基于离散状态观测器的H桥级联STATCOM无差拍控制

H桥级联静止同步补偿器(STATCOM)以其损耗低、响应快速、储能元件体积小和输出电流谐波含量低等优点,成为动态无功补偿装置发展的重要方向。通过对STATCOM工作原理及数学模型的分析,推导出无差拍控制算法。为了提高无差拍控制算法的实时性,消除参考电压滞后一拍的影响和抑制STATCOM输出电流的谐波,构造离散状态观测器对系统参考指令电流进行预测。构造离散滑模观测器对STATCOM实际输出电压进行观测,避免了通过直流侧电容电压参考值计算STATCOM实际输出电压的误差。仿真与实验结果表明,该算法可以精确地预测参考指令电流,进而提高了STATCOM无差拍控制的性能。

非仿射非线性离散系统的数据驱动二阶滑模解耦控制

针对传统二阶离散滑模变结构控制方法很难应用于模型未知系统的问题,提出了一种数据驱动二阶滑模解耦控制算法.该控制算法采用数据驱动的策略,运用系统的I/O数据,实时计算二阶离散滑模控制(2–DSMC)律.同时,运用观测器的思想,在控制器设计中引入离散扩张状态观测器(DESO),在线估计系统各回路间耦合、不确定性和外部扰动,进一步实现系统的解耦,改善控制品质.最后的理论分析和仿真结果表明,所提出的方法对于一般带有扰动和不确定性的非仿射非线性离散多入多出(MIMO)系统具有较好的解耦效果、渐进收敛的稳定性和较强的鲁棒性.

级联H桥SVG的无差拍控制

为了提高级联H桥静止无功发生器(SVG)的动态性能和跟踪精度,提出了一种改进的无差拍控制方法。首先建立了级联H桥在dq坐标系下的数学模型和离散状态方程,然后在传统的无差拍控制算法的基础上分别设计了新的状态观测器对电流和电压进行观测。在常规离散状态观测器的基础上,预先计算设置的中间变量,提前预测下一拍指令电流,从而减小控制延时。并采用了改进的重复预测算法预估输出电压以提高电压跟踪精度。最后,搭建了级联H桥SVG的MATLAB仿真模型和10 k V等级的系统试验样机,并与常规状态观测器算法进行了对比仿真实验。结果表明:与常规状态观测器相比,采用所提出的改进无差拍控制算法得到的电网电流总谐波失真(THD)数值从3.21%减小到1.18%;该算法在有效提高系统的跟踪精度和动态响应速度的同时,深度消除了采样延时所带来的跟踪滞后问题,有效提高系统的无功补偿性能。

基于无源性理论的H桥级联STATCOM非线性控制策略

采用传统的线性控制方法控制高压大功率条件下的静止同步补偿器(STATCOM)时,动态稳定性较差。因此,通过对STATCOM系统的数学模型与工作原理的分析,建立EL(Euler-Lagrange)系统模型,提出基于无源性理论的非线性控制策略,该策略可以保证系统的Lyapunov函数的稳定性。通过控制d轴有功电流维持功率单元直流侧电容电压稳定,减少系统期望平衡点数量。为了提高系统的收敛速度,对系统注入阻尼,加速系统能量耗散,并对注入阻尼的量进行了分析;构造离散状态观测器对系统参考指令电流进行预测,以消除参考指令电流滞后1个采样周期造成的影响。仿真与实验结果表明,所提控制策略具有良好的动态性能和较强的鲁棒性,有效地降低了STATCOM输出电流的谐波。

水泥磨机负荷的LPV预测控制

针对水泥磨机系统中很多变量无法直接测量的问题,提出一种基于离散状态观测器的水泥磨机负荷LPV预测控制方法。观测器的增益由水泥磨机线性矩阵不等式(LMI)求出;同时,根据水泥磨机状态观测器的反馈值及LMI求解出预测控制器的输入;采用Lyapunov函数证明水泥磨机负荷LPV预测控制的渐近稳定性。仿真结果表明,磨机负荷的误差值最终收敛到0,从而验证了该方法的可行性。

二维直线电机的无模型高阶滑模解耦控制

针对二维直线电机运动系统存在的非线性、多变量、不确定性以及强耦合作用对控制精度的影响,提出一种无模型高阶滑模解耦控制方法。以紧格式动态线性化无模型控制技术为基础,设计一种数据驱动滑模面并验证滑模面的渐进稳定性;利用高阶滑模控制思想设计高阶滑模控制律,对二维直线电机XY轴进行整体控制,减小位置跟踪误差,并进行稳定性和收敛性证明。采用自适应解耦控制策略,设计离散扩张状态观测器对系统两轴间耦合、未建模动态和未知外部干扰进行估计和补偿,进一步实现系统的解耦。仿真和实物实验结果表明,所提方案能够有效提高二维直线电机的位置控制精度。

一类未知MIMO非线性离散系统的改进自适应准滑模解耦控制

针对一类带有外部扰动的未知MIMO非线性离散系统,提出一种新型自适应准滑模控制算法.该算法基于非参数动态线性化技术,运用高阶滑模控制的思想实现带有扰动系统的二阶准滑模控制.同时,利用扰动解耦技术,在控制器的设计中引入离散扩张状态观测器(DESO)对系统各回路间的耦合以及数据模型的未建模动态进行补偿,以进一步实现多变量系统的解耦,提升控制品质.理论分析和仿真结果说明了所提出方法的有效性和可行性.

基于NOB的线性自抗扰控制在惯性参考单元中的应用

高增益的线性自抗扰控制(linear active disturbance rejection control,LADRC),应用于系统输出被噪声污染的场合时,性能会受到较大的影响和限制.针对经典滤波算法噪声抑制效果差,带宽损失严重的问题,提出利用噪声观测器(noise observer,NOB)降低LADRC噪声敏感,从而提高系统带宽的控制策略.首先,分析LADRC的频域特性和离散化效果,明确传感噪声对系统带宽的影响;然后,介绍基于NOB的LADRC实现,并进行系统内稳定性的分析;最后,针对惯性参考单元的位置环,将所提出方案与低通滤波器、预报式跟踪微分器进行对比分析.仿真结果表明,NOB能够在抑制噪声的同时,减小相位损失;硬件实验表明,引入NOB滤波的LADRC,驱动信号的RMSE降低至LADRC的20.47%,系统阶跃响应的上升时间减少56.67%,表明NOB对于降低LADRC的噪声敏感,提高系统带宽具有显著效果,具备相当的工程实践意义.