒预测控制策略,首先根据KCL和KVL定律列写方程,建立直流微电网模型,进而给每个DGU设计相应的控制器,调节相应DGUs公共耦合点的电压值,保证DGUs在投入或退出时直流母线电压稳定。满足DC-MG系统中DGUs的即插即用(PNP)。当互联系统投入或退出DGUs时不改变系统的稳定性,最多只更新与之相邻DGUs的控制器。此外,局部控制器的设计离不开相应DGUs和与之互联的线路状态。最后在Matlab中进行仿真,仿真结果验证了控制器的性能。针对由多个DGUs互联组成的直流微电网,DGUs的投入或退出使微电网结构具有不确定性。论文基于tube不变集,研究结构不确定性情况下,微电网的鲁棒预测控制方法。首先在椭圆不变集基础上,对标称系统设计基于多面体不变集的鲁棒模型预测控制(RMPC)算法,然后针对因DGUs投入或退出造成的DC-MG结构不确定情况,引入tube不变集,提出一种基于tube不变集的控制策略,离线设计,在线实时控制,使直流微电网在结构具有不确定情况下的状态始终收敛于终端干扰不变集,确保DGUs投入或退出时DC-MG的母线电压稳定。仿真结果验证了该控制方法的可行性。

关键词：直流微电网不确定系统鲁棒模型预测控制 tube不变集线性矩阵不等式 PNP