主汽温多模型扰动抑制预测控制方法

电站汽温控制系统结构复杂,机组运行过程中影响主汽温稳定的因素众多。主蒸汽流量变化、锅炉燃烧状况改变等因素均可能干扰主汽温稳定,影响机组运行的经济性和安全性。基于模型的预测控制算法在应对诸如煤质变化引起的烟气侧不可测扰动时,由于缺乏对扰动的建模,控制效果不理想。针对该问题,通过对过热器进行机理建模,并在额定工况点进行局部线性化获得状态空间模型,提出基于多模型集的主汽温扰动抑制预测控制方法。当不考虑不可测扰动时,其等价于普通的预测控制算法。仿真结果表明,该方法能够有效抑制进入汽温系统的不可测扰动,进一步提高汽温的调节品质。

计及采样扰动抑制的电压源逆变器三矢量无模型预测电流控制方法

针对传统电压源逆变器无模型预测电流控制(model-free predictive current control,MFPCC)方法存在电流纹波大、电流梯度更新停滞以及预测性能易受采样扰动影响的问题。该文提出一种计及采样扰动的三矢量MFPCC方法。在一个控制周期应用3个基本矢量,并根据价值函数计算矢量作用时间,降低了输出电流纹波;其次,通过建立不同矢量作用下的电流梯度方程组,实现电流梯度数据的实时更新,消除了停滞现象;再次,分析采样扰动对MFPCC的影响,采用扩张状态观测器估计采样扰动以补偿预测电流控制,抑制其对输出电流的影响。最后,通过仿真和实验,对所提方法的有效性进行了验证。

基于自适应模型预测控制的无刷直流电动机换相转矩脉动抑制策略

无刷直流电动机在工作时的换相转矩脉动严重影响了其在高精度伺服系统中的应用,为了降低这种影响,文中提出了一种自适应模型预测控制算法。在对系统进行传统方波PWM-ON控制的基础上,结合重叠换相法,以换相过程中关断相、导通相的功率受控开关管为控制对象,对其占空比进行控制。以换相期间转矩脉动最小为目标构造价值函数,建立换相期间电动机的三相离散电流方程,对关断相和导通相占空比进行预测,并引入自适应调整因子对占空比进行自适应分配。最后,通过实验验证了该算法在全速范围内的有效性。

一种模型预测控制PMSM系统共模电压抑制策略

PWM共模电压干扰直接威胁逆变器驱动的电机系统安全和稳定性,针对模型预测控制的永磁同步电机系统提出了一种共模电压抑制策略,可分别采用电流扇区判定及开关函数直接控制两种方法,对死区开关管进行控制,通过改变电流续流路径,抑制共模电压幅值。建立系统的仿真模型,对抑制策略下的共模电压进行了仿真分析,并搭建了实验平台进行测量。仿真和实验数据表明,基于两种控制方法的抑制策略均可有效抑制系统共模电压,并减小单位时间内的开关次数及电流谐波含量,其中采用开关函数直接控制法的抑制效果更为显著,在不同转速下均能实现将CMV幅值抑制在U dc/6,且开关次数与传统方法相比下降约5%。

基于滑模扰动观测器的永磁同步电机模型预测电流控制

永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)单矢量模型预测电流控制(model predictive current control,MPCC)中,存在电流具有较大波动、稳态性能较差、依赖模型参数且抗扰能力不足的问题。针对这些问题,研究了双矢量模型预测电流控制(TV-MPCC)算法,该算法在一个采样周期内进行2次电压矢量选择。同时,设计了一种基于改进趋近率(SMRL)的滑模扰动观测器(SMO),滑模增益采用分段式函数来实现。通过仿真实验,验证了所提出的TV-MPCC算法和SMO的有效性。与传统的MPCC相比,TV-MPCC可以显著降低电流的波动,并提高系统的鲁棒性。同时,SMO的引入使得系统能够更好地观测和补偿扰动,进一步提高了系统的稳态性能。本研究表明,双矢量模型预测电流控制结合滑模扰动观测器的方法在提高PMSM的鲁棒性能方面具有较好的效果。

