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基于互联与阻尼分配无源控制(IDA-PBC)的汽轮机调速系统控制器设计方法 被引量:1
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作者 王国盛 林济铿 罗萍萍 《南方电网技术》 CSCD 北大核心 2024年第9期69-77,共9页
为了保证新型电力系统下机组及系统的稳定性,提出一种针对汽轮机调速系统的互联与阻尼分配无源控制器设计方法。首先,以哈密顿系统理论为基础,对系统能量的动态过程进行描述,分析了哈密顿系统结构对系统能量的影响。然后,采用变量梯度... 为了保证新型电力系统下机组及系统的稳定性,提出一种针对汽轮机调速系统的互联与阻尼分配无源控制器设计方法。首先,以哈密顿系统理论为基础,对系统能量的动态过程进行描述,分析了哈密顿系统结构对系统能量的影响。然后,采用变量梯度法构建包含调速系统的系统能量函数,以注入能量的导数最小为约束条件确定了系统的阻尼矩阵,克服了互联与阻尼分配无源控制器设计过程中确定系统阻尼矩阵困难的问题,完成了汽轮发电机调速系统互联与阻尼分配无源控制器的设计。最后,在MATLAB/Simulink中搭建单机无穷大系统的模型,验证了本文设计控制器的有效性。 展开更多
关键词 哈密顿理论 调速系统 变量梯度法 互联与阻尼无源控制
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协调功率控制及环流抑制的模块化多电平换流器互联阻尼配置无源控制方法研究
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作者 裘愉涛 张磊 +3 位作者 宋博阳 孟永庆 盛跃峰 黄志华 《电源学报》 CSCD 北大核心 2024年第S01期166-178,共13页
目前,大部分模块化多电平换流器MMC(modular multilevel converter)的控制技术将功率传输与环流抑制分别进行建模和控制,难以保证系统的全局稳定性。为此,将具有全局稳定性和强鲁棒性的互联阻尼配置无源控制IDA-PBC(interconnection and... 目前,大部分模块化多电平换流器MMC(modular multilevel converter)的控制技术将功率传输与环流抑制分别进行建模和控制,难以保证系统的全局稳定性。为此,将具有全局稳定性和强鲁棒性的互联阻尼配置无源控制IDA-PBC(interconnection and damping assignment passivity-based control)方法应用于MMC的控制器设计中。在两相静止坐标系下建立MMC的数学模型和端口受控哈密顿模型,推导了IDA-PBC控制器的表达式和控制参数范围,与其他MMC控制方法不同的是,IDA-PBC控制器可以在控制功率传输的同时实现环流抑制,并可以得到控制参数取值范围,进而能够综合分析控制系统的稳定性。最后,通过仿真研究验证了所提控制策略的可行性和有效性。 展开更多
关键词 控制策略 模块化多电平换流器(MMC) 无源控制(PBC) 互联阻尼配置(IDA)
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基于互联与阻尼分配框架的电液伺服系统轨迹跟踪策略
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作者 聂楸晓 陈剑 +2 位作者 龚俊杰 吴晓暄 龙雨 《机电工程》 CAS 北大核心 2024年第10期1865-1874,共10页
在中大型挖掘机电液伺服系统中存在复杂耦合非线性、模型不确定性,以及外部载荷不确定性等因素,都会造成挖掘机轨迹跟踪误差大,导致电液伺服系统的动态性能差。针对这一问题,提出了一种基于互联和阻尼分配(IDA)框架的反演控制器,以提高... 在中大型挖掘机电液伺服系统中存在复杂耦合非线性、模型不确定性,以及外部载荷不确定性等因素,都会造成挖掘机轨迹跟踪误差大,导致电液伺服系统的动态性能差。针对这一问题,提出了一种基于互联和阻尼分配(IDA)框架的反演控制器,以提高挖掘机工作装置在挖掘任务中的跟踪性能,并加强其鲁棒性。首先,利用先导阀、阀控非对称缸和阀控非对称缸模型构建了电液伺服系统的状态空间模型,并进一步基于哈密顿理论将该状态空间模型构造为具有扰动的三阶开环端口哈密顿系统(pH)。