基于扩张状态观测器的双母管系统预测控制

双母管式机组较为广泛地应用于热电联产机组中,但由于多炉多机和2根大容量母管互相影响,导致热电负荷跟踪不及时,母管压力控制自动化水平较低。为此,针对双母管系统的非线性、强耦合、大迟延特性,设计了基于广义扩张状态观测器的多模型预测控制(generalized extended state observer based muti-model predictive control,GESOMMPC)方法。首先,建立了基于间隙度量(gap-metric)的多模型控制对象用于逼近非线性系统;其次,设计了扩张状态观测器估计系统耦合的集总扰动,并作为前馈信号输入到预测控制器中;最后,设计基于扰动前馈的多模型预测控制器实现对双母管系统的控制。实验结果表明,相对于PID方法,所提方法在满足电热负荷的同时,可以在允许范围内保持母管压力稳定,且动态偏差更小,过渡过程时间更短。

基于间隙度的变换器早期故障诊断方法

变换器早期故障特征微小,极易被电网复杂工况信号淹没,因此早期故障诊断可以避免电力系统故障发酵,保证供电安全。但传统基于电流、电压残差信号的方法难以实现早期故障诊断。引入间隙度作为一种新的度量工具,可以由系统间内部距离描述早期故障。通过卡尔曼滤波器观测的输出状态可以建立早期故障模型,将模型间的间隙度作为早期故障诊断特征,由系统内部衡量故障偏差,进行故障类别和故障强度诊断,提高系统稳定性。通过仿真实验搭建变换器模型,验证以间隙度为度量工具实现变换器早期故障诊断的有效性,通过与传统残差阈值方法比较,本文方法可以有效提高变换器早期故障诊断灵敏度同时降低误判率。

gap度量下线性时变系统的最优鲁棒性

本文主要研究了离散时间线性时变(Linear time-varying,LTV)系统中基于gap度量的鲁棒性优化问题,该问题涉及最大稳定性边缘的计算。借助套代数中算子的内外因子分解方法,推导出了最大稳定性边缘的公式,并证明了一致渐近时不变LTV系统最优控制器的存在性。

基于间隙度量的鲁棒LPV控制律设计

针对高超声速飞行器飞行包线范围广和模型参数不确定性大的问题,提出了基于间隙度量的鲁棒线性变参数(LPV,Linear Parameter-Varying)控制律设计方法.该方法将间隙度量引入LPV控制器设计中,提出了基于最优间隙度量的凸分解策略,并将其应用于多胞顶点的分解和鲁棒LPV控制器的自增益调参,以降低控制器的保守性;考虑模型的参数不确定性求取多胞LPV系统的顶点模型并设计顶点控制器,以提高顶点边界附近LPV控制器的鲁棒性;以某型高超声速飞行器为对象设计了鲁棒LPV控制器.仿真结果表明:该方法能降低大包线内控制器的保守性,实现高超声速飞行器在整个设计包线内精确的指令跟踪,并且在模型参数存在大的不确定性情况下仍保证系统的鲁棒性能和稳定性.

航空发动机全包线鲁棒变增益LPV控制律设计

提出了一种结合多胞形鲁棒变增益控制综合技术和基于系统广义距离的调度策略的航空发动机全包线控制方法。利用雅克比线性化方法获得包线内多点的发动机线化模型,将这些点作为多胞形模型的顶点,并利用多胞形鲁棒变增益控制综合技术设计顶点控制器。引入能够反映系统广义距离的间隙度量来计算包线内其他点的凸分解系数,结合顶点控制器实现全包线内发动机中间状态高压转速控制。全包线内的仿真结果表明,采用该控制方法能够满足航空发动机中间状态控制要求,具有较好的鲁棒性和跟踪性能,同时保证了控制器在全包线范围的稳定性。

一种锅炉系统模型分析及其非线性控制

文中从控制系统设计的角度,对锅炉系统模型进行全面分析,并应用非线性控制方法,解决大范围、全工况、多扰动优化运行。首先分析线性化模型的可控可观性、非最小相位特性、基于相对增益矩阵的耦合性、配对策略和基于相对非线性测度的非线性度等,认为该非线性锅炉模型是控制器设计和控制算法评价的标准问题;然后给出状态反馈线性化设计步骤、控制系统结构和鲁棒稳定性的理论保证;最后,仿真验证该非线性控制策略具有良好的设定值跟踪性能,对外扰和负荷扰动以及参数摄动均具有鲁棒性。

