考虑多维非线性扰动的电子助力制动系统自适应压力控制

针对电子助力制动系统(EBBS)面临的机-电-液多维非线性扰动问题,提出了一种自适应压力控制策略。外层液压控制器引入自适应径向基函数神经网络和鲁棒滑模理论克服液压时变不确定性,中间层位置控制器采用Karnopp摩擦前馈补偿和滑模控制应对传动机构非线性摩擦阻碍,内层电流控制器通过李雅普诺夫理论解决电机电磁特性耦合问题。仿真和硬件在环试验结果表明,设计的压力控制策略能够在多种工况中将EBBS主动制动稳态压力跟随误差维持在0.15MPa之内。

一类具有非线性扰动的分布式中立系统的稳定性判据

针对一类具有非线性扰动的分布式中立系统,设计了状态反馈控制器.根据李雅普诺夫稳定性理论,结合自由加权矩阵及牛顿-莱布尼茨公式对系统进行稳定性分析,并利用线性矩阵不等式给出系统的稳定性判据.数值仿真进一步验证了所提控制方法的有效性.

天文/惯性组合系统中重力扰动补偿方法

针对重力扰动引起惯性水平基准姿态测量误差进而导致天文/惯性组合导航系统定位精度下降的问题,提出天文/惯性组合系统中的重力扰动补偿方法。首先,基于导航误差模型分析了影响天文/惯性组合导航系统定位精度的主要因素。其次,推导了重力扰动、惯性水平基准姿态测量误差与天文导航定位误差之间的传播机理。然后,研究了重力扰动建模与修正方法,并将重力扰动补偿方法应用于惯性水平基准的导航解算回路中,实现重力扰动的有效补偿。跑车试验结果表明,所提重力扰动补偿方法可以将天文/惯性组合导航系统中定位误差的振荡幅值由1.6 n mile降低至0.5 n mile。

基于斜坡渐变扰动的新型电力系统等效惯量评估

基于阶跃扰动的惯量评估方式依赖难以准确测量的初始频率变化率(RoCoF)与稀少的频率事件,而基于类噪声扰动的惯量评估方法无法评估电流源型虚拟惯量且对数据要求高。对此,提出基于可再生能源机组主动输出斜坡渐变扰动功率的惯量评估方法。建立含RoCoF与斜坡渐变扰动功率的等效惯量评估基础模型。考虑RoCoF噪声阶跃易导致等效惯量评估产生较大误差,推导双二阶广义积分锁相环中的q轴电压分量变化量与RoCoF的线性关系,并将其代入基础评估模型替代RoCoF。采用改进的非线性最小二乘拟合斜坡渐变扰动下q轴电压分量变化量与时间的非线性表达式,从拟合的表达式中提取系统等效惯量。在改进的EPRI-36中验证了所提评估方法相较于常规方法的优越性。

基于广义扰动估计的磁悬浮球系统高精度位置控制

本文针对磁悬浮球系统在非匹配多源扰动影响下位置控制精度问题,提出了一种基于广义扰动估计的位置控制方法.首先,设计Luenberger观测器对系统状态变量进行估计,并考虑扰动已知信息,利用内模原理设计广义扰动估计器对多源扰动进行估计;然后,为消除非匹配多源扰动对位置输出的影响将扰动估计及其导数引入控制律设计,并对其设计扰动补偿增益,同时设计参考输入补偿增益解决在非匹配扰动下对时变参考位置的跟踪精度问题;其次,对所提方法进行稳定性和抗干扰性能分析,证明了所提方法在非匹配多源扰动下可实现对磁悬浮球系统的高精度位置控制;为了验证所提方法的有效性,在本文最后分别利用MATLAB/Simulink和磁悬浮球实验平台对所提方法进行了仿真和实验验证.

基于特征模型的5阶关节伺服系统扰动补偿策略

针对工业机器人关节伺服系统负载时变和模型不确定性问题,提出将线性扩张状态观测器和基于特征模型的全系数自适应控制相结合的控制策略。建立双惯量柔性关节动力学模型并得到关节伺服系统5阶扩张状态方程。基于该模型设计5阶线性扩张状态观测器,通过该观测器估计系统总扰动并进行扰动补偿,并证明观测器收敛性。基于特征建模的方法,通过实验数据和梯度下降法对特征参数进行辨识,并基于参数值设计全系数自适应控制律,将该控制律结合线性扩张状态观测器设计一种控制策略,对系统进行精确控制。实验结果表明,新的控制策略使系统在变负载扰动工况下的定位精度达到0.003°,正弦信号跟踪误差保持在0.92°以内,系统具有较强的鲁棒性和控制精度。

基于LMI和扰动观测器的电动伺服系统RBF神经网络控制

为了提高电动伺服系统的加载力跟踪精度,基于线性矩阵不等式(LMI)设计扰动观测器和控制器。针对系统中的非线性因素,采用RBF神经网络逼近系统的数学模型;在建立系统跟踪目标模型的基础上,根据LMI设计扰动观测器对控制器进行多余力的补偿,利用李雅普诺夫函数证明扰动观测器和控制器的收敛;在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型,分析扰动观测器和RBF神经网络在不同工况下对系统相应量的精准估计,且误差均满足所设定的性能指标,同时与PID控制相比较,证明所提控制策略的控制性能更优。

