低轨卫星姿态控制系统降阶方案研究

近地卫星姿态控制单机故障会影响其任务的开展。针对低轨卫星姿控系统可能出现的单机故障情况,该文提出了姿态控制系统降阶方案,分别针对单飞轮故障、多飞轮故障、敏感器故障等不同场景,对姿态控制系统进行有序降阶,利用现有单机实现一定的姿态控制性能。单飞轮故障时采用轮速过零的三轴轮控方案;多飞轮故障且Y轮正常,或者高精度定姿单机故障时采用偏置稳定控制方案,在星体Y轴方向不能形成偏置时采用姿态控制方案。仿真结果表明,该文提出的针对各种单机故障情形的姿控方案均可较好地完成星体的姿态指向任务,卫星姿态控制系统可在单机出现故障时自主实施降阶方案。该文提出的姿态控制系统降阶方案可用作低轨卫星故障处理预案。

基于固定时间反步的四旋翼姿态降阶自抗扰控制

针对受外部干扰和模型不确定性影响的四旋翼飞行器的姿态控制问题,提出一种基于固定时间的降阶扩张状态观测器(reduced-order extended state observer,RESO)和固定时间反步状态反馈控制律的自抗扰姿态控制方法。基于四旋翼动力学模型及自抗扰(active disturbance rejection control,ADRC)理论,首先利用系统输出可测特性,设计具有固定时间收敛性能的降阶扩张状态观测器并对观测器收敛性进行理论证明;其次,在反步控制的基础上结合固定时间理论,设计固定时间反步状态反馈控制器,并理论证明了闭环系统的跟踪误差能在固定时间内收敛至原点。最后,通过仿真算例,从收敛时间、稳态误差、最大误差以及均方误差等指标考察了所提出的控制方法的性能。仿真结果表明:所提出的改进方法相较于传统自抗扰控制及反步滑模控制具有更好的控制品质。

低压直流系统高频振荡问题的降阶建模及控制参数设计

电压源型变流器、直流线路和恒功率负荷之间相互影响会导致低压直流系统出现高频振荡失稳问题。为此,建立了适用于系统高频振荡建模分析的统一化降阶模型,并从统一化降阶模型角度解释了系统高频振荡失稳原因。在此基础上,提出了一种能够抑制高频振荡的控制参数可行域分析方法。该可行域不仅能够直观呈现系统在不同控制参数下的低频稳定区域和高频失稳区域,还能在稳定区域详细显示系统级动态特性(振荡频率和阻尼比)的定制化设计曲线。最后,利用PLECS软件搭建了低压直流系统的仿真算例,多组仿真时域结果均验证了统一化降阶模型及控制参数可行域的有效性。

基于无记忆降阶观测器的网络化控制系统故障检测方法(英文)

网络化控制系统 (NetworkedControlSystem ,简称NCS)研究的是如何通过网络实现闭环控制 ,是涉及控制科学和计算机网络等多个学科知识的跨学科研究领域 .本文将网络化控制系统视为带有时延的采样控制系统 ,构造了一个无记忆的降阶状态观测器 ,通过比较观测器输出和系统实际输出来产生残差 ,从而对网络化系统的控制故障进行了检测 .

基于平衡降阶模型的多机系统非线性励磁预测控制

将预测控制与模型降阶技术相结合提出一种基于平衡降阶模型的多机电力系统非线性励磁预测控制方法,以解决最优励磁控制和传统比例积分微分励磁控制无法考虑系统复杂状态和控制输入约束的问题,并且降低非线性励磁预测控制高阶动态模型数值计算的复杂性。首先,利用经验Gramians平衡降阶原理,对电力系统非线性动态模型进行降阶,以降低动态模型的维数。然后,建立基于降阶模型的励磁预测控制模型。以系统输入输出最小二乘残差向量为优化目标,以降阶动态模型作为等约束条件,以输出量、控制量的变化范围作为不等约束条件。利用内点法求解优化问题。最后,利用一个四机电力系统验证该预测控制方法的有效性,仿真结果表明:基于平衡降阶模型的多机电力系统非线性励磁预测控制器能够大大缩短优化计算时间,维持机端电压在定值附近,提高系统的稳定性。

一类切换系统基于观测器的滑模降阶控制

针对一类状态不可测的切换系统,研究了其基于观测器的滑模控制问题.设计了一类降阶观测器,并用观测到的状态设计了滑模面函数以及滑模控制器,使得闭环系统的状态能够到达滑模面上,产生滑动模态.并应用Lyapunov函数的方法给出了切换系统的滑动模态可达条件以及确保闭环切换系统渐近稳定的离散切换律.最后,数值仿真验证了本文所提方法的有效性.

