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减弱滑模设计对模型的依赖

针对传统滑模变结构控制中存在的三个常见问题:稳态误差问题、到达阶段的鲁棒性问题以及系统的未知不确定性问题,提出了一种基于积分模糊滑模的控制器设计方法。

 

在过去的几十年里,滑动模态的变结构控制方法己经越来越多的受到各界学者的关注。通常,滑模控制器的设计可以分为两个阶段:到达阶段和滑动阶段。滑模变结构控制最显著的特性就是滑动阶段的存在。系统一旦进入滑动阶段,系统的运动将保持在切换面或切换面的一个邻域上。这个典型的切换面有下面的特性:(1)强鲁棒稳定性,(2)线性化,(3)降低阶数,(4)滑动模态行为的事先人为确定。

 

尽管滑模变结构控制有上述优点,但其仍然存在一些问题。首先,传统的变结构控制在跟踪任意轨迹时,若存在一定的外部扰动,则可能会带来稳态误差,而不能达到要求的性能指标。滑模变结构的另一个问题是强鲁棒性仅体现在滑动阶段上,而在到达阶段,系统的动态特性对于参数摄动及外部扰动的影响都是十分敏感的,甚至在参数摄动及外扰较大时,系统会出现不稳定现象。并且,在传统的变结构控制中,www.qg999.com,钱柜娱乐,钱柜娱乐999为了保证系统能够达到切换面,在设计控制律时通常要求系统不确定性范围的范数界事先得到,而这个要求在工程实际中往往是很难达到的。此外,设计传统的滑模变结构控制器还需要确定跟踪信号及其一阶和及其高阶导数。

 

为了克服这些局限,给出了一种积分模糊滑模变结构控制器,它包含了滑模控制和模糊控制的共同优点。用一个不含零点且符合系统性能要求的辅助输出函数替代原系统的输出函数,从而避免了原系统模型中零点的影响;在选取的滑模面中加入积分因子,用以确保系统稳态误差为零;在不确定参数上界未知情况下,根据滑模到达条件,利用模糊规则估计出控制律中的切换增益,同时用饱和函数替换切换函数,减轻控制器输出的高频震荡现象。将此控制策略应用于具有不确定性和多干扰特点的变速风力发电系统,仿真结果表明:该控制策略具有良好的控制品质和很强的鲁棒性。

 

从整个设计过程可以看出,这种控制方法不仅要求控制对象模型必须是不包含零点的可控标准型,还需要知道期望的跟踪输出r的1到n阶导数,此外,在实际系统中,不确定性和外部扰动的上界是很难确定的。由于这些束缚条件的存在,使传统的滑模变结构控制方法的应用受到很大程度限制。

图1:积分模糊滑模控制系统结构

积分模糊滑模控制系统结构

一个典型的风力发电机组(如图2)主要包括风轮、齿轮箱和发电机,转速为A的风轮产生扭矩仏,通过齿轮箱的传送,使发电机获得转动扭矩,工作在转速。整个系统的动力学方程的形式。

图2:风力机系统结构方框图

风力机系统结构方框图

风速变化时,只要调节东莞电机转速,使风轮叶尖速度与风速之比保持不变,就可获得最佳功率系数。这就是变速风力发电机组进行转速控制的基本目标。