滑模与适定运动统一的稳定条件及基于值函数的受约束切换系统控制研究
批准号:
61773006
项目类别:
面上项目
资助金额:
51.0 万元
负责人:
宋崇辉
依托单位:
学科分类:
控制理论与技术
结题年份:
2021
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
满永奎、边春元、陈宏志、刘鑫蕊、李云路、张海信、韩涛、王堃、徐涛
中文摘要
本项目旨在研究目前控制理论中的前沿课题,在优化控制问题求解的框架下,针对受约束切换系统采用值函数构建控制器族,研究基于值函数的受约束切换系统空间解耦控制器设计方法。切换系统轨迹在穿越切换面时的运动在一定条件下可以表现为滑模运动或适定运动,通过本项目研究将滑模运动和适定运动稳定性条件统一在一起,同时构建控制器设计的空间解耦条件、构造可切换集,使得约束子系统的控制可以单独设计,构成完整的闭环切换系统。值函数是根据动态规划原理采用反曲变换有限差分数值算法求解后退时域控制框架下的优化问题而得到,并根据值函数、广义速度和控制量之间的关系,给出滑模运动和适定运动统一稳定性条件、反馈滑模化的充分条件及本征滑模面方程,如果切换系统在切换超平面发生滑模运动,滑模到达条件不再是闭环系统稳定的必须条件。闭环系统是全局稳定或半全局稳定的,控制器是实时的可工程实现的。
英文摘要
This project aims to research topics at the forefront of the control theory. Under the framework of the solution to the optimal control problem, the value-function-based space-decoupling controller is designed for the constrained switched system. The motion of the switched system crossing the switching hyperplane could be the sliding-mode motion or the well-posed motion under different conditions. The stability conditions for the sliding-mode motion and the well-posed motion are unified according to the research of this project. The space decoupling conditions, the switchable set for the controller design are constructed. Those conditions make the controller design of the constrained subsystems be done alone to form the whole closed-loop system. The controllers of the constrained subsystems are designed based on the value function. The value function is obtained by solved the optimal control problem arising in the receding horizon/robust receding horizon control schemes using the finite difference approximation with sigmoidal transform (FDAST) algorithm. According to the relationship between the gradient field of the value function, the generalized velocity field and the value of control, the unified stability conditions, feedback-sliding-motionized conditions and the essential sliding-mode surface’s equation are given. If the sliding-mode motion happens on the switching hyperplane under some conditions, the reaching conditions are not necessary in this controller design framework. The whole closed-loop switched system is globally or semi-globally stable. The controller is real-time and can be implemented in engineering
本课题将电气传动系统中的拓扑、调制及控制问题进行抽象,抽象为受约束切换系统,将动态系统作为一种运动,以广义速度场论分析了系统运动,将滑膜运动及适定运动的稳定性条件统一,并研究在后退时域框架下的基于值函数的切换系统控制器优化及控制方法。在优化算法方面,根据动态规划原理求解后退时域控制中涉及到的优化控制或微分对策问题,采用动态规划求解值函数,将非线性动态系统优化或微分对策问题转化为简单的静态优化问题求解。在系统分析方面,建立了广义运动场论,将常规系统运动、滑膜运动、切换系统适定运动及奇异系统运动统一在场论下分析,根据值函数确定滑模运动和适定运动统一的稳定性条件,并由值函数、广义速度、控制量之间的关系求得点法式的反馈滑模化充分条件,确定系统的本征滑模面。在控制器设计方面,采用逆李亚普诺夫设计方法,设计了基于值函数的空间解耦控制器,可以对子系统可以单独设计控制器,简化约束切换系统控制设计难度,并确保闭环系统全局或半全局稳定。在工程应用上,将优化算法与控制器设计方法和电气传动系统及新能源系统的拓扑、调制及控制相结合,所得到的控制器可以实时实现,从而为基于值函数的切换系统空间解耦控制算法在工业上的应用创造了条件。以上几个方面的突破,最终形成了以电气传动系统为目标对象的对受约束切换系统进行优化及控制的通用算法,涵盖了滑模运动及适定运动,并对控制算法中的涉及的建模、优化及控制器设计等方面在电力电子系统、电力变换系统的优化控制等方向的应用做了进一步的研究,形成了通用的优化及控制软件包,在工程实践上进行了应用,可创造巨大的经济及社会效益。
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2018-04-01
期刊:
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3.2
作者:
[Li, Yunlu, Yang, Junyou, Ma, Yiming]
通讯作者:
Ma, Yiming
Multiscale Adaptive Fault Diagnosis Based on Signal Symmetry Reconstitution Preprocessing for Microgrid Inverter Under Changing Load Condition
负载变化条件下基于信号对称重构预处理的微电网逆变器多尺度自适应故障诊断
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10.1109/tsg.2016.2565667
发表时间:
2018-03-01
期刊:
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通讯作者:
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10.23919/tems.2018.8326459
发表时间:
2018-03
期刊:
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--
作者:
[Chunyuan Bian, Xiaoxia Li, Guannan Zhao]
通讯作者:
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DOI:
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发表时间:
2019
期刊:
电工技术学报
影响因子:
--
作者:
[宋崇辉, 徐涛, 王振环, 刁乃哲, 陈宏志]
通讯作者:
陈宏志
DOI:
--
发表时间:
2021
期刊:
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影响因子:
--
作者:
[边春元, 贾玉龙, 邢海洋, 刘尚玥]
通讯作者:
刘尚玥
共 30 条
非线性系统优化控制的数值解法统一框架及滑模后退时域控制算法研究
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批准号:61273010
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项目类别:面上项目
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资助金额:60.0万元
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批准年份:2012
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负责人:宋崇辉
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依托单位:
微分对策数值解法及非线性系统Min-Max鲁棒后退时域控制算法研究
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批准号:60974141
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项目类别:面上项目
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资助金额:30.0万元
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批准年份:2009
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负责人:宋崇辉
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依托单位:
非线性系统的混杂自适应模糊预测控制算法研究
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批准号:60504006
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:23.0万元
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批准年份:2005
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负责人:宋崇辉
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依托单位:
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海外基金