逆推自适应滑模励磁控制器设计_

逆推自适应滑模励磁控制器设计
   王宝华
   （南京理工大学动力工程学院，江苏南京210094）
   摘要：针对单机无穷大系统提出了一种解耦逆推自适应励磁滑模控制方法，以提高电力系统鲁棒稳定性。对于一类具有不确定性的半严格反馈形式的非线性系统，将构造李亚普诺夫（Lyapunov）函数的逆推设计方法和自适应机制以及滑模变结构控制有机结合，获得了一种保证该类系统全局渐近稳定的自适应滑模控制律以及自适应增益控制律。根据该设计结果，对含励磁控制的单机无穷大系统反馈线性化模型，得到了发电机的自适应滑模励磁控制器，仿真结果表明：该控制器能有效地稳定不确定电力系统，维持机端电压，具有比自适应逆推励磁控制器更好的性能。
   关键词：半严格反馈；不确定参数；逆推；自适应；发电机励磁；滑模控制
   中图分类号：TM712；O 231.2  文献标识码：A  文章编号：1006－6047（2009）06－0054－04
   引言
   发电机的非线性励磁控制器设计方法主要有微分几何方法［1］、逆系统方法［2］和直接反馈线性化等的精确反馈线性化与最优控制、变结构控制［3-5］相结合的控制方法，这类控制方法主要通过控制器来抵消或补偿电力系统自身的非线性特性，从而保证受控电力系统的稳定性和消除系统的混沌振荡。然而设计这类非线性控制器要求系统的模型必须是精确的。
   逆推设计方法是一种系统的非线性系统控制设计方法，它用于严格反馈或严格参数反馈的非线性系统。它把李亚普诺夫（Lyapunov）函数的选择与反馈控制的设计交织在一起，同时该方法与自适应机制有机结合所设计的控制器可以保证受扰参数不确定非线性系统的渐近稳定性。该方法已经广泛用于参数不确定电力系统的控制［6-7］以及一些非线性系统的控制中［8-10］。
   滑模变结构控制理论在电力系统中得到了广泛应用，这主要由于滑模动态可以自行设计，与对象参数及扰动无关，就使得这种控制方法具有响应速度快、对参数变化和扰动不灵敏、实现简单等优点。但是，目前所采用的设计方法通常是将非线性电力系统通过反馈线性化，然后利用极点配置法进行控制器设计［3-4］，或与H∞控制相结合设计励磁控制器［5］，但其对不确定参数的鲁棒性较差。
   逆推设计方法与滑模控制相结合而构成的逆推滑模控制将会使控制系统具有更好的动态性能以及鲁棒性［11-15］。
   为充分利用构造非线性控制系统Lyapunov函数的逆推设计方法与滑模控制的优点，得到逆推自适应滑模控制器设计的一般方法，本文首先对于一类具有不确定性的半严格反馈形式的非线性系统，将构造Lyapunov函数的逆推设计方法和自适应机制以及滑模变结构控制有机结合，获得了一种保证该类系统全局渐近稳定的自适应滑模控制律以及自适应增益控制律。而含励磁控制器的单机无穷大系统的直接反馈线性化模型具有半严格反馈形式，利用对该类系统的设计结果，获得了自适应滑模励磁控制律，进而保证了电力系统全局渐近稳定。仿真表明该控制器可以稳定受扰的电力系统。
   1 非线性系统的逆推滑模自适应控制器设计如式（1）所示的3阶半严格反馈形式（semi-strictfeedback form）的非线性系统：

   其仿真结果见图2和图3，虚线为利用自适应逆推方法设计励磁控制器的系统响应；实线为自适应逆推滑模励磁控制器的系统响应，在仿真过程中，考虑了系统阻尼系数不精确带来的影响。由图2可见，受到小扰动的电力系统在自适应逆推滑模励磁控制器的作用下，很快就回到了初始状态，能保证电力系统的静态稳定，且能较好地维持机端电压；由图3可见，系统在发生短路后，在该控制器的作用下可以很快回到稳定状态，保证电力系统的暂态稳定，并能维持机端电压，2种情况下自适应逆推滑模励磁控制器的效果都比自适应逆推励磁控制器的效果好。
   4  结论
   对于一类具有不确定性的半严格反馈形式的非线性系统，将构造Lyapunov函数的逆推设计方法和自适应机制以及滑模变结构控制有机结合，能够获得一种保证该类系统全局渐近稳定的自适应滑模控制律以及自适应增益控制律。从设计过程看，该逆推自适应滑模控制器的设计方法可以推广到任意阶具有不确定参数的半严格反馈非线性系统。利用这类非线性系统的设计结果，能够很方便地得到自适应逆推滑模励磁控制器，该励磁控制器能够考虑电力系统参数的不确定性，使得在系统参数不精确的情况下控制器有着良好的控制效果。该控制器可以保证电力系统在Lyapunov函数意义下渐近稳定，其既有自适应能力，又具有滑模控制鲁棒性的优点。其设计过程简单，又由于电力系统可以通过各种反馈线性化的方法转换为半严格反馈形式的非线性系统，因此，这种自适应逆推滑模控制器的设计方法在电力系统稳定控制中会有很多应用，如FACTS稳定控制器的设计。

文章来自：滑模机械网

文章作者：信息一部

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