含控制器在内电力系统元件的完整结构化模型及其简化(Ⅱ):SVC、TCSC与HVDC建模应用

现代电力系统中的各元件,如发电机与高压直流输电(high voltage direct current,HVDC)、柔性交流输电等电力电子装置,均安装有控制器,当进行区域控制(或进行区域级仿真或分析)时,迫切需要含各元件控制器的完整区域模型。该文系统给出规范化建立静止无功补偿器(static var compensator,SVC)、可控串联电容补偿器(thyristor controlled series capacitor,TCSC)与HVDC元件本身模型、含元件控制器在内的元件完整模型的方法,并给出在保证微分–代数性质、保留隐动态的前提下,降低微分方程阶数与复杂性的元件简化模型,从而得到相对比较简洁的包含SVC、TCSC与HVDC等电力电子装置本身及其控制器在内的区域模型。为实时控制提供合适的区域级模型,采用的控制器(原理上)能基本覆盖当前所应用的传统的线性控制器、复杂的(可解析表达的)非线性控制器,以及神经网络逆控制那样的非解析控制器。最后还对建立的简化模型与完整模型进行仿真试验对比,验证了简化方法的有效性。

惩罚复杂诊断系统混合噪音的模糊小波分类机

针对复杂故障诊断系统特征数据中具有高斯、幅值较大、奇异点等混合噪音,设计一种分段式损失函数,构造基于小波基函数的小波核函数,由此得到一种输出为模糊数的模糊小波ν-支持向量分类机,即模糊鲁棒小波ν-支持向量分类机(FRWν-SVC).它可以有效地压制故障特征时序的多种噪音和奇异点,具有很强的鲁棒性,而且它比标准模糊小波ν-支持向量分类机(FWν-SVC)具有更简洁的对偶优化问题.最后进行了汽车装配线故障诊断的实例分析,结果表明基于FRWν-SVC的故障诊断模型是有效可行的.

含控制器在内电力系统元件的完整结构化模型及其简化(Ⅰ):建模方法与同步发电机建模应用

现代电力系统中的各元件,如发电机与高压直流输电、柔性交流输电等电力电子装置,均安装有控制器,当进行区域控制或进行区域级仿真或分析时,需要含各元件控制器的完整区域模型。但完整区域模型非常复杂,因而迫切需要能对其合理简化,既能准确描述整个区域的主要动态特性,又能大大降低微分方程的阶数,降低模型的复杂性与非线性特性。而区域级模型简化的核心和重点又在于元件级模型的简化。该系列文章建立含控制器的元件完整结构化模型(微分–代数方程形式),并给出其简化方法。不同于传统的线性化等效或主导极点简化,提出的简化方法,在保证微分–代数系统性质、保留隐动态的前提下,大大降低微分方程阶数与复杂性,为实时控制提供合适的区域级(机电暂态)模型。该文给出元件完整与简化结构化模型的一般形式与规范化构造方法,建立含各种控制器(包括传统的解析与神经网络等非解析控制器)在内的同步发电机的完整结构化模型并做模型简化,简化模型与完整模型的仿真试验对比验证了简化方法的有效性。

发动机试验台试车系统控制器开发

介绍了以嵌入式PC为硬件平台,采用NI LabVIEW嵌入式模块,以LabVIEW图形化设计平台作为编程语言进行了发动机试验台电涡流测功机控制器的设计。针对发动机试验台两输入两输出多变量复杂系统的特点,设计了优化的多回路控制器。通过实验证明:该控制器具有良好的控制品质与性能。

对带有死区的机械臂系统的快速非奇异终端滑模轨迹跟踪控制

针对带有死区的机械臂系统轨迹跟踪问题,提出了一种快速非奇异终端滑模控制方法。首先,选取基于非奇异终端滑模框架的快速非奇异终端滑模,保证了系统状态能够在有限时间内收敛到零,并且在没有添加任何辅助措施的情况下避免了控制律的奇异问题;其次,通过将原控制律中的符号函数替代成饱和函数而获得连续的控制信号,消除了抖振;最后,仿真结果验证了所提出的方法的有效性。

非线性微分-代数子系统的逆系统的构造

对于一类非线性微分-代数(Differential-algebraic equation,DAE)子系统,将非线性常微分方程(Ordinary differ- ential equation,ODE)系统的逆系统方法进行了完全扩展,首先对此类非线性DAE子系统提出的物理背景和系统特性进行了详细阐述,然后给出了非线性DAE子系统的逆系统定义,包括单位右逆系统和α阶积分右逆系统,接下来提出一种递归算法,利用此算法给出了被控系统可逆的充要条件,并构造了物理可实现的控制器,实现了非线性DAE子系统的线性化解耦,最后基于本文所提出的控制方法,研究了电力系统同步发电机组励磁汽门综合控制的线性化解耦问题。

