基于LMI的发电机多目标励磁控制器设计
基于LMI的永磁直线电机H∞鲁棒控制器设计

基于LMI的永磁直线电机H∞鲁棒控制器设计陈国锋;方强;李江雄【摘要】针对永磁直线同步电机(PMLSM)伺服控制中存在的模型摄动和外部干扰问题,保证闭环控制系统的鲁棒稳定和鲁棒性能,将基于状态反馈的H∞鲁棒控制器应用到永磁直线同步电机的速度环和电流环设计中,通过建立伺服系统鲁棒控制的状态空间模型,将H∞标准设计问题转化为线性矩阵不等式(LMI)的最优解求解问题,利用Matlab LMI工具求出最优的H∞鲁棒反馈控制器.研究结果表明该H∞鲁棒控制器对模型参数变化不敏感,扰动抑制能力强,具有较强的鲁棒性.%Aiming at the problem of the model parameter uncertainties and external disturbance for permanent magnet linear synchronous motor(PMLSM) servo control, as well ss guaranteed robust stability and robust performance of the closed-loop control system,and the H∞ robust controller was designed based on state feed-back in the speed-loop and current-loop. The H∞ robust standard design problem was translated to an optimization solution of the linear matrix inequality(LMI) by building the state space-model of the servo system, then the optimization H∞ robust controller was solved with Matlab LMI tools. The results indicate that the controller can satisfy strong robustness for model parameter uncertainties and restraint disturbance.【期刊名称】《机电工程》【年(卷),期】2011(028)006【总页数】4页(P704-707)【关键词】永磁直线同步电机;线性矩阵不等式;H∞鲁棒控制【作者】陈国锋;方强;李江雄【作者单位】浙江大学,机械工程学系,浙江杭州310027;浙江大学,机械工程学系,浙江杭州310027;浙江大学,机械工程学系,浙江杭州310027【正文语种】中文【中图分类】TP273;TH390 引言直线电机采用直接驱动方式,具有响应速度快,灵敏度高,且永磁直线电机的定子永磁体采用模块化设计,定子长度可以无限增加。
同步发电机励磁自动控制系统毕业设计

同步发电机励磁自动控制系统设计摘要随着电力行业不断发展和机组单机容量的增大,对机组的要求是越来越高,不仅仅是机组的可用率、运行效率和安全性,对机组的可靠性与经济性也提出了更高的要求。
励磁系统作为发电机的核心控制系统,它的运行状态直接影响发电机运行可靠性与经济性。
因此,保证励磁系统安全、可靠的工作是十分重要的。
对励磁系统进行状态监测与诊断不仅能够提高设备维护的经济性,还能显著提高系统的可靠性。
在本论文中,通过分析了同步发电机励磁系统的工作原理,运用飞升曲线法建立了励磁控制系统的动态数学模型,运用工程设计法设计出闭环控制系统的调节器。
组建了同步发电机励磁自动控制系统,完成系统调试。
实验结果表明该数学模型和控制算法是合理的。
然后分析了同步发电机自励励磁系统的不足,提出一种新型斩波控制励磁系统。
分析了这种系统的工作原理,建立了各个环节的数学模型,利用工程设计法设计出相应的调节器,根据反馈控制原理组建了自励自动控制系统。
仿真结果证明了本文提出控制方案的可行性,为励磁改造和优化提供了一定的理论指导意义。
关键词:同步发电机;飞升曲线法;工程设计法Design of automatic control system for synchronous generator excitationAbstractWith the power industry will continue to development and unit capacity increasing, the requirement of the unit is more and more high. Not only is the unit availability, operation efficiency and safety of, also put forward higher requirements on the unit reliability and economy. As the core control system of generator, the operation state of the excitation system directly influences the reliability and the economy of generator.Therefore, it is very important to guarantee the safety and reliability of the excitation system.. The state monitoring and diagnosis of excitation system can not only improve the economic performance of the maintenance, but also improve the reliability of the system.In this paper, through the analysis of the working principle of the excitation system of synchronous generator, using upwards