二自由度SCARA机器人位置的端口受控哈密顿与反步法协调控制

针对二自由度SCARA机器人系统使用单一控制方法难以实现快速、精准的位置跟踪控制的问题,设计了基于端口受控哈密顿(PCH)与反步法的协调控制。PCH用于保证系统稳态性能,反步法用于保证系统快速性。采用指数函数作为协调函数以实现协调控制策略,从而适应二自由度SCARA机器人的轨迹跟踪控制。该SCARA机器人系统,既能够实现系统快速的跟踪位置信号,又能够提高系统的输出信号的稳态性能。仿真实验表明,当存在干扰时,采用PCH与反步法的协调控制的二自由度SCARA机器人位置跟踪系统能够有效地结合两者的优点,系统的动态性能和稳态性能优良,且能够很好地抵抗外部干扰。

一种永磁同步直线电机端口受控哈密尔顿系统下的自适应阻尼注入控制方法

针对永磁同步直线电机(PMLSM)位置控制问题,提出将自适应阻尼注入应用到闭环端口受控哈密尔顿(PCH)系统的方法。建立了PMLSM的PCH系统模型。根据最大输出功率原理确定系统平衡点,利用自适应阻尼注入方法,设计了负载阻力恒定时的控制器。设计的闭环控制系统具有良好的稳定性。试验结果表明,设计的控制器具有良好的位置跟踪性和抗干扰能力。

基于端口受控哈密顿系统模型的带恒功率负载的Buck变换器控制

采用端口受控哈密顿系统方法和无源性控制理论,建立带恒功率负载的Buck变换器的哈密顿模型,分析了Buck变换器控制系统平衡点的稳定性问题,并设计了控制器。仿真结果表明,通过对控制器参数的适当调整,控制系统可以获得较好的动态和稳态性能。

基于自适应反步法和端口受控哈密顿理论的永磁同步电机控制

提出了一种基于自适应反步控制和端口受控哈密顿(PCH)系统理论的永磁同步电机(PMSM)速度控制方法。考虑电机负载扰动,提出了基于反步法的PMSM速度环自适应控制;然后将PMSM电磁子系统模型表示成哈密顿系统形式,根据PCH系统理论求得控制器。仿真结果表明,设计的控制方法能够快速达到期望的转速值,且具有较好的抗负载扰动能力。

矩阵变换器输入侧端口受控耗散哈密尔顿算子建模及无源控制

矩阵变换器无中间直流环节,易受电网扰动和负载扰动的影响.针对这一问题,本文设计了矩阵变换器输入侧无源性控制器以改善控制系统特性.首先,在直–交坐标系下建立输入侧的端口受控耗散哈密尔顿(port-controlled Hamiltonian with dissipation,PCHD)算子模型.然后,设计了基于互联和阻尼配置的无源性控制器,用来实现对输入电流快速准确的跟踪.重新配置了系统的平衡点,通过注入阻尼提高系统的收敛速度,并从理论上对闭环系统的渐进稳定性进行了分析.仿真结果表明,系统在非正常工况下仍能保证输入电流为正弦,相比传统偏差修正法,该控制策略具有更好的动态性能和抗干扰能力.

端口受控的双线性Hamilton系统

研究了一种特殊的端口受控的双线性Hamilton控制系统,利用非线性控制系统的微分几何理论,通过讨论输入向量场和控制向量场之间的李括号,以及输出函数沿着输入向量场和控制向量场的李导数,讨论了这类系统的可观性余分布与可控性分布,进而讨论了这类系统的可观性与可控性以及它们之间的关系,给出了该类系统可控与可观等价的条件.

端口受控哈密顿方法的电力双推进无人船航向航速控制

以电力双推进无人船航速航向控制为主要研究问题,使用永磁同步电机作为无人船螺旋桨的驱动电机,采用基于端口受控哈密顿(PCH)方法,有效的降低了系统损耗,使无人船驱动系统输出功率得到了优化。仿真结果表明,系统能较快达到稳定状态,实现了无人船的速度控制要求,提升了无人船系统的续航能力。

基于端口受控哈密顿方法的永磁同步直线电机无源控制

针对面装式永磁同步直线电机(SPMSLM)在负载阻力已知恒定和未知的情况下,采用端口受控耗散哈密顿(PCHD)方法,对面装式永磁同步直线电机进行建模,给出了闭环期望哈密顿函数,并配置了期望的互联与阻尼矩阵,设计了系统的控制器,并且在负载阻力未知时,设计了观测器,然后分析了系统平衡点的稳定性。仿真结果表明文中所提出的方案对负载阻力已知恒定和未知的情况具有很好的位置跟踪性能、很好的抗扰性能和很强的鲁棒性。