基于发电单元完整模型的增益调度协调控制

分析了基于简化模型(机炉模型)设计发电单元协调控制策略的局限性,指出基于发电单元完整模型(包含锅炉、汽轮机和发电机的模型)设计协调控制策略的必要性。提出了一种新的发电单元协调控制思路,即应该权衡电网频率和发电单元本身安全程度的迫切性使用发电单元中的储能。采用增益调度控制方法设计了协调控制策略。与传统的以固定程度使用发电单元储能的协调控制策略相比,所提出的协调控制策略能根据电网运行的实际需要,及时、灵活地使用发电单元储能,从而既可以保障单元机组自身运行的安全又可以增强电网频率的控制性能。仿真结果也说明了所提出控制策略的有效性。

切换系统稳定性研究综述

过去的几十年中,针对切换系统的研究广泛而深入并取得了丰富的成果。本文旨在对该方向的稳定性分析与镇定控制设计、可控可达性等方面提出新的认识。切换手段作为一种"离散控制器"的认识,已越来越被认可。针对这种"控制器"设计方面的研究成果进行分析,为研究者提供新的思路。

单跨简支梁竖向振动的磁悬浮半主动控制

由于传统的隔振器需要足够的竖向刚度来支撑上部结构,因而不能隔离竖向振动。为了解决这一问题,本文提出一种新的隔振策略,即磁浮式半主动控制方法,并将这一方法应用于弹性梁弯曲振动的半主动控制。将均质弹性梁简化为一带集中质量的简支梁,导出了控制系统的运动方程,讨论了系统在平衡点的稳定性,应用推广的Runge-Kutta方法,得到了系统在随机地面输入下的加速度响应。结果表明:杆件的初始悬浮位置是磁浮式半主动控制系统的平衡点,且平衡点是L稳定的;磁浮式半主动隔振系统具有类似于软弹簧的性质,与普通的弹性简支梁相比,磁浮式半主动振动控制系统的振动频率较低,加速度响应明显减小,系统具有良好的竖向隔振性能。

抑制风电爬坡率的风储联合优化控制方法

利用储能平抑风电波动时,应当保证并网功率爬坡率满足国家风电并网标准中的相关要求。文中研究了抑制风电爬坡率的风储联合优化控制方法。根据国家标准中"有功功率变化"的文字说明,提出了新的风电并网功率爬坡率的数学表达,并提出同时考虑弃风和储能控制手段的风储联合控制方法,以风储联合运行的效益最大化为目标,利用风功率超短期/短期预测数据进行滚动优化控制。基于实际的风电场数据设计了算例系统,并采用遗传算法求解。结果表明该控制方法能够保证风储联合发电功率满足国家风电并网标准对风电有功功率变化的要求。

高速公路网的匝道协调控制及仿真研究

基于动态交通流模型和匝道入口处的车辆排队模型,分析了匝道协调控制在提高高速公路路网运行效率中的作用。针对交通流模型的非线性,提出了使用遗传算法对路网匝道调节率进行优化,并且证明了匝道优化可以有效处理偶发性拥挤,快速恢复交通流的运行,减少路网的总行程时间。利用全局交通流数据的实时优化,获得系统全局最优控制,提高高速公路的运行效率。对高速公路网的仿真计算表明匝道协调控制能够有效处理偶发性拥挤,并能大大减少路网总行程时间。

一类储能监控系统结构设计

储能系统作为一种快速吞吐能量的手段在风力发电中具有广阔的应用前景,其中监控系统是储能系统中的核心子系统,然而国内此类监控系统目前的实际应用尚不成熟。以国内实际项目为背景,对风电场储能监控系统的软硬件结构、通讯网络等进行了设计与实现,为用于风储联合监控的储能监控系统设计提供参考,经过验证,系统运行状况令人满意。

无风干扰下面对称巡航导弹飞行的多维泰勒网优化控制与仿真

为了提高导弹的高精度指标,采用计算机仿真技术建立面对称巡航导弹模型,对于导弹性能的研究具有重要的意义。提出了在无风干扰下面对称巡航导弹飞行的多维泰勒网优化控制方案,首先建立导弹的全通道六自由度仿真模型,采用多维泰勒网优化算法设计控制器,运用单纯形法优化控制器参数。分析比较PID优化控制器、滑模优化控制器和多维泰勒网优化控制器对无风干扰下导弹飞行姿态的控制效果。仿真结果表明,多维泰勒网优化控制器在三者中具有最好的控制效果。