基于内电势幅值/频率和网络有功/无功电流工作点的变换器并网交流系统小扰动线性化方法

当今电力系统不明机理的振荡问题频发,亟需回归振荡的能量交换本质以认识和分析系统动态过程。系统受扰后设备将根据输入和输出有功/无功功率或电流不平衡调节内电势频率和幅值,进而调节网络中各设备端口有功/无功电流及设备输出功率。在此闭环动态过程中内电势幅值/频率对应的设备储能与有功/无功电流对应的网络储能将在一定水平上彼此交换。因此,系统动态分析的工作点和相应的小扰动数学关系应当基于表征系统储能水平的内电势幅值/频率和有功/无功电流来进行确定和构建。然而,现有研究仍然缺乏对交流系统动态过程能量内涵的认识,目前尚未从能量角度开展认识和分析交流系统动态过程的相关工作。鉴于此,该文旨在提出基于内电势幅值/频率和有功/无功电流工作点的交流电力系统小扰动线性化方法。首先以变换器并网交流系统为例,从系统基本结构及其传输有功/无功的闭环运行原理出发,通过阐述在系统受扰后内电势幅值/频率和有功/无功电流不断迭代更新的闭环动态过程中变换器和网络在一定储能水平上相互交换有功/无功的机制,明确内电势幅值/频率和有功/无功电流的稳态直流量是交流系统的工作点,并澄清其所蕴含的有功/无功存储水平物理内涵。基于内电势幅值/频率和有功/无功电流工作点,该文提出描述变换器/网络的内电势幅值/频率和有功/无功电流间的激励-响应小扰动非线性关系及其线性化的物理认识和相应的线性化方法,然后结合仿真说明系统小扰动线性化关系的适用性,最终阐释小扰动初期交、直流电气量的动态演化行为。

基于扰动观测器的双容液位系统RBF神经网络滑模控制

针对双容液位系统存在的外部扰动、模型参数不确定等问题,设计了一种基于非线性扰动观测器(nonlinear disturbance observer,NDOB)的径向基函数神经网络滑模控制(radial basis function neural network sliding mode control,RNNSMC)方法。建立双容液位系统数学模型,采用积分型滑模面来提高系统的鲁棒性,在常规积分滑模控制的基础上,通过RBF神经网络(RBF neural network,RNN)对系统的非线性函数进行逼近,并设计非线性扰动观测器估计外部扰动,选用Lyapunov稳定性判据证明了控制策略的闭环稳定性。仿真结果表明,所提控制策略与积分滑模控制(integral sliding mode control,ISMC)方法相比,不需要精确的数学模型,且控制精度更高,抗干扰能力更强。

基于广东数值天气预报模式产品的扰动天气图系统

数值预报模式产品已成为当前各地气象台短期天气预报中的重要参考信息。我国各级气象台站都建立了多模式产品的一体化显示平台。但是,业务化平台上绘制的仍然是传统天气图。近十年来,为了更方便预报员客观地从中识别各种类极端天气,北京大学发展的基于欧洲中心全球模式产品的扰动天气图制作方法已经应用于对国内外多种类极端天气的大量个例分析,得到了国内外同行的认可。在前期工作的基础上,新近发展了基于广东区域模式(CMA-GD)产品的扰动天气图绘制系统。但是,与欧洲全球模式相比广东区域模式具有完全独立的非静力平衡状态偏差特征,并且不同模式系统之间的系统偏差也不一致,因此提出了一套生成区域模式自有扰动天气分析数据的基本方案,以减小模式系统性误差和气候漂移造成的虚假天气扰动信息,更有效地展现模式中的扰动天气系统特征细节。针对该系统网页端输出结果,实际应用台风个例介绍区域模式扰动天气图分析、使用方法。结果表明:相比于欧洲中心全球模式产品生成的扰动天气图,基于本地化模式数据生成的扰动天气图能够展示更多区域模式独有的物理量非静力特征时空特征。希望能帮助读者认识扰动法并熟悉扰动天气图在日常天气预报业务和天气过程复盘总结中的应用。

含跟网型储能的新能源多馈入系统小扰动电压支撑强度分析

储能正常工作时包含充电和放电两种运行模式,导致多储能变流器和多新能源变流器构成的多馈入系统工作点多变,加剧了系统小扰动同步稳定性分析的困难程度。为此,该文聚焦锁相环主导的小扰动同步稳定问题,首先,推导了兼顾储能充/放电运行模式的电网强度评估指标广义短路比,并提出了基于广义短路比及设备临界短路比的系统电压支撑强度分析方法,进而实现了系统小扰动同步稳定裕度的快速评估;然后,探究了跟网型储能变流器的充/放电运行模式对系统小扰动同步稳定裕度的影响规律,并根据矩阵联锁特征值定理论证了跟网型储能变流器工作在充电模式时,系统的小扰动同步稳定裕度高于放电模式;最后,基于仿真算例验证了所提系统小扰动同步稳定性分析方法的有效性。

