非理想条件下MMC-DVR的Lyapunov控制策略研究

动态电压调节器(DVR)与模块化多电平转换器(MMC)组合的MMC-DVR可用于解决中高电压的动态电压补偿问题。目前MMC-DVR基本采用PID等线性控制方法,而MMC-DVR为非线性系统,因而其控制效果并不能令人满意。为此,提出了针对非理想条件下MMC-DVR系统的非线性李雅普诺夫(Lyapunov)控制方法来解决此问题。首先,建立MMV-DVR的数学建模。接着,设计了非理想条件下正、负序MMC-DVR的Lyapunov控制系统。最后,通过实验验证了所提的Lyapunov控制方法用于MMC-DVR的正确性和有效性。与传统PID控制相比,Lyapunov控制方法的电压在理想、非理想的多种不同工况下都能得到很好的补偿,且系统的动态响应更快、鲁棒性更强。

三相电压不平衡下MMMC双侧Lyapunov控制策略

模块化多电平矩阵变换器(MMMC)应用于新能源海上风电直接AC/AC变换时,由于新能源发电的随机性及本身的非线性特性,在三相电压不平衡下MMMC输入、输出双侧电流常用的PID控制策略难以达到理想的控制效果,基于Lyapunov函数控制方法的控制器数量、控制复杂程度和控制效果都优于PID控制,提出了三相电压不平衡下MMMC的输入、输出双侧采用Lyapunov控制策略。根据MMMC的数学拓扑结构建立三相电压不平衡下MMMC双侧Lyapunov的数学模型,证明了其具有全局渐进稳定性,讨论了控制不精确以及参数选择问题。最后通过仿真平台对提出的Lyapunov控制策略与PID控制策略进行仿真比较,验证了所提控制方法的正确性与优越性。所提Lyapunov控制方法相较于PID控制稳定速度更快,总谐波畸变量(THD)更低,且具有强鲁棒性,对参数的变化不敏感。

不平衡电网下Y型模块化多电平换流器电流的Lyapunov控制策略研究

Y型模块化多电平换流器(Y-typemodularmultilevel converter,Y-MMC)为一种能在大功率、高压场景下实现交交变换的结构,该结构制造成本低,在海上风电领域具有良好前景。当Y-MMC在传输中受不平衡故障的干扰时,输电质量下降,特别是采用传统PI控制这类线性控制方法时存在抗干扰能力弱、响应慢、精确度低及其PI参数动态整定困难等问题,为了提高实际应用中非理想条件下Y-MMC的鲁棒性、快速性、精确性和适应性,该文提出了不平衡工况下Y-MMC低频侧、工频侧电流的Lyapunov非线性控制策略。首先,分析Y-MMC电路结构,推导出其解耦模型;然后,对电压、电流进行正负序分离,设计Y-MMC的正、负序Lyapunov控制的数学表达式;最后,在Matlab/Simulink仿真平台上进行仿真分析,并把该文所提的Lyapunov控制与常规的PI控制相比较,验证了该文所提Lyapunov非线性控制方法用于不平衡工况下Y-MMC控制的可行性和优越性。

电网不平衡下基于SGSC和Lyapunov控制器的DFIG协调控制

针对双馈异步发电机(DFIG)风电系统在电网电压不平衡时存在的问题,提出了一种改进的基于DFIG风电系统的协调控制策略,可以很好地解决这些问题。该控制策略的创新之处在于把串联网侧变换器(SGSC)与Lyapunov控制2种结构结合在一起。其中,SGSC可抑制系统输出功率2次谐波脉动,Lyapunov控制可提高系统控制性能。该策略实现了4种控制目标,即直流母线电压恒定、电网侧的有功、无功无2倍频谐波和电网侧的电流无负序分量,且还实现了定子和转子的电流平衡,DFIG输出的功率和电磁转矩无2次脉动。软件仿真平台和硬件实验平台上实验结果验证了本文所提协调控制策略具有响应速度快、鲁棒性强、控制参数少等优点。

无源网络接入B2B型MMC-HVDC的Lyapunov控制策略研究

模块化多电平变流器(MMC)用于高压直流输电(HVDC)系统中时,通常采用PI控制方法,但这种策略存在参数选取繁杂、动态性能较差的缺点。为了提高高压直流输电(HVDC)系统的动态性能、简化参数选取,提出背靠背(B2B)型模块化多电平变流器-高压直流输电(MMC-HVDC)系统的Lyapunov控制策略。首先,建立B2B型MMC-HVDC数学模型;然后,设计Lyapunov函数控制策略;其次,在控制部分加入环流抑制、移相载波调制等,以完整地实现系统功能;最后,在Matlab/Simulink平台上验证了Lyapunov控制策略具有参数选择容易、动态性能优良的特点。

基于Lyapunov控制方法的量子C–NOT门的实现（英文）

本文研究了量子C–NOT门的制备.Cartan分解和Lyapunov控制方法用于设计实现C–NOT门的两个量子位操作的控制手段.数值仿真实验表明,针对所设计的控制律,若给定合适的控制参数,每个单量子比特旋转在所考虑的轴周围具有较小的偏差,并且在1.68 a.u.