水泥分解炉出口温度的自适应多维泰勒网控制

以新型干法水泥分解炉为研究对象,提出自适应多维泰勒网控制方案,实现了分解炉出口温度的控制。首先基于互相关及递归最小二乘法建立多输入单输出含滞后环节分解炉出口温度数学模型;然后分析并设计自适应多维泰勒网控制器;最后使用Matlab对水泥分解炉出口温度的基于改进单纯形法的PID优化控制、自适应BP神经网络PID控制和自适应多维泰勒网控制进行仿真对比研究。结果表明,在相同条件下,自适应多维泰勒网控制具有最好的快速响应性和稳定性,最小的超调量和稳态误差。

海洋石油钻井平台动力定位的多维泰勒网优化控制

海洋中存储着大量的石油资源,随着陆地石油储量的快速减少,研究海洋石油开采技术具有重要的现实意义。提出了在风、浪、流干扰下钻井平台动力定位的多维泰勒网控制方案。首先建立钻井平台纵荡、横荡、艏摇三自由度的非线性数学模型以及环境干扰模型;然后分析并设计PID控制器、反步法控制器以及多维泰勒网优化控制器;最后搭建Matlab仿真平台,对模型进行仿真。结果表明,在相同条件下,多维泰勒网的控制效果是最好的。

智能小车循迹的多维泰勒网优化控制

随着智能小车技术的发展,对智能小车控制器的研究也有了更多的现实意义。针对智能小车轨迹跟踪问题,提出一种多维泰勒网优化控制器。首先,为智能小车构建数学模型,并据此设计多维泰勒网优化控制器;然后,将多维泰勒网优化控制器的仿真结果与反步法控制及PID控制器进行比较,三种控制器均采用粒子群优化算法训练至最优。最终得出结论,相比较于PID控制器和反步法控制,多维泰勒网优化控制器能取得更快的响应速度和更好的控制效果。

对缺失数据慢时变系统参数辨识

使用输出误差模型来研究带有缺失输出数据系统的参数辨识问题。假定系统是慢时变系统,并且缺失数据是有限的。为了解决这样的问题,基于带有辅助模型的递推最小二乘法,引入可变的加权遗忘因子。此算法具有较强的估计精度,仿真效果验证了算法的有效性。

基于多维泰勒网的空空导弹惯性参考自适应控制

针对空空导弹飞行控制系统的模型不精确、快时变、非线性等特点,提出了基于多维泰勒网的惯性参考自适应控制方案。首先,建立特征点处的空空导弹数学模型;然后基于三通道解耦模型,设计多维泰勒网控制器,将其与PID控制器和H∞控制器进行控制效果比较,并对这三种控制器的参数均采用粒子群算法来优化。最后,对每种控制器的参数均采用惯性参考自适应调整策略,通过空空导弹六自由度模型的大机动仿真实验来比较三种控制方法的控制效果。仿真实验结果表明,在这三种控制方案中基于多维泰勒网的惯性参考自适应控制的控制效果最好。

直升机飞行的多维泰勒网优化控制

以直升机为研究对象,提出多维泰勒网(MTN)优化控制方案,实现了直升机姿态和轨迹的控制。首先使用Matlab搭建直升机的数学模型;然后设计PID控制器,建立了仿真系统;最后使用Matlab,使用改进单纯型算法和粒子群算法对控制器参数进行优化,对直升机飞行姿态角和高度的PID优化控制、模糊PID控制和多维泰勒网优化控制进行仿真对比研究。结果表明,在相同条件下,多维泰勒网优化控制比PID优化控制、模糊PID控制有更好的控制效果。

一种新的基于保证定界椭球算法的非线性集员滤波器

基于未知但有界噪声假设的集员滤波器为传统的概率化滤波方法提供了一种可行的替代选择,然而其潜在的计算负担和保守性考虑制约了该方法的实际应用.本文提出一种新的基于保证定界椭球近似的改进集员滤波方法,用于解决针对非线性系统的状态估计问题,在保证实时性的前提下降低了算法的保守性.首先,对非线性模型进行线性化处理,采用DC(Difference of convex)规划方法对线性化误差进行外包定界,并通过椭球近似将其融合到系统噪声中;在此基础上提出了一种结合了椭球直和计算和基于迭代外定界椭球算法的椭球-带交集计算所构成的经典预测-更新步骤来估计得到状态的可行椭球集.与常规的非线性扩展集员滤波方法的仿真比较表明了本文所提出算法的有效性和改进性能.