根据从pH系统中获得的互联矩阵和阻尼矩阵结构,逐步设计了虚拟控制信号,得到了控制律;然后,构造了一个匹配方程,以简化在其他系统上的设计和计算过程,并将期望的能量函数作为候选李雅普诺夫函数,根据李雅普诺夫稳定性定理证明了闭环系统在期望轨迹上的收敛性和稳定性;最后,以挖掘机铲斗及其电液伺服系统为对象,采用数值仿真实验验证了基于IDA框架的反演控制算法的轨迹跟踪性能。研究结果表明:在不考虑模型不确定性的情况下,所提出的控制器与其他三种控制器相比,在位置控制上的收敛速度可提高1.9%~6.3%;在轨迹跟踪上可保持优秀的收敛速度,且最大跟踪误差降低70%~81%;在模型不确定和时变负载的情况下,所提出的控制器与其他三种控制器相比,面对冲击时的最大跟踪误差仅增加0.004 m,调节所需控制输入降低4%~20%。这表明上述控制算法具有更优秀的综合跟踪性能和更强的鲁棒性。 展开更多
关键词 挖掘机 电液伺服系统 铲斗系统 先导系统模型 阀控非对称缸模型 互联阻尼分配的无源控制(IDA-PBC) 反演控制器
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基于PCHD模型的光伏Z源并网逆变器无源控制 被引量:27
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作者 程启明 张强 +2 位作者 程尹曼 黄山 褚思远 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第9期2723-2732,共10页
光伏Z源并网逆变这种非线性对象的一般控制方法是先线性化再线性控制,这种控制策略相对复杂且控制效果不佳。本文创新性地将基于PCHD模型的非线性无源控制引入到光伏Z源并网逆变系统中,它无需线性化处理,就可使系统具备良好的动、静态... 光伏Z源并网逆变这种非线性对象的一般控制方法是先线性化再线性控制,这种控制策略相对复杂且控制效果不佳。本文创新性地将基于PCHD模型的非线性无源控制引入到光伏Z源并网逆变系统中,它无需线性化处理,就可使系统具备良好的动、静态特性。首先分析了光伏Z源并网逆变器系统的原理,给出了系统的PCHD数学模型;再采用IDA方法设计出系统的无源控制器,并从理论上证明了系统的稳定性;最后Matlab/Simulink仿真软件和样机试验表明了,相比于采用传统的双闭环PID控制系统,采用本文无源控制系统的最大功率点跟踪更快,调节时间和上升时间更短,并网更有效,对外部参数变化响应更快,并网电流曲线更平滑,纹波更小,功率因数更高,鲁棒性更好。 展开更多
关键词 光伏 Z源并网逆变器 无源性控制 非线性控制 哈密顿函数 互联和阻尼分配 端口受控耗散哈密顿
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基于PCHD模型的柔性直流输电鲁棒控制 被引量:7
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作者 范心明 管霖 +3 位作者 夏成军 饶宏 许树楷 李立浧 《电力系统自动化》 EI CSCD 北大核心 2013年第15期40-46,共7页
基于柔性直流输电系统的数学模型与端口受控耗散哈密尔顿(PCHD)方程建立了换流器三相坐标系下的PCHD模型,并导出了换流器在dq旋转坐标系下的PCHD模型,证明了换流器的严格无源性。通过配置连接矩阵与阻尼矩阵构造期望能量函数,并确立为Ly... 基于柔性直流输电系统的数学模型与端口受控耗散哈密尔顿(PCHD)方程建立了换流器三相坐标系下的PCHD模型,并导出了换流器在dq旋转坐标系下的PCHD模型,证明了换流器的严格无源性。通过配置连接矩阵与阻尼矩阵构造期望能量函数,并确立为Lyapunov函数。通过注入阻尼矩阵消除了换流器直流侧等效电阻对系统的影响。由期望平衡点、状态变量及互联和阻尼分配无源性(IDA-PB)控制原理设计了换流器的IDA-PB控制器。在不同的运行条件下用PSCAD/EMTDC软件对控制系统进行了仿真,结果表明所提出的控制策略具有良好的动、静态性能和鲁棒性。 展开更多
关键词 柔性直流输电 稳定控制 鲁棒控制 端口受控耗散哈密尔顿模型 无源性 阻尼注入 互联和阻尼分配无源性控制
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哈密尔顿系统的无源性控制设计 被引量:3
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作者 何朕 邵明 +1 位作者 孟范伟 王广雄 《电机与控制学报》 EI CSCD 北大核心 2008年第5期571-575,共5页