具有输入约束和扰动补偿的四旋翼无人机姿态稳定模型预测控制

为了解决四旋翼无人机飞行过程中的姿态控制问题,考虑受到执行器输入约束和外界未知扰动影响,设计了一种具有输入约束和扰动补偿的四旋翼无人机姿态稳定模型预测控制方法;设计简化的四旋翼无人机姿态动力学模型,降低控制器设计的复杂程度,设计带有输入约束的控制器,模拟饱和输入现象,实现饱和输入下的四旋翼姿态稳定控制;设计风扰观测器,实现对外部未知扰动的估计,有效跟踪外部持续扰动,并由此设计扰动补偿律;围绕代价函数设计带有扰动补偿律的最优控制律,作用于四旋翼姿态系统,实现四旋翼无人机姿态的稳定控制;最后进行数值仿真,设置风扰观测器参数λ_(i)为0.25,预测时域N_(p)为10,控制时域N_(c)为9,仿真测试文章方法与不带观测器的非线性预测控制方法(NMPC),验证文章控制方法的有效性和优越性。

基于扰动观测器的动态供应链系统模型预测控制

针对不确定市场需求供应链系统(supply chain system)的生产-库存预测控制问题,设计了一种模型预测控制(model predictive control,MPC)和扰动观测器(disturbance observer,DOB)结合的供应链系统生产控制策略。首先,对三级供应链系统进行分析,构建三级动态供应链的生产-库存数学模型;其次,设计基于扰动观测器的前馈补偿机制,补偿不确定性需求对供应链系统的影响;最后,考虑供应链系统存在的实际约束条件,设计模型预测控制方案,并证明系统的渐进稳定性。算例仿真验证了该方法的有效性。

脱硫系统多变量扰动抑制预测控制方法

脱除烟气中的二氧化硫是燃煤电厂烟气处理不可缺少的一环。由于脱硫系统具有多变量、强耦合的特点,只根据解耦控制或针对主对角元设计的扰动,观测器难以实现对扰动的准确估计,尤其在模型偏差较大时,将对象间的耦合关系当做扰动处理往往会导致控制效果恶化,难以实现预期效果。因此提出一种多变量扰动观测器,基于多变量离散状态空间模型,结合历史运行数据估计前一时刻的扰动,并进行补偿。这种扰动观测器可以考虑不同通道之间的耦合关系,保证了扰动估计的准确性和合理性,然后通过仿真验证了该方法的有效性。

基于非线性扰动补偿的超局部无模型永磁同步电机电流预测控制

在电机运转过程中,电机参数会发生变化,产生参数漂移,同时电机会受到内外部未知扰动,导致控制性能下降,抗干扰性和鲁棒性较差。为解决这些问题,提出非线性扰动补偿的超局部无模型电流预测控制方法。只利用电流环的输入和输出,建立超局部无模型电流预测控制模型,不涉及任何电机参数,解决了因参数变化导致的模型失配问题。针对系统总扰动,建立非线性扰动补偿模型,能够较为准确和稳定地估计系统总扰动,并进行前馈补偿,实时更新控制信息,仅需调节两个控制参数。为防止产生较大的电流,建立电流限幅控制,提高电机控制性能。仿真和实验结果表明,提出的控制方法对于参数变化和外部扰动,具有较强的鲁棒性、抗干扰能力,能够实现较快的动态响应,减小电流纹波,降低电流静差,获得较优的电流环动静态性能;抑制转速脉动和超调量,稳定跟踪额定转速,有利于电机的平稳运行。

基于滑模扰动观测器的阀控缸增量式模型预测控制

在强扰动环境下,阀控非对称液压缸采用模型预测控制会存在性能下降和静态误差等问题,并提出了一种新的方法来解决这些问题。该方法基于滑模扰动观测器,用于阀控非对称液压缸的增量式模型预测控制。首先,建立非对称缸的非线性数学模型,并将其反馈线性化,然后,将线性化模型增量化作为预测模型,以减小系统静态误差,接着,根据液压缸力平衡方程设计滑模扰动观测器,并将观测的负载扰动值用于前馈补偿。仿真结果表明,滑模扰动观测器对负载扰动的观测估计快速、准确;所提出的控制方法使系统的动态响应特性得到提高。通过仿真,与非增量式模型预测控制进行对比,所提方法响应速度快、稳态误差小,对负载变化的抗扰动性强,有效提高了位移跟踪精度。

