基于Hamilton理论改善多机系统暂态稳定性的励磁与SVC协调控制

基于伪广义哈密尔顿(Hamilton)理论设计了一般仿射非线性系统的镇定控制器,进而将包含静止无功补偿器(SVC)和发电机励磁的多机系统表示为伪广义Hamilton形式,该系统考虑了转移电导和SVC动态过程的影响。从能量的观点出发,利用鲁棒L2方法设计了发电机励磁和SVC非线性协调控制策略,并将该控制策略表示为易于量测和实施的形式。最后将所设计的协调控制策略与传统的独立分散控制进行对比,对3机9节点系统的仿真结果证明了所提设计方法的正确性和有效性。

基于Hamilton函数方法的船舶发电机组综合协调控制

推进负载对船舶电网的暂态稳定性影响是船电系统的主要特征之一,船舶电力系统的稳定性研究也因此比陆上电力系统更具有挑战性.本文基于Hamilton能量理论控制方法,研究了具有螺旋桨推进负载的船舶电力系统的励磁与调速的综合协调控制问题.在充分分析了柴油发电机组及其螺旋桨负载的非线性耦合模型的结构基础上,通过构造Hamilton能量函数,给出保持系统稳定的综合协调控制律.特别地,不同于已有的结果,该控制律清晰地给出了螺旋桨转速对控制器性能影响的函数关系.仿真表明,在分别给系统突加螺旋桨负载的情况下,该控制器能有效地抑制负载对系统性能的影响,验证了控制器的鲁棒性.

基于Hamilton能量整形的多机电力系统励磁控制

基于广义Hamilton理论,提出将非线性微分-代数系统表示为一种改进的Hamilton系统的实现方法。通过重构结构矩阵,对所提系统的Hamilton函数进行能量整形,给出了镇定控制器的设计方法。以此为基础,研究了结构保留多机电力系统的Hamilton实现问题,运用能量整形方法,提出了可作为系统Lyapunov函数的Hamilton能量函数,并设计了可镇定该系统的励磁控制器。仿真结果证明了所提方法和控制策略对提高电力系统暂态稳定的有效性。

基于Hamilton理论的船舶电力控制系统

船舶全电化已成趋势,随之而来的是更大的负载设备功率,更高容量的船舶电站,这就对船舶电力安全和供电品质提出更高要求,也是对控制系统的挑战。船舶电力系统是一个非线性的复杂系统,且存在多个参数耦合的情况,传统线性控制效果不尽人意。论文在分析并建立以柴油发电机组为核心的船舶电站数学模型后,使用基于Hamilton理论的非线性方法对其进行研究和设计,最后给出适用于船舶电站的综合控制系统并仿真验证其性能。

基于Hamilton理论的电力系统Lyapunov函数的研究

利用广义Hamilton理论对电力系统镇定性进行了分析,得到了一个关于系统镇定性的方法,在该方法的基础上,利用一种能量-Casimir函数方法求得扩展函数表达式,并利用Lyapunov稳定定理对该函数进行了判定。利用Lyapunov理论证明了所求的扩展函数是系统的Lyapunov函数。

横纵向位移激励下变长度梁的动力学分析

关于变长度梁的研究,主要集中在横向自由振动及稳定性分析,有关水平及竖直两个输入方向的抗震研究却不够充分,常用的抗震设计方法没有充分考虑结构时变性对振动产生的影响。以实际工程中的变长度操作杆为算例,运用广义Hamilton原理建立横纵向地震激励下变长度梁的动力学方程,运用假设模态法与修正后的Galerkin法进行空间离散求解,通过数值仿真方法求解不同轴向运动下变长度梁在简谐波与地震波作用下的振动响应。根据计算结果,讨论了不同轴向运动所引发的梁长变化对变长度梁的振动影响规律。对比相同长度范围内变长度梁与固定梁在地震激励下的末端最大位移,前者在收缩时的结果大于后者。说明了在对变长度梁等时变结构进行抗震分析时,考虑结构时变性影响的必要性。该建模计算方法可为类似结构的抗震分析与设计提供参考。