无源性控制(PBC)是非线性控制的一个新的方向。不过对无源性控制一般都是定性的讨论。本文给出了一种与无源性控制结合的定量化方法。为求解无源性控制中的偏微分方程,需要先将非线性系统的数学模型转化成Ham ilton模型。文中以一个磁... 无源性控制(PBC)是非线性控制的一个新的方向。不过对无源性控制一般都是定性的讨论。本文给出了一种与无源性控制结合的定量化方法。为求解无源性控制中的偏微分方程,需要先将非线性系统的数学模型转化成Ham ilton模型。文中以一个磁悬浮系统的无源性控制为例,说明了这个Ham ilton系统偏微分方程的求解方法,并给出了无源性控制律。本文的方法为非线性控制提供了一个实用的设计工具。 展开更多
关键词 无源性控制 互联与耗散的配置 哈密尔顿系统 非线性控制 磁悬浮系统
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考虑锁相环的双馈风力发电机组无源控制 被引量:7
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作者 马燕峰 刘海航 +3 位作者 俞人楠 刘佳 刘伟东 赵书强 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2017年第24期224-232,共9页
为了降低大规模变速风力发电机接入电网的运行风险,需要研究风力发电机组的控制策略,增加风电对系统功率振荡的抑制能力。该文通过锁相环实现dq坐标系定向以及输出参考点频率值,考虑锁相环的动态作用建立风力发电机组和电网频率之间的... 为了降低大规模变速风力发电机接入电网的运行风险,需要研究风力发电机组的控制策略,增加风电对系统功率振荡的抑制能力。该文通过锁相环实现dq坐标系定向以及输出参考点频率值,考虑锁相环的动态作用建立风力发电机组和电网频率之间的端口受控耗散哈密尔顿(PCHD)模型,根据系统平衡方程求得双馈风力发电机组(DFIG)各个状态变量的期望平衡点,然后采用互联和阻尼分配无源控制(IDA-PBC)方法获得转子电压反馈控制律,从而得到DFIG机侧换流器控制和附加阻尼控制器,以改善系统的低频振荡特性,最后以单机无穷大系统和IEEE4机2区域系统为例验证本文所提方法的有效性。 展开更多
关键词 双馈风力发电机组 互联和阻尼分配无源控制 端口受控耗散哈密尔顿 附加阻尼控制 低频振荡
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基于IDA-PBC的LCL滤波并网逆变器控制 被引量:10
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作者 李敏 徐群 《电力系统及其自动化学报》 CSCD 北大核心 2014年第4期50-55,80,共7页
LCL滤波器作为并网逆变器与电网的重要接口,对开关引起的高次谐波衰减效果显著,但其存在数学模型阶数高和固有谐振峰等特点,易引起系统输出振荡。首先建立了LCL滤波三相并网逆变器的端口受控耗散哈密顿数学模型,然后提出了一种基于互联... LCL滤波器作为并网逆变器与电网的重要接口,对开关引起的高次谐波衰减效果显著,但其存在数学模型阶数高和固有谐振峰等特点,易引起系统输出振荡。首先建立了LCL滤波三相并网逆变器的端口受控耗散哈密顿数学模型,然后提出了一种基于互联与阻尼配置的无源控制策略,从理论上保证了闭环系统的渐进稳定,并可很好地满足电网对并网逆变器动静态性能和谐波抑制能力的要求。在电磁暂态综合分析程序PSCAD/EMTDC环境中,通过在理想电网和畸变不平衡电网两种情况下的仿真实验,验证了所提控制策略的正确性、有效性与鲁棒性。 展开更多
关键词 并网逆变器 LCL滤波 无源控制 互联与阻尼配置无源控制 总谐波畸变率
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基于IDA-PBC的全封闭波浪发电系统控制分析 被引量:2
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作者 杨金明 姜元 +1 位作者 谢泽坤 黄秀秀 《华南理工大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第6期65-71,共7页