新能源汽车整流器的抗扰模型预测控制策略研究

针对新能源汽车充电(G2V)三相整流器为研究对象,研究基于模型预测控制(model predictive control,MPC)的充电控制策略。传统的MPC算法需要准确的系统模型参数,而当控制器中使用的模型参数与主电路实际参数不匹配时,控制性能可能发生恶化,影响整流器充电控制性能。针对此问题,该文将系统参数不匹配作为扩张状态观测器(extended state observer,ESO)扩张出来的扰动项而进行估计,并将扰动进行补偿,从而设计一种基于ESO的MPC充电控制策略。该方法仅使用了系统的输入和输出数据,而不需要精确的系统模型,因此即使模型参数不匹配时,ESO也能够将不匹配项作为扰动而对预测电流进行准确估计,从而提高MPC对参数变化及不匹配的鲁棒性。仿真与实验结果验证了该方法的可行性和有效性。

基于虚拟电压矢量模型预测转矩的船舶推进电机控制研究

针对船舶电力推进系统中六相永磁同步电机所采用传统直接转矩控制技术(DTC)仅采用最外围电压大矢量,会产生较大谐波电流并导致转矩波动大的问题,提出基于虚拟电压矢量合成的模型预测转矩控制策略(V-MPTC),利用α-β子空间中同向的大矢量和中矢量与z_(1)-z_(2)子空间中反向的小矢量和中矢量恰好对应原理,通过适当地调节一个PWM周期内大矢量和中矢量的占空比,可以使z_(1)-z_(2)子空间中的合成电压矢量幅值为0,实现对电机谐波电流和转矩脉动的抑制。同时为了便于硬件系统实现,进行电压矢量中心化以及采取提前2步的预测方法。仿真结果表明,采用V-MPTC控制策略使系统响应速度有所提高,启动转速超调降低,转矩脉动从0.15 N·m降至0.04 N·m,谐波畸变率从68.92%降至10.85%,验证了该方法在船舶电力推进系统中可提高其控制性能。

基于三矢量的PWM整流器改进模型预测直接功率控制方法

为解决传统模型预测直接功率控制存在的开关频率不恒定、计算量大、共模电压大问题,设计了一种三矢量模型预测直接功率控制方法。该方法通过在单个控制周期内输出三个不同电压矢量,克服了传统方法因连续多个周期输出相同电压矢量造成的开关频率不恒定问题;同时,在两相静止坐标系中,通过优化空间电压矢量图划分方法,采用两个代价函数确定电网电压矢量所在扇区,将算法的遍历次数从27次降至10次,克服了传统方法计算量大的问题;此外,通过去除两个冗余零矢量PPP与NNN,将共模电压抑制在Udc/3以内。最后搭建了5kW实验样机进行实验验证,仿真与实验结果表明,该方法可以有效降低计算量,输出谐波和共模电压抑制效果优于传统方法。

分段式双三相永磁直线同步电机的无模型电流预测控制

分段式结构的双三相永磁直线同步电机(PMLSM),动子穿入和穿出定子分段时,传统的无差拍预测电流控制(DPCC)易受反电动势动态扰动的影响,无法实现精确的电流跟踪和推力控制。同时,该电机模型的参数失配会增大DPCC电流和推力控制的难度。针对以上问题,该文提出了一种基于无模型电流预测控制(MFPCC)的电流控制策略。首先,构建了分段式双三相PMLSM的超局部模型。其次,基于该超局部模型设计了预测电流控制器,并设计扰动观测器以补偿反电动势动态扰动和参数失配的影响。最后,实验验证了所提MFPCC能够抑制分段式双三相PMLSM的反电动势和参数失配的扰动,有效提升参数鲁棒性、电流跟踪性能并降低推力波动。

基于滑模扰动观测器的PMSM增量式模型预测控制

针对永磁同步电机模型预测控制在强扰动下的控制性能降低,及非增量式预测模型存在静态误差等问题,提出一种基于滑模扰动观测器的永磁同步电机转速-电流单环增量式模型预测控制方法。首先,基于永磁同步电机在同步旋转坐标下的数学模型和模型预测控制的原理,设计了转速-电流单环增量式模型预测控制器以消除静态误差。然后,设计电流限幅器,以保证电机工作于电流约束内。最后,设计滑模扰动观测器对负载扰动进行观测,用于前馈补偿控制,并证明观测器的稳定性。仿真结果显示,所设计的观测器能快速、准确地观测到负载转矩的变化,所提出的单环控制器具有良好的动态性能。与传统PI控制及非增量式模型预测控制进行仿真对比,所提方法具有超调小、抗干扰能力强等优点。