伸出地面上基桩的动力稳定性研究

基于Hamilton原理,导出了桩在轴向动力荷载下的激振频率计算式,分析了伸出地面上基桩的动力稳定性问题,探讨了桩端不同约束、桩长比、桩径、地基土水平抗力和激振频率等参数对桩动力稳定性的影响,结合实例,分析了桩在不同桩端约束条件下桩的动力不稳定区域的差异。

多机系统发电机时滞反馈励磁与STATCOM的非线性鲁棒协调控制

广域反馈信号的时滞性使得包含广域信号的电力系统变成时滞动力系统。利用Pade近似逼近时滞环节,将时滞影响隐含在系统动态方程的系数中,静止同步补偿器(STATCOM)的动态特性用一阶微分方程形式的可控无功电流源表示,推导了含多台STATCOM的多机系统的电磁功率表达式。基于伪广义Hamilton系统理论,将包含STATCOM和时滞反馈励磁的多机系统表示成伪广义耗散Hamilton系统形式。利用L2干扰抑制控制方法得到考虑广域信号时滞性及转移电导的发电机励磁和STATCOM的协调控制策略。4机2区域系统的仿真结果表明,与传统的分散控制器相比,所提考虑时滞影响的非线性鲁棒协调控制器能够有效地抑制系统振荡,且具有一定的时滞不敏感性。

轨道随机激励下弹性约束轮对的首次穿越失效问题分析

考虑轨道激扰和自身结构参数随机因素建立弹性约束轮对的随机动力学模型,利用奇异性边界理论分析系统的随机全局稳定性,得到系统发生首次穿越失效的条件,同时建立系统可靠性函数和首次穿越时间的概率密度函数所满足的后向Kolmogorov方程和广义Pontryagin方程,结合初始条件和边界条件给出首次穿越问题的提法。结果表明:系统能量在接近安全工作域边界时降低得较快,能量初值远离安全域边界可降低损坏概率密度峰值并将对应的时刻延迟;系统失稳后在某一时刻最危险,而不是我们常认为的时间越长系统越危险;随着轨道随机激励强度的增加会使系统可靠性下降加快,平均首次穿越时间提前。

基于铜耗最小原则的混合磁路电机哈密顿速度控制

针对电机传统控制策略依赖模型精确性、对参数变化敏感等问题,从能量的观点出发,利用哈密顿能量系统理论来设计混合磁路电机的速度控制器。根据铜耗最小原则下的最优电流控制原理确定了系统期望的平衡点;利用互联和阻尼配置的方法,设计了系统在负载转矩已知时的速度控制器;并利用负载转矩估计器在线观测负载转矩,由此设计了系统在负载转矩未知时的速度控制器;同时给出了平衡点的稳定性分析。仿真结果验证了该控制策略具有较好的控制效果,对系统参数变化具有较好的鲁棒性。

耦合激励下的弛张筛面的动力学特性

提出一种新的筛面动力学研究方法,探究纵向−横向耦合激励作用下的弛张筛面的振动特征。首先,建立受到纵向−横向耦合激励下的弦振动模型;其次,建立筛面振动的能量方程,利用Hamilton原理建立振动的偏微分方程,用有限元法将偏微分方程转化为常微分方程,并用MATLAB求得数值解;第三,利用ABAQUS建立筛面振动的仿真模型,并导出模拟结果,与理论计算结果对比验证理论的正确性;最后,研究筛面在纵向−横向耦合激励作用下的动力学特性,并分析不同横向激励对筛面横向振动的影响。研究结果表明:在耦合激励作用下,弛张筛面在纵向与横向上均作近似周期振动,且横向激励对弛张筛筛面振动有较大影响;随着横向激励增大,筛面中点处横向振幅由27.43 mm增大到54.25 mm,振动周期由0.21 s减小到0.10 s,加速度则由10.3g增加到43.6g,筛面的振动强度显著增强。

