不平衡电网电压下MMC-UPQC的Lyapunov函数控制方法

统一电能质量控制器(UPQC)结合模块化多电平换流器(MMC)而成的MMC-UPQC系统能够解决高压下电能质量问题,但目前MMC-UPQC常用PID等线性控制来补偿电流和电压,但因MMC-UPQC为非线性、多变量对象,因此,PID等线性控制难以得到满意的补偿效果。为此,提出将非线性Lyapunov函数控制用于MMC-UPQC电流和电压的补偿控制。首先,对不平衡电网下MMC-UPQC进行数学建模;接着,对不平衡电网下MMC-UPQC的电气量进行正负序分离;然后,将提出的Lyapunov函数控制用于不平衡电网下MMC-UPQC的电能质量补偿,并证明了Lyapunov函数控制系统的稳定性,推出了Lyapunov函数控制增益的稳定范围;最后,在仿真系统平台上对Lyapunov函数控制和传统PID控制两种方法进行仿真实验比较,仿真结果验证了Lyapunov函数控制方法能够更好地补偿MMC-UPQC电流和电压的电能质量。

非理想条件下MMC-SAPF的Lyapunov函数控制策略

模块化多电平变流器(MMC)逐渐被应用于并联型有源滤波器(SAPF)。针对电力系统的非理想运行状态,提出了一种基于Lyapunov函数的正负序分离的控制策略,该控制策略可根据SAPF的容量灵活地选择补偿信号。首先根据MMC型SAPF(MMC-SAPF)的数学模型,建立经正负序分离后MMC-SAPF的Lyapunov函数控制器模型,选择最优控制增益;其次加入适用于电网非理想条件下的准比例谐振环流控制、电容电压控制器以提高系统性能;最后基于MATLAB/Simulink软件仿真平台和硬件实验平台,分别在理想、非理想条件下验证了所提Lyapunov函数控制策略对MMC-SAPF的有效性和优越性。仿真和实验结果表明所提Lyapunov函数控制策略能够快速、准确地补偿电流谐波,具有调节参数少、鲁棒性强、控制精度高等优点。

具有非光滑Lyapunov函数控制系统的反馈控制器设计及仿真

研究了Lyapunov函数为一类非光滑函数——极大值函数时,控制系统反馈控制器设计中的数值计算问题,并给出了对系统进行分段常数反馈控制的具体实现方法和步骤.仿真实验结果表明了该控制方法的可行性和有效性.

MMMC两侧电流基于Lyapunov函数的控制策略

分频传输系统(fractional frequency transmission system,FFTS)是一种海上风电电能传输方案,FFTS中最为关键的装置为大功率AC/AC变换器,而模块化多电平矩阵变换器(modular multilevel matrix converter,MMMC)是一种高电压、大功率AC/AC变换器。针对MMMC输入输出两侧的电流控制,目前一般都采用传统PI控制,其控制参数多且控制效果不理想,而基于Lyapunov函数的控制策略的控制器数量、控制复杂程度和效果都优于PI控制,因此提出了MMMC输入输出两侧电流的Lyapunov函数控制策略。根据MMMC的拓扑结构,推导出MMMC输入输出两侧电流解耦模型,再结合Lyapunov函数控制理论,推导出MMMC输入输出两侧电流的Lyapunov函数控制的数学模型,证明了所提控制具有全局渐进稳定性,讨论了Lyapunov函数控制的不精确以及参数选择问题。最后在MATLAB仿真平台上针对MMMC输入输出两侧电流控制采用所提控制策略和传统控制策略分别在不同工况下进行实验比较,仿真结果验证了所提控制策的正确性与优越性。

基于隐式Lyapunov函数的弹药传输机械臂变增益超螺旋滑模控制

为提高某弹药传输机械臂在传输弹药过程中受到负载不确定性影响下的定位控制鲁棒性,提出一种新型的基于隐式Lyapunov函数变增益超螺旋滑模控制方法。建立弹药传输机械臂系统的动力学方程,并对方程中摩擦力矩及支反力矩的重要参数进行辨识,减少系统不确定性。构造隐式Lyapunov函数并设计出一种新型的变增益超螺旋滑模控制策略,通过Lyapunov稳定性理论证明闭环系统全局稳定。超螺旋滑模控制增益的变化取决于系统的Lyapunov函数,是滑模变量的可微函数,具有控制参数易调节的优势。实验结果表明:摩擦力矩及支反力矩补偿可使系统定位时间由补偿前2.659 s缩短到1.157 s,提高了系统定位性能。在不同工况下,控制方法可有效地抑制系统负载不确定性的影响,保证系统的定位稳定性。