中继卫星H_∞姿态稳定控制研究

主要研究中继卫星H∞回路成形姿态稳定控制问题。中继卫星具有弱阻尼的柔性模态频率和晃动模态频率,并且模态频率具有不确定性,同时系统增益也存在有较大的变化。首先利用拉格朗日方程建立了该卫星的动力学方程,描述了系统存在的结构不确定性,然后设计了H∞回路成形控制器。在设计过程中,首先提出了控制系统所需要满足的鲁棒稳定性和鲁棒性能指标;随后利用H∞回路成形理论设计了卫星的姿态稳定控制器,利用ν间隔度量方法对所设计的控制器进行了降阶处理,并且对所设计的控制器进行了鲁棒稳定性和鲁棒性能分析;最后通过数学仿真证明了所设计的控制器的有效性。

ν-gap度量及其在飞行控制律评估中的应用

传统控制律评估方法主要用于单输入单输出(SISO)系统,且对模型参数摄动考虑不够全面,针对这些不足,研究了ν-gap度量方法。在介绍系统广义稳定裕度相关概念的基础上,给出了ν-gap度量的定义、特点和性质以及近似摄动模型的计算,提出ν-gap度量评估控制律的步骤。实例结果表明,该方法不仅克服了上述传统评估方法的缺陷,而且还有根据所求的各摄动影响情况忽略影响小的元素,以减少计算量及可以找到最坏情况下的参数摄动组合等优点。

鲁棒稳定后推控制设计

研究严格反馈形式系统的鲁棒稳定控制问题.考虑输入噪声、测量噪声以及控制对象扰动的情况,通过非线性距离度量框架结构,建立了鲁棒稳定后推控制设计方法.作为应用,考虑一个时滞的二维系统,得到了闭环系统对时滞的鲁棒稳定性.

一种基于系统安全性差距分析的风险评估尺度和方法

本文提出一种基于信息系统安全性分析来定量计算信息安全风险的度量尺度,差距分析方法及相应的评估流程.通过差距分析法,可以定量地度量信息安全目的和安全现状的在安全保障控制措施和安全保障能力两方面差距,从而改进对信息安全的分析和设计以及如何提升信息安全保障能力.通过本文定义并计算整体信息安全风险度量尺度,还可以计算不同安全控制措施的产生的安全边际效益,进行安全投入产出效益分析.这种可计算的信息安全风险评估尺度和方法的有效性在实际工程中得到应用与检验.

关于SISO系统间隔度量的应用问题

研究了间隔度量摄动的最优鲁棒反馈镇定及其应用问题，给出了ＳＩＳＯ 系统间隔度量的一个下界取最大值时的充要条件及对应的系统幅频和相频条件；然后利用该下界对间隔度量应用中的保守性进行了分析． 所得结果为补偿间隔度量在应用中的保守性提供了依据．

H_∞ 控制理论在鲁棒控制中的应用

从历史发展的角度回顾了鲁棒控制理论的发展及存在的问题，介绍了Ｈ∞控制理论在鲁棒控制中的发展及其取得的成就，同时介绍了这一领域的其它研究方向和新的进展，并对它们研究的内容。

多变量鲁里叶系统鲁棒输入、输出稳定性的Gap度量界

本文讨论了多变量鲁里叶系统鲁棒输入、输出稳定性问题，文中利用Gap度量作为系统中非结构型摄动的测量手段，给出了当系统线性部分的摄动量的Gap度量满足某种估计式，同时非线性部分的扇形斜率也受到某种类型摄动时，闭环系统仍能保持稳定的若干充分条件．

基于时延神经网络的风电场集总调压动态建模

风电场并网调压依赖于场内风电机组无功支撑能力,而机组分散运行及其工况差异使场级集总调压动态表征面临很大挑战,不利于场级调压特性监测及调压控制器的改进设计。针对这一问题,本文基于数据驱动时延神经网络算法提出一种风电场全工况下集总调压特性动态等值建模方法。首先,基于风电场集总调压原理及策略分析明确调压响应的输入和输出,根据多工况下调压实验数据,采用传递函数、子空间辨识的线性建模及间隙测度方法评估各工况下调压动态差异度。然后,根据场级调压动态超短时响应特点,提出基于时延神经网络的全工况集总动态等值建模方法。最后,根据东北某风电场调压运行数据进行仿真验证,仿真结果表明,所提方法可高精度逼近具有超短时采样周期的场级集总调压特性,有效提升风电场并网友好性。