针对波浪复杂的变化特性和全封闭波浪发电系统,基于互联-阻尼配置的无源性控制(IDA-PBC)理论,提出了一种对波浪变化情况具有鲁棒性的控制算法.首先建立全封闭波浪发电系统的欧拉-拉格朗日模型(EL),并根据系统结构和动力学特性进行模型分... 针对波浪复杂的变化特性和全封闭波浪发电系统,基于互联-阻尼配置的无源性控制(IDA-PBC)理论,提出了一种对波浪变化情况具有鲁棒性的控制算法.首先建立全封闭波浪发电系统的欧拉-拉格朗日模型(EL),并根据系统结构和动力学特性进行模型分解,再基于李雅普诺夫稳定理论和阻尼注入的方法设计无源控制律,并推导出全封闭波浪发电系统最大平均输出功率下状态量期望值.在Matlab/Simulink仿真环境下搭建了全封闭波浪发电系统的仿真模型,进行了无源性控制的仿真分析.仿真结果表明,所设计的无源控制律能够实现给定状态量的快速跟随,且在波浪变化条件下,也能达到控制效果. 展开更多
关键词 波浪能发电 互联-阻尼配置 无源性控制
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最小磁场存储能量条件下的感应电机定子磁通幅值效率优化
10
作者 季筱隆 沈传文 +1 位作者 孟永庆 苏彦民 《电工电能新技术》 CSCD 北大核心 2008年第3期26-30,共5页
本文借鉴互联和阻尼分配的基于无源性控制器设计的基本思想和设计方法,依据最小磁场能量原则,设计了一种新的转矩跟踪效率优化控制器。由于只针对分解后得到的电气子系统进行最小磁场能量优化和转矩跟踪控制器设计,得到的定子磁通幅值... 本文借鉴互联和阻尼分配的基于无源性控制器设计的基本思想和设计方法,依据最小磁场能量原则,设计了一种新的转矩跟踪效率优化控制器。由于只针对分解后得到的电气子系统进行最小磁场能量优化和转矩跟踪控制器设计,得到的定子磁通幅值优化律不受转子电阻的影响,因此具有更强的参数鲁棒性。且控制器不需要观测转子侧的系统状态变量,控制律是全局定义的,不存在发散奇点,能够跟踪快速变化的转矩和磁通给定,从而保证了系统的动静态性能。仿真实验结果证实该控制器在保证系统具有良好的动静态性能的同时,能有效地提高感应电机轻载时功率因数,并取得良好的节能效果。 展开更多
关键词 互联和阻尼分配 基于无源性的控制 感应电机 效率优化控制 功率因数 磁场能量
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矩阵变换器输入侧端口受控耗散哈密尔顿算子建模及无源控制
11
作者 潘月斗 徐杰 +1 位作者 陈继义 陈虎 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第8期1099-1104,共6页
矩阵变换器无中间直流环节,易受电网扰动和负载扰动的影响.针对这一问题,本文设计了矩阵变换器输入侧无源性控制器以改善控制系统特性.首先,在直–交坐标系下建立输入侧的端口受控耗散哈密尔顿(port-controlled Hamiltonian with dissip... 矩阵变换器无中间直流环节,易受电网扰动和负载扰动的影响.针对这一问题,本文设计了矩阵变换器输入侧无源性控制器以改善控制系统特性.首先,在直–交坐标系下建立输入侧的端口受控耗散哈密尔顿(port-controlled Hamiltonian with dissipation,PCHD)算子模型.然后,设计了基于互联和阻尼配置的无源性控制器,用来实现对输入电流快速准确的跟踪.重新配置了系统的平衡点,通过注入阻尼提高系统的收敛速度,并从理论上对闭环系统的渐进稳定性进行了分析.仿真结果表明,系统在非正常工况下仍能保证输入电流为正弦,相比传统偏差修正法,该控制策略具有更好的动态性能和抗干扰能力. 展开更多
关键词 矩阵变换器 无源性 端口受控耗散哈密顿系统 互联和阻尼配置的无源性控制 双空间矢量调制
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基于IDA-PBC方法的PEMFC-SC混合系统功率协调控制研究
12
作者 杨帆 盛波 符杨 《电源技术》 CAS CSCD 北大核心 2017年第3期403-407,共5页
针对质子交换膜燃料电池和超级电容混合系统的功率协调控制问题,设计了一种基于互联与阻尼配置(Interconnection and damping assignment,IDA)的无源控制(Passivity-based control,PBC)策略。建立了混合系统的端口受控哈密顿(Port-contr... 针对质子交换膜燃料电池和超级电容混合系统的功率协调控制问题,设计了一种基于互联与阻尼配置(Interconnection and damping assignment,IDA)的无源控制(Passivity-based control,PBC)策略。建立了混合系统的端口受控哈密顿(Port-controlled hamiltonian,PCH)模型。考虑了负载功率需求和超级电容荷电状态对混合系统功率分配策略的影响,分析了混合系统的多种工作模式。基于PCH模型设计了混合系统的IDA-PBC控制器,并从理论上证明了闭环系统的渐进稳定性。仿真结果验证了所提控制策略的有效性。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 超级电容 端口受控哈密顿 互联与阻尼配置 无源控制
