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。

基于PCHD模型的柔性直流输电鲁棒控制

基于柔性直流输电系统的数学模型与端口受控耗散哈密尔顿(PCHD)方程建立了换流器三相坐标系下的PCHD模型,并导出了换流器在dq旋转坐标系下的PCHD模型,证明了换流器的严格无源性。通过配置连接矩阵与阻尼矩阵构造期望能量函数,并确立为Lyapunov函数。通过注入阻尼矩阵消除了换流器直流侧等效电阻对系统的影响。由期望平衡点、状态变量及互联和阻尼分配无源性(IDA-PB)控制原理设计了换流器的IDA-PB控制器。在不同的运行条件下用PSCAD/EMTDC软件对控制系统进行了仿真,结果表明所提出的控制策略具有良好的动、静态性能和鲁棒性。

基于PCHD模型的振荡浮子式波浪发电系统的无源控制

波浪能是最复杂的一种可再生能源,这一特性导致其功率控制算法的实现性差。针对这一问题,文章基于一种全封闭的振荡浮子式波浪发电系统的动力学模型,构建波浪发电系统的端口受控的耗散哈密顿模型(PCHD),并设计无源性控制器,为改善系统动态响应在无源性控制器中注入阻尼。仿真结果表明,在波浪变化条件下,该系统能实现最佳状态的快速跟踪,且有良好的动态特性。通过采用PCHD模型,使控制器设计过程具有结构性的特点,物理意义清晰,设计简单。

基于PCHD模型的三相光伏LCL并网逆变器自适应模糊无源控制研究

针对传统PI控制下三相并网逆变器的鲁棒性较差的问题,文中首先建立了基于LCL滤波器的三相两电平变流器的端口受控哈密尔顿(PCHD)数学模型,根据建立的PCHD模型采用互联和阻尼配置(IDA-PBC)的无源控制方法,设计了无源控制器,通过李亚普洛夫第二方法验证了系统的稳定性,并且为了加强对直流侧电压的控制能力,采用了模糊控制。最后,在Matlab/Simulink中搭建了基于模糊控制的无源仿真模型,验证了该控制策略的鲁棒性和有效性。

基于PCHD模型的MMC-SMES无源控制策略

模块化多电平变换器(modulemultilevelconverter,MMC)由于其模块化、灵活性的特点,与传统的两电平、三电平变流器拓扑相比具有功率等级高、谐波畸变小、开关损耗低等显著优点,因此在拥有高功率密度的超导磁储能(superconducting magnetic energy storage,SMES)系统中拥有广阔的应用前景。提出了基于MMC的SMES新型拓扑结构及其无源控制策略,可有效提高受控系统的输出电能质量和动态特性。首先,建立了MMC-SMES的数学模型及其端口受控耗散哈密尔顿模型;其次,针对其运行过程中的非线性特性,通过考虑受控系统的内外部互联结构,设计了MMCSMES的无源控制策略;然后,针对MMC运行中存在的均压和环流问题,分别采用了子模块电容电压的分级式均压控制和负序二倍频坐标变换下的相间解耦控制;最后,仿真结果验证了所提出的MMC-SMES新型拓扑及其无源控制策略的有效性。

基于PCHD模型的LCL型APF自适应模糊无源控制策略

有源电力滤波器(APF)是治理电力系统中谐波的重要手段。为了改善有源电力滤波器补偿电网侧电流的效果,提出了一种基于端口受控耗散哈密尔顿(PCHD)模型的APF的无源控制方法。首先,建立了LCL型APF系统的PCHD模型,并采用了易于实现的互联阻尼配置无源控制(IDA-PBC)方法设计无源控制器,验证了所设计控制器的稳定性。同时对直流侧电压采用模糊控制,以期提高稳定电压的能力。此外,采用了正弦幅值积分器(SAI)来获得谐波电流的基波成分,用来避免使用低通滤波器检测谐波带来的延迟。在Matlab/Simulink中构建系统的无源控制方法,仿真结果表明了所提控制方法的可行性与有效性。

