圖書簡介
? 本書主要介紹現代魯棒控制理論的基本設計思想及其前沿領域的理論與套用成果,具體內容包括三個部分。第一部分介紹有關基礎知識,包括數學基礎、穩定性、有界性和收斂性的基本定理、具有不確定性的系統的描述方法以及魯棒穩定與魯棒性能準則的條件;第二部分介紹線性及非線性魯棒控制的理論成果,其中線性魯棒控制集中介紹以H∞控制以及μ設計等為代表的經典理論;非線性魯棒控制則主要介紹魯棒鎮定和魯棒L2設計,魯棒自適應控制的基礎理論與前沿成果;第三部分分別介紹上述理論成果在機械系統、電力及電力電子等系統中的設計實例。
本書可以作為自動控制和電氣工程專業的研究生教材,也可供從事上述專業的科研人員和工程技術人員參考。
本書第1版作為自動控制和電氣工程專業的研究生的魯棒控制課程教材,同時也作為上述專業的科研人員和工程技術人員的參考書目,得到了讀者們的普遍關注。應該說在介紹現代魯棒控制理論和工程套用成果這兩個方面,第1版更偏重於前者。自面世以來,魯棒控制理論在電力系統中的套用又有了長足的進展。本書再版的動機,即是總結並介紹作者近5年來在這方面的最新成果,希望本書再版後能夠實現兩個目標: 一是基本理論與工程套用並重,從而使得“現代魯棒控制理論與套用”名副其實;二是“電力系統套用”部分的介紹系統化或自成體系,即其內容能夠覆蓋當今電力系統魯棒控制的各個層面。
本書是作為“現代電力系統叢書”的一冊而再版的,為此我們倍感榮幸但又誠惶誠恐,而實現上述目標更是作者必須矢志完成的任務。本書第1版於2003年發行以來,雖然受到廣泛關注,但有一個現象引起了我們的思考: 第1版的宗旨是為自動控制和電氣工程兩大領域的讀者服務,而從本書數百次他引數據來看,絕大多數引用來自自控領域,而在電氣工程領域的引用較少。這使我們意識到本書的確在電氣工程方面有待加強,希望並相信本書的再版能夠為提高我國電力系統學術水平、培養高層次人才作出貢獻。
全書分為三個部分共11章。
第一部分包括第1章至第4章,主要介紹與魯棒控制相關的基礎知識。其中第1章是緒論,闡明現代魯棒控制研究的背景和所要研究的問題;第2章介紹魯棒控制的數學基礎,主要包括?Lyapunov方程、Riccati方程和Hamilton-Jacobi-Bellman?方程等控制理論三大基本方程;第3章主要討論穩定性基本概念及穩定性判據理論;第4章主要闡述具有不確定性的系統基本描述方法以及魯棒控制的基本概念。
第二部分為第5章至第9章,主要介紹魯棒控制的基本理論。其中第5章集中討論在?H?∞?性能指標下如何設計反饋控制器,同時還概要介紹?μ?設計方法;第6章介紹非線性魯棒控制理論的基礎知識;第7章闡述基於無源性概念的魯棒鎮定控制器的設計方法;第8章主要討論滿足?L??2性能準則的反饋控制器的設計方法;第9章討論不確定性可表示為未知參數線性函式情況下的自適應控制器設計方法。
現代魯棒控制理論與套用(第2版)第三部分為第10章和第11章,主要討論工程套用實例。其中第10章介紹線性魯棒控制實例,包括汽車離合器變速控制和礦車速度控制兩個機械系統,以及先進靜止無功補償器、可控串補和多機系統小擾動穩定分析等4個電力系統實例;第11章討論非線性魯棒控制實例,主要涉及大型同步發電機組勵磁系統和大型水輪發電機組調速系統水門開度魯棒控制器的設計問題,以及有源濾波器無源控制和超導儲能設備與勵磁的協調控制問題。
本書再版主要增加了下述內容: 第10章中增加了兩個電力系統線性魯棒控制實例,分別是電力系統小干擾穩定的?H?∞?分析和?μ?設計;第11章中增加了三個電力系統非線性魯棒控制實例,分別為大型水輪發電機組水門開度非線性自適應控制、APF(有源濾波器)無源控制和超導儲能設備與勵磁非線性協調控制。這些新增的設計實例均是當前電力系統控制領域的熱點問題。至此,本書第三部分內容覆蓋了現代魯棒控制理論在電力系統套用的主要場景。這使得本書不僅僅是一本講授現代魯棒控制理論的學術專著,也是廣大電力控制工程技術人員學習如何將現代魯棒控制理論套用於實際電力工程的有益的工具書。
