基于广域测量系统的交直流系统Markov切换控制器设计

高压直流输电的附加调制功能可以明显改善交直流混联系统的稳定性。远方反馈信息的不健全和时滞的影响,严重降低了控制器的控制性能和系统的安全稳定性。而电力系统运行状态发生随机跳变时,系统的精确模型更加难以得到,系统可能由于仍采用跳变前的控制策略而失稳。通过考虑交直流混联系统的复杂动态交互行为与广域测量系统的时变时滞特性,利用全状态反馈线性化理论,建立能反映交直流混联系统实时运行状态的Markov切换模型与时滞控制模型,并提出状态转移矩阵未知条件下非线性Markov切换控制策略,设计其稳定控制器。研究结果表明,所提出的基于Markov切换模型的交直流混联系统非线性控制方法可显著提高系统的控制性能,又具有一定的时滞鲁棒性。

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。

一类不确定切换模糊系统的记忆保成本控制

针对一类具有状态时滞和不确定性的切换模糊系统,提出了该类系统的记忆保成本控制问题。利用引入系统过去的状态信息,构造有记忆状态反馈控制器,以消除系统时滞对于系统稳定性产生的不良影响。在保证成本函数指标小于某个上界及允许的不确定性条件下,结合多Lyapunov函数方法和线性矩阵不等式(linear matrix inequality,LMI)处理方法得到最终的充分条件,保证闭环系统能够渐近稳定;且得到满足设计的切换律的记忆状态反馈控制器增益。最后通过Simulink仿真验证了所提方法的正确性。

具有切换特性和免疫控制的计算机病毒传播模型

针对目前计算机病毒传播建模研究中没有综合考虑安全防护以及病毒持续更新的影响,提出具有切换特性和免疫控制的计算机病毒SEIR(Susceptible-Exposed-Infected-Recovery)传播模型。考虑安全防护措施和病毒更新的影响,构建切换型病毒传播模型,该模型由低防护子系统和高防护子系统构成。考虑免疫控制策略,构建切换脉冲型病毒传播模型。为验证模型的有效性,分别在BA无标度网络和SW小世界网络进行数值仿真,并且进行对比分析。实验结果表明:在SW小世界网络中免疫控制策略更能有效控制病毒的传播;低防护传播期与高防护传播期的比值越小,达到平稳时潜伏节点和感染节点的密度越小;病毒的更新周期越长,潜伏节点和感染节点的峰值密度越低。

智能车横向跟踪控制模式切换策略及评价方法

针对智能车横向跟踪控制算法传统切换策略中模型匹配策略总是处于激活状态,占用计算资源和运动平顺性变差的问题,设计了一种基于最小二乘支持向量机(least squares support vector machine,LSSVM)的控制模式切换策略,在不同工况下根据误差判断策略切换控制模式.从安全性、舒适性和跟踪精度3个方面构建控制效果评估函数,并根据多目标优化数学模型实时执行系统最优控制量.仿真试验结果表明:该切换策略能够保证智能车在不同工况下具有优秀的横向跟踪性能,路径跟踪偏差范围为±0.1 m,横摆角速度波动范围为±2(°)/s,jerk值的范围为±10 m/s^(3),与传统的单一控制算法相比,具有更好的跟踪精度、稳定性和舒适性.

非线性广义时滞Markov跳变系统的H_(∞)滑模控制

研究了一类转移速率部分未知的广义时滞Markov跳变系统的H_(∞)滑模控制问题.首先,对广义时滞Markov跳变系统设计了积分型滑模面,并求出对应的等效控制器.之后,构建Lyapunov泛函,通过线性矩阵不等式方法得到闭环系统随机容许且满足H_(∞)性能γ的充分条件,运用加减项方法以及引入自由权矩阵,使得到的结果降低了保守性;对滑模力学分析,设计了滑模控制器,使得系统能在有限时间内到达滑模面上.最后,通过数值算例与仿真验证了理论的可行性.

采样控制下的Markov跳变系统稳定性与安全性分析

研究针对连续Markov跳变系统的稳定性和安全性问题通过状态采样控制器保证了其稳定性和安全性。首先,与通常只考虑Markov系统的稳定性不同的是,系统的安全性问题也被考虑了。其次,系统的安全性通过引入控制障碍函数的方法得到解决。因此,系统分析及计算变得极其复杂。最后,通过设计采样控制器保证了系统的稳定性和安全性,并提供了一个有效的数值例子验证了提出方法的有效性。

