有色噪声补偿下降阶系统状态的最优估计

在大型空间结构的控制系统设计中,降阶系统的状态估计是非常重要的环节,它直接关系到控制器的性能。针对B.Friedland的工作,本文提出了有色噪声补偿模型,在恒等变换下显式地消去了有色噪声项,利用正交投影定理仅对感兴趣的状态分量导出了无偏、最小方差估计。这组递推估计式与采用增广状态方法相比,不仅在处理容量、计算效率上有很大改进,而且是标准Kalman滤波方程的推广。注意到原系统与降阶系统之间的内在联系,本文采用随机系统分析方法,给出了在高斯、马尔可夫假设下,有色噪声模型特征参数的在线识别技术。数字仿真表明,对偏差补偿起主要作用的是有色噪声补偿模型中的驱动白噪声项,这是对B.Friedland工作的发展。

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。

一种基于PMU降阶的系统受扰轨迹预测方法

提出了一种基于同步相量测量单元(PMU)量测数据的系统降阶受扰轨迹预测方法。利用正常状态下多个不同时刻的PMU量测数据,通过最小二乘法得到降阶系统的导纳矩阵;系统发生扰动后,在每个保留节点引入非机理负荷模型来反映系统降阶过程中除保留节点外其他各个元件模型参数改变和网络拓扑变化对降阶后网络的影响,修正降阶系统;将辨识出的系统导纳矩阵与虚拟负荷模型结合已知的发电机模型,实现局部时间内的系统受扰轨迹预测。通过对10机39节点系统的仿真研究,验证了该方法的有效性。

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。

基于受扰轨迹空间解耦的直驱风电机组非线性动态降阶方法

保留风电机组主导状态变量的动态非线性降阶是分析大规模风电并网系统大干扰稳定的先决条件。为此,该文基于受扰轨迹空间解耦,提出一种适用于风电系统大扰动场景分析并保留状态变量的直驱风电机组模型动态降阶方法。首先,基于轨迹分段线性化方法提取故障后受扰轨迹。以欧氏距离为筛选标准在受扰轨迹上提取线性化点并在每个线性化点处构造局部线性化模型。然后,基于空间解耦分别建立每个局部线性化模型状态变量对主导特征根的广义参与矩阵,进而对直驱风电机组进行多时间尺度划分,并以此为基础,利用奇异摄动法建立直驱风电机组的降阶模型。最后,在改进的测试系统中从暂态响应出发对降阶模型与全阶模型的动态特性进行比较。仿真结果表明,依据该文方法建立的降阶模型具有较高的精度、计算效率和稳定性。

利用遗传算法实现时频混合最小二乘系统降阶

提出了基于H2 范数以及h2 范数的混合系统降阶准则 ,并且利用遗传算法实现了基于该准则的系统降阶 .这一方法的提出 ,避免了传统方法的缺点 ,使降阶系统达到了非常理想的性能 .通过例子表明 ,该降阶方法优于目前普遍使用的其他降阶方法 .

基于降阶组合定位系统的矿井人员定位算法

针对目前的由无线Wi-Fi定位系统与捷联惯导系统构成的组合定位系统复杂度高且工程实现较困难的问题,提出一种新的降阶微惯性测量装置(MIMU)及其降阶误差模型,并与Wi-Fi构成降阶的10维状态变量的组合定位系统。通过采用1个低精度微陀螺仪和2个低精度微加速度计作为惯性传感器设计简易MIMU的安装结构,将其与Wi-Fi定位系统组合,并用降阶卡尔曼滤波技术设计组合定位算法。仿真实验结果表明,该降阶组合定位系统定位响应速度快,定位精度高,在工程上也易于实现,适用于井下人员定位。

基于遗传算法的H_2系统降阶方法

提出了基于H2 范数的系统降阶准则 ,并且利用遗传算法实现了基于该准则的系统降阶。这一方法的提出避免了传统方法的缺点 ,降阶系统达到了非常理想的性能。通过例子表明 。

几种大系统降阶方法的研究与比较

为了对大规模电力系统进行分析计算,本文对几种大系统状态矩阵降阶的方法进行了研究与比较,考虑对系统所关心的不同固定模式进行分层降阶.在一16位机系统上进行试算,对不同模式和不同降阶方法的结果进行了分析比较.

多变量线性时变系统的求逆算法及降阶逆系统

首先将文献 [2 ]的情形推广到更具普遍意义的多变量线性时变系统 ,给出了其求逆算法并举例验证了其有效性 .然后 ,通过线性系统理论中的降维观测器构造方法 ,对多变量线性时变系统的降阶简化逆系统构造方法进行分析并给出证明 ,该方法揭示了可观测性矩阵的秩与逆系统阶数之间的联系 .