利用Lyapunov控制实现原子间分数量子态

提出了一个利用Lyapunov控制方法在4×4光晶格内实现分数量子态的理论方案.通过优化控制场,使保真度达到一个较高的稳定值,并且控制场对系统所产生的不确定度具有鲁棒性.该控制方案可以推广到n×n光晶格系统中,并且可为研究多体系统中的强相互作用提供依据.

基于Lyapunov控制的双向DC/AC变换器研究

为增强逆变器的抗扰动能力和负载动态特性,提出了基于Lyapunov稳定性理论的控制策略,Lyapunov二次函数是在双向DC/AC变换器平均模型的基础上建立的,得出满足系统稳定性的控制方程,并设计了占空比反馈控制器,该控制器可以用作输入反馈信号来跟踪参考输出电压并降低Lyapunov控制器的压力。此外,对逆变和整流两种工作状态进行了仿真验证,最后通过实验验证了所提控制器的优越性能。

基于Lyapunov控制的多约束模型预测控制方法

有限集模型预测控制最大优势在于目标函数增加约束灵活,但加权系数难以确定及多约束间的耦合效应导致的不稳定现象大大限制了其应用。针对这个问题,提出了基于Lyaponov控制的多约束模型预测控制方法,该方法首先通过Lyapunov控制实现对主约束输出电流的控制,再根据开关转换次数约束项的轻重自由设置加权系数,然后通过目标函数最小化实现多约束协同控制。仿真结果表明所提出方法实现了输出电流、开关转换次数的多约束模型预测协同控制,并对加权系数有良好的鲁棒性,在加权系数偏差高达10倍时输出电流THD仅为5.63%。

时间模糊开关控制的自旋系统Lyapunov控制

研究了自旋1/2系统的量子态控制问题。首先通过分析量子系统状态的轨迹演变误差,利用模糊开关控制对所研究的量子系统状态进行模糊控制,其次根据量子克隆的思想,对控制后的量子态进行复制,进而对克隆得到的量子态进行测量,将测量结果反馈到控制系统中,最后在一个给定的误差范围内得到系统控制的目标态。

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。

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。

基于时变障碍Lyapunov方法的非线性多智能体系统的一致性控制

针对不确定非线性多智能体系统(MASs),采用基于时变的积分型障碍李雅普诺夫函数(IBLF)的方法,提出了一种实用的固定时间下的一致性控制框架。利用BLF的鲁棒性来解决未知非线性问题,而不是采用模糊逻辑系统/神经网络逼近,IBLF作为该方法的一个突破,是对状态变量的直接约束,其中特殊函数约束(其约束边界与状态变量和时间都有关)是更为新颖的研究内容。在控制器设计过程中通过插入了一个分段可微的位移函数来预先指定状态变量收敛并达到全局一致的逼近时间,并且结合IBLF可以对状态变量的初值条件进行拓展,保证了对于任意初始输出状态,所有智能体的输出都能实现实际的固定时间一致跟踪,并且闭环系统中的所有信号都是有界的。

基于Lyapunov控制策略的光伏储能型qZSI控制系统

光伏发电采用储能型准Z源逆变器(quasi-Z-source inverter, qZSI)能够降低功率波动,但非线性储能型qZSI常采用线性PI控制策略,难以达到理想的控制性能,为此提出基于非线性Lyapunov控制的储能型qZSI控制系统。首先,为满足负载功率要求,设计出储能单元能量管理系统;然后,根据Lyapunov理论为储能型qZSI系统设计出能量存储函数和控制律,并选取合适的Lyapunov控制增益;最后,在Matlab/Simulink仿真平台上,在4种不同工况下对所提Lyapunov控制与传统PI控制两种控制系统做了控制性能实验仿真比较,结果表明所提Lyapunov控制系统的响应速度更快、控制精度更高、鲁棒性更强。