基于新型非线性函数的动能拦截器自抗扰姿态跟踪控制

针对动能拦截器在开展空间拦截任务时,对姿态控制系统快速性、准确性和鲁棒性的极高要求,提出了一种新型自抗扰控制方法.建立了动能拦截器姿态动力学模型,并将其转换为姿态跟踪误差二阶状态方程;基于自抗扰控制器中小误差大增益、大误差小增益的思想,设计了一种新型的非线性函数;基于该非线性函数,设计了一种新型的跟踪微分器,并且优化了扩张状态观测器和非线性控制器.将指定时间收敛的预设性能函数作为跟踪微分器的期望信号,可实现姿态误差按照预设性能函数收敛到期望值,且收敛时间可预先确定.利用伪速率(pseudo rate,PSR)脉冲调制器对连续控制力矩进行脉冲调制.数值仿真结果表明本文设计的控制方法具有较高的姿态控制精度,在面临环境扰动时具有较好的鲁棒性.

基于TOPSIS优化永磁同步电机预测控制成本函数

针对多目标约束条件下,为永磁同步电机预测控制算法成本函数选择适当的权重因子,提出了一种逼近理想解排序法(TOPSIS)优化成本函数的优选顺序方法改进权重因子的选择。首先,采用TOPSIS选择一个最接近理想控制动作的正解和最远离理想控制动作的负解,对成本函数中的控制变量进行优先级排序,以确保在每个采样持续时间内选择最佳控制措施。其次,根据上一时刻的最优控制状态,将预测的下一个切换时刻状态用于成本函数优化,从而减少了预测控制算法的计算持续时间。仿真和实验结果表明:与传统预测控制方法相比,基于TOPSIS的预测控制在具有较小开关频率的稳定操作下降低了电磁转矩和磁链的纹波,并且能够有效抑制电流脉动,降低算法的复杂度和计算量,提高了永磁同步电机控制系统在实际中的运行性能。

单输入单输出系统分数阶预测函数控制

基于分数阶微积分理论和预测函数控制理论,针对一类单输入单输出分数阶线性系统提出了一种分数阶预测函数控制方法。用Oustaloup近似法对分数阶系统近似的整数阶系统建立预测输出模型,并根据GL定义在代价函数中引入分数阶算子。该控制方法通过将控制输入结构化简化了控制器设计,引入分数阶算子增加了控制器的自由度。仿真结果表明:与传统预测控制器相比,分数阶预测函数控制器具有调节时间短、抗干扰能力强及鲁棒性强等优点,在模型失配的情况下也有较好的跟踪效果。

基于能量函数和改进虚拟同步控制的低频振荡抑制策略

随着可再生能源发电的普及和电力电子设备装机规模的扩大,电网稳定性显著降低,虚拟同步发电机(VSG)技术近年来备受关注。然而,VSG与同步发电机并网受到扰动时,VSG虚拟转子转速会发生突变,从而引起系统输出大幅度波动。为了抑制这些波动,本文提出一种基于超前滞后控制环的附加功率和惯量的VSG控制方法。通过引入能量函数的概念,得到一种新的控制策略。利用能量函数,分析VSG参数对系统低频振荡的影响,并通过调节VSG参数实现对VSG输出能量的控制,减少VSG与系统之间的能量流动,进而更好地抑制可再生能源发电系统的低频振荡。通过Matlab/Simulink和远宽半实物仿真平台证明了所提策略对可再生能源发电系统低频振荡具有良好的抑制效果。

