现代控制理论在电力系统中的应用
现代控制理论在电力系统中的应用
摘要：现代控制理论的发展和应用极大地促进了其他学科的发展，改变的社会生产和人们生活的面貌。本文介绍了现代控制理论的发展历程与研究内容，并介绍现代控制理论在电力系统中的应用，表明了现代控制理论对于电力系统发展的重要意义。
关键词：现代控制理论；电力系统；应用；意义
1.引言
控制理论作为一门科学技术，已经广泛地运用于各个行业。20世纪以来，控制理论与方法对电力工业的进步做出了巨大贡献，随着控制理论的发展和电力系统的日益复杂化，电力系统控制包含的内容也越来越丰富。
2.现代控制理论的产生与发展
现代控制理论的产生和发展经过了很长的时期。从现代控制理论的发展历程可以看出，它的发展过程反映了人类由机械化时代进入电气化时代，并走向自动化、信息化、智能化时代。其产生和发展要分为以下几个阶段的发展。
2.1 现代控制理论的产生
在二十世纪五十年代末开始，随着计算机的飞速发展，推动了核能技术、空间技术的发展，从而对出现的多输入多输出系统、非线性系统和时变系统的分析与设计问题的解决。科学技术的发展不仅需要迅速地发展控制理论，而且也给现代控制理论的发展准备了两个重要的条件—现代数学和数字计算机。现代数学，例如泛函分析、现代代数等，为现代控制理论提供了多种多样的分析工具；而数字计算机为现代控制理论发展提供了应用的平台。
2.2 现代控制理论的发展
五十年代后期，贝尔曼等人提出了状态分析法；在1957年提出了动态规则；1959年卡尔曼和布西创建了卡尔曼滤波理论；1960年在控制系统的研究中成功地应用了状态空间法，并提出了可控性和可观测性的新概念；1961年庞特里亚金提出了极小（大）值原理；罗森布洛克、麦克法轮和欧文斯研究了使用于计算机辅助控制系统设计的现代频域法理论，将经典控制理论传递函数的概念推广到多变量系统，并探讨了传递函数矩阵与状态方程之间的等价转换关系，为进一步
建立统一的线性系统理论奠定了基础。20世纪70年代奥斯特隆姆和朗道在自适应控制理论和应用方面作出了贡献。与此同时，关于系统辨识、最优控制、离散时间系统和自适应控制的发展大大
丰富了现代控制理论的内容。
3.现代控制理论的内容及研究方法
现代控制理论的内容主要有为系统辨识；最优控制问题；自适应控制问题；线性系统基本理论；最佳滤波或称最佳估计。
3.1系统辨识
系统辨识是建立系统动态模型的方法。根据系统的输入输出的试验数据，从一类给定的模型中确定一个被研究系统本质特征等价的模型，并确定其模型的结构和参数。
3.2最优控制问题
在给定约束条件和性能指标下，寻找使系统性能指标最佳的控制规律。主要方法有变分法、极大值原理、动态规划等极大值原理。现代控制理论的核心即：使系统的性能指标达到最优（最小或最大）某一性能指标最优：如时间最短或燃料消耗最小等。
3.3自适应控制问题
在控制系统中，控制器能自动适应内外部参数、外部环境变化，自动调整控制作用，使系统达到一定意义下的最优。
3.4线性系统基本理论
包括系统的数学模型、运动的分析、稳定性的分析、能控及能观测性及状态反馈与观测器等问题。
3.5最佳滤波或称最佳估计
当系统中存在随机干扰和环境噪声时，其综合必须应用概率和统计方法进行。即：已知系统数学模型，通过输入输出数据的测量，利用统计方法对系统状态估计。
4.现代控制理论在电力系统中的应用
4.1 线性最优控制
随着电力系统的发展和单机容量的增大，经典控制理论设计的工业装置不能很
好满足日益复杂的电力系统对振荡抑制以及稳态电压调节精度等方面的要求。线性最优控制是现代控制理论中最优控制领域的一个重要分支。其受控系统是动态行为可用线性数学模型表征的系统。在改善电力系统小干扰稳定性及动态品质方面，线性最优控制是目前诸多现代电力系统控制中应用最多，最成熟的一个分支，在远距离输电系统的发电机励磁控制、发电机组快速汽门控制、发电机组的综合控制、发电机制动电阻的最优时间控制等方面取得了一系列的研究成果[1]。
4.2 非线性控制
进入20世纪80年代，电力系统的高度非线性、设备间的强耦合性和不可避免的不确定性成为制约控制器发挥性能的主要因素。为此，非线性控制开始被引入到电力系统控制器的设计中来。
4.2.1 基于微分几何的非线性最优控制
20世纪80年代，微分几何方法与非线性控制系统设计问题相结合，形成了非线性控制系统几何结构理论体系[2-5].电力系统固有的非线性特性是促成研究微
分几何控制的主要原因，取得了许多有意义的成果。文献[6]提出了一种局部测量反馈的多机电力系统发电机励磁非线性控制器的设计方法，应用微分几何控制理论，得到了闭环非线性解析控制规律，反馈量仅需测量该台发电机的状态量，与网络结构和参数以及其他发电机的状态无直接关系，从而实现了发电机间的解耦控制。文献[7]基于反馈线性化和线性最优控制提出了一种非线性最优励磁控制器，从理论上证明了该非线性控制律在最优意义上与精确线性化后的线性系统二次型最优控制是等价的，是一种非线性最优控制。该控制律同样只利用本地信息进行最优励磁控制器设计，与系统网络参数解耦。仿真证明该控制器适用于大干扰的情况。
4.2.2 基于微分博弈的非线性鲁棒控制
为提高电力系统的鲁棒稳定性，上世纪90年代末非线性鲁棒控制理论开始受到重视。非线性鲁棒控制是微分几何和微分博弈理论的综合和发展，文献[8-10]考虑了包含干扰的电力系统一般仿射非线性动态模型，进而利用微分几何方法并结合微分博弈理论，提出了反馈线性化设计方法。文献[11]基于微分对策并结合中心流形理论，提出了基于状态-动态-量测的SDM混合反馈设计方法，提出了非线性控制器参数整定方法及动态量测量滤波输入方法，解决了非线性非最小相位
系统的控制器设计难题。文献[12]系统地总结了这方面的工作，提出了电力系统非线性鲁棒控制器的程式化设计方法。
4.2.3 基于ADP 的非线性控制