端口受控哈密顿方法的永磁同步电动机弱磁扩速

针对隐极永磁同步电动机的弱磁扩速问题,提出了一种基于端口受控哈密顿(PCH)的弱磁扩速非线性控制新方法。系统的平衡点采用分段式求取,在基速以下采用最大转矩/电流原理求出,在基速以上采用弱磁方法求出。对于工程中常见的负载转矩未知时的情况,设计了负载转矩观测器。仿真结果表明,系统的弱磁扩速效果好、速度响应快,具有良好的抑制负载转矩扰动能力。

端口受控耗散哈密顿的永磁同步电机转速稳定性分析与多系数化简

为解决端口受控耗散哈密顿系统的永磁同步电机设计过程中系数较多及稳定性等问题,将多系数映射到单系数的公式拟合技术应用到电机的数学建模中。开展了对系统稳定性的分析,建立了转矩和电流与系统稳定平衡点之间的关系,提出了单系数控制多系数的方法。在速度反馈的基础上对系统性能进行了评价,并开展了Simulink仿真试验。研究结果表明,所设计的控制器具有良好的稳定性与可控性。

基于能量控制的机器人关节同步优化控制研究

针对移动机器人在高性能输出和长时间续航等方面的综合工作性能需求,提出一种针对机器人关节的多性能同步优化端口受控哈密顿能量控制方法。首先,建立机器人关节的数学模型和哈密顿能量控制模型,并推导出能方便采用模型代理优化算法的关节靶向能量传输系统模型;其次,搭建能量闭环控制器,与磁场矢量控制结合完成机器人关节的控制闭环,并设计了多性能同步优化控制策略使得机器人关节在保证运行输出能力的同时获得最长的续航能力。MATLAB/Simulink仿真结果表明,多性能同步优化端口受控哈密顿能量控制器使机器人关节拥有较好的输出稳定性,同步优化控制策略在与其他控制策略的输出能力和续航能力等多指标的综合对比分析中展现了优势。

基于端口受控耗散哈密顿系统模型的模块化多电平变换器无源反步环流抑制方法

模块化多电平变换器(MMC)应用于大功率可再生能源发电并网时,由于存在可再生能源的随机性波动、系统参数摄动和本身的非线性特性,采用传统矢量控制方法实现MMC环流抑制难以确保系统全局稳定运行和强鲁棒性能。针对这一问题,提出基于端口受控耗散哈密顿系统(PCHD)模型的MMC无源反步环流抑制方法。在构建基于PCHD模型的MMC全局能量函数基础上,设计无源性控制器,通过能量函数整形,修正闭环系统的能量耗散和能量流动方式,使系统能量在期望平衡点取最小值,以实现系统全局渐进稳定。结合反步控制方法,消除不确定扰动与MMC系统参数摄动引起的跟踪误差,从而实现系统内、外扰动情形下环流二倍频分量的快速平抑。基于Matlab/Simulink的仿真结果与基于dSPACE的实验结果表明:所提无源反步环流抑制方法具有形式简单、无奇异点、暂态性能好的特点,同时能够确保系统全局稳定与强鲁棒性。

双馈感应电动机的状态误差端口哈密顿建模和控制

针对负载转矩已知和未知情况,本文采用端口受控哈密顿(port-controlled Hamiltonian,PCH)方法,分别研究了双馈感应电机(doubly-fed induction machine,DFIM)哈密顿建模与控制问题,建立了双馈感应电机的PCH模型,给出了期望的闭环系统PCH结构,选取了期望的闭环哈密顿函数,采用能量成形、阻尼注入和互联配置的方法设计出系统控制器,并且在负载转矩未知时设计负载转矩观测器。通过Matlab/simulink进行仿真验证,仿真结果表明,系统动态响应比较快,具有较好的稳态性能和速度跟踪性能。证明所提出的PCH控制方法是有效的。

基于受控耗散Hamiltonian系统模型的光伏准Z源T型三电平并网逆变器控制策略

基于端口受控耗散哈密顿系统(PCHD)模型的无源控制策略无需对受控对象进行线性化处理,它从能量成型与注入阻尼方面讨论受控对象的稳定性,简化了控制系统的结构。首先,利用状态空间法推导出准Z源T型三电平逆变器数学模型;其次,结合无源PCHD模型的控制规律选取能量函数与注入阻尼,并进行控制系统的设计。该控制策略不但使系统具有优良的动、静特性,且逆变器输出电流谐波低、经济性高;最后,仿真和硬件实验验证了基于PCHD模型的无源控制策略的正确性和有效性。