感謝盧強院士,正是他的強力推薦和賞識,使得本書有幸以“現代電力系統叢書”中的一冊再版。此外,本書再版新增添的研究內容得到國家自然科學傑出青年基金項目“電力系統暫態分析” (No.50525721)的資助,藉此機會向國家自然科學基金委謹致深深的謝意。同時這些成果還包括研究生莫逆、關天祺、桂小陽和陳菊明的學位論文的研究成果,在此也向他們深表謝意。
目錄
第1章緒論1
第2章數學基礎8
2.1向量和矩陣的範數8
2.2矩陣奇異值12
2.3函式的範數16
2.4運算元及其範數20
2.5Lyapunov方程23
2.6Riccati方程28
2.7正實性34
2.8Hamilton-Jacobi-Bellman方程42
第3章穩定性47
3.1BIBO穩定性47
3.2小增益定理50
3.3Lyapunov穩定性52
3.4Lyapunov穩定定理53
3.5LaSalle不變集原理59
3.6終值定理64
第4章魯棒控制基礎68
4.1魯棒控制基本思想68
4.2不確定性的描述71
4.3線性不確定系統頻域模型74
4.4魯棒穩定性的頻域判據78
4.5魯棒穩定性的時域判定條件84
4.6絕對穩定性87
4.7魯棒性能準則及其充分條件90
第5章線性魯棒控制系統設計94
5.1H∞控制問題94
5.2Riccati方程解法99
5.3LMI解法103
5.4定理5.1的證明112
5.5一般被控對象建模原則117
5.6μ設計與魯棒性能121
5.7魯棒H∞性能的充分必要條件127
5.8D-K遞推設計法129
5.9參數攝動的抽出法130
第6章非線性系統魯棒控制基礎135
6.1無源性與穩定性135
6.2耗散性與L2性能準則142
6.3L2增益與HJI不等式145
6.4存儲函式的遞推設計149
6.5坐標變換與反饋等價性154
6.6非線性系統的標準型159
6.7非線性系統的鏈式結構164
第7章非線性魯棒鎮定170
7.1不確定系統的描述170
7.2無源化設計基礎172
7.3魯棒無源性179
7.4魯棒鎮定控制器設計184
7.5魯棒控制器的推廣190
第8章非線性系統魯棒性能準則設計194
8.1L2性能準則設計問題194
8.2基於HJI不等式的設計方法197
8.3匹配條件與存儲函式203
8.4L2性能準則問題的遞推解法208
8.5魯棒L2性能準則問題214
第9章具有自適應功能的魯棒控制器設計218
9.1參數不確定性及自適應功能218
9.2自適應控制器221
9.3調整函式231
9.4自適應魯棒控制器237
9.5自適應魯棒L2性能設計242
第10章線性魯棒控制設計實例247
10.1汽車離合器變速緩衝裝置247
10.2礦車速度控制254
10.3STATCOM(靜止無功補償器)內部控制262
10.4三峽輸電系統TCSC(可控串補)H∞控制273
10.5提高多機系統小干擾穩定性的全狀態H∞控制器設計280
10.6電力系統小干擾穩定性的μ分析方法288
第11章非線性魯棒控制設計實例295
11.1單機系統L2增益干擾抑制勵磁控制器295
11.2多機系統分散L2增益干擾抑制控制器302
11.3勵磁系統非線性自適應控制器312
11.4水輪機調速系統非線性自適應控制器322
11.5APF(有源濾波器)無源控制器331
11.6含超導儲能裝置的多機系統分散L2增益干擾抑制控制器339
附錄351
附錄AMinkovski不等式的證明351
附錄B例5.4中硬碟H∞設計用mfile352
附錄C例5.9中硬碟μ設計用mfile355
附錄D6機仿真系統數據357
附錄E注11.4的證明359
附錄F定理11.3的證明361
附錄G定理11.4的證明362
附錄H電力系統常用變數符號365
名詞索引366
參考文獻369