摘要：该文基于微分几何理论,从状态空间的角度出发对双馈异步风机(doubly fed induction generator,DFIG)的机侧变换器和网侧变换器独立设计,通过构造微分同胚变换将其动态模型精确线性化并设计相应的非线性控制律,实现了多目标最优控制。通过仿真验证表明,基于状态反馈精确线性化的双馈异步风机最优控制策略能有效抵御外界风况和电网电压的剧烈变动并快速恢复稳定,呈现优良的抗扰特性。

摘要：针对传统PI控制的Buck变换器暂态性能差的缺点,本文提出一种基于状态反馈精确线性化的微分平坦控制方法。首先,根据状态空间平均法,建立了电感电流连续导电模式Buck变换器的仿射非线性模型,在此基础上,应用状态反馈精确线性化的方法,推导出状态反馈控制率,实现了系统的能控线性化。其次,针对此状态反馈精确线性化模型,设计了系统前馈控制器;并且将扰动观测器嵌入前馈控制器中,实现对输出电流的补偿;同时,为了消除实际系统由于未建模部分及外部干扰而导致系统实际输出与期望输出之间存在的偏差,设计了误差反馈补偿器。结合前馈控制器与反馈补偿器可得到本文提出的基于状态反馈精确线性化的微分平坦控制,其中,前馈控制器中的微分项保证了变换器系统的快速性,反馈补偿器中的误差项保证了变换器系统的准确性。基于闭环系统的雅可比矩阵,采用特征值灵敏度理论,研究了变换器电路参数变化时对系统特征值的影响程度及趋势,指出减小电感量、增大电容值有利于提高系统的稳定性。最后,搭建了Buck变换器实验样机。实验结果表明,与传统PI控制方法相比较,本文提出的基于状态反馈精确线性化的微分平坦控制方法能更好地抑制输入电压和输出电流的扰动,具有更小的调节时间和超调电压,表现出更优越的暂态性能,该控制策略具有一定的工程应用价值。

摘要：柔性直流输电中,传统闭环比例积分(proportion integral,PI)控制策略基于两电平电压源型换流器模型进行设计,对于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)并未考虑其桥臂环流和子模块电容电压动态特性的影响,以致MMC的有功、无功和环流间并未实现真正的完全解耦控制,且难以兼顾暂态响应速度和稳定性之间的平衡。鉴于以上不足,该文基于状态反馈精确线性化理论,提出一种MMC非线性解耦控制策略,给出其非线性状态反馈律的设计方法和完整控制框图,对其进行零动态稳定性分析并给出PI控制器参数的具体整定方法。该文以两端MMC-HVDC为例对分别应用传统闭环PI控制和非线性解耦控制的MMC暂态性能和抗扰动性能进行对比,仿真结果表明:相对于传统闭环PI控制,非线性解耦控制实现有功和无功间完全解耦控制,且暂态响应迅速,控制参数易于整定,具有更强的抗交直流电压扰动特性。

摘要：为了提高汽轮发电机在电力系统大扰动下的稳定性,采用状态反馈精确线性化设计汽轮发电机的汽门控制规律,通过试探法求解Riccati方程,选取适当的控制器的参数。由Matlab/Simulink模块搭建非线性控制器进行仿真测试,在大干扰情况下与基于PID控制的传统电液式调节器作比较,结果表明:非线性控制器鲁棒性更好,恢复速度更快,对权矩阵的选择能优化控制器的特性,有利于改善系统稳定性。

摘要：高压直流输电(HVDC)系统的附加控制器可以改善系统的稳定性。针对多馈入高压直流输电系统,应用非线性控制理论中的状态反馈线性化法设计了直流系统的附加控制器。首先建立了多馈入高压直流输电系统的数学模型,然后推导出稳定控制规律,推导过程中考虑了2条直流系统附加控制的相互影响,最后以一个3机和2条直流线路构成的系统为例进行了仿真研究。研究结果表明:与传统控制器相比,该控制器能更好地改善系统的稳定性。

摘要：针对超空泡水下航行体机动很难控制的问题,通过对滑水力、尾翼受力的分析,完善了超空泡航行体模型,使用反馈精确线性化方法对非线性系统模型进行线性化处理,使用多输入多输出极点配置法为航行体设计控制器,采用空化器和尾翼分段延时控制的方法,对超空泡航行体在纵平面内的航行深度进行控制.仿真证明,改进的水下超空泡航行体的模型符合实际运动规律,设计的控制器能够在纵平面内实现对水下超空泡航行体机动运动的稳定控制.

摘要：级联式电力电子变压器为多变量耦合的复杂非线性系统,该文基于微分几何非线性控制理论,提出电力电子变压器非线性综合控制策略。根据系统多端口及内部变量控制目标,首先建立级联式电力电子变压器多变量仿射非线性模型。其次,基于微分几何多输入多输出精确线性化原理,对其非线性坐标变换和状态反馈律进行推导,并采用二阶系统极点配置法进行控制参数设计,得到系统非线性综合协调控制策略。该策略可将系统精确线性化,从而简化和明确控制参数整定过程,按需求调节各变量控制带宽,提高大扰动时系统多目标动态响应;且可直接实现子模块均衡控制。最后,通过仿真和实验与传统控制方法进行对比,验证了所提控制策略的有效性及优越性。

摘要：针对电力系统中存在各种扰动和模型不确定性等,为了提高励磁控制的鲁棒性,并考虑机端电压限制,设计了以功角稳定和电压控制为目标的协调励磁控制器。功角稳定控制在Terminal滑模中在线跟踪扰动并进行补偿,构成扰动跟踪Terminal滑模控制,抑制一般扰动和振荡,并能抑制共振型低频振荡;同时设计了多目标零动态滑模控制,在机端电压过限或突变时投入,具有控制功角和提高机端电压性能的功能。稳定控制和电压控制协调切换完成励磁控制。仿真结果表明控制器能在各种扰动时快速稳定功角,并能抑制共振型低频振荡,同时能有效控制机端电压。

摘要：静止同步补偿器(STATCOM)是柔性交流输电系统(FACTS)的重要组成部件,本文建立了静止同步补偿器在三相静止坐标系下的数学模型,通过PARK变换将ABC坐标转化为d-q坐标。鉴于STATCOM在d-q坐标下的强耦合性,采用状态反馈精确线性化方法将该模型线性化解耦,构造出一个伪线性模型。然后,采用一种改进的指数趋近律变结构控进行了STATCOM无功补偿控制器的设计。最后,使用Matlab/Simulink对所设计的控制器进行了计算机仿真,并与传统的PI控制器比较,说明了变结构控制的STATCOM无功补偿控制器设计的可行性和有效性,同时也证明了改进的指数趋近律变结构控制的优越性。

摘要：为了实现永磁直线同步电机在垂直升降系统运行过程中的良好控制性能,从电机学原理出发,分析了永磁直线同步电机的数学模型,提出了一种微分几何非线性最优控制的方法。通过微分几何的状态反馈精确线性化把直线电动机的非线性系统转换为线性系统,并在此基础上应用非线性最优控制理论设计控制器。最后,实现对电动机的优化控制,实验结果表明:所提出的方法提高了系统的运动性能,增强了系统对参数摄动和外在扰动的鲁棒性,较传统PID算法有更好的优越性。