参数不确定倒立摆系统的EPCH控制与扰动抑制

针对倒立摆(IP)系统中存在的参数不确定和外部扰动问题,设计了一种新的基于状态误差端口受控哈密顿(EPCH)的控制方法。基于开环端口受控哈密顿(PCH)模型,利用互联配置、阻尼注入和能量成形(ES)的方法,构造了IP系统闭环EPCH模型。针对IP系统中存在的参数不确定,采用自适应方法设计了自适应参数控制律。通过状态扩展的坐标变换方法,提出了一种新的PI控制律,抑制系统中出现的外部扰动。所提出的控制律都保持了闭环系统的PCH结构,保证了系统渐近稳定。仿真和实验结果表明,所提出的控制策略与PID控制方法相比,系统的稳态误差更小、抗扰动能力更强、鲁棒性更好。

多关节工业机器人BSMC与EPCH协同优化控制

为了解决多关节工业机器人无法同时具有优越的快速性与准确性的问题,提出了反步滑模控制(BSMC)与误差端口受控哈密顿(EPCH)控制的协同优化控制策略。首先,分别设计了BSMC控制器与EPCH控制器;其次,采用基于机器人关节位置误差的高斯函数作为协同优化控制系数,使系统在BSMC与EPCH之间进行平滑切换,且进一步设计了协同优化控制策略,使多关节工业机器人能够兼具BSMC控制器与EPCH控制器的优点;最后,仿真实验结果表明,所提出的控制策略可以使机器人关节伺服系统同时具有快速的动态响应速度和准确的跟踪精度。

基于双容液位系统的神经网络反步滑模与PCH协同控制

针对工业生产过程的实际需求,该文研究了具有参数不确定性和外部未知干扰的双容液位系统的控制问题。首先,设计了一种反步滑模控制策略(BSMC),以提高控制系统的速度;其次,利用神经网络(NN)逼近系统的非线性函数,以求解系统参数的不确定性和未建模的动态扰动;第三,设计了一种端口控制的哈密顿(PCH)控制策略,以保证控制系统的稳态控制精度;最后,提出了一种协同优化控制方法,它结合了这两种控制方法,充分发挥了神经网络反步滑模(NNBSMC)算法的快速性和PCH算法的高稳态精度。仿真结果表明,利用神经网络反步滑模控制和端口控制哈密顿协同优化控制(NNBSMC+PCH)可以使系统兼顾两种控制器的优点。

基于虚拟同步发电机和无源性控制的DFIG机侧控制策略

传统的双馈感应发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)矢量控制因其惯性与电网频率波动解耦而不能为电网提供额外的有功功率支持,为此在DFIG转子侧变流器控制中引入一种改进的虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制策略。针对传统VSG控制存在的频率偏差问题,通过在有功下垂环节中加入一个Washout滤波器,实现了在不需要增加额外2次控制回路情况下就能使频率保持在工频50 Hz附近。同时,为解决传统VSG中电压电流双环控制中内环电流PI控制存在的动态响应有限、鲁棒性不强等问题,首次在内环电流控制中引入了基于端口受控的耗散哈密顿(port controlled Hamiltonian with dissipation,PCHD)模型的无源性控制(passivity-based control,PBC)方法,设计了转子侧变流器的无源性控制器。最后,搭建了DFIG仿真系统进行实验验证,结果表明了本文所提控制策略的有效性和优越性。

储能型MMC-HDT的无源控制及模式切换控制策略

针对智能煤矿建设的需求和煤矿井下电网存在的问题,提出了一种含有储能模块的储能型模块化多电平混合式配电变压器(MMC-HDT)。首先,对提出的储能型MMC-HDT进行建模,并考虑电网故障和储能荷电状态(SOC)给出四种工作运行模式。其次,根据MMC-HDT交流侧的端口受控耗散哈密顿模型(PCHD)设计无源控制器。最后,设计四种工作运行模式的切换控制策略。实验结果表明,所提控制策略在储能型MMC-HDT中,馈网电流稳态总谐波畸变率进一步降低,有效限制电压故障时馈网电流无限制突增;在任何电网电压故障状态下,均可以实现负荷电压保持在额定值处,可以实现不间断供电的功能,提高了配电系统的可靠性。

计及铁损时电动汽车用感应电机的Hamilton建模及无源控制

针对电动汽车电驱动系统的非线性特点,采用端口受控Hamilton系统理论与无源性控制原理研究了计及铁损的电动汽车用感应电机系统的建模和控制问题.首先,选取系统的总能量作为Hamilton函数,推导出考虑铁损的感应电机端口受控Hamilton模型,然后利用系统的互联和阻尼配置以及能量成形对闭环电动汽车电驱动系统进行无源控制,并分析了闭环系统的稳定性.由于闭环系统的Hamilton函数可作为Lyapunov存储函数,从而使控制器设计和稳定性分析更容易,控制器更加简单和易于实现.仿真结果验证了新控制策略的有效和快速性.