基于模型降阶的平面三连杆欠驱动机械系统位置控制

针对第一关节为被动的平面三连杆欠驱动机械系统,提出一种基于模型降阶的位置控制方法.首先,建立平面三连杆欠驱动系统数学模型,并分析其积分特性;其次,将部分可积的三连杆系统分段降阶为两个完全可积的两连杆子系统,并基于两子系统获得系统驱动杆与欠驱动杆之间的状态约束关系;然后,利用粒子群优化算法,根据系统末端点目标位置计算驱动杆目标角度;最后,分别设计两连杆子系统控制器,实现系统从任意初始位置到任意目标位置的控制目标.仿真结果验证所提控制策略的有效性.

一类切换系统的降阶输出反馈滑模控制

研究了一类含有非线性扰动切换系统的鲁棒镇定问题。基于滑模控制技术,提出了降阶输出反馈鲁棒控制策略,给出了系统的滑动模态可达条件,同时设计了该条件下各子系统的输出反馈滑模控制器,并根据李雅普诺夫函数和状态增益给出了离散切换策略,确保闭环切换系统是渐近稳定的。通过数值仿真验证了设计方法的有效性。

中压直流配电系统等效降阶建模及控制参数设计

合适的等效降阶模型能够为中压直流(MVDC)配电系统的稳定性分析及控制参数设计提供便利。首先,基于所提出的开闭环逐步等效降阶建模方法,建立了MVDC配电系统的等效降阶电路模型,并据此建立了计及换流器间动态交互的开环等效降阶模型。在不增加开环等效降阶模型阶数的前提下,基于泰勒展开的状态反馈控制方法为系统振荡频率及阻尼比的精准设计创造了有利条件。然后,基于所建立的计及换流器间动态交互的闭环等效降阶模型,并结合所提出的MVDC配电系统控制参数设计方法,实现了系统振荡频率及阻尼比的精准设计。最后,硬件在环实验结果验证了理论分析的合理性。

离散系统降阶H_∞控制器的设计

针对离散控制系统,研究其降阶H∞控制器设计方法。首先,采用线性矩阵不等式方法,给出离散系统状态反馈H∞控制器存在的条件;利用离散系统H∞控制器可解的条件,研究离散系统的降维观测器设计方法;通过设计系统的降维观测器,使降维观测器的观测输出和系统的状态反馈输入误差趋于零,以降阶观测器的输出作为系统的控制输入,使闭环控制系统满足H∞控制条件;最后给出基于Sylvester方程和降阶观测器存在条件的降阶H∞控制器设计方法。仿真结果说明了设计方法的有效性。

基于最小熵H_∞控制的降阶电力系统稳定器设计

针对电力系统的低频振荡问题,提出了一种基于最小熵H∞控制理论的电力系统稳定器的设计方法。为了获得低阶电力系统稳定器,采用降阶方法分别对原系统和控制器进行了降阶处理。利用BFO-PSO混合算法对权函数进行选取,把多个不同的设计目标转换为不等式约束,将加权函数的选取表示为一个多目标优化问题。针对4机2区域电力系统,根据参与因子确定PSS的安装地点,设计了抑制区域振荡的最小熵H∞电力系统稳定器。仿真结果表明,最小熵H∞电力系统稳定器能有效地抑制区域间的低频振荡,并且对整个系统的阻尼也有所改善。

离散系统奇异H^∞控制问题的降阶控制器设计：LMI方法

考虑了离散系统的奇异Ｈ∞控制问题．对于广义对象既具有无穷远零点又具有单位圆零点的情形，引入线性矩阵不等式（ＬＭＩ）方法，研究了奇异Ｈ∞问题的降阶控制器的存在判据和设计准则。对于所述广义对象，指出若存在Ｈ∞控制器，则它必存在降阶控制器。提出了可行的降阶控制器设计方法，它仅涉及ＬＭＩ的凸优化解法和简单的系统等价变换．

基于降阶观测控制器的一般真系统的双互质分解(英文)

推广了严格真系统的结果 ,给出了基于降阶观测控制器的一般真系统双互质分解的状态空间实现 ,并分析了相应控制器参数化的物理意义 .最后 ,揭示了带有和没有辅助稳定矩阵的两种双互质分解的有趣的联系 。