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四倾转旋翼无人机无源控制与飞行实验 被引量:12
13
作者 刘重 何玉庆 +2 位作者 谷丰 杨丽英 韩建达 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第8期1287-1298,共12页
倾转旋翼无人机以低速悬停以及快速巡航能力得到了大量的关注,但是其变化的飞行器结构(旋翼的倾转)以及较强的非线性特性(飞行速度的大范围变化)都增大了飞行控制的难度.针对一种四倾转旋翼无人机的飞行控制问题,本文中的研究内容主要... 倾转旋翼无人机以低速悬停以及快速巡航能力得到了大量的关注,但是其变化的飞行器结构(旋翼的倾转)以及较强的非线性特性(飞行速度的大范围变化)都增大了飞行控制的难度.针对一种四倾转旋翼无人机的飞行控制问题,本文中的研究内容主要基于无源性概念,改进了互联和阻尼分配无源控制以提出此飞行器的姿态与高度控制方法.通过对于飞行器动力学模型的公式化,其姿态与位置模型均可表示为端口受控哈密尔顿算子模型形式,模型中的旋翼倾转角度被格外关注以实现对于飞行模式过渡时动力学特性的分析与简化.根据上述模型简化,改进且包含积分作用的互联和阻尼分配无源控制被用于进行姿态与高度控制器设计,基于无源性概念可进行进一步的稳定性分析.最终,仿真对比实验与包含飞行模式过渡的巡航飞行实验验证了所提出控制方法的有效性. 展开更多
关键词 无源控制 互联和阻尼分配 倾转旋翼 无人机 飞行控制
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多机系统中励磁与SVC的协调控制 被引量:16
14
作者 何斌 张秀彬 赵兴勇 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2008年第12期152-159,共8页
主要研究基于结构保持模型的多机电力系统的暂态稳定性。将连接与阻尼分配?无源控制方法进行从常微分方程到微分代数方程的拓展,求解一类仿射非线性微分代数系统的调节问题。并用所提方法设计多机系统中的发电机励磁与静止无功补偿器的... 主要研究基于结构保持模型的多机电力系统的暂态稳定性。将连接与阻尼分配?无源控制方法进行从常微分方程到微分代数方程的拓展,求解一类仿射非线性微分代数系统的调节问题。并用所提方法设计多机系统中的发电机励磁与静止无功补偿器的协调控制器,不再拘泥于单机系统的协调控制研究。该方法充分利用整个系统的物理结构,通过引入电气与机械动态之间的耦合项进行能量整形,加强两者之间的联系,保证闭环系统的渐近稳定性。仿真结果说明了协调控制器在阻尼振荡和增强电压稳定性上的有效性。 展开更多
关键词 连接与阻尼分配-无源控制 结构保持模型 非线性微分代数系统 静止无功补偿器 多机电力系统
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基于IDA-PBC的混合储能虚拟同步发电机功率协调控制 被引量:2
15
作者 杨帆 刘非文 《水电能源科学》 北大核心 2019年第8期151-154,182,共5页
随着可再生能源在电力系统中的渗透率不断升高,虚拟同步发电机(VSG)技术广泛应用于现代电力系统的调频控制中。为了模拟同步发电机的惯性与阻尼特性,VSG需配备储能单元。针对VSG中蓄电池与超级电容混合储能系统(HESS),提出了基于互联阻... 随着可再生能源在电力系统中的渗透率不断升高,虚拟同步发电机(VSG)技术广泛应用于现代电力系统的调频控制中。为了模拟同步发电机的惯性与阻尼特性,VSG需配备储能单元。针对VSG中蓄电池与超级电容混合储能系统(HESS),提出了基于互联阻尼分配的无源控制策略(IDA-PBC),通过控制超级电容快速补偿VSG惯性模拟环节引入的功率变化,蓄电池响应VSG一次调频相对缓慢的功率需求,减少蓄电池功率波动。最后,在Matlab/Simulink环境下仿真验证了所提控制策略的可行性。 展开更多
关键词 可再生能源 虚拟同步发电机 混合储能 功率分配 互联与阻尼配置 无源控制
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