区间观测器及其在风电控制系统中的应用

发布时间：2017-08-02 20:13

  本文关键词：区间观测器及其在风电控制系统中的应用

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【摘要】：长期以来,观测器设计一直是控制系统设计的一个重要专题,在工程实际中有广泛的应用。各种类型的观测器相继被提出,例如线性系统Luenberger(全维和降维)观测器、仿射系统观测器、自适应观测器以及含有未知参数的观测器等等,这些观测器设计条件是误差系统能化成不含输入的齐次方程,设计使误差系统渐近稳定,达到观测的目的。但是当系统存在不确定因素时,一般不能保证误差方程是齐次的,这时误差就不会趋向零。最近对于这类系统提出了区间观测器,并对含有不确定输入的线性系统给出了区间观测器的设计。区间观测器给出状态变化的一个范围,用不确定来解决不确定问题,体现了科学发展的趋势。风力发电逐渐成为当前研究的热点,世界各地均有较大的风能储备,并且无污染,高效而环保,在当前能源危机的时代,无疑是代替不可再生资源的主要手段之一。风力发电机技术随之而发展起来,比较常见的一种风电机即为双馈感应发电机,其采用的矢量控制技术研究颇多,磁链观测技术作为矢量控制技术的必不可少的一部分,已有很多文献。但当前大部分研究如扩展Kalman滤波、自适应观测器和滑模观测器等等,都是基于齐次系统渐近稳定的方法的,并未有学者提出区间观测方法。本文旨在设计双馈感应电机的区间观测器。另外,在基于观测器的闭环控制律方面的研究中,双线性矩阵不等式(BMI)的处理方法一直是一个难点,本文就此也进行了研究。首先,第一部分给出了正系统以及内部正实现的理论基础,并且基于此研究了一类线性时不变系统的区间观测器设计。第二部分研究了满足单边Lipschitz条件的非线性系统的基于观测器的控制方法,给出了闭环控制器的设计方法,研究了BMI难题的解决办法,通过Matlab仿真验证了控制器的有效性。第三部分给出了双馈感应电机的模型,讨论并给出便于本文进行区间观测器设计的电机模型,讨论了其矢量控制技术。第四部分以前序章节为基础,给出了异步电机在转速稳定时的区间观测器设计,考虑输入扰动,通过仿真实现了对转子电流上下区间的观测。第五部分对本进行了总结,指出本文的局限性并给出了今后的研究方向。
【关键词】：观测器设计 区间观测器 风力发电 矢量控制 磁链观测
【学位授予单位】：上海工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM614;TP273
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 符号和缩略词说明11-12
• 第一章 绪论12-19
• 1.1 课题来源、研究背景和意义12-14
• 1.1.1 研究背景12
• 1.1.2 课题研究意义12-14
• 1.2 区间观测器设计及其在风电控制系统中的应用14-17
• 1.2.1 研究现状及发展分析14-16
• 1.2.2 风力发电机的观测器设计16-17
• 1.3 本文主要内容17-19
• 第二章 连续线性时不变系统的区间观测器设计19-36
• 2.1 引言19
• 2.2 矩阵理论及正系统相关知识19-26
• 2.2.1 矩阵理论19-22
• 2.2.2 正系统22-23
• 2.2.3 内部正实现理论23-26
• 2.3 区间观测器设计26-35
• 2.3.1 基于内部正实现的正系统观测器27-30
• 2.3.2 原坐标系下基于内部正实现的区间观测器30-32
• 2.3.3 利用坐标变换设计区间观测器32-34
• 2.3.4 区间观测器的Matlab仿真34-35
• 2.4 本章小结35-36
• 第三章 基于观测器的闭环控制器设计与研究36-53
• 3.1 引言36-37
• 3.2 非线性系统及相关矩阵知识37-39
• 3.2.1 Lipschitz及单边Lipschitz非线性系统37-39
• 3.2.2 相关矩阵知识39
• 3.3 Lipschitz非线性系统的输出反馈控制设计39-45
• 3.4 单边Lipschitz非线性系统的输出反馈控制器设计45-49
• 3.5 仿真实例49-52
• 3.6 本章小结52-53
• 第四章 风电用双馈感应电机基本理论53-70
• 4.1 引言53
• 4.2 双馈感应电机基本工作原理53-55
• 4.3 三相静止坐标系下双馈感应发电机的数学模型55-57
• 4.3.1 电压方程55-56
• 4.3.2 磁链方程56
• 4.3.3 转矩方程56-57
• 4.3.4 运动方程57
• 4.4 两相(dq轴)同步旋转坐标系下双馈感应发电机的数学模型57-66
• 4.4.1 派克变换57-59
• 4.4.2 两相(dq轴)同步旋转坐标系下双馈感应电机的数学模型59-66
• 4.5 网侧PWM变换器及其控制方法66-68
• 4.5.1 网侧PWM变换器工作原理66
• 4.5.2 网侧PWM变换器在两相(dq轴)同步旋转坐标下的数学模型66-68
• 4.6 转子侧PWM变换器及其控制方法68-70
• 第五章 双馈感应发电机区间观测器设计70-82
• 5.1 引言70-71
• 5.2 双馈感应电机的区间观测器设计71-77
• 5.2.1 原坐标系下感应电机的区间观测器73-75
• 5.2.2 坐标变换下感应电机的区间观测器75-77
• 5.3 实例仿真77-81
• 5.4 本章小结81-82
• 第六章 总结与展望82-83
• 参考文献83-88
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果88-89
• 致谢89-90

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本文编号：611024