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
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
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。

一种基于LMI的鲁棒励磁控制器的设计
杨春祥;廖培金;王光明;吴小艳
【期刊名称】《船电技术》
【年(卷),期】2005(025)005
【摘要】基于LMI方法设计了单机无穷大系统的鲁棒H∞励磁控制器,由于采用△Vt和△Pe作为输出反馈的反馈输入变量,设计的控制器在提高系统稳定性的同时,使发电机端电压在遭受扰动后的变化特性也得到了明显改善.
【总页数】4页(P23-26)
【作者】杨春祥;廖培金;王光明;吴小艳
【作者单位】西安交通大学电气工程学院,西安,710049;西安交通大学电气工程学院,西安,710049;西安交通大学电气工程学院,西安,710049;新疆大学电气工程学院,新疆,830008
【正文语种】中文
【中图分类】TM571.61
【相关文献】
1.基于LMI的工业控制仿真器的H∞鲁棒PID控制器设计 [J], 王佳伟;杨亚非;钱玉恒;赵新宇
2.基于LMI的不确定性无尾飞行器鲁棒变增益控制器设计 [J], 李文强;马建军;郑志强
3.一种基于LMI的鲁棒故障诊断滤波器设计 [J], 王小丽;宋红敏;倪茂林
4.一种基于H∞技术的新型鲁棒励磁控制器 [J], 顾晓荣;乐秀璠;李培松
5.基于LMI的鲁棒励磁控制器设计 [J], 车延博;张健;王成山
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基于MULTISIM仿真软件的发电机励磁控制器设计摘要：现代研发愈来愈多依赖仿真软件进行指导。

本文通过对技术要求进行了理论分析，并设计了一种发电机励磁控制器。

同时通过MULTISIM仿真软件对这种发电机励磁控制器进行了仿真模型搭建，整个仿真系统当中包含了各种保护控制，涵盖过压保护、欠压保护以及浪涌保护等功能。

最终利用仿真结果指导设计了实物控制器模型，成功与发电机进行了联合运行，验证了理论方案的合理性和准确性。

关键词：电路仿真;MULTISIM;发电机励磁控制器1.引言：在快速发展的今天，如何加速科研步伐，加强科研能力显得至关重要。

在以往，企业和科研机构通常通过硬件开发平台进行新产品的研制，这种方式要求研发人员利用现有器件搭建一个新产品的简易原型，然后再进行开发与调试。

现如今，这种开发方式因为其周期长、灵活性差、不易更改等缺点，已经越来越难以满足当今快速的开发节奏。

所以，各种电路仿真软件应运而出。

研发人员可以通过软件模拟实际电路的运行工况，并且实时调节电路结构和元件参数，极大地加速了研发进程。

目前，电路仿真软件种类繁多，使用场合多种多样。

其中，较为常用的有SIMULINK[1]、Saber[2]、Multisim[3]、Psim[4]、Pspice[5]等等。

本文则利用上述软件中的Multisim仿真工具进行了整个发电机励磁控制器的模型搭建和仿真调试验证。

并最终利用此仿真指导搭建出了实物模型，能够完成与发电机的联合运行任务。

2.发电机控制基本原理和要求本文需要控制的发电机为航空发电机。

主要给平台和机载设备提供能源供应，保障各种飞行条件下设备的电源供应。

整个发电机系统的控制原理如下图 1所示：图 1 发电机系统控制原理图从图中可以看到，交流发电机的输出电压经过整流后与发电机控制器相连，给控制器供给工作电压。

同时，发电机控制器检测发电机实际输出电压，并利用闭环反馈回路改变发电机的输出励磁电流，从而保持发电机能够保持稳定的输出电压。

基于模糊神经网络的发电机PID励磁控制研究的开题报告1.研究背景和意义随着我国科技的不断发展，电力系统的需求不断增加。

其中，发电机在电力系统中起着核心作用，而励磁系统是保证发电机稳定运行的关键部分。

目前，传统的发电机励磁PID控制算法存在一些问题，如模型精度低、控制性能差等。

为此，本文将研究基于模糊神经网络的发电机PID励磁控制算法，以提高发电机的控制精度和稳定性。

2.研究内容和方法2.1 研究内容本文主要研究基于模糊神经网络的发电机PID励磁控制算法，主要研究内容包括以下几个方面：（1）分析发电机励磁系统的工作原理及其控制方法。

（2）建立基于模糊神经网络的发电机PID励磁模型，对模型参数进行优化。

（3）设计发电机PID励磁控制算法，并采用模拟仿真和实验验证法来验证控制效果。

2.2 研究方法本文采用以下几种研究方法：（1）文献调研和整理：对发电机励磁系统的控制方法及相关研究进行文献调研和整理，了解现状和问题。

（2）建立模型：根据调研结果，建立基于模糊神经网络的发电机PID励磁模型，并对模型参数进行优化。

（3）设计控制算法：设计基于模糊神经网络的发电机PID励磁控制算法，并进行仿真和验证。

3.预期成果本文主要的预期成果包括：（1）建立基于模糊神经网络的发电机PID励磁模型，并进行优化；（2）设计基于模糊神经网络的发电机PID励磁控制算法，并进行仿真验证；（3）验证算法的有效性，探究其在实际应用中的潜力和优势。

4.研究难点和挑战本文的研究难点和挑战主要包括以下几个方面：（1）发电机PID励磁系统的模型精度较难掌握，需要通过大量的实验数据对模型参数进行优化。

（2）模糊神经网络的设计和优化需要充分考虑不同的因素和变量，确保模型的稳定性和正确性。

（3）通过仿真和实验验证算法的控制效果，需要充分考虑系统的实际应用情况，避免误差和偏差的出现。

5.研究计划5.1 时间安排第一年：进行文献调研和整理，建立基于模糊神经网络的发电机PID励磁模型，并进行优化。