由于电力系统的复杂性和不确定性等因素，用于控制的精确模型通常很难获得，此时系统的优化控制则很难实现。ADP作为一种以Bellman最优化原理为基础的先进动态优化理论，和以Pontryagin极小值原理为基础的最优控制联系紧密。ADP使用近似的方法来减小高维对计算所带来的影响，解决了动态规划(DP)面临的“维数灾”问题，从而使将其应用于大规模电力系统优化控制成为可能。 ADP的原理是通过估计来获得余留代价函数，从而避免每个阶段内针对所有状态变量和控制变量进行精确计算，同时在总体代价最优的原则下进行策略更新，通过对系统响应进行评价不断提高估计精度，并逐步改进控制策略，以实现总体代价的最优[13]根据评论模块输出的不同，ADP 有三种基本的实现方法: HDP、DHP 和GDHP。近年来，这方面已经出现了一些相关的研究。文献[14]用DHP 方法设计了发电机的励磁控制器, 3 机系统的数值仿真和动模实验表明，在各种干扰下系统动态性能优良; 文献[15]将direct HDP 方法应用于SVC 附加阻尼控制器和发电机附加励磁控制器，并给出了适合电力系统控制的初值选取方法。仿真测试表明，算法收敛性良好，控制器具有较强的鲁棒性和适应能力，可有效解决部分状态反馈和通信延时情况下的电力系统设备优化控制问题。aa
5.结论
现代控制理论在工业、农业、交通运输及国防建设等各个领域应用非常广泛，因此掌握现代控制理论的知识至关重要。
20世纪以来，控制理论与方法对电力工业的进步做出了巨大贡献，随着控制
理论的发展和电力系统的日益复杂化，电力系统控制包含的内容也越来越丰富。相信先进控制理论将使人们以更科学的方式来处理电力系统中面临的复杂控制
问题，使之更好地造福于人类和社会。
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现代控制理论在电机中的应用
现代控制理论与电机控制 刘北 070301071 电气工程及其自动化0703班 现代控制理论在电机控制中的具体应用： 自70年代异步电动机矢量变换控制方法提出，至今已获得了迅猛的发展。这种理论的主要思想是将异步电动机模拟成直流机，通过坐标变换的方法，分别控制励磁电流分量与转矩电流分量，从而获得与直流电动机一样良好的动态调速特性。这种控制方法现已较成熟，已经产品化，且产品质量较稳定。因为这种方法采用了坐标变换，所以对控制器的运算速度、处理能力等性能要求较高。近年来，围绕着矢量变换控制的缺陷，如系统结构复杂、非线性和电机参数变化影响系统性能等等问题，国内、外学者进行了大量的研究。伴随着推进矢量控制、直接转矩控制和无传感器控制技术进一步向前发展的是人工智能控制，这是电机现代控制技术的前沿性课题，已取得阶段性的研究成果，并正在逐步实用化。 矢量控制和直接转矩控制技术的一个新的发展方向是直接驱动技术，这种零方式消除了传统机械传动链带来的一系列不良影响，极大地提高了系统的快速响应能力和运动精度。但是，这种机械上的简化，导致了电机控制上的难度。为此，需要电机控制技术的进一步提高和创新。这正是电机现代控制技术有待深入研究和具有广阔开发前景的新领域。 电机的现代控制技术与先进制造装备息息相关，已在为先进制造技术的重要研究领域之一，国内很多学者和科技人员正在从事这方面的研究和开发。 一、三相感应电动机的矢量控制 1、 定、转子磁动势矢量 三相感应电动机是机电能量转换装置，这种的物理基础是电磁间的相互作用或者磁场能量的变化。因此，磁场是机电能量转换的媒介，是非常重要的物理量。为此，对各种电动机都要了解磁场在电动机空间内的分布情况。感应电动机内磁场是由定、转子三相绕组的磁动势产生的，首先要确定电动机内磁动势的分布情况。对定子三相绕组而言，当通以三相电流A i 、B i 、C i 时，分别产生沿着各自绕组轴线脉动的空间磁动势波，取其基波并记为A f 、B f 、C f ，显然它们都是空间矢量。对于分布和短矩绕组，定义正向电流产生的空间磁动势波基波的轴线为该相绕组的轴线，亦即A f 、B f 、C f 是以ABC 为轴线沿圆周正弦分布的空间矢量，各自的幅值是变化的，取决于相电流的瞬时值，即有
现代控制理论大作业
现代控制理论 (主汽温对象模型) 班级: 学号: 姓名:
目录 一. 背景及模型建立 1.火电厂主汽温研究背景及意义 2.主汽温对象的特性 3.主汽温对象的数学模型 二.分析 1.状态空间表达 2.化为约当标准型状态空间表达式并进行分析 3.系统状态空间表达式的求解 4.系统的能控性和能观性 5.系统的输入输出传递函数 6.分析系统的开环稳定性 7.闭环系统的极点配置 8.全维状态观测器的设计 9.带状态观测器的状态反馈控制系统的状态变量图 10.带状态观测器的闭环状态反馈控制系统的分析 三.结束语 1.主要内容 2.问题及分析 3.评价
一.背景及模型建立 1.火电厂主汽温研究背景及意义 火电厂锅炉主汽温控制决定着机组生产的经济性和安全性。由于锅炉的蒸汽容量非常大、过热汽管道很长，主汽温调节对象往往具有大惯性和大延迟，导致锅炉主汽温控制存在很多方面的问题，影响机组的整个工作效率。主汽温系统是表征锅炉特性的重要指标之一，主汽温的稳定对于机组的安全运行至关重要。其重要性主要表现在以下几个方面： (1) 汽温过高会加速锅炉受热面以及蒸汽管道金属的蠕变，缩短其使用寿命。例如，12CrMoV 钢在585℃环境下可保证其应用强度的时间约为10万小时，而在 595℃时，其保证应用强度的时间可能仅仅是 3 万小时。而且一旦受热面严重超温，管道材料的强度将会急剧下降，最终可能会导致爆管。再者，汽温过高也会严重影响汽轮机的汽缸、汽门、前几级喷嘴和叶片、高压缸前轴承等部件的机械强度，从而导致设备损坏或者使用年限缩短。 (2) 汽温过低，会使得机组循环热效率降低，增大煤耗。根据理论估计可知：过热汽温每降低10℃，会使得煤耗平均增加0.2%。同时，汽温降低还会造成汽轮机尾部的蒸汽湿度增大，其后果是，不仅汽轮机内部热效率降低，而且会加速汽轮机末几级叶片的侵蚀。此外，汽温过低会增大汽轮机所受的轴向推力，不利于汽轮机的安全运行。 (3) 汽温变化过大会使得管材及有关部件产生疲劳，此外还将引起汽轮机汽缸的转子与汽缸的胀差变化，甚至产生剧烈振动，危及机组安全运行。 据以上所述，工艺上对汽温控制系统的质量要求非常严格，一般控制误差范围在±5℃。主汽温太高会缩短管道的使用寿命，太低又会降低机组效率。所以必须实现汽温系统的良好控制。而汽温被控对象往往具有大惯性、大延时、非线性，时变一系列的特性，造成对象的复杂性，增加了控制的难度。现代控制系统中有很多关于主汽温的控制方案，本文我们着重研究带状态观测器的状态反馈控制对主汽温的控制[1] 。 2.主汽温对象的特性 2.1主汽温对象的静态特性 主汽温被控对象的静态特性是指汽温随锅炉负荷变化的静态关系。过热器的传热形式、结构和布置将直接影响过热器的静态特性。现代大容量锅炉多采用对流过热器、辐射过热器和屏式过热器。对流过热器布置在450℃～1000℃烟气温度的烟道中，受烟气的横向和纵向冲刷，烟气以对流方式将热量传给管道。而辐射过热器则是直接吸收火焰和高温烟气的辐射能。屏式过热器布置在炉膛内上部