电气化铁路“车-网”系统串/并联双模式宽频谐波扰动产生装置设计与测量方法

精确测量动车组与电力机车(简称机车)四象限变流器(four-quadrant converter,4QC)和牵引网的宽频带阻抗特性是识别电气化铁路“车-网”系统振荡和不稳定问题的重要途径。然而,已有研究采用单一电压/电流扰动注入方式对牵引网或机车4QC阻抗进行测量,可能造成部分谐波扰动流向非目标测量对象,导致被测对象的谐波扰动信噪比低,影响阻抗测量精度。因此,该文提出一种适用于电气化铁路“车-网”联合系统的串/并联双模式宽频谐波扰动产生装置与阻抗测量方法,装置具有电压和电流两种工作模式,可以发出频带为1~3000Hz的宽频谐波扰动。扰动产生装置拓扑主要由多绕组降压变压器、谐波功率放大单元、并联LC谐振电路和反串联绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)模块等部分构成,结合双闭环dq解耦控制和载波移相开环脉宽调制(pulse-width modulation,PWM)控制策略,实现频带双边可控、幅值可控且分布均匀的大功率谐波扰动输出。最后,利用MATLAB/Simulink仿真和RT-Lab硬件在环实验验证该文串/并联双模式宽频谐波扰动产生装置设计方案及阻抗测量方法的正确性与有效性。

基于LMI的水轮机调节系统扰动观测状态反馈控制策略研究

为进一步提高水轮机的调节性能和控制精度,针对水轮机调节系统提出了一种基于线性矩阵不等式(LMI)的扰动观测状态反馈控制策略。首先,对水轮机调节系统进行了建模,并设计了一种基于LMI的扰动观测状态反馈控制策略,该策略综合考虑了水轮机的运行状态及扰动观测值;然后通过LMI完成了该控制器的设计与分析;最后,为了验证所提控制策略的有效性和鲁棒性,通过仿真试验进行了测试。结果表明,与传统的控制方法相比,该扰动观测状态反馈控制策略可有效提高水轮机调节系统的响应速度、准确性和稳定性,且降低了系统对扰动的敏感性。

基于扰动观测的构网型柔直系统阻尼控制器设计

构网型柔直逆变器具有惯性支撑能力,可对低惯性电网进行频率支撑,但也具有类似同步发电机的振荡特性,系统受扰后构网型逆变站易参与电网振荡,导致振荡范围扩大。首先构建了构网型逆变站和受端电网的简化状态空间模型,基于奇异值分解技术研究了控制器参数、柔直并网位置以及电网惯量分布对交直流系统振荡特性的影响,确定了两区域系统中柔直的最佳并网位置。接着利用构网型逆变站对电网扰动的主动响应能力,设计了基于扩展状态观测技术的振荡阻尼控制器(disturbance observer-based damping controller,DODC),利用构网型逆变站自身的量测对交直流混联系统的关键状态进行实时估计,并利用二次型最优反馈控制实现关键振荡模态阻尼抑制。最后通过DIgSILENT/PowerFactory-MATLAB联合仿真模型对所提控制策略的有效性进行了验证。

基于LSTM算法的前馈控制系统扰动预测研究

为了提高机械自动化系统前馈控制精度,设计了一种基于长短期记忆LSTM循环神经网络的前馈控制系统扰动预测模型,并开展实验测试分析。研究结果表明:预测结果中较大间隔下形成的扰动信号序列均方根误差更低,具备更高精度;小间隔时间尺度下形成了更低峭度的扰动信号序列。经过组合预测序列结果更加趋近高占比的序列,获得更小负峭度与序列波动,降低均方根误差,达到更精确的效果。

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。

一类具有扰动非线性项和奇异项的Schrödinger-Poisson系统的多重正解

本文考虑一类具有扰动非线性项和奇异项的Schrödinger-Poisson系统的多重正解的存在性.通过扰动方法解决奇异项在零点不可微的问题,利用Ekeland变分原理和山路引理,得到两个正解的存在性.

基于扰动观测器的终端滑模混沌系统控制

研究了一类基于扰动观测器的终端滑模混沌系统控制问题,利用扰动观测器估计了由系统中不确定项组成的混合扰动。通过构建终端滑模面保证了跟踪误差在有限时间内到达原点。运用Lyapunov函数证明了所设计控制方法能够实现误差系统稳定的结论,通过数值仿真证明了方法的有效性。

具有外部扰动的奇异非线性多智能体系统的事件触发跟踪控制

针对Lipschitz非线性奇异多智能体系统的事件触发跟踪控制问题,研究了系统在具有外部未知扰动条件下的领导跟随一致性。引入基于采样数据的事件触发函数,有效利用了网络带宽和通信能量,并避免了Zeno行为发生。使用相对输出信息的扩展状态观测器,提出了一种分布式控制协议,在此协议下系统实现领导跟随一致性,并利用奇异系统理论和Lyapunov稳定性方法进行了分析和证明。最后,通过仿真实例验证了所提出方法的有效性。