基于切换系统的独立微电网稳定控制设计

独立微电网是一个复杂的非线性系统,为解决典型光储柴独立微电网在能源约束下存在控制单元切换的问题,提出将非线性切换系统理论应用到主从控制下的主控单元切换问题上。首先,当主从控制下的储能系统和柴油发电机分别作为主控单元时,将它们视为两个子系统,建立非线性切换系统模型。然后,应用多Lyapunov函数法分析切换系统的稳定性,同时利用backstepping方法分别设计子系统的非线性控制器,保留系统的非线性特征。最后,采用美国国家能源实验室开发的仿真软件中的硬充电策略作为切换策略,保证切换过程中系统的稳定性。通过MATLAB仿真证明了所设计方法的有效性。

考虑状态受限和一致性的微电网二次控制

为解决交流微电网下垂控制产生的偏差问题,本文采用二次控制对分布式电源输出电压和频率进行调节.将微电网看成分布式多智能体系统,智能体间通过稀疏网络进行通信,运用多智能体一致性协议,本文提出一种基于障碍Lyapunov函数和自适应模糊系统的二次电压和频率控制器.采用障碍Lyapunov函数设计控制器,不但能保持系统的稳定性,还可使输出的电压和频率限制在预设的范围内.采用自适应模糊系统可对系统中的一些参变量的变化进行估计,提高了控制器的鲁棒性.本文给出了严格的稳定性证明.通过对负载变化,以及拓扑结构改变等的仿真测试,验证了所提方案的有效性.

可再生能源高渗透下时滞孤岛微电网的负荷频率控制

针对孤岛微电网系统中大规模接入可再生能源导致的低惯性和开放通信网络中通信延迟对系统稳定运行造成的不可忽略的影响,该文研究变时滞影响下低惯性孤岛微电网系统的负荷频率控制问题。首先,提出一种引入虚拟惯性控制的时滞微电网分层频率控制模型;然后构造一个新的Lyapunov-Krasovskii泛函,它包括时滞乘积项和增广的s-dependent积分项。进而,选取复合松弛积分不等式、二次函数不等式和凸组合等方法与所构造泛函有效配合,得到保守性更低的稳定性判据。最后,通过不同场景的仿真分析验证所提方法在提高孤岛微电网时滞稳定裕度和系统动态性能方面具有更好的效果,并分析了时滞稳定裕度与控制器参数、非线性负载扰动之间的关系。

计及DoS攻击和通信时滞的电力系统负荷频率控制

针对电力系统通信网络中存在的时滞和DoS攻击现象,本文提出了基于采样特性的电力系统离散负荷频率控制方案。首先,计及电力系统负荷波动的情况,在多区域电力系统负荷频率控制系统(LFC)模型的基础上,将通信网络中DoS攻击的危害量化为采样信号连续丢失数,并分别考虑通信网络中通信时滞和输出信号采样特性,建立包含输出状态反馈控制器的电力系统LFC模型。其次,基于此模型,利用含有控制命令更新周期、DoS攻击导致的最大采样信号连续丢失数、通信时滞、H_(∞)稳定指标的双边闭环Lyapunov泛函、LMI技术,提出LFC系统满足一定H_(∞)指标的稳定准则,并给出离散状态输出反馈LFC控制器的设计及求解方法。最后,本文以单区域和双区域LFC系统为例进行了仿真验证。结果表明:与已有文献方法相比,本文方法在保持系统H_(∞)渐近稳定前提下,能够容忍更大的通信时滞,且结果的保守性更低;同时可以看出本文所设计的控制器在保证H_(∞)稳定性能的基础上,对一定能量限制的DoS攻击具有弹性的防御性能。因此本文方案的有效性和优越性得到了验证。

不确定电液伺服系统的时变输出约束自适应滤波控制

针对电液伺服系统位置跟踪控制中存在的输出约束和不确定性问题,提出一种基于正切型时变障碍Lyapunov函数的输出约束自适应滤波控制方法。构造具有时变约束边界的正切型时变障碍Lyapunov函数,通过时变边界函数的参数设置,使系统输出具有较好的瞬态和稳态性能;设计径向基函数(RBF)神经网络及权重自适应学习律,在线逼近由模型不确定性和未知干扰组成的复合干扰,并将逼近值用于反馈控制;采用二阶指令滤波反步法设计状态反馈控制律和误差补偿机制,避免反步设计中“计算爆炸”的问题,同时消除滤波误差,提高系统位置跟踪精度;依据Lyapunov稳定性理论证明闭环系统中所有误差信号的收敛性。仿真结果表明:系统的稳态误差在所提方法下约为3.48×10^(-8)m,相比于其他控制方法,跟踪误差始终约束在时变的约束边界内,跟踪精度和控制性能均得到提升。