电力系统分析课后作业题及练习题
第一章 电力系统的基本概念 1-1 什么叫电力系统、电力网及动力系统 1-2 电力线、发电机、变压器和用电设备的额定电压是如何确定的 1-3 我国电网的电压等级有哪些 1-4 标出图1-4电力系统中各元件的额定电压。 1-5 请回答如图1－5所示电力系统中的二个问题： ⑴ 发电机G 、变压器1T 2T 3T 4T 、三相电动机D 、单相电灯L 等各元件的额定电压。 ⑵ 当变压器1T 在+%抽头处工作，2T 在主抽头处工作，3T 在%抽头处工作时，求这些变压器的实际变比。 1-6 图1-6中已标明各级电网的电压等级。试标出图中发电机和电动机的额定电压及变压器的额定变比。 1-7 电力系统结线如图1-7所示，电网各级电压示于图中。试求： 习题1-5图 习题1-6图 习题1-4图
⑴发电机G 和变压器1T 、2T 、3T 高低压侧的额定电压。 ⑵设变压器1T 工作于+%抽头， 2T 工作于主抽头，3T 工作于-5%抽头，求这些变压器的实际变比。 1-8 比较两种接地方式的优缺点，分析其适用范围。 1-9 什么叫三相系统中性点位移它在什么情况下发生中性点不接地系统发生单相接地时，非故障相电压为什么增加3倍 1-10 若在变压器中性点经消弧线圈接地，消弧线圈的作用是什么 第二章 电力系统各元件的参数及等值网络 2-1 一条110kV 、80km 的单回输电线路，导线型号为LGJ —150，水平排列，其线间距离为4m ，求此输电线路在40℃时的参数，并画出等值电路。 2-2 三相双绕组变压器的型号为SSPL —63000/220，额定容量为63000kVA ，额定电压为242/，短路损耗404=k P kW ，短路电压45.14%=k U ，空载损耗93=o P kW ，空载电流 41.2%=o I 。求该变压器归算到高压侧的参数，并作出等值电路。 2-3 已知电力网如图2-3所示： 各元件参数如下： 变压器：1T ：S =400MVA ，12%=k U ， 242/ kV 2T ：S =400MVA ，12%=k U ， 220/121 kV 线路：2001=l km, /4.01Ω=x km (每回路) 习题1-7图 115kV T 1 T 2 l 1 l 2 习题2-3图
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电力系统仿真软件 电力系统仿真软件简介 一、PSAPAC 简介: 由美国EPRI开发，是一个全面分析电力系统静态和动态性能的软件工具。 功能：DYNRED（Dynamic Reduction Program）：网络化简与系统的动态等值，保留需要的节点。 LOADSYN（Load Synthesis Program）：模拟静态负荷模型和动态负荷模型。 IPFLOW（Interactive Power Flow Program）：采用快速分解法和牛顿－拉夫逊法相结合的潮流分析方法，由电压稳态分析工具和不同负荷、事故及发电调度的潮流条件构成。 TLIM（Transfer Limit Program）：快速计算电力潮流和各种负荷、事故及发电调度的输电线的传输极限。 DIRECT：直接法稳定分析软件弥补了传统时域仿真工作量大、费时的缺陷，并且提供了计算稳定裕度的方法，增强了时域仿真的能力。 LTSP（Long Term Stability Program）：LTSP是时域仿真程序，用来模拟大型电力系统受到扰动后的长期动态过程。为了保证仿真的精确性，提供了详细的模型和方法。 VSTAB（Voltage Stability Program）：该程序用来评价大型复杂电力系统的电压稳定性，给出接近于电压不稳定的信息和不稳定机理。为了估计电压不稳定状态，使用了一种增强的潮流程序，提供了一种接近不稳定的模式分析方法。 ETMSP（Extended Transient midterm Stability Program）：EPRI为分析大型电力系统暂态和中期稳定性而开发的一种时域仿真程序。为了满足大型电力系统的仿真，程序采用了稀疏技术，解网络方程时为得到最合适的排序采用了网络拓扑关系并采用了显式积分和隐式积分等数值积分法。 SSSP(Small－signal Stability Program)：该程序有助于局部电厂模式振荡和站间模式振荡的分析，由多区域小信号稳定程序(MASS)及大型系统特征值分析程序（PEALS）两个子程序组成。MASS程序采用了QR变换法计算矩阵的所有特征值，由于系统的所有模式都计算，它对控制的设计和协调是理想的工具；PEALS使用了两种技术：AESOPS算法和改进Arnoldi 方法，这两种算法高效、可靠，而且在满足大型复杂电力系统的小信号稳定性分析的要求上互为补充。 二、EMTP/ATP 简介: EMTP是加拿大H.W.Dommel教授首创的电磁暂态分析软件,它具有分析功能多、元件模型全和运算结果精确等优点,对于电网的稳态和暂态都可做仿真分析，它的典型应用是预测电力系统在某个扰动（如开关投切或故障）之后感兴趣的变量随时间变化的规律，将EMTP 的稳态分析和暂态分析相结合，可以作为电力系统谐波分析的有力工具。 ATP（The alternative Transients Program）是EMTP的免费独立版本，是目前世界上电磁暂态分析程序最广泛使用的一个版本, 它可以模拟复杂网络和任意结构的控制系统，数学模型广泛，除用于暂态计算，还有许多其它重要的特性。ATP程序正式诞生于1984年，由Drs.