基于Minimax理论的多机电力系统干扰抑制控制器设计

为了解决具有耦合性能的多机电力系统的干扰抑制问题,提出了一种基于Minimax理论的干扰抑制算法.该方法将广义哈密顿理论进行改进,建立多机励磁系统的伪广义哈密顿形式,并将Minimax理论引入到具有干扰的多机电力系统中.通过构造与性能函数有关的检验函数,对多机励磁系统的最坏干扰程度进行计算,确定最大破坏程度下的干扰抑制控制器.该方法避免了对系统干扰程度的假设,降低了传统干扰抑制方法因为不等式放缩等原因造成的保守性.仿真结果表明,在大扰动影响下,该方法和控制策略能够使系统状态快速收敛于平衡点,能够有效提高电力系统的暂态稳定性能.

受汽封力作用的连续转子模型研究

为了研究汽轮机组两端轴封的汽封力对转子振动与稳定性的影响,构建了较完整的具有两端轴封、双轴承的单盘单跨转子结构模型。除考虑转子的弯曲、剪切效应及轴的不对称等因素的影响外,还综合考虑了Muszynska汽封力和非稳态轴承油膜力联合作用的影响,运用Hamilton原理建立转子系统的非线性动力学模型,并进行了模型求解。

混合磁路电机的哈密顿建模与控制

针对电机传统控制策略对参数变化敏感等问题,从能量的观点出发,将哈密顿能量系统理论应用于混合磁路电机,将混合磁路电机数学模型表示成了广义耗散哈密顿系统的形式,给出了混合磁路电机的哈密顿能量函数,设计了混合磁路电机的非线性稳定控制器和负载观测器。仿真结果验证了理论分析的正确性和控制律的有效性。

受宽带随机激励的最优反馈控制

文章提出了基于平稳响应的随机最优反馈控制策略,研究了受宽带随机激励的Hamilton系统的最优反馈控制。首先应用拟Hamilton系统随机平均法建立平均后的Ito∧随机微分方程;接着求解相应的Fokker-Plank-Kol-mogorov(FPK)方程得到系统精确平稳解;然后将控制力的均方值和Hamilton能量均值结合作为系统控制指标,得出最优反馈控制规律;最后用两个例子详细说明了这一控制方法的实施过程的有效性,数字模拟结果与理论结果完全吻合。

具有执行器饱和耗散Hamilton系统的镇定分析

研究了具有执行器饱和耗散Hamilton控制系统的有限增益镇定问题。饱和现象大大影响控制系统的稳定性和动态性能,严重影响系统的工作性能,利用饱和静态输出反馈使系统达到全局渐近稳定。对系统中的非线性函数做进一步演变,实现闭环系统的有限L2增益输入输出镇定,并获得增益估计值。把结果应用在励磁—汽门开度饱和的单机无穷大电力系统中,例子的分析与仿真验证了方法的有效性。

参数激励下碳纳米谐振器的非线性振动研究

该文研究了两端固支情况下的碳纳米管谐振器在直交流电激励作用下的非线性振动响应。考虑外激励频率接近其固有频率的主共振情况下以及几何非线性,忽略静电力的非线性、范德瓦耳斯力和初始静变形的影响,运用欧拉伯努利连续梁理论,通过哈密尔顿原理得到非线性控制方程。然后利用伽略金方法离散得到降阶方程,最后应用摄动分析方法获得其振动响应的幅频曲线。主要分析了阻尼、直交流电荷载、几何三次非线性项对响应的影响。结果表明几何三次非线性项直接影响碳纳米管谐振器在外激励作用的振动响应以及碳纳米管在交流电荷载作用下的振动响应相对于直流电荷载更加敏感,并在一定程度上发生软化行为等。