临床实验室基于功效函数图评价Westgard西格玛规则中统计质量控制程序性能

目的 使用功效函数图对Westgard西格玛规则中统计质量控制程序性能特征进行分析。方法 根据功效函数图绘制原理,开发了临床检验定量测定室内质量控制程序设计软件,使用功效函数图对Westgard西格玛规则中推荐的质量控制程序进行模拟,结合不同西格玛质量水平对Westgard西格玛推荐的质量控制程序进行性能分析。结果 Westgard西格玛规则推荐的质量控制程序,是能满足误差检出概率和假失控概率要求的前提下相对简单的规则。结论 临床检验定量测定室内质量控制程序设计软件验证了Westgard西格玛规则中推荐质量控制程序的性能,Westgard西格玛规则图直观便捷,临床实验室可以用来推荐室内质量控制的质量控制程序。

基于Lyapunov-MPC方法的非合作目标近距离抵近控制

针对航天器近距离视线抵近同时存在轨道与姿态机动的非合作目标特定方位控制问题,提出了一种基于控制Lyapunov函数(CLF)的模型预测控制方法 (LMPC)。首先,根据视线坐标系下的轨道动力学方程,建立了满足视线指向要求的航天器相对轨道动力学模型,并推导了期望轨道的解析表达式。其次,利用MPC方法设计控制器进行在线优化控制,并通过纳入基于李雅普洛夫方法的非线性反步控制的显式特征,构建收缩约束式,以确保闭环稳定性。接着,对基于LMPC的控制方法的递归可行性和闭环稳定性进行了证明。最后,仿真结果证明了所设计的LMPC轨迹跟踪方法的有效性和鲁棒性。

基于障碍Lyapunov函数的未知控制方向非线性系统的约束鲁棒输出调节

本文研究一类不确定非线性系统的约束鲁棒输出调节问题.在具有未知控制输入方向的情况下,要求被控非线性系统的受控输出在趋近于零的同时,被限制在给定的范围内.文章结合障碍Lyapunov函数和Nussbaum增益技术,进行反馈控制器的设计.通过MATLAB仿真验证了控制算法的合理性.同时,与基于二次型Lyapunov函数设计的仿真结果进行对比,表明了控制算法的有效性.

校正函数修正的风电并网自抗扰控制系统

针对风电系统运行过程中受未知扰动影响而出现的直流母线电压波动问题,提出一种校正函数修正的自抗扰控制策略(LADRC-CF)。该方法在线性扩张状态观测器(LESO)的扰动观测通道中引入串联校正的思想,通过校正函数修正LESO对总和扰动的观测偏差,以实现更好的扰动补偿,进而达成对直流母线电压的良好控制。此外,还从理论上分析LADRC-CF的稳定性和扰动跟踪能力,在证明稳定性的同时给出部分参数的整定方法。最后,在半实物仿真平台上对LADRC-CF策略的控制性能进行测试,验证所提策略的有效性和优越性。

基于控制障碍函数的受限非线性系统安全控制研究进展

控制障碍函数能有效兼顾控制目标和安全性,成为当前研究热点之一。首先,基于非线性控制系统的复杂性介绍了一相对阶和高相对阶控制障碍函数的构造方法及其理论成果,通过各类控制障碍函数可将安全约束转化为集合前向不变性以实现系统安全控制。其次,从不同控制目标下优化问题的求解角度对基于控制障碍函数的非线性系统安全控制进行了总结。最后,基于控制障碍函数方法的可扩展性、强实时性和强鲁棒性等优点,展望了控制障碍函数方法在非线性系统安全控制领域的应用前景。

基于模糊PID型代价函数的永磁同步电机模型预测电流控制

针对永磁同步电机控制中有限集模型预测电流控制在参数失配时稳定性能和动态性能有所下降的问题,提出一种基于模糊PID型代价函数的模型预测电流控制方法。该控制方法设计了一种包含比例、积分和微分项的代价函数,将传统的电流误差作为比例项实现转速的跟踪,电流误差的积分作为积分项用来消除预测误差,预测电流的差值作为微分项减小转速纹波。同时使用加入了滤波器的模糊控制对PID参数进行动态调整。该控制方法可以在参数失配的情况下降低转速振荡,提高动态响应能力,降低参数失配对控制器性能的影响,同时保留在参数匹配时的各项性能。仿真与实验结果表明,该方法较传统有限集模型预测电流控制在参数失配时有更快的响应速度、更小的转速振荡和更好的负载突变响应。