电力系统分析(本)网上作业二及答案
练习二：单项选择题 1、通过10输电线接入系统的发电机的额定电压是（）。 A 10 B 10.5 C11 （答案：B） 2、根据用户对（）的不同要求，目前我国将负荷分为三级。 A 供电电压等级 B 供电经济性 C供电可靠性 （答案：C） 3、为了适应电力系统运行调节的需要，通常在变压器的（）上设计制造了分接抽头。 A 高压绕组 B中压绕组 C低压绕组 （答案：A） 4、采用分裂导线可（）输电线电抗。 A 增大 B 减小 C保持不变 （答案：B） 5、在有名单位制中，功率的表达式为( ) A 1.732×V×I B ×I C 3×V×I （答案：A） 6、电力系统的中性点是指( ) A变压器的中性点 B星形接线变压器的中性点 C发电机的中性点 D B和C （答案：D）
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现代控制理论概述及实际应用意义
13/2012 59 现代控制理论概述及实际应用意义 王 凡 王思文 郑卫刚 武汉理工大学能源与动力工程学院 【摘 要】控制理论作为一门科学技术，已经广泛地运用于我们社会生活的方方面面。本文介绍了现代控制理论的产生、发展、内容、研究 方法和应用以及经典控制理论与现代控制理论的差异，并介绍现代控制理论的应用。提出了学习现代控制理论的重要意义。【关键词】现代控制理论；差异；应用；意义 1.引言 控制理论作为一门科学技术，已经广泛地运用于我们社会生活的方方面面。例如，我们的教学也使用了控制理论的方法。老师在课堂上讲课，大家在课堂上听，本身可看作一个开环函数；而同学们课下做作业，再通过老师的批改，进而改进和提高老师的授课内容和方法，这就形成了一个闭环控制。像这样的例子很多，都是控制理论在生活中的应用。现代控制理论如此广泛，因此学好现代控制理论至关重要。 2.现代控制理论的产生与发展现代控制理论的产生和发展经过了很长的时期。从现代控制理论的发展历程可以看出，它的发展过程反映了人类由机械化时代进入电气化时代，并走向自动化、信息化、智能化时代。其产生和发展要分为以下几个阶段的发展。 2.1 现代控制理论的产生在二十世纪五十年代末开始，随着计算机的飞速发展，推动了核能技术、空间技术的发展，从而对出现的多输入多输出系统、非线性系统和时变系统的分析与设计问题的解决。 科学技术的发展不仅需要迅速 地发展控制理论，而且也给现代控制理论的发展准备了两个重要的条件—现代数学和数字计算机。现代数学，例如泛函分析、现代代数等，为现代控制理论提供了多种多样的分析工具；而数字计算机为现代控制理论发展提供了应用的平台。 2.2 现代控制理论的发展五十年代后期，贝尔曼（Bellman）等人提出了状态分析法；在1957年提出了动态规则；1959年卡尔曼（Kalman）和布西创建了卡尔曼滤波理论；1960年在控制系统的研究中成功地应用了状态空间法，并提出了可控性和可观测性的新概念；1961年庞特里亚金（俄国人）提出了极小（大）值原理；罗森布洛克（H.H.Rosenbrock）、麦克法轮（G.J.MacFarlane）和欧文斯（D.H.Owens）研究了使用于计算机辅助控制系统设计的现代频域法理论，将经典控制理论传递函数的概念推广到多变量系统，并探讨了传递函数矩阵与状态方程之间的等价转换关系，为进一步建立统一的线性系统理论奠定了基础。 20世纪70年代奥斯特隆姆（瑞典）和朗道（法国，https://www.360docs.net/doc/d58707383.html,ndau）在自适应控制理论和应用方面作出了贡献。 与此同时，关于系统辨识、最优控制、离散时间系统和自适应控制的发展大大丰富了现代控制理论的内容。 3.现代控制理论的内容及研究方法 现代控制理论的内容主要有为系统辨识；最优控制问题；自适应控制问题；线性系统基本理论；最佳滤波或称最佳估计。 （1）系统辨识 系统辨识是建立系统动态模型的方法。根据系统的输入输出的试验数据，从一类给定的模型中确定一个被研究系统本质特征等价的模型，并确定其模型的结构和参数。 （2）最优控制问题 在给定约束条件和性能指标下，寻找使系统性能指标最佳的控制规律。主要方法有变分法、极大值原理、动态规划等极大值原理。现代控制理论的核心即：使系统的性能指标达到最优（最小或最大）某一性能指标最优：如时间最短或燃料消耗最小等。 （3）自适应控制问题 在控制系统中，控制器能自动适应内外部参数、外部环境变化，自动调整控制作用，使系统达到一定意义下的最优。模型参考自适应控制
现代控制理论大作业 北科
现代控制理论大作业分析对象：汽车悬架系统 指导老师：周晓敏 专业：机械工程 姓名：白国星 学号：S2*******
1.建模 悬架是车轮或车桥与汽车承载部分之间具有弹性的连接装置的总称，具有传递载荷、缓和冲击、衰减振动以及调节汽车行驶中的车身位置等作用。传统汽车悬驾系统是被动悬驾，其参数不能改变，无法控制其对不同路面激励的响应，因此对不同路面的适应性较差。为提高汽车的行驶平顺性、操纵稳定性和制动性等性能，人们开始用主动悬架系统来代替传统的被动悬架系统。主动悬架系统能根据路面的情况通过一个动力装置改变悬挂架的参数，改善汽车的各方面性能。 对悬驾系统进行仿真计算首先要建立悬驾系统动力学模型，随后对所建立的模型进行仿真分析。为了简化模型，取汽车的一个车轮的悬驾系统进行研究，该模型可简化为一维二自由度的弹簧阻尼质量系统，图1所示为该模型的模拟图。 图1 悬架系统模型的模拟图 其中u为动力装置的作用力，w为路面位移，x1为车身位移，x2为悬驾位移，用车身位移来度量车身的振动情况，并视为系统的输出。路面状况以w为尺度，并视为系统的一个干扰输入。当汽车从平面落入坑时，w可用一个阶跃信
