H∞滑模魯棒勵磁控制器方案設(shè)計(jì)書

1、封面HE滑模魯棒勵磁控制器設(shè)計(jì)姓名：孫取學(xué)號： 2322012115303623220121153036作者： PanHongliangPanHongliang僅供個人學(xué)習(xí)專業(yè)：控制理論與控制工程摘 要：電力系統(tǒng)的魯棒勵磁控制模型具有非線性和不確定性等特點(diǎn)。并且，其不確定性 不滿足匹配條件。該文結(jié)合反饋線性化、比干擾抑制和滑模變結(jié)構(gòu)控制，利用反饋線性化技術(shù)，將魯棒勵磁控制模型轉(zhuǎn)化為線性不確定模型；利用耳干擾抑制技術(shù)，獲得了具有抑制不滿足匹配條件干擾能力的動態(tài)滑動模態(tài)；利用滑模變結(jié)構(gòu)控制，獲得了具有完全抑制 滿足匹配條件干擾的控制律。并設(shè)計(jì)了H4H4 骨模魯棒勵磁控制器。仿真結(jié)果表明：文中所設(shè)計(jì)

2、的控制器能夠有效地穩(wěn)定電力系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：非線性系統(tǒng)；不確定性；反饋線性化；比控制；滑?？刂?；發(fā)電機(jī)勵磁控制1 引言隨著控制理論的發(fā)展，電力系統(tǒng)控制模型也在不斷地發(fā)生著變化16。電力系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的不確定性包括在運(yùn)行過程中受到各種外界干擾的影響、所建模型的 動態(tài)不確定性以及參數(shù)不確定性和各種測量誤差帶來的不確定性等。 因此， 在 設(shè)計(jì)電力系統(tǒng)控制器時(shí)，應(yīng)充分考慮到各種不確定性，設(shè)計(jì)出具有魯棒性能的 控制器方可有效地保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益。本文 將綜合反饋線性化、H:干擾抑制和滑模變結(jié)構(gòu)9等控制方法，發(fā)揮它們各自 的優(yōu)勢，設(shè)計(jì)出具有較強(qiáng)抗干擾能力的勵磁控制器。設(shè)非線性不確定系

3、統(tǒng)為式中xR1, uR, wRp, z氏分別為系統(tǒng)的狀態(tài)變量、控制變量、外部干擾 和調(diào)節(jié)輸出。f,g, p為光滑的向量場，h(x), K(x)分別是Rs, RnRs m的光 滑映射，且滿足f(x*)=h (x*)=0，其中，x*為系統(tǒng)的平衡狀態(tài)。非線性不確定系統(tǒng)H:魯棒滑?？刂茊栴}Q可被描述為：求取有限時(shí)間可達(dá)的滑 模為s(x)=0，使得在滑模上系統(tǒng)的運(yùn)動滿足條件C1和C2C2:系統(tǒng)在滑模上內(nèi)部穩(wěn)定，即當(dāng)時(shí)，原系統(tǒng)在滑模面上的降階系統(tǒng)內(nèi)部穩(wěn)定。Q Q 的實(shí)質(zhì)是：求取變結(jié)構(gòu)控制律，使得滑模s( (x)=0)=0 在有限時(shí)間內(nèi)到達(dá)且滿足在滑模上系統(tǒng)內(nèi)部穩(wěn)定，且能有效地抑制干擾對調(diào)節(jié)輸出的影響。22

4、 魯棒控制模型具有勵磁控制的單機(jī)無窮大輸電系統(tǒng)的魯棒控制模型4,5可以描述為式中各符號的物理含義見文 3 3。令當(dāng)考慮干擾1,&2時(shí)，則可以得到在空間系統(tǒng)的魯棒控制模型為3 魯棒勵磁控制器由式可看出，只有干擾1不滿足匹配條件，因此，在滑模面上系統(tǒng)的干 擾只表現(xiàn)為。設(shè)式(7)的動態(tài)滑動模態(tài)為由于在滑模面上干擾被完全抑制，因此，可以得到在滑模面上的干擾抑制目標(biāo) 為 考慮式(9)和性能指標(biāo)式(11)時(shí)，該問題可以轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的控制問題。且可以通 過解Ricatti不等式或解線性矩陣不等式10(LMI)以獲取控制器的狀態(tài)空間來實(shí)現(xiàn)。的實(shí)現(xiàn)可以表示 為由式(8)和(13)可得到動態(tài)滑模為將式(16

5、)代入式(6)，就可以得到最終的控制律。4 仿真單機(jī)無窮大系統(tǒng)的參數(shù)如下3,5選取加權(quán)系數(shù)。取干擾抑制系數(shù)=0.4。利用Matlab中的LMI控制工具箱，可以解出 比控制器的狀態(tài)空間為考慮到勵磁電壓的飽和效應(yīng)及為了消除抖振,利用飽和非線性代替，可以將控 制律寫為將式(20)代入式(6)，可以得到最終的非線性控制律。考慮以下3種情況下系統(tǒng)的響應(yīng)：(1)時(shí)，,此時(shí)代表系統(tǒng)受到干擾后發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速偏離同步速后恢復(fù)的情 形。0.1t0.3,1=12, &2=1，其他時(shí)刻，此時(shí)代表系統(tǒng)遇到短路、斷路等一類較大故障時(shí)的情形。(3)，此時(shí)代表系統(tǒng)受到持續(xù)的外部干擾的情形。其仿真結(jié)果見圖14,圖中，Vf為

