不确定非线性系统高阶滑模控制及在电力系统中的应用

1、不确定非线性系统高阶滑模控制及在电力系统中的应用基于滑模控制方法研究不确定非线性系统的鲁棒控制问题, 是控制理论界公认的一个具有前途的研究领域, 但是 , 传统一阶滑模算法的抖振大、 相对阶限制等问题制约了其发展与应用。 高阶滑模适用于任意相对阶系统、滑模精度高、 抖振小 , 是近年来滑模控制的研究热点 , 研究高阶滑模控制算法解决 SISO、MIMO不确定非线性系统有限时间控制问题具有重要理论意义。同时 , 随着现代电力系统规模越来越大以及新能源电力系统中风力发电的爆炸式发展 , 采用先进控制方法增强电力系统稳定性、实现风力发电系统最大风能追踪 , 提高风力发电效率是电力系统发展必须要解决的

2、现实问题 , 具有重要的应用价值。因此 , 本文在深入研究高阶滑模算法、电力系统稳定控制、风力发电系统最大风能追踪现有成果基础上 , 针对一类高阶 SISO不确定系统、一类 SISO不确定非线性系统和一类 MIMO不确定系统的控制问题分别提出相应的高阶滑模控制方法 , 并且设计电力系统高阶滑模励磁控制策略、基于高阶滑模控制的双馈异步风力发电系统最大风能捕获方法 , 进一步扩展了不确定非线性系统高阶滑模控制方法 , 丰富了高阶滑模控制的应用范围 , 为改善电力系统稳定性、 实现风电系统最大风能追踪提供新方法。本文的创新性研究内容主要包括以下几个方面 :(1) 针对一类高阶 SISO不确定非线性系

3、统有限时间稳定问题 , 提出一种新的自适应增益连续高阶滑模控制方法。采用齐次连续控制律实现系统标称部分有限时间收敛 , 针对系统不确定项一阶导数上界未知情形 , 设计切换控制项增益自适应调节的超螺旋算法克服不确定性 , 使切换控制幅值尽可能小 , 控制作用连续 , 大大削弱滑模抖振现象。(2) 提出一种控制增益自适应调节的一类SISO不确定非线性系统连续高阶滑模控制方法。把不确定系统滑模控制问题转换为高阶不确定积分链有限时间稳定问题 , 经过状态反馈后 , 设计虚拟控制律由两部分组成, 一部分实现标称系统有限时间稳定 , 另一部分通过超螺旋二阶滑模实现系统鲁棒性, 设计超螺旋算法两个控制参数的

4、自适应律 , 处理不确定性上界未知情况, 最终实现不确定系统高阶滑模控制。(3) 提出一类 MIMO不确定非线性系统连续高阶滑模控制方法。 通过对多变量不确定系统有限时间稳定问题的转换实现 MIMO系统高阶滑模控制 , 系统标称部分采用一种有限时间连续控制律实现状态快速收敛 , 系统不确定性由非解耦多变量形式超螺旋算法克服 , 实现系统鲁棒控制及 MIMO系统控制输入的连续性 , 极大地抑制控制抖振。(4) 为提高电力系统稳定性 , 提出基于连续高阶滑模的电力系统励磁控制策略。对考虑不确定性的单机无穷大电力系统设计连续高阶滑模励磁控制器 , 提高在小扰动和大扰动情形下的稳定性 ; 对于多机电力系统 , 考虑系统不确定性 , 把各机间的互联作为对特定子系统的扰动 , 设计多机系统连续高阶滑模分散励磁方法 ,并且设计控制参数自适应律可以使系统的部分不确定项上界未知, 提高多机电力系统暂态稳定性 , 使得励磁电压控制作用连续, 而且使得多机励磁控制系统具有鲁棒性。(5) 提出一种基于变增益高阶滑模的双馈风力发电系统最大风能跟踪与无功功率调节控制方案。 推导建立了双馈风电系统降阶模型 , 通过设计 dq 转子轴电压二阶滑模控