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。

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。

电容中点式三相四线制SAPF基于PCHD模型的无源控制策略

针对三相三线制并联型有源滤波器（SAPF）在电网不平衡时需对正、负、零序分量进行分别控制等缺点,选择电容中点式三相四线制SAPF为研究对象,同时利用其无源性提出一种基于端口受控耗散哈密顿（PCHD）模型的非线性无源控制策略。首先,根据被控对象在dq0坐标系下的数学模型得到其PCHD数学模型;然后,采用互联和阻尼分配（IDA）法设计了SAPF的无源控制器;最后,根据直流侧的总电压和差压对补偿电流有所影响,设计了基于PI控制的SAPF外环电压控制器。仿真及实验结果表明,所设计的基于PCHD模型的电容中点式三相四线制SAPF能够实现电网平衡/不平衡情况下的电流低谐波、直流侧电压稳定及中点电压平衡;同时,与传统的双环PI控制策略相比,具有较好的补偿效果和响应速度。

基于PCH模型的船舶动力定位控制器设计

针对船舶动力定位控制器设计问题,将水面三自由度船舶模型转化为端口受控哈密尔顿(Port-controlled Hamiltonian,PCH)模型,基于无源性理论分析系统的稳定性。并且将积分环节引入控制器的设计中,提高系统抗干扰能力,采用反推法逐步求得总控制力矩。最后对设计的控制器算法进行MATLAB仿真,分别在无外界环境干扰、有外界环境干扰以及是否加入积分环节等条件下进行分析对比,结果显示在有无外界环境干扰下仿真曲线均能在有限时间收敛稳定,加入积分环节后所得曲线更加平滑,起到了抗干扰的作用。仿真结果验证了算法的有效性。

基于PCH理论的无速度传感器电机调速控制

从能量角度入手,利用能量成型理论实现对交流异步电机的高性能控制,端口受控哈密顿控制理论就是其中的一种,其在电机控制中的应用可以取代传统矢量控制的思想。先建立其交流异步电机的耗散哈密顿数学模型,再以端口受控哈密顿控制理论实现电机调速控制。为了转速反馈的准确性,加入了转速估算环节,充分利用被控系统已有的结构,直接比较给定的电磁转矩和估算的电磁转矩,运用PI闭环控制构造出转速信号。在Simulink中搭建仿真模型进行实验,仿真结果表明,此控制方法对交流异步电机速度控制具有较好的静、动态性能和鲁棒性。

基于EUKF模型的PMSG系统无速度传感器控制

针对无速度传感器永磁同步发电机(PMSG)系统存在电阻摄动的问题,提出了基于增广无迹卡尔曼滤波(EUKF)模型的端口受控哈密尔顿(PCH)无源控制策略。首先建立含有电阻摄动的永磁同步发电机(PMSG)系统模型,运用PCH无源控制理论设计控制律实现系统最大风能捕获。然后将系统模型转化为由系统状态与定子电阻摄动参数组成的增广无迹卡尔曼(EUKF)模型,运用EUKF算法同时估计系统状态和电阻不确定参数,将估计结果实时传递给控制器。最后通过仿真进行验证,结果表明,该方法相比传统无迹卡尔曼滤波算法(UKF)具有更强的鲁棒性。

基于无速度传感器永磁同步电动机PCH速度控制

基于模型参考自适应(MRAS)的转速估计原理,提出了一种永磁同步电动机(PMSM)的无速度传感器控制方法,该方法以PMSM本身作为参考模型,将含有待估计参数的模型作为可调模型。根据两个模型状态变量的不同,通过一定的自适应调节机构,得到转子速度的估计值。然后利用端口受控哈密顿(PCH)系统方法,建立PMSM的PCH模型,根据最大转矩/电流(MTPA)控制原理,设计了隐极式PMSM的无传感器速度控制器。最后通过Matlab/Simulink建立仿真模型,仿真结果表明,该控制系统具有很好的转速跟踪和速度估计的性能。