6、勵磁電壓；VT為機(jī)端電壓；虛線為電力系統(tǒng)非 線性勵磁控制器的響應(yīng)3。圖4中從上到下的3組仿真曲線分別對應(yīng)3種情況 下的機(jī)端電壓：由圖1可以看出，對于情況(1)，本文的勵磁控制器同非線性勵 磁控制器相比，具有快速性和超調(diào)較小的優(yōu)點(diǎn)。 由圖2可以看出，在情況(2)下，本文的勵磁控制器仍然可以較好地穩(wěn)定系統(tǒng)，功角響應(yīng)明顯優(yōu)于非線性勵 磁控制器。 當(dāng)系統(tǒng)遭受到持續(xù)的干擾時(shí)，從圖3可以看出，由于結(jié)合了比干擾抑制和滑?？刂疲到y(tǒng)響應(yīng)較快，并且功角響應(yīng)靜差較 小；勵磁電壓一直在波動，正是依靠勵磁電壓的作用來抵消外界干擾對系統(tǒng)的 影響，從而獲得較好的控制效果。此外由圖4可以看出，在取得較好的功角響 應(yīng)的同時(shí)，

7、也獲得了較好的電壓響應(yīng)。仿真結(jié)果表明了本文設(shè)計(jì)的控制器在電 力系統(tǒng)遭受各種干擾和故障后都能夠較好地穩(wěn)定系統(tǒng)。5 結(jié)論由于電力系統(tǒng)的魯棒勵磁控制模型具有非線性和不滿足匹配條件不確定性等特 點(diǎn)，利用反饋線性化技術(shù)，將魯棒勵磁控制模型轉(zhuǎn)化為線性不確定模型，這時(shí)的干擾項(xiàng)2的系數(shù)仍然為狀態(tài)的非線性函數(shù)，因此，難于直接利用線性比控制。考慮2滿足匹配條件，因此可以結(jié)合滑模控制，利用出干擾抑制技術(shù)，以獲得具有抑制不滿足匹配條件干擾能力的動態(tài)滑動模態(tài)。且利用滑模變結(jié)構(gòu)控 制可獲得具有完全抑制滿足匹配條件干擾的控制律。計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果表明，本 文所設(shè)計(jì)的控制器能夠有效地穩(wěn)定電力系統(tǒng)。參考文獻(xiàn)31 Yu Yaonan

8、,Von gsuriya K, Wedma n L N. Applicatio n of an optimalcontrol theory to a power systemJ . IEEE Trans. PAS 1970, 89(1):52-62.42Singh S N, Nonlinear state-variable-feedback excitation-andgover nor-con troldesig n using decoupli ng theoryJ. IEEProceedings Pt. D, 1980,127(3):131-141.53盧強(qiáng)，孫元章(Lu Qia ng,

9、 Sun Yua nzha ng).電力系統(tǒng)非線性控制(Non li nearcontrol for electrical power system) M,社(Beijing:Science Press),1993.64Lu Q, Hu W, So ng Y H, et.al .Dece ntralisednon li nearH-excitation control based on regulation linearisationJ. IEE Proc-Gener. Trans. Distrib. 2000, 147:245-251.75盧強(qiáng)，梅生偉，申鐵龍，等(Lu Qiang, Mei

10、 Shengwei, Shen Tielong,et al).非線性Ha勵磁控制器的逆推設(shè)計(jì)(Recursive Design of Nonlinear比ExcitationController )J.中國科學(xué)E輯(Science inChinaSeries E), 2000, 30(1):70-78.86.Xie S, Xie L, Wang Y, et al.Decentralisedcontrol ofmultimachinepower systems withguaranteed performanceJ. IEEProc.-C on trol Theory Appl. 2000, 1

11、47(3) :355- 365.97Isidori, A. Non ii nearcon trolsystemM.Berli n:SpringerVerlag, 1989.10 8申鐵龍(Shen Tielong). HL控制理論及應(yīng)用(H- control theory andits即plication)M.北京：清華大學(xué) 出版社(Beijing,TsinghuaUni versity Press), 1996.11 9高為炳(Gao Weibing).變結(jié)構(gòu)控制的理論及設(shè)計(jì)方法(Theory anddesign method for variable structure control)M

12、.北京:科學(xué)出版社(Beijing:Science Press),1998.10PascalGah in et.Explicitcon trollerformulas for LMI-based H-syn thesisJ. Automatica, 1996, 32(7):1007-1014.版權(quán)申明本文部分內(nèi)容，包括文字、圖片、以及設(shè)計(jì)等在網(wǎng)上搜集整理。版權(quán)為潘宏亮個人所有This article in cludes some parts, in cludi ng text, pictures, and design. Copyright is Pan Hon glia ngs pers o

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