不确定LTI-SISO系统的降阶时滞观测器控制

提出了降阶时滞观测器 ,利用时滞来观测系统的不确定性和受到的外部干扰 ,实现了不确定系统的鲁棒控制 .降阶时滞观测器控制系统中参考模型的阶数由系统的相对阶数决定 ,而与系统阶数无关 ,简化了控制器的设计 ,有利于根据性能指标的要求获得合适的参考模型 .对于相对阶低于系统阶的一般对象 ,通过引入低通滤波器也能实现降阶时滞滤波器控制 .大量的仿真结果表明 ,降阶时滞观测器能够很好地抑制系统的不确定性和受到的外部干扰 ,是一种性能优良的鲁棒控制方法 .

磁悬浮系统的降阶参数自校正控制

磁悬浮系统降阶参数自校正控制,针对直接状态反馈法不足,使闭环系统的动态性满足调节时间和超调量等要求。其降阶指把电流环时间常数调整到尽量小,低频信号段可等效为普通比例环节。该方法以电磁铁动力学和电磁线圈的电压平衡方程,建立磁悬浮系统基本模型,利用劳斯判据求出常规PID控制参数并应用到磁悬浮系统的控制参数稳定。

均衡实现降阶系统LQ控制器设计改进研究

土木工程结构振动控制由于模型的自由度数目很大,控制器阶次非常高,从而导致主动控制和半主动控制实施过程中时滞效应十分的突出。本文在采用均衡实现技术对结构模型进行降阶的基础上,进行LQ控制器的设计,考虑了对应较小奇异值的状态变量对低阶控制器的影响,对LQ控制器的设计进行改进,优化了控制效果。本文通过对Highway Bridge的Benchmark模型进行LQ控制器设计的改进研究,验证了本文方法的改进效果。

控制系统最优降阶技术与应用

本文给出一种新的控制系统最优降阶技术并介绍其在控制系统设计中的应用。文中引入的最优降阶准则是在指定输入信号时，对降阶模型与原始模型之间误差的加权最小积分方差。本文重点讨论连续系统的降阶算法，但结论同样适合于离散时间系统。文中还将通过一个例子来演示本方法和其它传统方法相比的优越性．

面向广域阻尼控制的电力系统降阶辨识研究

广域阻尼控制是抑制电力系统区间低频振荡极具潜力的手段,降阶辨识方法可用于获取广域阻尼控制器设计所需要的模型。电力系统的维数成千上万,基于模式可控可观性分析提出了电力系统面向阻尼控制器设计的可降阶原理、降阶误差分析方法以及基于降阶原理估计和BIC准则的模型定阶方法,并研究了降阶辨识实验的激励信号和预滤波器设计。四机系统的仿真算例表明了所提出的面向广域阻尼控制的电力系统降阶辨识原理与方法的有效性。

不确定广义系统的降阶H_∞控制器设计

研究基于函数观测器的不确定广义系统的降阶H∞控制器设计问题.首先提出了基于严格线性矩阵不等式的不确定广义系统H∞控制的充分条件,并用于状态反馈H∞控制设计.然后对所得控制增益进行降阶观测,基于广义Sylvester矩阵方程的显式通解,考虑系统的H∞性能约束,提出了降阶输出反馈控制器的参数化设计方法.

不平衡电网下基于降阶谐振器的双馈风电系统网侧变换器辅助控制策略

电网电压不平衡条件下,为了最大限度提升双馈发电系统综合运行能力,需考虑网侧变换器的辅助控制功能。本文提出一种采用降阶谐振器的电流控制方案,可实现以消除整个双馈发电系统输出有功、无功功率脉动为目标的辅助控制功能。该控制方案以整个系统输出的有功、无功功率直接作为被控对象,在正转同步旋转坐标系中通过2倍频降阶谐振器对其进行直接调节,可消除以正、负序电压分量为基础的网侧变换器负序电流指令计算环节,并完全无需对电压、电流进行相序分离,即可实现所设定的网侧变换器辅助控制目标。仿真和实验结果表明:所提出采用降阶谐振器的电流控制方案,在电网电压不平衡条件下,既实现消除整个发电系统输出有功、无功功率的脉动的网侧变换器既定控制目标,又可提高双馈系统在不平衡故障下的动态控制性能。