curve method to establish the dynamic mathematical model of excitation control system, a closed loop control system of the regulator using the engineering design method is adopted to design. The automatic control system of generator excitation is established, and the system is debugged.Experimental results show that the model and control algorithm are reasonable.And then analyzes the lack of self excitation of synchronous generator excitation system, puts forward a new type of chopper control excitation system. Analysis of the working principle of this system, all aspects of the mathematical model are established, and the engineering design method design corresponding regulator, according to the feedback control principle of formation of the automatic control system of self. The experimental results prove the feasibilityof the proposed control scheme, and provide some theoretical guidance for the excitation and optimization.Key words:synchronous generator; soaring curve; engineering design目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 (1)1.1 励磁系统概述 (2)1.2 励磁系统的分类 (2)1.2.1 直流励磁机系统 (2)1.2.2 他励交流励磁机系统 (2)1.2.3 静止并励励磁系统 (2)1.3 励磁系统状态监测发展前景 (3)2 励磁系统的建模分析 (4)2.1 建模方法简介 (4)2.2 飞升曲线法简介 (5)2.3 本次实验的方法及数据处理 (7)3 控制器的设计 (10)3.1 PID励磁控制 (10)3.2 励磁调节器的PID 算法 (10)3.3 调节器的工程设计方法 (11)3.3.1 工程设计方法的基本思路 (12)3.3.2 典型Ⅰ型系统 (12)3.3.3 典型Ⅱ型系统 (14)3.4 励磁控制系统的设计 (16)3.4.1 PID电压调节器参数整定 (16)4 开关式自并励励磁系统的硬件设计 (18)4.1 同步发电机励磁自动控制策略 (18)4.2控制器的设计与应用 (18)4.2.1 PWM调制器 (18)4.2.2 驱动电路 (22)4.3 机械功率输出部分的设计与应用 (23)4.4 开关式并励励磁系统功率主回路的设计与应用 (25)4.4.1 降压斩波电路简介 (25)4.4.2 功率回路分析 (27)4.5 检测控制单元 (28)5 励磁自动控制系统的仿真及结果分析 (29)5.1 动态特性试验 (29)5.2 直流电源起励方式 (29)5.2.1 起励流程 (30)5.2.2 国家相关标准 (30)5.2.4 MATLAB仿真图 (31)5.3 抗扰动特性试验 (31)结论 (33)致谢 (34)参考文献 (35)1 绪论现实生活中,越来越多的同步发电机系统应用于像电站、工厂、舰船等独立供电系统之中。
发电机励磁控制系统的设计

发电机励磁控制系统的设计
发电机励磁控制系统是电力系统中的重要组成部分,其设计需要考虑以下几个方面:
1. 励磁系统的控制方式:励磁系统的控制方式可以采用模拟控制或数字控制。
模拟控制方式采用模拟电路实现控制,具有简单、易实现的特点,但精度较低;数字控制方式采用数字信号处理器或可编程逻辑控制器实现控制,具有精度高、灵活性好的特点,但需要更多的编程和调试时间。
2. 励磁系统的调节性能:励磁系统需要具备一定的调节性能,包括励磁电流的调节、发电机端电压的调节等。
需要根据实际需要设计调节范围和调节精度。
3. 励磁系统的响应速度:励磁系统的响应速度需要满足电力系统的要求。
在系统发生故障时,励磁系统需要快速响应并调节发电机端电压,以保证电力系统的稳定性和可靠性。
4. 励磁系统的保护功能:励磁系统需要具备一定的保护功能,包括过流保护、过压保护、欠流保护等。
在发生故障时,励磁系统需要快速切断励磁电流,以保护发电机的安全。
5. 励磁电源的控制策略:在发电机运行过程中,励磁电源的控制策略需要根据实际情况进行设计。
例如,在发电机启动时,需要采用软启动控制策略,以避免励磁电源对发电机端电压的影响。
根据以上考虑,可以设计出一套基于数字控制的发电机励磁控制系统。
该系统采用数字信号处理器作为控制核心,通过采集发电机的电压、电流等信息,实现对励磁电流的精确控制。
同时,该系统还具备快速响应和保护功能,可以在发生故障时及时切断励磁电流,保护发电机的安全。
此外,该系统还可以根据实际需要,灵活地设置调节范围和调节精度,以满足不同的运行需求。
基于Matlab的最优励磁控制系统设计

基于Matlab的最优励磁控制系统设计
袁琪玮;都洪基
【期刊名称】《工业控制计算机》
【年(卷),期】2011(24)9
【摘要】同步电机励磁控制是电力系统最经济和有效的控制手段之一,是一个非常活跃的研究领域.为促进励磁控制理论研究和工程应用的进一步开展,并最终提高现代大型电力系统的安全稳定性和运行质量,论文阐明了这一研究领域的核心问题所在,运用最优控制理论的知识设计了同步电机励磁控制系统.