高超声速飞行器应用保护映射的大包线控制律

针对高超声速飞行器模型具有高度非线性和易变的动态特性,应用保护映射理论提出了一种高超声速飞行器大包线控制律设计方法.首先,结合间隙度量理论建立高超声速飞行器线性变参数(linear parameter-varying,LPV)模型,然后设计控制器结构并计算初始点的控制器参数,并根据保护映射理论分析初始控制器使闭环系统稳定的参数区间,通过迭代运算自适应地获得满足性能要求的控制器参数集合.仿真结果表明,建立的LPV模型具有良好的精确度;所设计的大包线控制律能够满足高超声速飞行器的性能要求,并且保证系统在飞行域内全局稳定.

基于间隙度量的高超声速飞行器包线定量划分

针对高超声速飞行器飞行包线划分缺乏依据、传统划分方法繁琐等问题,将能够描述模型差异程度的间隙度量理论引入到包线划分过程中,提出了一种新型包线定量划分方法.详细阐述了基于间隙度量理论的线性系统间差异度的定量计算方法;以间隙度量值为量化指标,通过分析模型全包线特性变化规律,给出了确定区域划分边界的方法,并在此基础上给出了一种基于模型差异程度最小化的控制器设计标称点选择方法.结合某型高超声速飞行器进行了验证,结果表明该方法能够提高包线划分过程的自动化程度,分区和标称点选择合理,控制效果良好.

含异步变速风机的风电场一次调频等值建模与仿真

风机参与系统一次调频目前已成为各国电网对风机并网的基本要求,但是适用于预测控制等算法的大型风电场频率响应动态特性数学描述尚未有充分研究。文中提出了参与调频前运行于最大功率点跟踪模式下的异步变速风机参与一次调频时的全风况出力响应模型,基于小信号增量法获得了不同工况下出力响应的线性化描述,与风机非线性模型对比验证了所提线性化模型的有效性和准确性。此外,在单机线性化模型基础上,基于间隙度量计算将特性相似的风机进行聚类,建立了风电场出力响应等值模型。仿真结果表明,所提等值模型在降低风电场调频模型复杂度的前提下保证了风电场频率响应特性的逼近精度。

基于故障程度的自适应优化容错控制

为了解决故障严重程度等级划分缺乏依据、传统经验直接划分可靠度不高局限明显等问题,提出一种结合间隙度量方法的故障程度等级度量标准。引入间隙度量的相关方法定义一种新的故障等级划分方法,通过这种故障等级划分方法可以直观便捷地确定故障的严重程度。根据不同的故障情况,结合预设的最优容错控制措施对故障系统进行容错控制,有效地提升了系统的鲁棒性和稳健性。设计了两种不同形式的基于故障程度的自适应优化容错控制器,并对容错控制的效果进行了对比分析,仿真实验验证了该方法的有效性,与常规容错方法相比更加灵活高效。

基于二次Lagrange插值模型的控制律设计及仿真

采用增益调参方法对飞机自动驾驶仪的纵向通道进行控制律设计。建立了二次Lagrange插值模型,研究了利用v-间隔度量方法选择工作点并设计了评价准则、以及增益调参设计的方法和原则,并采用此方法对某型号飞机进行了控制律设计和仿真,以评价该插值算法对自动驾驶仪性能和稳定性的影响。仿真结果表明,纵向自动驾驶仪的各个功能模式获得了良好的动态响应特性,满足了各项指标的要求。

一种基于数据变化率的预处理及主元分析故障诊断方法

基于深度学习的方法解决微小故障已经取得了很大的进展和很好的效果,但是前提要有充足的样本数据,在现有的情况下却难以实现.所以基于传统的数据预处理的故障诊断方法仍然有很好的必要性和现实性.主元分析(Principal Component Analysis, PCA)被广泛应用在故障诊断中,由于传统的数据预处理方法各有优势和不足,造成特征提取不准确,为此该文提出了一种基于数据变化率(Rate Of Change, ROC)的数据预处理方法以提高PCA在故障诊断中的性能指标.通过变化率变换对原始数据集预处理后,能够有效地检测系统变量中的微小故障.最后,通过仿真验证基于数据变化率的PCA故障诊断方法的可行性和有效性.