有轨电车非接触供电系统多参数摄动下的鲁棒综合及逆问题

The working performance degradation, control failure and instability phenomena easily appear in tramway contactless power supply system due to the uncertain factors such as magnetic environment change, relative position change between the tram and track, random conditions, external interference sources, etc. It has brought serious challenges to the safe and reliable operation of tramway contactless power supply system. In this project, the robust synthesis and its inverse problem of tramway contactless power supply system with multi-parameter perturbations is presented firstly from the aspect of magnetic circuit uncertainty, electric circuit uncertainty, load uncertainty and the couplings between them. The system time-varying parameter model is established so that the production and propagation mechanism as well as the interaction relations of magnetic circuit uncertainty, electric circuit uncertainty and load uncertainty is revealed. The modeling method of uncertain and nonlinear dynamic behaviors for tramway contactless power supply system is investigated, which is used to offer the necessary basis for the inherent mechanism’s analysis and research of complex dynamic behaviors. Not only the robust synthesis control scheme based on μ method but also the robust parameter optimization algorithm based on nonlinear programming idea is studied, in order to effectively restrain the effect of multi-parameter perturbations on system stability and working performance and improve the robustness of tramway contactless power supply process as well. The project research will provide directions for the safe, reliable, stable and efficient operation of an actual tramway contactless power supply system, and also will promote the practicability development for tramway that applies the contactless power supply technology.

因磁导环境改变、车轨相对位置变化、工况随机性、外部干扰源等不确定因素，有轨电车非接触供电系统易出现工作性能下降、控制失效及失稳现象，给系统的安全可靠运行带来了严峻挑战。项目首次从磁路不确定性、电路不确定性与负载不确定性及其相互耦合的角度，提出有轨电车非接触供电系统多参数摄动下的鲁棒综合及逆问题研究。通过建立系统时变参数模型，揭示磁路不确定性、电路不确定性与负载不确定性的产生传播机理及相互作用关系；研究有轨电车非接触供电系统的不确定非线性动力学行为建模方法，为系统复杂动力学行为内在机理的分析和研究提供必要基础和依据；研究基于μ方法的鲁棒综合控制方案和基于非线性规划思想的鲁棒参数优化算法，以有效抑制多参数摄动对系统稳定性及工作性能的影响，提高有轨电车非接触供电过程鲁棒性。项目研究可对实际有轨电车非接触供电系统的安全、可靠、稳定、高效运行提供指导，推动非接触供电有轨电车的实用性发展。

目前，有轨电车采用的弓网接触等传统供电方式，存在着导线裸露、碳积、电火花等安全隐患，而采用非接触供电方式可彻底避免弓网问题，提高其供电安全性和可靠性。因磁导环境改变、车轨相对位置变化、工况随机性、外部干扰源等不确定因素，有轨电车非接触供电系统易出现工作性能下降、控制失效及失稳现象。因此，提出用于保障有轨电车非接触供电系统安全、可靠、稳定、高效运行的系统控制与优化技术是当前有轨电车非接触供电系统发展的关键。.本课题对有轨电车非接触供电系统多参数摄动下的鲁棒综合及逆问题进行研究，给出了系统的鲁棒控制和鲁棒优化方案。首先，建立了关于互感、负载以及频率的时变参数模型，采用基于频域分解思想的广义状态空间平均方法，建立了不确定性综合系统模型；利用系统模型，研究了多参数摄动综合作用对系统稳定性及性能的影响。其次，为提升闭环控制系统的时域相应性能，提出了基于目标模型函数的改进型鲁棒控制算法和基于前置滤波器的双自由度鲁棒控制算法；在此基础上，研究了基于互质因子分解的系统摄动模型，并设计了抑制互感和负载摄动的双自由度鲁棒控制方法；进一步，分析了线性矩阵不等式区域变化对系统极点分布和系统性能的影响，提出了一种基于区域极点配置的IPT系统鲁棒优化控制方法。此外，从系统鲁棒综合逆问题的角度，采用了遗传算法求解非线性规划问题，将系统鲁棒性的要求反映到参数优化模型中。最后，开发了有轨电车非接触供电系统动态模拟平台，完整的实现和检验了有轨电车非接触供电系统的各项功能。.本项目的研究从本质上提高了有轨电车非接触供电系统的鲁棒性，对实际有轨电车非接触供电系统的安全、可靠、稳定、高效运行提供指导，推动非接触供电有轨电车的实用性发展，达到了项目预定的研究目标和研究成效。

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