线性自抗扰控制分析、设计及其在电力系统负荷频率控制中的应用

Active disturbance rejection control (ADRC) regards the model uncertainties and the external disturbances as a 'general disturbance', utilizes an extended state observer (ESO) to estimate it, and adopts it in the feedback control to reject it. The ADRC structure is simple and the design does not rely on the accurate model of the controlled plant, thus it has great potential values in practice. The theory behind ADRC is far from mature, and leaves a lot of theoretical and practical problems open for research. . This project will study the structure and design of linear active disturbance rejection control (LADRC) and its application in the load frequency control (LFC) of power systems. The main contents include: 1) Stability and robustness analysis of LADRC (to determine its applicability); 2) Structure and design of LADRC for complex industrial processes (to improve its control performance); 3) Anti-windup scheme of LADRC for systems with actuator nonlinearities (to solve the implementation problem); 4) LADRC design in the load frequency control of power systems (to solve a practical control problem). . The project will help enrich the current theory and prompt the application of the technology of ADRC. Moreover, the project will design LADRC for the load frequency control (LFC) of power systems to reject the stochastic disturbance, which will help improve the current control performance of LFC systems.

自抗扰控制不需要对象精确模型，将模型不确定性和外扰都归结为总扰动，采用观测器将其实时估计，并将其用于反馈控制中。该控制方法结构简单，设计可以归结为参数整定，因此在控制实践中存在重大应用价值。目前自抗扰控制研究还没有成熟的理论，有许多理论与实际问题需要解决。. 针对自抗扰控制当前研究现状以及存在的问题，本项目将开展线性自抗扰控制分析、设计及其在电力系统负荷频率控制中应用的研究，内容包括：1）自抗扰控制稳定和鲁棒分析（确定其适用范围）；2）复杂工业过程的自抗扰控制结构及设计（提高其控制性能）；3）具有执行器非线性的自抗扰控制补偿措施（解决其工程实现）；4）自抗扰控制在负荷频率控制系统中的应用（解决实际控制问题）。. 本项目的完成，将完善现有自抗扰控制理论，促进自抗扰控制技术的发展，并针对负荷频率控制系统存在的随机扰动问题，采用自抗扰控制进行设计，提高现有系统的控制品质。

本项目研究线性自抗扰控制方法。自抗扰控制是中科院系统所韩京清研究员提出的一种新型控制技术。自抗扰控制的核心思想是将系统内部的不确定性和外部不确定性一起作为“总扰动”，通过构造扩张状态观测器对“总扰动”进行估计并实时补偿，从而获得较强的抗扰动能力。该方法不需要直接测量外扰，也不需要事先知道扰动作用规律，在了解了被控对象的相对阶次及增益信息的基础上，就能够进行相关的控制器设计。该控制方法结构简单，设计可以归结为几个参数的整定，因此在实际中存在重大应用价值。目前自抗扰控制的研究还远未成熟，有许多理论与实际问题需要解决。. 针对自抗扰控制当前研究现状以及存在的问题，本项目开展线性自抗扰控制分析、设计及其在电力系统负荷频率控制中应用的研究，内容包括：1）自抗扰控制稳定和鲁棒性分析（确定其适用范围）；2）复杂工业过程的自抗扰控制结构及设计（提高其控制性能）；3）具有执行器非线性的自抗扰控制补偿措施（解决其工程实现）；4）自抗扰控制在负荷频率控制系统中的应用（解决实际控制问题）。. 本项目从内模控制角度分析了线性自抗扰控制的结构，证明了线性自抗扰控制等价于一种两自由度内模控制结构，从而线性自抗扰控制系统稳定和鲁棒分析可以通过内模控制结构进行，并证明任何带有积分行为的严格正则传递函数都可以由线性自抗扰控制的反馈控制器等价实现，从而表明线性自抗扰控制具有广泛的适用性；在复杂工业过程线性自抗扰控制设计方面，提出了一种两自由度自抗扰控制结构以及利用对象已知信息的广义自抗扰控制方法，对于复杂被控对象也能取得较好的控制效果；在自抗扰控制参数整定方面，提出以现有控制器参数为基础的线性自抗扰控制调参方法。该方法以现有控制器参数为基础，保证线性自抗扰控制能接近现有控制系统的性能。该方法为已经熟悉掌握其他控制器设计方法的工程控制人员提供了一种便捷的调整线性自抗扰控制参数的方案，具有较好的应用价值；在具有非线性的负荷频率控制方面，提出针对线性自抗扰控制的非线性不错方案，有效克服了负荷频率控制系统中存在的非线性。. 本项目发表相关论文20多篇，完善了现有自抗扰控制理论，促进了自抗扰控制技术的发展，并针对负荷频率控制系统存在的随机扰动问题，采用自抗扰控制进行设计，提高了现有系统控制品质。