同步发电机励磁汽门系统的解耦及其控制综合

 2022-01-17 11:01

论文总字数:19358字

目 录

1.绪论 1

1.1研究背景 1

1.2 解耦方法的综述 3

1.3 控制方法的研究进展 5

1.4 本文的目的及主要工作: 6

2.预备知识 6

2.1 同步发电机概述 6

2.2 MATLAB介绍 7

2.3 逆系统 8

3.多变量非线性系统的逆系统解耦控制 10

3.1 多变量非线性系统描述 10

3.2伪线性系统 11

3.3 Interactor 算法 11

3.4 数值仿真 14

3.5本章小结 17

4.同步发电机带励磁汽门系统的解耦控制 18

4.1 同步发电机励磁汽门系统的描述 18

4.2扩展的Interactor递归算法 19

4.3非线性DAE子系统的可逆性 22

4.4同步发电机励磁汽门的逆系统 22

4.5本章小结 24

总结与展望 24

参考文献 25

致谢 26

附 录A: 27

附 录B: 27

同步发电机励磁汽门综合控制的解耦及其控制综合

李煜

Abstract:Due to the existence of the coupling, it makes control and analysis of alternator multivariate model become complicated.This paper aimed at the nonlinear multivariable system is analyzed, using the Interactor algorithm to judge whether the system has a reversible design and inverse system, thus to multivariable system is decomposed into multiple single variable system. Then, the method was applied to the synchronous generator excitation valve system, linear controlled system to solve coupling was realized. The above contents are simulated with Matlab software, the simulation results show that the inverse system method can play a multivariable decoupling capability of the model of synchronous generator. This article will also be the result of the synchronous generator multivariable decoupling design of the model provides the beneficial reference. Please enter the need to be translated text.

Keywords:synchronous generator multivariable model,inverse system ,method of interactor

1.绪论

1.1研究背景和意义

随着工业科技的不断发展,在当代工业控制领域中,多变量控制系统的存在就显得极为普遍。与单变量系统进行对比,含有多个输入和输出,内部结构也更加的复杂,因此会带来一些意想不到的控制问题。

(1)相关联性

在多变量系统中,可以将多个输入与输出分别进行配对,以此来组成闭环控制回路,因为回路之间的相互影响,将会导致该系统的稳定性急剧下降,严重时还会令系统瘫痪。

(2)系统模型的不确定性

单变量系统的系统模型不仅表现在控制回路较其他回路更为简洁,还表现在涉及的参数少,并且常用的PID控制器拥有良好的控制特性。因此对于不确定性来说影响不大。多变量相较于单变量而言,拥有更庞大的数学模型,并且牵涉到更多的参数,而回路之间的相关性也显得格外复杂,所以最后的结果受制于参数的变化。

在现实生活中,此系统的存在较为常见,而传统的控制方法大多应用于线性系统,所以怎样将先进的解耦控制方法应用到多变量非线性系统,此种应用能够使多变量非线性系统既有解耦控制性能同时还有现实应用意义,对于现在的社会来说,是一个极具研究价值的课题。

很早以前,多变量系统的解耦设计思想就已经得到了初步的研究。研究表明[1]:在多变量系统在系统的回路上会有耦合现象的发生,这种现象的发生意味着在此系统中某个单输入将会有可能影响到其他所有的输出。与其他已具有初步研究成果的解耦方法相比,当我们运用逆系统解耦方法对多变量系统进行控制时,会更为简洁并且便于理解,而且还不需要利用复杂的数学知识和对各种坐标的坐标变换。

众所周知,同步发电机在整个系统中有十分关键的作用,即其在整个系统中具有核心地位。并且在整个系统里,它能够实现能量的转换,其动态性能也极为复杂,并且对整个系统的动态性能影响也非常大。在工程应用上,解决同步发电机的解耦控制问题有着非常重要的意义,其原因是此问题对于改善控制系统的难易程度,简化操作量有极大的影响,而就此问题,各国专家也进行了广泛而又深入的研究。

因此,研究同步发电机励磁汽门综合控制的解耦及其综合控制,具有一定的理论意义和应用价值。

1.2 解耦方法的综述

由于系统的输入与输出之间存在着耦合关系,所以,为了消除这其中的耦合关系,我们引用了解耦控制方法[2],基于此方法,使得其系统输出仅受自身系统输入的控制,而此过程的实现是由控制算法来完成的。因此寻找合适的控制规律使得该系统实现输入和输出的函数性来达到控制的目的,就可以运用线性系统的控制方法来对系统进行控制,让系统的动态性能及各项指标满足工程实际需要。

1.3 控制方法的研究进展

以下是常见的几种解耦控制设计方法:

1)奈氏阵列法:

文献[3]表明这一方法的基本思想是:首先通过添加预补偿器的方式,即在控制对象附近添加一个预补偿器[3](可用常数矩阵来描述),以达到减弱回路间耦合作用的目的,并且使得该系统的开环传递函数矩阵也能够形成对角优势。而通过预补偿器的预先补偿,能够使得控制对象函数的逆达到要求的标准,即具有对角优势,又具有正矩阵的特性。当正规阵的上(下)三角元素远大于下(上)三角元素时,需要提高系统自身的鲁棒性,在此,可采用非平衡补偿法[3],因为奈氏判据无法保证上述内容的对角优势,所以此时就需要用到预补偿器,通过不断调节预补偿器中所设置的参数,使得最后的设计成果能够满足对角优势的要求。

2)特征轨迹法

特征轨迹法[4]是一种用于分析多变量系统的比较精确的方法。当需要进行近似处理时,有以下两种方法,其一为增益平衡法[5],其二为特征向量配正法[6]。使用这两种方法缺点是系统自身的精确性难以得到保证,因而在工程中的使用频率不高。但是如果引用并矢展开法[7],则利用其自身的特性,即对角矩阵分解出的变换矩阵和与频率无关。以此来解决补偿器在实际工作中难以完成的问题。若要采取这种方法,唯一的要求就是被控对象能够进行并矢分解,但是往往这个条件也难以得到较好的满足,因而工程中应用不多见。

其基本思想是:根据被控对象传递函数矩阵的特点,第一步是设计一个控制器同时对系统的前向传递函数进行相似变换;第二步是绘制特征传递函数的轨迹;最后一步是利用上一步所绘制的轨迹来判断当前系统是否稳定。而系统关联性,则是由失配角(特征方向和自然基向量之间的夹角)来推理验证的。

3) 逆系统控制方法

逆系统控制方法在当前类型研究中较为常见,逆系统[8]研究方法对于一般的多变量非线性系统来说,有着较为良好的控制作用,这也是在研究此类问题时多采用此方法的原因。该研究方法在一些问题研究方面有着不俗的研究成果,诸如:多变量非线性系统解耦和控制。逆系统控制方法的概念清楚,比较容易理解和分析,控制方法简单、方便而且易于理解,并不需要经过对坐标进行各式各样的变换。而对于多种多样的非线性控制,逆系统方法的过程就显得尤为简洁,所表达的意义也较为清楚明朗。因为在一般的非线性系统中,它不需要做坐标变换等其他复杂操作。而且,逆系统在系统的线性化、解耦(解耦是一种通过控制算法来消除输入与输出之间的耦合关系从而使控制对象中的输出仅仅只受自身的输入控制的方法。寻找合适的控制规律使得该系统实现输入和输出的函数性来达到控制的目的,就可以运用线性系统的控制方法来对系统进行控制,让系统的动态性能及各项指标满足工程实际需要)等问题的控制以及研究中也具有不可替代的地位。该方法的基本思想为[9]:首先基于反馈方法,通过已知对象的系统模型,可以生成“阶积分逆系统”,然后通过对刚生成的逆系统与原系统的结合,得到新的伪线性系统,并且该伪线性系统有线性传递关系,还可以实现解耦控制。最后利用这种设计理念来设计系统,完成预期目的。

1.4 本文的目的及主要工作:

本文使用的模型为汽门综合控制模型,当我们应用此模型后,再结合上文提到的逆控制方法,就能够实现此模型的线性化解耦,在此基础上再进行控制综合设计。首先针对非线性多变量系统进行分析,对其运用逆系统解耦方法。其次,在此基础上,对同步发电机多变量模型运用逆系统方法进行解耦控制,此时的解耦控制能够使得初始的多变量非线性系统转变成适合于线性控制方法操作的线性系统,之后便可以采取线性的控制方法对系统进行控制。最后利用MATLAB软件进行仿真,以验证基于逆系统解耦控制方法在同步发电机多变量模型上应用的可行性与解耦的正确性。

2.预备知识

2.1 同步发电机概述

同步发电机主要由定子、转子、整流器、励磁机、出现端子、飞轮连接盘等部件组成。而为了简化操作以及减少分析操作量,我们需要对所研究的三相同步电机做出一定的设计,根据实际理论与设计要求,来建立一个合适的数学模型。在此模型的基础上,进行实例分析。

采用三阶模型,其模型包含两部分:

剩余内容已隐藏,请支付后下载全文,论文总字数:19358字

相关图片展示:

您需要先支付 80元 才能查看全部内容!立即支付

该课题毕业论文、开题报告、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找;