【总页数】2页(P56-57)
【作者】袁琪玮;都洪基
【作者单位】南京理工大学动力工程学院,江苏南京210094;南京理工大学动力工程学院,江苏南京210094
【正文语种】中文
【相关文献】
1.同步电机最优励磁控制系统设计 [J], 陆娴;郭昊坤;陆国超
2.最优控制理论在同步发电机励磁控制中的应用—微机最优励磁控制器 [J], 樊俊;毛承雄
3.基于matlab的移动电站最优励磁控制仿真 [J], 安巧静;朱长青;谷志峰;孙小虎;葛庆庆
4.基于MATLAB的生产计划最优化系统设计 [J], 王君
5.基于MATLAB的励磁控制系统模型设计 [J], 史志平;华梁
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基于LMI方法的同步发电机H2励磁控制器的设计

基于LMI方法的同步发电机H2励磁控制器的设计
魏志达;黄曼磊;宋克明
【期刊名称】《应用科技》
【年(卷),期】2007(034)012
【摘要】为了提高同步发电机励磁系统的鲁棒性,将线性矩阵不等式(LMI)方法和H2控制理论应用于同步发电机励磁控制器的设计.计算机仿真结果表明,利用LMI 方法所设计的H2励磁控制器,有效地提高了系统的鲁棒性,即在确保稳定性的前提下提高了系统的响应速度,改善了船舶电力系统调压的效果.
【总页数】4页(P32-35)
【作者】魏志达;黄曼磊;宋克明
【作者单位】哈尔滨工程大学,自动化学院,黑龙江,哈尔滨,150001;哈尔滨工程大学,自动化学院,黑龙江,哈尔滨,150001;哈尔滨工程大学,自动化学院,黑龙江,哈尔滨,150001
【正文语种】中文
【中图分类】TP273
【相关文献】
1.从多目标角度设计发电机励磁控制器的LMI方法 [J], 车延博;王成山;张健
2.混合H2/H∞励磁控制器在船舶同步发电机组并联中的应用 [J], 魏志达;黄曼磊;宋克明
3.一种基于LMI的鲁棒励磁控制器的设计 [J], 杨春祥;廖培金;王光明;吴小艳
4.基于LMI的发电机多目标励磁控制器设计 [J], 车延博;王成山;赵健科
5.基于LMI方法的车辆侧倾运动安全主动悬架H2控制器设计 [J], 陈士安;苑磊;蔡宇萌;姚明
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基于LMI方法的同步发电机H2励磁控制器的设计

Ab t a t I r e o i r v h b s e so x i t n s se o y c r n u e e ao s o t l r o h x s r c :n o d rt mp o e t e r u t s f ct i y tm f n h o o sg n r tr ,a c n r l rt e e — o n e ao s o e f
2 纪9 0世 0年 代 初 , 随着 求 解 凸 优 化 问 题 的 内
点 法 的提 出 , 性 矩 阵不 等式 ( MI 再 一 次 受 到 控 线 L ) 制 界 的关 注. 9 5年 , T A 19 MA L B推 出 了求 解 线 性 矩 阵不 等式 问题 的 L I M 工具 箱 , H 控 制 器 的求 解提 为
Kewod : n h n u e e t ;ec ai ytm; 2 o t l l erm txie uly( MI p rah y r s s c r o s n r o x i t nss y o g ar to e H n o; i a a i n q ai L )a p c c r n r t o
世纪 6 代 现代控 制理 论得 到 了发展 , 0年 具有 广泛 工
程 背景 的线 性二 次型 最优 调节 器采 用线性 二 次型性 能 指标 ( H 性能指 标 ) 是一 种典 型 的最 优控制 . , 在 时 间域研 究 系统 的鲁棒分 析 与综合 问题 的主 要 理论 基础 是 L a u o y p nv稳定 性 理论 , 期 的一 种方 早
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第3 4卷第 l 2期
20 0 7年 1 2月
应 o . 4. 1 De . 0 7 e2 0
基于Matlab的最优励磁控制系统设计

首 先 , 选 取 合 适 的权 矩 阵 R 和 Q。在 设 计 最 优 励 磁 控 制 要 系 统 时 , 常 是 令 R , 为 一对 角 阵 。实 际 上 , 这 个 前 提 下 , 通 =IQ 在 只 需 考 虑权 矩 阵 Q 的 选 取 。 令 Q= ig q , 2 q ) da ( l q , 3 。
v op, d t ael i pr e t e aet f m o el an ulm t y m ov h s f y o der l ge-s al o i n ar c e p wer y t m sabiy s s e t l an mov m e t i t d e n qu i pa r s t aly, pe s e ou t t