基于共同二次Lyapunov函数的频率可控的Boost变换器切换律

针对最小型切换律开关频率过高难以应用于工程实际的问题,建立了Boost变换器CCM运行的切换系统模型,基于共同二次Lyapunov函数提出1种新的切换律。根据切换律的数学表达式,分析变换器的稳态性能及动态性能,描述该切换律对变换器开关频率的调节机制。仿真及实验表明,在该切换律的作用下,Boost变换器开关频率可控,不会出现切换系统特有的芝诺行为,且与现有控制策略相比,变换器的动态性能好,在受到外部扰动时电压波动更小,调节时间更短。

基于MVO算法与改进目标函数的电力系统负荷频率控制

针对风电并网时的随机波动功率、负荷频率控制(load frequency control, LFC)系统参数变化所引起的电力系统频率稳定问题,提出了一种基于智能优化算法与改进目标函数的互联电网LFC系统最优PID控制器设计方法。首先,分析了基于PID控制的含风电互联电力系统LFC闭环模型。其次,在时间乘误差绝对值积分(integral of time multiplied absolute error, ITAE)性能指标的目标函数中考虑了区域控制器的输出信号偏差,对优化目标函数进行改进。采用性能优良的多元宇宙优化(multi-verse optimizer, MVO)算法先计算后验证的思路,寻优获得最优PID控制器参数。最后,以两区域4机组互联电力LFC系统为例,仿真验证了基于MVO算法结合改进目标函数所获得的PID控制器,比基于MVO算法所获得的PID控制器,对阶跃负荷扰动、随机负荷扰动、风电功率偏差扰动以及系统的参数变化,具有相对较好的鲁棒性能。并且,对控制器参数也具有相对较好的非脆弱性指标。

航空发动机控制中变权重函数阶次的仿真研究

提出一种民用航空发动机过渡过程控制方法,在含非线性补偿项的航空发动机分段线性模型基础上建立含耦合状态变量权重项的性能指标指标函数,设计变权重SDRE控制算法实现的对过渡过程的控制。在MATLAB环境下对各阶次变权重函数下的航空发动机SDRE控制算法进行仿真,仿真结果表明,变权重SDRE控制算法相比定权重控制算法可以在提升航空发动机转速响应速度的同时降低燃油消耗,同时仿真结果表明,变权重函数阶次越高时转子转速响应的上升时间越快,同时燃油流量随阶次的上升先减小再增加,最后对产生这种结果的原因进行了分析。

基于改进fal函数ADRC算法的直升机姿态控制研究

针对无人直升机姿态自抗扰控制在遇到外界扰动时,由于原自抗扰控制算法(ADRC)的扩张状态观测器(ESO)是基于传统fal函数设计而易产生抖振、收敛速度慢、超调量过大等现象。文章提出一种基于对数函数设计的lnfal函数,该函数满足“小误差,大增益,大误差,小增益,连续光滑,处处可导,原点对称”的设计原则,并对lnfal函数进行了Lyapunov稳定性证明。最后,在matlab上设计多组仿真实验与其他ADRC算法进行对比,实验结果证明在直升机姿态控制上,相较于原ADRC算法,基于lnfal函数设计的ADRC算法的收敛速度提高了32.8%,过冲降低了63.5%。因此,基于lnfal函数设计的ADRC算法在直升机姿态控制中有着更好的抗干扰能力。

基于改进f_(aln)函数的永磁同步电机自抗扰控制

针对干扰对永磁同步电机控制系统的影响,提出了一种基于改进f_(aln)函数的永磁同步电机自抗扰控制方法。设计了永磁同步电机自抗扰控制器,通过分析f_(al)函数对自抗扰控制器的影响,提出了一种限幅的改进f_(aln)函数,进而设计了扩张状态观测器,证明了改进后的观测器的收敛性。通过对比试验证明了基于改进f_(aln)函数的永磁同步电机自抗扰控制方法相对于传统自抗扰控制具有更好的抗干扰性能。