号来模拟。u 为主动悬架的作用力，它是系统的控制量。 进行受力分析，由牛顿第二规律可得车身悬架系统的动力学方程为: ()()()()() 1121212212122s s t m x K x x b x x u m x K x x b x x u K w x ?=-+-+?? =-+--+-??& &&&&&&& 设系统状态变量为: []1 2 12x x x x x =&& 则上面系统动力学方程可改写为状态空间表达式: x Ax Bu y Cx Du =+?? =+?& 其中: ()1 1 1 1222 200 100001s s s t s K K b b A m m m m K K K b b m m m m ????????--=????-+??-??? ? 12 200 001 01t B m K m m ?? ??????=????-???? []1000C = []00D = u u w ??=???? Matlab 系统模型程序代码： m1=800;m2=320;ks=10000;b=30000; kt=10*ks;
自动控制现代控制与智能控制的关系
自动控制、现代控制与智能控制的关系 一、基本区别 控制理论发展至今已有100多年的历史，经历了“经典控制理论”和“现代控制理论”的发展阶段，已进入“大系统理论”和“智能控制理论”阶段。智能控制理论的研究和应用是现代控制理论在深度和广度上的拓展。20世纪80年代以来，信息技术、计算技术的快速发展及其他相关学科的发展和相互渗透，也推动了控制科学与工程研究的不断深入，控制系统向智能控制系统的发展已成为一种趋势。 自动控制理论中建立在频率响应法和根轨迹法基础上的一个分支。经典控制理论的研究对象是单输入、单输出的自动控制系统，特别是线性定常系统。经典控制理论的特点是以输入输出特性（主要是传递函数）为系统数学模型，采用频率响应法和根轨迹法这些图解分析方法，分析系统性能和设计控制装置。经典控制理论的数学基础是拉普拉斯变换，占主导地位的分析和综合方法是频率域方法。建立在状态空间法基础上的一种控制理论，是自动控制理论的一个主要组成部分。 在现代控制理论中，对控制系统的分析和设计主要是通过对系统的状态变量的描述来进行的，基本的方法是时间域方法。现代控制理论比经典控制理论所能处理的控制问题要广泛得多，包括线性系统和非线性系统，定常系统和时变系统，单变量系统和多变量系统。它所采用的方法和算法也更适合于在数字计算机上进行。现代控制理论还为设计和构造具有指定的性能指标的最优控制系统提供了可能性。 智能控制（intelligent controls）在无人干预的情况下能自主地驱动智能机器实现控制目标的自动控制技术。 二、华山论剑：自动控制的机遇与挑战 传统控制理论在应用中面临的难题包括：(1)传统控制系统的设计与分析是建立在已知系统精确数学模型的基础上，而实际系统由于存在复杂性、非线性、时变性、不确定性和不完全性等，一般无法获得精确的数学模型；(2)研究这类系统时，必须提出并遵循一些比较苛刻的假设，而这些假设在应用中往往与实际不相吻合；(3)对于某些复杂的和包含不确定性的对象，根本无法用传统数学模型来表示，即无法解决建模问题；(4)为了提高性能，传统控制系统可能变得很复杂，从而增加了设备的初始投资和维修费用，降低了系统的可靠性。 为了讨论和研究自动控制面临的挑战，早在1986年9月，美国国家科学基金会(NSF)及电气与电子工程师学会(1EEE)的控制系统学会在加利福尼亚州桑克拉拉大学(University of Santa Clare)联合组织了一次名为“对控制的挑战”的专题报告会。有50多位知名的自动控制专家出席了这一会议。他们讨论和确认了每个挑战。根据与会自动控制专家的集体意见，他们发表了《对控制的挑战——集体的观点》，洋洋数万言，简直成为这一挑战的宣言书。 到底为什么自动控制会面临这一挑战，还面临哪些挑战，以及在哪些研究领域存在挑战呢? 在自动控制发展的现阶段，存在一些至关重要的挑战是基于下列原因的：(1)科学技术
现代控制理论及应用
现代控制理论及应用李嗣福教授、博士生导师 中国科学技术大学自动化系
一、现代控制理论及应用发展简介 1. 控制理论及应用发展概况 2. 自动控制系统和自动控制理论 以单容水槽水位控制和电加热器温度控制为例说明什么是自动控制、控制律（或控制策略）、自动控制系统以及自动控制系统组成结构和自动控制理论所研究的内容。 2.1自动控制：利用自动化仪表实现人的预期控制目标。 2.2自动控制系统及其组成结构 自动控制系统：指为实现自动控制目标由自动化仪表与被控对象所联接成闭环系统。 自动控制系统组成结构：是由被控对象、测量代表、控制器或调节器和执行器构成反馈闭环结构，其形式有单回路形式和串级双回路形式。 控制系统性能指标：定性的有稳（定性）、准（确性）、快（速性）。 控制律（或控制策略、控制算法）：控制系统中控制器或调节器所采用的控制策略，即用系统偏差量如何确定控制量的数学表示式。 2.3自动控制系统类型主要有：按系统参数输入信号形式分：定值控制系统或调节系统和随动系统。 按系统结构形式分：前馈控制系统（即开环系统）和反馈控制系统以及复合控制系统； 按系统中被控对象的控制输入量数目和被控输出量数目分：单变量控制系统和多变量控制系统； 按被控对象特性分：线性控制系统和非线性控制系统； 按系统中的信号形式分：模拟（或时间连续）控制系统、数字（或时间离散）控制系统以及混合控制系统。 2.4自动控制理论：研究自动控制系统分析与综合设计的理论和方法。 3. 古典（传统）控制理论： 采用数学变换方法（即拉普拉斯变换和富里叶变换）按照系统输出量
与输入量之间的数学关系（即系统外部特性）研究控制系统分析和综合设计问题。具体方法有：根轨迹法；频率响应法。 主要特点：理论方法的物理概念清晰，易于理解；设计出控制律一般较简单，易于仪表实现 主要缺点： ① 设计需要凭经验试凑，设计结果与设计经验关系很大； ② 系统分析和设计只着眼于系统外部特性； ③一般只能处理单变量系统分析和设计问题，而不能处理复杂的多变量系统分析和设计。 4. 现代控制理论及其主要内容 现代控制理论：狭义的是指60年代发展起来的采用状态空间方法研究实现最优控制目标的控制系统综合设计理论。广义的是指60年代以来发展起来的所有新的控制理论与方法。 控制系统状态空间设计理论： （1） 用一阶微方程组表征系统动态特性，一般形式（连续系统）为 )()()(t BU t AX t X +=——状态方程（连续的一阶微分方程组） )()(t CX t Y =——输出方程 离散系统： )()()1(t BU t AX k X +=+——状态方程（离散的一阶差分方程组） )()(k CX k Y = k ——为大于等于零整数，表示离散时间序号； ?????? ??? ???=)() ()()(21k x k x k x k X n ——状态向量，其中)(k x i ，()n i ,,1 =为状态变量； ????? ???? ???=)() ()()(21k u k u k u k U m ——输入向量，其中)(k u i ， ()m i ,,1 =为各路输入；