微电网运行模式平滑切换控制策略研究

基于主从式控制模式的微网在发生非计划孤岛时,传统的PQ-V/F控制策略会导致微网难以维持系统的稳定运行。在分析微网运行模式切换时系统内电气量产生冲击原因的基础上,提出一种改进的储能变流器控制策略,通过在电压环中新增一个电压保持环路,配合外加电流环调节器,保证孤岛检测期间系统内的功率平衡,较好地解决了微网运行模式切换时系统内电压电流的冲击问题,实现运行模式的平稳过渡。在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型,对比分析了采用传统控制策略和改进控制策略的控制效果,验证了改进控制策略的可行性和有效性。

三端口柔性多状态开关多模式平滑切换控制策略

光伏整县推进和电动汽车快速发展造成配电网末端电压偏高等电能质量问题,基于区域柔性互联的柔性多状态开关(flexible multi-state switch,FMSS)技术成为解决方案之一。针对柔性多状态开关PQ模式与VF模式间切换的波动及冲击性问题,提出在状态跟随控制器之后添加惯性环节,并改进相位预同步环节,可实现FMSS并离网工作模式的平滑切换。针对FMSS直流母线控制端的馈线故障导致系统运行崩溃问题,提出一种引入权值调节的控制策略,可实现系统稳定运行情况下,有功控制和直流母线电压控制的平滑切换。在MATLAB/Simulink环境下搭建了三端口FMSS仿真模型,对提出的控制策略进行了仿真验证,仿真结果实现了任意馈线故障下三端口FMSS无缝转供电功能。最后搭建物理实验平台,进一步验证了所提平滑切换策略的有效性。

伺服系统状态反馈切换控制策略研究

针对伺服系统参数的不确定性问题,提出一种以速度为切换信号的切换控制策略。利用伺服电机离线数据得到非线性Bode图,根据频域特性变化区间划分系统速度区域;以速度指标作为切换条件,在模拟退火算法中引入平坦性计算,对各子系统进行参数辨识,构建伺服系统的切换模型,并解决了切换系统出现的抖振问题;最后,在给定切换条件下,设计切换模型各子系统控制器,形成基于状态观测器的反馈控制策略,保证闭环切换系统的渐近稳定性。结果表明:所提控制策略优化了系统的响应曲线,其跟踪精度提升了约4%。

执行器部分失效的鲁棒模糊容错切换控制

针对一类具有不确定性、外部扰动和执行器部分失效的非线性工业过程,提出一种鲁棒模糊容错切换控制方法。首先,构建新型多自由度T-S模糊状态空间模型,在此基础上,结合执行器部分失效的情况设计控制律。其次,给出基于线性矩阵不等式(LMI)的容错切换条件和系统稳定条件,并通过当前系统状态和稳定性条件求取其子模型的控制律及相应权值。最后,通过对连续搅拌釜式反应器的仿真研究来验证该文方法的有效性。

欺骗攻击下Markov跳变系统的不匹配量化自适应安全控制

本文研究了欺骗攻击下Markov跳变系统的不匹配量化自适应安全控制策略.在控制器端设置了一个多通道结构的量化器,且每个通道具有随时间变化的不匹配度,设计了一个自适应更新率来估计网络攻击的未知界限.接着,设计了一个由三部分组成的自适应安全控制器,基于Lyapunov理论和顶点分离技术,闭环系统随机有界稳定并满足所需的H∞性能指标.最后,通过仿真实验验证了所提策略的有效性.

计及控制切换的逆变电源并网系统故障计算方法

并网逆变电源的故障特征受控制策略影响极大,非线性特性显著,传统故障分析方法无法适用。为精确描述故障期间系统电压和电流的变化过程,该文考虑了电力电子换流器的通流能力、故障后的控制策略切换、控制系统的非线性、状态变量的耦合性等因素,提出了一种适用于描述系统时域响应的全状态变量接续求解法。通过控制系统和一次电路的数值积分和微分方程组解析的接续求解得到系统状态量的时域变化全过程。该文以构网型逆变电源并网系统为例,建立PSCAD仿真模型和数学模型,通过仿真结果与该文所提方法的计算结果进行分析和对比,验证了方法的有效性和正确性。

切换拓扑下多智能体时变编队控制方法

针对通信存在测量噪声和链路频繁断开下的多智能体时变编队稳定控制问题,基于期望编队状态、智能体自身状态和通信拓扑,提出一种切换拓扑下多智能体时变编队控制方法。首先,通过矩阵替换对系统进行降维处理。然后,应用随机微分方程理论和Lyapunov稳定性定理推导出编队系统在普通切换和随机切换下稳定的充要条件以及编队收敛指标。最后,在四个智能体构成的编队和四个备用拓扑的仿真条件下,验证了所提方法可有效保证多智能编队在切换拓扑下的稳定性。相较于普通切换拓扑,随机切换拓扑能更快地将编队误差收敛至10^(-2)以内,效率提高约34.4%。同时编队收敛指标也证实了这一结论,且编队的精确性以及应用范围也要优于普通切换拓扑。

