控制输入受限下的自抗扰控制研究

摘要

控制输入受限是工业过程中普遍存在的现象，然而控制器设计中通常都假设执行机构动态是线性的，因此当执行机构存在速率及幅度限制时，执行机构输出信号与控制器输出信号不一致，使系统的动态性能降低，甚至导致系统不稳定。自抗扰控制(active disturbance rejection control，ADRC)是一种简单有效的控制方案，近年来得到极大发展。和一般控制方法一样，当控制输入受限时，ADRC的控制性能也会受到影响。 本文研究ADRC在控制输入受限情况下的补偿措施，解决ADRC在应用中亟待解决的一个实际问题。 针对线性自抗扰控制器执行机构的限幅限速问题，本文提出两种补偿方案。第一种方案在扩张状态观测器(ESO)的输入端添加限幅限速环节，该环节模拟控制器执行机构的限幅限速。其思想是在ESO中引入系统更详细的信息，从而可以使ADRC尽快消除控制器理论输出与执行机构输出的误差。第二种方案将控制器理论输出与执行机构输出的误差作为一个新的扰动信号，加入ESO进行估计，从而使ADRC能消除这个误差。将这两种方法用到含执行机构饱和的一阶惯性加迟延被控对象进行仿真研究，结果表明:两种补偿措施下线性自抗扰控制器能得到较好的控制性能。 发电速率约束(generation rate constraints，GRC)是电力系统负荷频率控制中存在的实际问题。与执行机构限幅限速不同，GRC不是执行机构的直接约束，而是发生在系统内部，因此上述方案不能直接应用到此问题。 本文针对GRC对线性自抗扰控制器提出一种anti-GRC补偿方案。将该方案应用到含有发电速率约束的单区域电力系统负荷频率控制中进行仿真研究，结果表明该方案具有良好的输入受限补偿能力，验证了该方案的有效性。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 饱和控制研究现状

1．2．1 控制系统饱和特性及影响

1．2．2 控制系统抗饱和设计方法

1．2．3 抗饱和控制研究概况

1．3 自抗扰控制研究现状

1．4 电力系统负荷频率控斜研究现状

1．5 论文主要工容

第2章 自抗扰控制技术

2．1 引言

2．2 自抗扰控制器

2．2．1 跟踪微分器

2．2．2 扩张状态观测器

2．2．3 非线性误差反馈控制律

2．3 线性自抗扰控制器

2．3．1 线性扩张状态观测器

2．3．2 扰动补偿

2．3．3 反馈控制率

2．4 本章小结

第3章 输入受限下的自抗扰控制补偿方案

3．1 引言

3．2 积分饱和现象

3．3 自抗扰控制的抗饱和设计

3．3．1 直接法

3．3．2 补偿法

3．3．3 PID抗饱和结构

3．4 仿真研究

3．5 本章小结

第4章 带有发电速率约束的负荷频率控制系统的自抗扰设计

4．1 引言

4．2 负荷频率控制模型

4．3 电力系统负荷频率的线性自抗扰控制

4．3．1 三阶线性自抗扰控制器

4．3．2 不考虑GRC的线性自抗扰控制

4．3．3 考虑GRC的线性自抗扰控制设计

4．4 仿真结果分析

4．5 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 研究工作总结

5．2 研究工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