现代控制理论大作业
现代控制理论 直流电动机模型的分析 姓名：李志鑫 班级：测控1003 学号：201002030309
2 1直流电动机的介绍 1.1研究的意义 直流电机是现今工业上应用最广的电机之一，直流电机具有良好的调速特性、较大的启动转矩、功率大及响应快等优点。在伺服系统中应用的直流电机称为直流伺服电机，小功率的直流伺服电机往往应用在磁盘驱动器的驱动及打印机等计算机相关的设备中，大功率的伺服电机则往往应用在工业机器人系统和CNC铣床等大型工具上。[1] 1.2直流电动机的基本结构 直流电动机具有良好的启动、制动和调速特性，可以方便地在宽范围内实现无级调速，故多采用在对电动机的调速性能要求较高的生产设备中。 直流伺服电机的电枢控制：直流伺服电机一般包含3个组成部分： - 图1.1 ①磁极： 电机的定子部分，由磁极N—S级组成，可以是永久磁铁（此类称为永磁式直流伺服电机），也可以是绕在磁极上的激励线圈构成。 ②电枢： 电机的转子部分，为表面上绕有线圈的圆形铁芯，线圈与换向片焊接在一起。 ③电刷： 电机定子的一部分，当电枢转动时，电刷交替地与换向片接触在一起。 直流电动机的启动
电动机从静止状态过渡到稳速的过程叫启动过程。电机的启动性能有以下几点要求： 1）启动时电磁转矩要大，以利于克服启动时的阻转矩。 2）启动时电枢电流要尽可能的小。 3）电动机有较小的转动惯量和在加速过程中保持足够大的电磁转矩，以利于缩短启动时间。 直流电动机调速可以有： （1）改变电枢电源电压； （2）在电枢回路中串调节电阻； （3）改变磁通，即改变励磁回路的调节电阻Rf以改变励磁电流。 本文章所介绍的直流伺服电机，其中励磁电流保持常数，而有电枢电流进行控制。这种利用电枢电流对直流伺服电机的输出速度的控制称为直流伺服电机的电枢控制。如图1.2 Bm 电枢线路图1.2 ——定义为电枢电压（伏特）。 ——定义为电枢电流（安培）。 ——定义为电枢电阻（欧姆）。 ——定义为电枢电感（亨利）。 ——定义为反电动势（伏特）。 ——定义为励磁电流（安培）。 ——定义为电机产生的转矩（牛顿?米） ——定义为电机和反射到电机轴上的负载的等效粘带摩擦系数（牛顿?米∕度?秒） —定义为电机和反射到电机轴上的负载的等效转动惯量（千克?米）。 1.3建立数学模型 电机所产生的转矩，正比于电枢电流I与气隙磁通Φ的乘积，即： Φ (1-1) 而气隙磁通Φ又正比于激励电流，故式（1-1）改写为 (1-2)
《电力系统分析基础》习题
《电力系统分析基础》习题 一、填空题 1、输电线路的网络参数是指( )、( )、( )、( )。 2、所谓“电压降落”是指输电线首端和末端电压的( )之差。 “电压偏移”是指输电线某点的实际电压和额定电压的( )之差。 3、由无限大电源供电的系统，发生三相短路时，其短路电流包含( )分量和( ) 分量，短路电流的最大瞬时值又叫( )，它出现在短路后约( )个周波左右，当频率等于50HZ时，这个时间应为( )秒左右。 4、标么值是指( )和( )的比值。 5、所谓“短路”是指( )，在三相系 统中短路的基本形式有( )、( )、( )、( )。 6、电力系统中的有功功率电源是( )，无功功率电源是( )、( )、 ( )、( )。 7、电力系统的中性点接地方式有( )、( )、( )。 8、电力网的接线方式通常按供电可靠性分为( )接线和( )接线。 9、架空线路是由( )、( )、( )、( )、( )构成。 10、电力系统的调压措施有( )、( )、( )、( )。 11、某变压器铭牌上标示电压为220±2×2.5%，它共有( )个分接头，各分接头电压 分别为( )、( )、( )、( )、( )。 二、思考题 1、电力网、电力系统和动力系统的定义是什么？ 2、电力系统的电气接线图和地理接线图有何区别？ 3、电力系统运行的特点和要求是什么？ 4、电网互连的优缺点是什么？ 5、我国电力网的额定电压等级有哪些？与之对应的平均额定电压是多少？系统各元件的额定电压 如何确定？ 6、电力系统为什么不采用一个统一的电压等级，而要设置多级电压？ 7、导线型号LGJ-300/40中各字母和数字代表什么？ 8、什么是电晕现象，它和输电线路的哪个参数有关？ 9、我国中性点接地方式有几种？为什么110KV以上电网采用中性点直接接地？110KV 以下电网采用中性点不接地方式？ 10、架空输电线路为什么要进行换位？ 11、中性点不接地的电力系统发生单相接地故障时，各相对地电压有什么变化？单相接地电流的 性质如何？怎样计算？ 12、电力系统的接线方式有哪些？各自的优、缺点有哪些？ 13、发电机电抗百分值X G%的含义是什么? 14、按结构区分，电力线路主要有哪几类？ 15、架空线路主要有哪几部分组成？各部分的作用是什么？ 16、电力系统采用分裂导线有何作用？简要解释基本原理。 17、电力线路一般以什么样的等值电路来表示？ 18、什么是变压器的短路试验和空载试验？从这两个试验中可确定变压器的哪些参数？ 19、变压器短路电压百分数U k%的含义是什么？ 20、双绕组变压器的等值电路与电力线路的等值电路有何异同？
华南理工2019秋电力系统分析下作业
一．选择题（每题4分） 1. 电力系统的有功功率电源是（B ） A ．调相机 B ．发电机 C ．电容 D ．变压器 2. 电力系统的短路类型中，属于对称短路的是（D ） A ．单相短路； B ．两相短路； C ．两相短路接地； D ．三相短路。 3. 对电力系统并列运行的暂态稳定性而言，最不利的短路故障是（A ） A ．单相接地短路； B ．两相短路； C ．两相接地短路； D ．三相短路。 4. 作为判据0>δ d dP e 主要应用于分析简单系统的（D ） A. 暂态稳定 B. 故障计算 C. 调压计算 D. 静态稳定 5. 两相短路接地故障中，附加阻抗Z △为（D ） A.Z0Σ B.Z2Σ C.Z0Σ+Z2Σ D.Z0Σ∥Z2Σ 6. 电力系统的频率主要决定于（A ） A.有功功率的平衡 B.无功功率的平衡 C.电压质量 D.电流的大小 7. 若AC 两相发生短路，则基准相选择为（B ） A ．A 相 B ．B 相 C ．C 相 D ．A 相和C 相