间歇性通信下多移动机器人的分布式切换预测控制

针对间歇性通信下的多移动机器人编队,提出了一种分布式切换预测控制方法。首先,通过将切换拓扑策略描述为间歇性通信,将多机器人编队建模为一类带有路径参数同步约束项的切换系统模型,以减少通信代价。针对名义系统部分,采用分布式切换预测控制方法,给出了名义系统指数稳定的充分条件和稳定化控制器的设计方法。针对路径参数同步约束项,通过最小化具有路径参数同步约束的代价函数,给出了基于分布式预测控制路径参数同步控制器的设计方法。最后,仿真验证了所提算法能够使多移动机器人在间歇通信的条件下完成编队任务。

模式切换结合模糊PWM的气动容腔压力控制方法

容腔压力是管路系统的主要控制对象,用高速开关阀代替普遍使用的比例阀进行压力调控,可大幅降低系统成本。针对单腔双阀压力跟踪系统,提出了一种模式切换结合模糊PWM的气动容腔压力控制方法。该方法的目的是减小超调,降低调节时间,提高压力跟踪性能。首先由模糊控制器根据偏差给出占空比指令,然后通过引入PWM将开关量转换为连续量调节,进而通过快速切换开关阀的工作模式实现容腔内压力的精细化调节。仿真结果表明:阶跃响应的超调量小于0.6%,峰值时间0.15 s,调节时间0.16 s,同时能够很好的跟踪上0.5 Hz的谐波信号,与当前控制策略相比,超调量和调节时间均有明显的降低。

基于事件触发的高阶切换非线性系统的有限时间动态面跟踪控制

针对一类高阶切换非线性系统,研究了基于事件触发的自适应跟踪控制问题.首先,利用模糊逻辑系统近似系统中的不确定非线性函数.通过引入有限时间收敛的一阶滤波器,解决了由虚拟控制器重复求导所导致的计算复杂度问题.利用backstepping控制技术和公共李雅普诺夫函数方法,提出了一种自适应模糊有限时间动态面控制算法.所提出的控制方案可以保证闭环系统的所有信号在有限时间内实现有界并且跟踪误差在有限时间内收敛到原点的一个小邻域内.最后,数值例子说明了所提出控制策略的有效性.

拓扑切换下基于SO(3)的四旋翼时变编队跟踪控制

针对有向拓扑切换条件下的多四旋翼无人机时变编队跟踪控制问题,在领航-跟随策略下,利用局部邻居状态信息构造了性能约束下基于特殊正交群SO(3)的一致性控制协议。在该协议中,领航无人机的信息仅能提供给邻居无人机,且邻居无人机集合会发生变化。采用特殊正交群SO(3)空间中的旋转矩阵表征四旋翼的姿态,在此基础上设计姿态控制器,提高了编队控制的收敛速度。仿真实验表明,当有向拓扑切换的驻留时间大于固定阈值且满足时变编队跟踪控制可行性条件时,采用所设计控制律可使集群系统实现时变编队队形控制,验证了所提算法的有效性。

基于超椭球Markov的列车控制中心剩余使用寿命预测

为研究设备可用度对列车控制中心(TCC,Train Control Center)的影响和预测TCC的剩余使用寿命(RUL,Remaining Useful Life),降低TCC的故障发生率,确保车辆安全运行,构建TCC动态故障树模型。通过引入Markov理论,将其转化为Markov模型,设计了TCC可用度评估与RUL预测方法;考虑了TCC的失效率和共因失效,利用D-S(Dempster-Shafer)证据理论对失效数据作数据融合处理,得到TCC设备初始故障区间概率;在此基础上,采用超椭球模型约束设备初始故障区间概率,得到更加精确的底事件故障区间概率;画出Markov状态转移图,用矩阵推导出TCC可用度和RUL的函数关系式,且对可用度的计算还考虑了维修因素。以兰州—乌鲁木齐客运专线某TCC数据作为分析案例,用该方法计算TCC及其各设备的可用度,并预测TCC的RUL。结果表明:与通用方法相比,评估结果相同,但评估信息更丰富。

污染环境下具有Markov切换的随机食饵-捕食渔业模型及其最优收获

本文研究在污染环境中具有白噪声和Markov切换的随机食饵-捕食者渔业模型的最优收获策略.首先证明全局正解的存在唯一性,讨论种群灭绝和持久的阈值.通过构造适当的Lyapunov函数得到遍历平稳分布存在的充分条件.应用遍历方法研究模型的最优收获策略.最后,提供一些数值模拟来证明理论分析.分析表明, Markov切换可以抑制种群的灭绝,而白噪声强度和污染物浓度对最优收获策略有明显的负面影响.