同步 发 电机 励 磁 控 制 是 保 证 发 电机 和 电 力 系 统 安 全 稳 定 运 行 和 改 善 电力 系 统 动 态 品 质 的一 项 基 本 措 施 。 随 着 电 力 系 统 的 发 展 , 发 电 机励 磁 提 出 了 更 高 的要 求 。 了维 持 发 电机 电压 水 对 除 平 , 理 分 配 并联 机组 的无 功 功 率 外 , 要 求 励 磁 控 制 系 统 能 对 合 还 电力 系统 的静 态 和 动 态 稳 定 及 暂 态 稳 定 起 作 用 。国 内外 的研 究 和 实 践 证 明 , 磁 控制 系统 不仅 能 提 高 电 力 系 统 稳 定 运 行 极 限 , 励 而 且 通 过 附 加 控 制 , 抑制 低频 振 荡 和 次 同 步 振 荡 , 电 力 系 统 能 对 稳定运行有显著效果 。
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最 优 控 制 理 论 是 现 代 控 制 理 论 中 的核 心 内 容之 一 ,其 主 要 实质是 , 在满 足一 定 约 束条 件下 寻 求 最 优 控 制 规 律 或 控 制 策 略 ,
基于PID的发电机励磁系统控制

基于PID的发电机励磁系统控制————————————————————————————————作者:————————————————————————————————日期:目录摘要: (1)一、设计意义、任务与要求 (2)1.设计意义 (2)2.任务与要求 (2)二、设计与论证 (4)1.励磁系统的数学模型41.1同步发电机传递函数 (4)1.2电压测量单元 (4)1.3功率放大单元 (4)1.4常规PID控制器 (5)1.5同步发电机励磁控制系统框图 (5)2.Matlab电路设计与参数整定52.1电路设计 (5)2.2参数整定 (6)三、仿真与结果 (8)四、仿真结果分析 (10)五、结束语 (11)参考文献 (12)摘要:同步发电机励磁控制器是同步发电机控制系统的核心,该系统是一个典型的反馈控制系统,PID(比例-积分-微分)控制器作为最早实用化的控制器已有70多年历史,现在仍然是应用最广泛的工业控制器。
PID控制器简单易懂,使用中不需精确的系统模型等先决条件,因而成为应用最为广泛的控制器。
本设计为一个简单的PID控制的励磁控制系统。
关键词:励磁反馈 PID控制 Matlab仿真一、设计意义、任务与要求1.设计意义目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。
同时,控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。
智能控制的典型实例是模糊全自动洗衣机等。
自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。
一个控制系统包括控制器、传感器、变送器、执行机构、输入输出接口。
控制器的输出经过输出接口、执行机构,加到被控机构上;控制系统的被控量,经过传感器,变送器,通过输入接口送到控制器。
不同的控制系统,其传感器、变送器、执行机构是不一样的。
比如压力控制系统要采用压力传感器。
电加热控制系统的传感器是温度传感器。
目前,PID控制及其控制器或智能PID控制器(仪表)已经很多,产品已在工程实际中得到了广泛的应用,有各种各样的PID控制器产品,各大公司均开发了具有PID参数自整定功能的智能调节器(intelligent regulator),其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。
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显著的改善 和提高 . 电力系统具有 复杂 的非 线性 , 文 献 [ ]研 究 了基 于 精确 反 馈线 性 化微 分 几 何方 法 的 2 非线性励磁控制. 从理论上讲 , 欲使电力系统在所有工 作 点都 达 到 满 意 的性能 , 线 性控 制 器是 最 佳 的选 择. 非 然 而 , 线 性 控 制器 具 有 复杂 、 易 实 施 、 制 成 本 较 非 不 控 高 的特点 , 在实际应用 中还有一些 问题需要解决. 电力 系统 的运 行 控 制是 一 个 多 目标 问题 : 方 面 一 要求机组运行 的可靠性 、 稳定性 , 另一方面还必须具有 合格的电能质量和 良好 的动态品质. 多 目标控制的 从 角度 对励 磁 系统 的控 制器 进行 设 计 则是 一 条新 鲜 的思
(3 S )在 上述 约 束下 使 性 能 l l 最 小. l l 这里 , ()为 闭环 系统 中从 ’到 Z 的传 递 函 T s . ,
数 , s T ()为闭环系统 中从 ’ 到 Z 的传递函数. . , 在上述有约束 混合 H / 问题 的三个 目标 中, H
了进 一 步 的研究 方 向.