8. 电压和电流的各序对称分量由Y，d11联接的变压器的星形侧经过三角形侧时，正序系统的相位发生的变化是（A） A．逆时针方向转过300 B．顺时针方向转过300 C．不变 D．不确定 二．简答题（每题5分） 1. 简述电力系统静态稳定的定义，其稳定的标志是什么？ 答：静态稳定是指电力系统在某一运行方式下受到一个小干扰后，系统自动恢复到原始运行的能力。能恢复到原始运行状态，则系统是静态稳定的，否则就是静态不稳定的； 2. 简述电力系统暂态稳定的定义，其稳定的标志是什么？ 答：暂态稳定是指系统受到大干扰后，各同步发电机保持同步运行并过渡到新的稳定运行方式或恢复到原来稳定运行方式的能力。暂态稳定的标志通常指保持第一或第二个振荡周期不失步。 3. 什么是电力系统的短路？短路故障有哪几种类型？哪些是对称短路？哪些是不对称短路？ 答：电力系统的短路是指一切不正常的相与相之间或相与地之间（对于中性点接地的系统）发生通路的情况。正常运行时，除中性点外，相与相之间或相与地是绝缘的。如果由于某种原因使其绝缘破坏而构成了通路，就称电力系统发生了短路故障。 短路故障有四种类型：三相短路、两相短路、两相短路接地和单相接地短路。 其中三相短路称为对称短路，其他三种类型的短路都称为不对称短路。 4. 什么是对称分量法？正序、负序、零序各有什么特点？ 答：对称分量法是指三相电路中，任意一组不对称的三相量Fa、Fb、Fc,可以分解为三组三相对称的分量，（1）正序分量（Fa1、Fb1、Fc1）：三相量大小相等，相位互差120，且与系统正常对称运行时的相序相同，正序分量为一平衡三相系统。（2）负序分量（Fa2、Fb2、Fc2）：三相量大小相等，相位互差120，且与系统正常对称运行时的相序相反，负序分量也为一平衡三相系统。（3）零序分量（Fa0、Fb0、Fc0）：三相量大小相等，相位一致。 5. 简述电力系统短路故障的类型，并指出哪些为对称短路，哪些为不对称短路。 答：短路故障有四种类型：三相短路、两相短路、两相短路接地和单相接地短路。其中三相短路称为对称短路，其他三种类型的短路都称为不对称短路。
现代控制理论1-8三习题库
信息工程学院现代控制理论课程习题清单
3.有电路如图1-28所示。以电压U(t)为输入量，求以电感中的电流和电 容上的电压作为状态变量的状态方程，和以电阻 R 2上的电压作为输出 量的输出方程。 4.建立图P12所示系统的状态空间表达式。 M 2 1 f(t) 5.两输入u i ，U 2，两输出y i ，y 的系统，其模拟结构图如图 1-30所示, 练习题 ，输出为，试自选状态变量并列写出其状 2. 有电路如图所示，设输入为 态空间表达式。 C ri _ l- ------- s R 2 U i U ci L u A ------ — 2 R i
试求其状态空间表达式和传递函数阵。 6.系统的结构如图所示。以图中所标记的 x 1、x 2、x 3作为状态变量，推 导其状态空间表达式。 其中，u 、y 分别为系统的输入、 输出，1、 2 试求图中所示的电网络中，以电感 L i 、L 2上的支电流x i 、X 2作为状态 变量的状态空间表达式。这里 u 是恒流源的电流值，输出 y 是R 3上的 支路电压。 8. 已知系统的微分方程 y y 4y 5y 3u ，试列写出状态空间表达式。 9. 已知系统的微分方程 2y 3y u u ， 试列写出状态空间表达式。 10. 已知系统的微分方程 y 2y 3y 5y 5u 7u ，试列写出状态空间 表达式。 7. 3均为标量。
11. 系统的动态特性由下列微分方程描述 y 5 y 7 y 3y u 3u 2u 列写其相应的状态空间表达式，并画出相应的模拟结构图。 12. 已知系统传递函数 W(s) 坐 卫 2 ,试求出系统的约旦标准型 s(s 2)(s 3) 的实现，并画出相应的模拟结构图 13. 给定下列状态空间表达式 X 1 0 1 0 X 1 0 X 2 2 3 0 X 2 1 u X 3 1 1 3 X 3 2 X 1 y 0 0 1 x 2 X 3 (1)画出其模拟结构图；(2)求系统的传递函数 14. 已知下列传递函数，试用直接分解法建立其状态空间表达式，并画出状 态变量图。 15. 列写图所示系统的状态空间表达式。 16. 求下列矩阵的特征矢量 0 1 0 A 3 0 2 12 7 6 17. 将下列状态空间表达式化成约旦标准型(并联分解) (1)g(s ) s 3 s 1 3 2 s 6s 11s 6 ⑵ g(s ) s 2 2s 3 3 c 2 s 2s 3s 1
现代控制理论大作业
现代控制理论大作业-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
分类号：TH89 单位代码：10110 学号： 中北大学 综合调研报告题目: 磁盘驱动器读写磁头的定位控制 系别: 计算机科学与控制工程学院 专业年级: 电气工程与智能控制2014级 姓名: 何雨贾晨凌朱雨薇贾凯张钊中袁航 学号: 14070541 39/03/04/16/33/47 指导教师: 靳鸿教授崔建峰讲师 2017年5月7日