基于模型预测电流控制的伺服电机系统转矩脉动抑制研究

永磁电机实际的气隙磁场分布非正弦,会导致反电动势波形中也存在相应的谐波分量,从而引起额外的转矩脉动,进而导致振动、噪声,降低系统的控制精度。为解决这一问题,提出一种基于谐波注入的永磁电机模型预测电流控制方法。建立适用于任意相永磁电机反电动势谐波产生的脉动转矩通用解析模型;基于此模型,从控制的角度出发,提出采用电流谐波注入以补偿反电动势谐波引起的转矩脉动控制策略,分析所需注入的电流谐波特性的一般表达式,并通过模型预测电流控制方法对电流进行控制。为验证所提出方法的有效性,以一台三相12槽10极表贴式永磁同步电机为例,通过MATLAB/Simulink设计考虑反电动势谐波的电机仿真模型,搭建基于谐波注入的电机控制系统。此外,为进一步验证所提出的方法正确性,也进行相应的试验验证。结果表明:谐波注入前、后电机的转矩脉动峰峰值从2 N·m降低到1.3 N·m。

基于随机模型预测控制的卫星编队保持方法

针对卫星编队队形保持中存在的随机扰动问题,提出一种基于随机模型预测控制(SMPC)的编队构型保持控制算法。在保证精度的情况下,对非线性相对运动力学方程进行线性化离散处理。考虑到模型预测控制不易处理无界随机扰动的机会约束问题,提出有效解决随机变量信息模糊的分布鲁棒机会约束模型,并通过条件风险价值(CVaR)重构机会约束为可处理约束,得到基于随机模型预测控制的队形保持控制算法。通过计算仿真与传统的模型预测控制算法进行对比,验证了该算法的有效性和优越性。

基于降阶龙伯格观测器的PMSM模型预测控制

针对永磁同步电机常规模型预测控制在建立预测模型时比较依赖准确的电机数学模型,负载扰动时会对其控制性能造成影响。提出一种基于降阶龙伯格观测器的模型预测控制方法,在电流环采用PI控制器,速度环采用基于负载扰动补偿的模型预测控制器,构建降阶龙伯格观测器对负载扰动进行估算,将估算值补偿到速度环的输出值中来起到抑制扰动的作用。由仿真及实验结果可知,所提算法相比于常规模型预测控制具有更快的动态响应,控制精度更高,有效提高了系统的抗负载干扰性能。

基于仿射扰动反馈的风力发电机组多目标随机模型预测控制

风力发电的间歇性和随机不确定性是其规模化并网的主要障碍。为提高风电机组控制系统应对风能随机扰动的能力,该文提出一种基于仿射扰动反馈的风力发电机组多目标随机模型预测控制策略。以输出功率准确跟踪设定值和降低执行机构疲劳载荷为目标,结合风力发电机组运行工况和约束条件,构建基于期望目标函数和机会约束的随机优化模型,采用仿射扰动反馈和风速扰动的概率信息将其转换成确定性优化模型,求解得到当前时刻的最优控制律。以NREL5MW风电机组为研究对象进行算例验证,结果表明,通过选取合适的输出约束违背概率值,所提出的控制策略能够有效抑制风速的随机干扰,在减小执行机构动作幅度的基础上,实现机组输出功率对额定值的准确跟踪。

具有执行器饱和特性和未知扰动的时变时滞系统鲁棒预测控制

针对具有执行器饱和特性和未知扰动的时变时滞离散系统,提出一种混合H 2/H∞指标的鲁棒模型预测控制方法。首先,用凸组合方法对执行器饱和特性进行变换,很大程度上降低了处理执行器饱和特性的复杂度,并且构造了依赖时变时滞上下界的Lyapunov-Krasovskii泛函。其次,通过Lyapunov稳定性理论,研究了混合H 2/H∞鲁棒模型预测控制在范数有界意义下的扰动抑制问题,得到了混合H 2/H∞鲁棒模型预测控制器存在的充分条件。最后,进行仿真对比,结果表明提出的方法具有很强的鲁棒性和良好的应用价值。