调 节 和控 制 发 电机励 磁 是 抑 制 电压 或 频 率 波 动 、 善 改 动 态 品质 、 高 系 统 抗 干 扰 能 力 的 有 效 措 施 . 究 表 提 研 明 , 线性 最 优 控制 理论 设 计 的励 磁 控制 器 , 输 电系 按 使 统 的性 能 在各 方 面均 比采用 常 规 励磁 调 节器 的情况 有
t2 f =C ()+D2 f z( ) 2 f 2 ) H(
预 先给 定 闭环
H =K x
性 能 >0, 设计 状 态反 馈
() 2
使得 闭 环 系统 达 到 (1 s )保证 性能 l l l < ; l
(2 S )极 点位 于 左半 开 平面 的指 定 区域 D;
1 有约束 混合 / H 问题 的 L MI方法
1 1 有 约束 混合 HEH 问题 . /
设控制对象 P S 为 L I () T 系统 , 其方程描述为
r
() =A ( )+Bl,t t xt ’( )+B2 t . ()
{ ()=c ()+D l()+D 2() ( ) z t t ’ t . , H t 1
路 . 献 [ ]兼 顾 了对 系统 在故 障前 后 不 同 的 目标 要 文 3 求 , 用最 优 控 制 和根 轨 迹 法 设 计 了线 性 状 态 反 馈 的 利 励 磁控 制 器. 个设 计 给予 人 们新 的启示 . 这
多 目标 控 制 器 的综 合 是一 个 十 分 现实 的 问 题 , 其 求 解 一 度 很 是 困 难 .线 性 矩 阵 不 等 式 (ie rmar 1 a t x n i
约束 混 合 / 问题 及 其 L 求 解方 法 ; 后将 其应 H MI 然 用 于发 电机 励磁 控 制 , 出 了 设计 的 目标 、 学 模 型 、 给 数 L 描述 , MI 以及设 计 步骤 ; 而 以一个 典 型 的单 机 无 限 进 大 系统 … 为例 说 明 设 计 过 程 , 仿 真 验 证 ; 后 说 明 并 最
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天津大学 学报
第3 5卷 第 6 20 年 1 月 期 02 1
J OURN AN I AL OF TI JN UNI RST VE IY Vo. 5 No 6 No . 2 o 13 . v 02
基于 L MI的发 电机 多 目标 励 磁 控 制 器 设 计
ieu lis简 称 L ) n q aie , t MI 及其 技 术 的出现 则 为之 提供 了 新 的解决 途径 . 多设 计 指 标 和 约 束 条 件 可 以表 达 为 许 L MI的形 式 , 而 可 用 有 效 的 凸 优 化 算 法 使 问 题 得 到 从 精 确 解答 . 多 种 约束 或 目标 的 多 数 问 题 用 矩 阵 方 程 含 时找 不 到解 析 的解 , 在 L 的体 系 中往 往 仍然 有 解. 但 MI 笔 者 给 出 了一 种 基 于 L MI发 电机 励 磁 系统 多 目 标 状 态反 馈 控制 器 设计 的 系 统 化 键词 : 线性矩 阵不等式 ;多 目标控制 器 ; 励磁控 制 中 图分类 号 :M7 2 T 1 文 献标识码 : A 文章编 号 :4 3 2 3 (0 2 0 . 7 2 0 0 9 . 17 20 )6 0 5 — 5
同步 发 电机运 行 状 态在 很 大 程 度 上 与 励 磁 有 关.
范 数性 能 ( 1 s )表征 了系 统 的 抗 扰性 能 , 点 配 置 极
(2 表征了闭环系统 的内部 稳定性 能, 范数 寻优 s)
(3 则 表 征 了使 系统 达 到上 述性 能 的 L G代 价最 小. s) Q
收 稿 日期 :0 20 0 . 2 0 - 5 4-
基金项 目: 国家重点基 础研究专项经费资助项 目( 19 0 0 0 ) G 9 8 2 3 7 作者简 介 : 车延博 (9 2 17 一 ) 男 , , 博士生 , 讲师.
车 延 博 , 成 山 , 健 科 王 赵
( 天津大学 电气 自动化 与能源工程学 院 , 天津 3 0 7 ) 00 2
摘
要: 借鉴有极 点配置 约束混合 / 问题 的解法 , 多 目标 控制 的 角度设 计发 电机励 磁 H 从
控 制 器, 用线性 矩阵不等 式( M1技 术 实现 . 并 L ) 这种 多目标的状 态反 馈控 制 , 以使机 组在 故 可 障前后状 态分别达到 其各 自的性 能指 标 , 且控 制代 价合 理. 体算例 说 明 了设 计方 法的 可 并 具