摘要 硬盘驱动器作为当今信息时代不可缺少的存储设备，在人们日常生活中正扮演着越来越重要的角色，同时它也成为信息时代科学技术飞速发展的助推器。然而，随着信息量的日益增长，人们对硬盘驱动器存储容量的要求越来越高。但另一方面由于传统硬盘驱动器的低带宽、低定位精度，导致磁头很难准确地定位在目标磁道中心位置，从而限制了存储容量的持续增加。 自IBM公司于1956年向全球展示第一台磁盘存储系统R.AMAC以来，随着存储介质、磁头、电机及半导体芯片等相关技术的不断发展，硬盘的存储容量成倍增长、读写速度不断提高。要保证可靠的读写性能，盘片的转速控制和磁头的定位控制问题具有重要意义。其中磁头的定位控制主要包括寻道控制与定位跟踪控制两个问题，如PID控制、自适应控制、模态切换控制等，这些控制方法大大提高了硬盘磁头伺服系统的性能。为达到更高的精度，磁头双级驱动模型成近年的研究热点，多种控制策略已有相关报道，但目前仍处于实验水平。 关键词： 磁盘驱动器；磁头；定位；控制 Abstract Hard disk drive (HDD), acted as requisite storage equipment in current information age,plays a more and more vital role in people’s daily life, and it becomes a roll booster in rapid development of science and technology. However, with the increase of information capacity, we put forward a severe request for HDD data storage capacity. Unfortunately, due to the low bandwidth, low positioning accuracy in conventional HDD, magnetic head is hard to be positioned onto the destination track center, thus it limits the continuing increase in storage capacity. Since IBM brought the first disk-the random access memory accounting machine(RAMAC) to market in 1956, the storage capacity and read/write speed have continuously increased along with the development of the techniques of media,read/write head, actuators and semiconducting chips. The problems of R/W head's settling control is definitely important in order to ensure the reliability of read and write performance. Track seeking and track following are two main stages of the hard disk servo system. Researchers have developed kinds of control strategies to implement the servo control from PID control to advanced control methods.Dual-stage actuator has attracted many researchers and engineers for its broaderbandwidth compared with single-stage actuator. Key Words：Hard Disk Drive;Heads; Location; Control
最新华南理工大学电力系统分析下平时作业含答案资料
电力系统分析下作业 一．选择题 1.电力系统的有功功率电源是（A） A．发电机 B．变压器 C．调相机 D．电容器 2. 电力系统的短路类型中，属于对称短路的是（D）。 A、单相短路； B、两相短路； C、两相短路接地； D、三相短路。 3.对电力系统并列运行的暂态稳定性而言，最不利的短路故障是（A）。 A、三相短路； B、单相接地短路； C、两相短路接地； D、两相短路。 4.我国电力系统的额定电压等级有（D ） A.115、220、500(KV) B.110、230、500(KV) C.115、230、525(KV) D.110、220、500(KV) 5.电力系统的频率主要决定于（A） A.有功功率的平衡 B.无功功率的平衡 C.电压质量 D.电流的大小 6.若ac两相发生短路，则基准相选择为（B ） A.a相 B.b相 C.c相 D.a相和c相 7.输电线路的正序阻抗与负序阻抗相比，其值要（C） A.大 B.小 C.相等 D.都不是
8.两相短路接地故障中，附加阻抗Z △为（D ） A.Z0Σ B.Z2Σ C.Z0Σ +Z2Σ D.Z0Σ∥Z2Σ 9. 电力系统的暂态稳定性是指电力系统在受到（B ）时的稳定性。 A.小干扰 B.大干扰 C.负荷变化 D.不确定因素 10. 作为判据 0>δ d dP e 主要应用于分析简单系统的（D ） A. 暂态稳定 B. 故障计算 C. 调压计算 D. 静态稳定 二．简答题 1. 写出电力系统的暂态稳定和电力系统的静态稳定的定义？稳定的标志是什 么？ 答：静态稳定是指电力系统在某一运行方式下受到一个小干扰后，系统自动恢复到原始运行的能力。能恢复到原始运行状态，则系统是静态稳定的，否则就是静态不稳定的；暂态稳定是指系统受到大干扰后，各同步发电机保持同步运行并过渡到新的稳定运行方式或恢复到原来稳定运行方式的能力。暂态稳定的标志通常指保持第一或第二个振荡周期不失步。 2. 什么是电力系统的短路？短路故障有哪几种类型？哪些是对称短路？哪些是 不对称短路？ 答：电力系统的短路是指一切不正常的相与相之间或相与地之间（对于中性点接地的系统）发生通路的情况。正常运行时，除中性点外，相与相之间或相与地是绝缘的。如果由于某种原因使其绝缘破坏而构成了通路，就称电力系统发生了短路故障。 短路故障有四种类型：三相短路、两相短路、两相短路接地和单相接地短路。其中三相短路称为对称短路，其他三种类型的短路都称为不对称短路。 3. 4. 请简述提高电力系统静态稳定性的措施。