永磁同步电动机的哈密顿最优控制系统

针对内埋式永磁同步电动机数学模型的非线性,基于非线性系统正交分解的端口受控哈密顿模型,采用能量成型与无源性的控制方法,设计了内埋式永磁同步电动机调速系统的控制器,并证明了该系统的稳定性。将速度控制问题转化为带阻尼系数的一阶微分方程求解问题,给出了阻尼系数的求取方法。进而提出了同时考虑逆变器电压约束和最大转矩/电流比控制的优化方法,为哈密顿控制器提供了期望平衡点。仿真结果表明该调速系统具有良好的控制性能。

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。

双级矩阵变换器驱动永磁同步电机的混合非线性控制系统

针对传统PWM变换器及PID控制器存在的很多缺点,提出一种基于双级矩阵变换器(TSMC)驱动永磁同步电机(PMSM)的混合非线性控制方案。首先,针对系统易受电网和负载扰动的问题,建立TSMC-PMSM系统整流器端口的受控耗散哈密顿模型(PCHD),证明其严格的无源性,设计TSMC-PMSM系统整流器端口的基于互联与阻尼分配(IDA)的无源性控制(PBC)器,并理论证明该闭环系统的稳定性;另外,针对转速外环PID控制器自我调节能力差的问题,利用自抗扰控制器(ADRC)非线性光滑反馈的特点,设计变积分系数PI-ADR非线性控制器。仿真和样机实验结果都表明,采用混合非线性控制的TSMC-PMSM系统具有良好的网侧性能、很强的抗扰动能力和很好的动、静态性能。

海上风电机组的无速度传感器控制

鉴于海上风力发电机组运行环境的复杂性和不确定性,不易安装速度传感器,提出一种基于Hamilton模型的自适应控制和扩张状态观测器(ESO)相结合的转速辨识理论的无速度传感器海上风电机组控制策略。首先根据海上风电机组本身的物理结构特性,建立其端口受控Hamilton结构模型;然后基于此模型设计系统的全维状态观测器得到系统的速度估计,实现系统无速度传感器控制;同时在控制器设计中还考虑外界干扰问题,利用扩张状态观测器对系统扰动进行实时观测并补偿;最后,通过Matlab进行系统仿真,验证所提控制策略的有效性。

考虑锁相环的双馈风力发电机组无源控制

为了降低大规模变速风力发电机接入电网的运行风险,需要研究风力发电机组的控制策略,增加风电对系统功率振荡的抑制能力。该文通过锁相环实现dq坐标系定向以及输出参考点频率值,考虑锁相环的动态作用建立风力发电机组和电网频率之间的端口受控耗散哈密尔顿(PCHD)模型,根据系统平衡方程求得双馈风力发电机组(DFIG)各个状态变量的期望平衡点,然后采用互联和阻尼分配无源控制(IDA-PBC)方法获得转子电压反馈控制律,从而得到DFIG机侧换流器控制和附加阻尼控制器,以改善系统的低频振荡特性,最后以单机无穷大系统和IEEE4机2区域系统为例验证本文所提方法的有效性。

风力机传动链扭转振动无源控制

以永磁同步风力发电系统为研究对象,研究基于其端口受控的哈密尔顿(PCH)模型的传动链扭转振动无源性控制(PBC)问题。首先,建立传动链的两质量块模型,并将其转化为能反映系统物理结构特性的PCH模型。然后,从系统能量角度出发,基于传动链的PCH模型,设计结构简单,调整参数物理意义明确的无源控制器。最后,在Matlab平台上进行无源控制策略与PID控制策略的仿真对比,仿真结果表明所提出的无源控制策略不仅能有效降低传动链的疲劳载荷,抑制扭转振动,还能提高输出功率的品质,且比PID控制策略有更好的控制效果。