基于能量的观测器设计及其在电力系统中的应用研究

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1、山东大学硕士学位论文摘要广义Hamilton控制系统是传统Hamilton系统的推广和发展，所描述的是一类既有与外部环境能量的交换，又有能量耗散还有能量产生的更为广泛的开放系统．它结构清晰、物理意义明确，Hamilton函数(系统的总能量)成为其可能的Lyapunov函数，该类系统在稳定性分析、镇定控制、风。控制等问题中表现出明显的优越性．在Hamilton系统的控制设计中，当系统的状态不可测时，观测器设计也同样是一个不可缺少的环节．然而，关于Hamilton系统的观测器设计问题，长期以来由于系统的复杂性，研究文

2、献非常之少，有用的结果几乎没有．最近，王玉振教授提出了“扩张+反馈”的方法，成功地解决了一般PCH系统(Port—ControlledHamiltonianSystem)观测器的设计问题．近几年，Hamilton系统方法(又称基于能量的控制方法)被广泛地应用于电力系统控制中。我们知道，电力系统是一个能量产生、传输和消耗的复杂系统，其能量平衡在整个系统安全运行中起至关重要的作用，将能量函数作为Ly印unov函数进行控制设计是很自然的．在电力系统控制设计中，状态反馈是一个非常关键的手段．但是，由于电力系统的复杂性，一

3、些状态信号不容易直接测得．在这种情况下，状态观测器的设计是必需的一个环节．观测器能重构系统的状态，从而使反馈控制得以实现．本文对一类Hamilton系统的控制设计问题进行了研究，并将结果应用于几类动态系统(线性系统、时变系统、非线性系统)．首先，我们对一类Hamilton系统的观测器设计进行研究，并提出了一种新的设计方法；然后，运用这种方法对几类线性系统、时变系统、非线性系统进行了观测器的设计。其次，我们研究了一类Hamilton系统的跟踪控制问题，对此系统提出了一种新的控制设计方法．基于这种方法，我们研究了线性

4、系统、时变系统的跟踪控制问题。本文的另一工作是基于Hamilton系统，运用“扩展+反馈”的设计方法，研究了单机无穷大电力系统、同时带有励磁和气门开度控制的电力系山东大学硕士学位论文统以及多机电力系统的观测器的设计问题．首先，将考虑的电力系统表示为耗散的Hamilton系统，即完成Hamilton实现．其次，运用“扩张+反馈”的方法对得到的Hamilton系统设计观测器．对本文得到的观测器、控制器等进行了数字仿真，仿真结果表明，本文中设计的控制器及观测器都是非常有效的．本文的结构如下：第一章是绪论．第二章是预备知

5、识．第三章是一类Hamilton系统的控制设计及应用．第四章是电力系统基于能量的观测器设计．第五章是结束语．关键词：PCH系统，观测器设计，跟踪控制，线性／时变／非线性系统，零状态可检测，同步发电机，多机电力系统，气门开度控制，励磁控制．II山东大学硕士学位论文ABSTRACTGeneralizedHamiltoniansystems，whichdevelopedfromtraditionalHamiltoniansystems．describeakindofopensystemswhichcanhaveen—e

6、rgydissipationandenergyexchangewiththeirenvironment．Becauseoftheirgoodstructures，theirclearphysicalexpressionandthefactthatLy舡punovcandidatescanbechosenfromtheirHamiltonianfunctions，general—izedHamiltoniansystemshaveadvantagesoverotherplantsinmanycontrolprobl

7、emsSllchasstabilityanalysisandstabilizationcontroland如controldesign．‘InthecontroldesignoftheHamiltoniansystems，ifthesystemunderconsiderationiSnotmeasurable，theneedtodesignanobserveriSwellun．derstoodbynow．Howerver，forobserverdesignofgeneralPCHsystems，totheauth

8、or’8bestknowledgethereareonlyfeWworks．Rencently,Pro-lessorWanghasproposedthe“Extensionplusfeedback”method．Usingthismethod，theobserverdesignproblemforgeneralPCHsystemscouldbewellsolvedInre