非线性降维观测器设计理论与电力系统应用

"非线性降维观测器的设计理论及应用 (2000年)——该文提出了非线性多变量受控对象的非线性降维观测器(NRO)设计理论，使得Luenberger线性降维观测器成为其特殊情况。通过这种方法，文章重构了单机一无穷大母线输电系统同步发电机的功角观测，设计出一个简单且性能优良的一维δ-观测器。数字仿真验证了观测器具有快速响应、强跟踪能力、宽动态稳定域和理想的闭环系统响应特性。" 本文是自然科学领域的学术论文，主要探讨了非线性观测器在多变量控制系统中的设计与应用。针对非线性工程对象，研究者提出了一种非线性降维观测器(NRO)的一般设计理论，旨在解决多变量非线性系统的观测问题。传统的Luenberger线性降维观测器在这种背景下被扩展为更通用的形式。 在电力系统控制中，同步发电机的功角δ(t)的实时准确获取对于全状态反馈控制策略至关重要。由于机电式功角测量装置的复杂性和不可靠性，设计一个简单、有效的δ-观测器显得尤为重要。线性观测器在面对强干扰和大动态波动时表现不佳，而NRO由于包含较少的系统参数，可能增强系统的鲁棒性。 文章关注的问题包括：1)观测器在工作点变化时仍能保持渐近观测的特性；2)NRO需要有宽阔的稳定域，如功角观测器在反(0,π)范围内稳定。为了达到这些目标，作者介绍了非线性多变量控制系统的NRO设计理论，包括仿射非线性多变量受控对象的动态模型和观测器构造方法。 论文中提出的NRO设计方法在单机一无穷大母线输电系统的同步发电机功角重构上得到了具体应用，所设计的一维δ-观测器表现出良好的性能。通过数字仿真，证明了观测器具有快速响应、强跟踪性能、宽动态稳定域以及理想的闭环系统响应。这些特性使其在电力系统控制中具有实际应用价值，特别是在提升系统在大范围动态条件下的稳定性方面。 此外，文章还提及了国家杰出青年科学基金项目的支持，暗示了这项研究在学术和实践层面的重要性和影响力。通过深入理解非线性降维观测器的设计原理，可以为其他类似复杂系统的状态估计和控制提供理论依据，促进电力系统及其他相关领域的技术进步。