系统降阶的马尔柯夫参数拟合法

降阶是应用大规模动态系统的重要问题。本文提出的方法是:求出原系统大量的马尔柯夫参数,并根据应用要求确定降阶模型的阶数。然后根据由本文作者提出的准则——模型的马尔柯夫参数尽可能与原系统相一致同时模型的静态增益却应与原系统必须相等,采用最小二乘拟合法来求出降阶模型的参数。在降阶模型中引入了纯滞后,这样就能显著地提高拟合的精度。本文通过几个数例证明作者提出的方法,计算方便,拟合精度较高,可以用来解决多数高阶单输入单输出稳定系统的降阶问题。

基于非线性系统降阶的感应电动机群聚合

负荷模型对于电力系统稳定性分析结果有着重要的影响,感应电动机群聚合是综合负荷建模的重要组成部分。提出一种利用非线性模型降阶进行感应电动机群聚合的新方法。首先将感应电动机群描述成输入为母线电压,输出为等值阻抗的非线性系统,然后计算系统的经验格拉姆矩阵以及平衡变换矩阵,接着利用自适应遗传算法对平衡变换矩阵进行修正,最后应用Glarkin投影对原系统平衡截断得到低阶负荷模型。以Anderson 3机9节点系统为例,对6台参数差异较大的感应电动机群进行聚合,分析比较所提方法与其他方法得到的聚合模型在不同故障切除时间下的系统响应和临界切除时间。仿真结果表明,所提方法得到的聚合模型在不同的系统运行状态下均能较好地反映原始电动机群的特性,可以保证电力系统暂态仿真的精度。

基于秩约束逼近的系统模型降阶

针对Daniel Ankelhed在2007年根据控制器设计原理提出的降阶模型,利用秩函数、核范数、谱范数与线性矩阵不等式的相互关系,将秩约束条件转化为线性矩阵不等式,使原降阶模型变为凸优化模型。数值试验表明降阶效果良好。

基于FACT技术的高阶系统传递函数推导与降阶

为了减小高阶系统传递函数求解的复杂度,设计了一种基于快速分析技术FACT和利用时间常数表征电路特性的传递函数求解方法。用FACT求解高阶系统传递函数的低熵表达式,将其整理为零极点分离形式;对零极点表达式进行分析和约束,构造降阶条件,将复杂高阶系统近似等效为简单低阶系统;用Matlab软件进行仿真运算取得系统降阶前后传递函数的单位阶跃响应曲线,观测两个系统的动态性能,并以直流系统的混合式直流故障限流器为例进行了具体验证研究。结果表明:两条单位阶跃响应曲线趋势基本一致,降阶后的系统能较好地表征降阶前的系统动态特征,即验证了FACT对高阶系统传递函数求解与降阶的有效性。

面向广域阻尼控制的电力系统降阶辨识

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。

基于TLS-ESPRIT算法和选择模态法的模型降阶研究

随着高增益励磁调节器在电力系统中的大规模应用,提高了系统的输电能力,但同时也出现了低频振荡的问题。电力系统稳定器(power system stabilizer,PSS)是抑制低频的常用方法,构建合适的电力仿真模型是设计PSS的基础。然而电力系统的详细建模往往存在阶数高、运算困难的问题。因此,提出了一种基于TLS-ESPRIT算法和选择模态法对电力系统进行辨识和降阶的方法。首先阐述了TLS-ESPRIT算法的基本原理,接着介绍了模型降阶的条件和选择模态分析的思想和方法,最后在单机系统和四机系统中验证了该方法的合理性。该辨识和降阶方法在一定程度上保留了原始全阶系统的稳态和暂态行为,降低了后续研究分析的难度,提升了效率。

平衡截断法与时间尺度法的降阶效能分析

为分析利用平衡截断法截断系统设计控制器的优势及局限,对比分析了在对系统降阶的过程中平衡截断法和时间尺度法在降阶维数的判断、截断状态的选择及截断后降阶系统频率响应方面的区别与联系。提出一种以降阶控制器控制原系统的效果来判断降阶系统对原系统的近似方法。利用平衡截断后系统与慢时间尺度系统分别设计降阶控制器。仿真结果表明,平衡截断法在截断系统状态过程中更为精细,对于加入控制后为改变其开环特性的系统,依据平衡截断法得到的降阶系统对原系统逼近效果比时间尺度法好;而对于反馈控制改变其开环特性的系统,平衡截断法不能敏感到系统特性的改变,近似效果比时间尺度法差。

Ⅱ型聚集条件下的系统模型降阶

给出系统Ⅱ型聚集条件，在系统与其Ⅱ型聚集的可控性和可观性Ｇｒａｍｉａｎｓ矩阵之积范数之差最小意义下，把系统的Ⅱ型聚集作为其降阶模型。用此方法讨论－１８阶系统的模型降阶问题。

平衡化降阶法及其在直升机增稳系统中的应用

本文介绍了平衡化降阶理论的思想、特点,并在此基础上研究加权平衡化降阶法。文章还就加权平衡化法在直升机控制中的应用给出了算例,成功地解决了对照国军标评判直升机增稳系统的飞行品质的问题。

保结构及无源性的H_2模型降阶方法

针对大规模线性系统的模型降阶问题,提出保结构与无源性的H2模型降阶方法。将原始系统传递函数进行泰勒展开得到传递函数的各阶矩,利用传递函数的各阶矩得到原始系统的传递函数与降阶系统的传递函数的H2范数表达式。根据原始系统所具有的特殊结构,运用多点二重Krylov子空间方法构造变换矩阵,从而得到原始系统在H2范数意义下的最佳降阶系统。所得到的降阶系统不仅能较好地模拟原始系统的动态行为,而且能保持原始系统的结构和无源性。数值算例验证了保结构与无源性的H2模型降阶方法是行之有效的。