现代控制系统理论结课论文设计.docx

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1、现代控制理论方法综述研电1610晓1162201332摘要：本文将控制理论方法分为现代控制理论基础，线性最优控制，非线性最优控制三大部分，查阅文献，综述了每一部分中的经典控制方法，以及每种控制方法的优缺点和在工业中的应用，最后提出了目前在现代控制理论中依旧存在的问题。1.引言电力系统是一个复杂的非线性动态大系统，对于这个规模庞大的系统，研究其运行的动态特性进而构建先进的安全控制系统是极富挑战性的课题。同时，各种新技术的应用，一方面增强了系统的调控能力和经济效益，另一方面也极大的增加了电网控制的复杂性，对电力系统的安全

2、稳定运行提出了更严格的要求。因此，改善与提高我国电力系统的动态品质、安全稳定和经济性成为了电力工作者的首要任务。提高电力系统稳定性的最经济和最有效的手段之一是采用先进的控制理论和方法。在过去的时间里，电力工作者们为改进与发展电力系统控制技术进行了大量研究。本文主要梳理总结电力系统在现代控制方面的研究成果，分析了电力系统控制技术的发展趋势，并总结了目前现代控制理论还需要解决的问题。2.现代控制的基础现代控制理论的基础是经典控制理论，在20世纪20年代到50年代间，为了满足第二次世界大战前后军事技术和工业发展的需求，经典

3、控制理论有了飞速的发展。经典控制理论主要研究线性时不变、单输入单输出的控制问题。在分析和设计大型反馈控制系统时，经典控制论主要采用频域法，其中以Nyquist判据、Bode图和根轨迹法最为广泛[1~2]。经典控制理论的设计目标是使闭环系统特征方程的特征根全部位于左半开平面上。上述设计目标可以描述为一类无目标函数的优化问题，即约束满足问题。由于使系统稳定的控制器解并不唯一，所以根据经典控制理论设计的PID控制器往往带有较大的冗余性[3]。也正是由于经典控制理论设计目标及方向简单明确，计算方便，特别适合需要依赖工程经验或

4、现场测试进行控制器设计的系统，所以至今仍在工业中广泛应用。在上世纪70年代以前，经典控制是电力系统控制的主流。如发电机励磁控制AVR主要采用单变量反馈方式，即采用发电机端电压偏差作为反馈量的PID控制方式。随着发电技术的进步和电力系统自身规模的增长，人们逐渐发现这种单输入控制方式难以满足电力系统对抑制振荡和提高稳定极限方面的要求。最早报道的互联电力系统低频振荡发生于20世纪60年代，北美MAPP的西北联合系统和西南联合系统进行互联试运行时发生了低频振荡，造成联络线过流跳闸[4]。之后，随着大容量机组的不断投运，以及快

5、速、高放大倍数励磁系统越来越广泛的使用，使得低频振荡现象在世界各国大型互联电网中时有发生，这对电网安全产生了严重威胁。为解决这个问题，文献[5]采用转速偏差作为附加反馈与AVR并联，发展出PSS+AVR的励磁控制方式。进入21世纪以来，我国电网互联程度不断提高，系统中出现了频率在0.2Hz左右以及更低频率的振荡[6]，这就需要加宽PSS的工作频带。文献[3]认为如果通过整体提高PSS装置增益的方法来保证高频段PSS的阻尼效果，可能会使得低频段幅值过大，使发电机的无功产生波动。为改善PSS对振荡模式的选择性，国外学者开

6、始对具有多频段结构的PSS展开研究。其中多频段PSS的原理是使用多个分支为不同频段的低频振荡提供阻尼，然后再将各分支的输出信号叠加进而形成总的输出信号[3]。总而言之，经典控制理论的精髓是根据实际值与控制目标的偏差来产生控制策略，只要合理选择PID增益使闭环系统稳定就能达到控制目标，这是其被广泛采用的原因。然而尽管PID控制能够保证系统稳定，但闭环系统动态品质对PID增益变化十分敏感。这导致了控制系统中“快速性”和“超调”之间产生了不可调和的矛盾[7]，因此系统控制原理必须进一步发展才能更好的适应实际需求，现代控制理

7、论应运而生。现代控制是经典控制进一步发展的成果，而经典控制则是现代控制的基础，二者是密不可分的。3.线性最优控制线性最优控制是现代控制理论中最优控制领域的一个重要分支。其受控系统是动态行为可用线性数学模型表征的系统。在改善电力系统小干扰稳定性及动态品质方面，线性最优控制依旧是目前诸多现代电力系统控制中应用最多，最成熟的一个分支，在远距离输电系统的发电机励磁控制、发电机组快速汽门控制、发电机组的综合控制、发电机制动电阻的最优时间控制等方面取得了一系列的研究成果[8]。其中线性多变量控制方式是一种典型的线性控制方式类型。

8、本文主要介绍线性多变量控制方式，利用本控制方式的控制器有如下几种：前联提出的强力式励磁调节器、美国推出的电力系统稳定器PSS、最优励磁控制器LOEC。3.1前联提出的强力式励磁调节器20世纪50年代末期,前联电力系统科学工作者提出了强力式励磁调节器。该类调节器,除采用发电机端电压偏差ΔVt的比例及1次微分外,还采用了发电机频率偏差Δf及其1次微