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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

目的：针对由单输入单输出的非线性奇异系统模型描述的同步发电机，提出三种励磁控制方法：一种基于传统PID的控制方法，第二种基于传统PID的电力系统稳定器（PSS）方法，第三种是基于模糊控制的自整定PID参数设计。比较三种励磁控制方式控制效果，实现被控对象的最优励磁控制，为进一步控制设计打下基础。

意义：随着电力工业的迅速发展，电力系统的规模越来越大，其安全稳定运行对于经济社会发展越来越重要，而控制是提高其安全稳定运行水平的重要手段。同步发电机是电力系统的无功功率的主要来源之一，是电力系统的核心组成部分。同步发电机励磁控制是当前提高电力系统稳定性的一种有效且成本低廉的方法。新型高效同步发电机励磁调节器的研制开发也一直受到各国政府和科技工作者的重视。因此，本课题研究具有一定的理论意义和实际应用价值。

国内外研究现状

电力系统的励磁控制，最开始时以古典控制理论为基础，采用按机端电压调节的比例调节方式，后来，在此基础上，提出了基于机端电压的PID控制，但是，没法解决电力系统采取快速励磁的方式之后出现的阻尼恶化，低频振荡的问题。在此基础上，Demello提出了发电机的励磁控制技术（PSS），在单机无穷大系统中解决了上述问题，但是，在多机系统中还存在着许多问题无法解决。上述系统采用的数学模型都是线性化的线性模型，同步发电机励磁调节器采用的都是线性PID控制原理。线性控制理论针对局部线性化的系统模型而设计，电力系统是非线性系统，故尔从理论上不能保证所设计的控制器具有很好鲁棒性。只有当系统在设计点受到小扰动时，才能起到较好的控制效果。当运行状态原理设计点时，很难取得理想的控制效果。因此，对于非线性系统，只有采用非线性控制方法才能取得理想的控制效果。20世纪80年代以来，基于非线性系统的微分几何结构原理提出的NEC取得了一系列成就，但是在涉及系统的可逆性质和动态反馈下的结构性质时，呈现病态。且应用时必须知道系统的确切参数，所以应用范围较小。近些年，智能励磁控制如：人工神经网络，模糊控制，专家控制以及基于遗传算法的控制逐渐兴起。他们的基本特点是不依赖于对象系统的精准数学模型而是基于某种智能概念模型将控制理论和人的经验与直觉推理相结合，具有处理非线性，并行计算，自适应等多方面的优点和能力，拥有广阔的前景。但是，作为一项新兴技术，智能励磁控制方法还停留在仿真阶段。

2. 研究的基本内容

针对同步发电机的控制领域，研究了非线性奇异系统模型建立的一般方法，并提出三种励磁控制算法，第一种是普通pid励磁控制方法，第二种是在传统pid控制的基础上设计电力系统稳定器pss，第三种是基于模糊控制的模糊自整定pid控制器。

通过研究三种控制方法，寻找最优控制规律，进一步拓展非线性系统理论的范围，具有重要的理论与实际意义。

主要包括：(1)掌握电力系统、励磁的控制等相关概念及特征，掌握pid，pss和模糊控制自整定pid控制器设计方法。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

实施方案：通过研究相关资料，了解电力系统的相关内容和发电机物理模型背景，掌握三种励磁控制方法。

在研究过程中，熟练运用matlab仿真软件进行仿真，与理论研究不断交互，互相验证，最终完成本次毕业论文。

进度：2月20日-3月15日查阅论文所需的相关资料，进行外文翻译 3月16日-4月6日 完成第一、二种励磁控制器设计 4月7日-4月28日 完成第三种励磁控制器设计 4月29日-5月15日利用matlab下的simulink，调整模型参数，进行仿真 5月16日-5月25日完成论文的最终撰写，准备答辩预期效果：针对同步发电机非线性励磁系统模型，给出三种励磁控制器设计方案，从而实现了系统的励磁控制，通过三种励磁控制器控制效果的比较，找出最优控制规律。

4. 参考文献

[1]臧强，张凯锋，戴先中.非线性微分一代数子系统的反步控制及应用[j].《系统工程与电子技术》, 2013, 35(8):1736-1741.

[2]何蔚超,姚强.同步电机最优励磁控制系统的研究与仿真[j].电工电气,2011(07):9-13.

[3]陈金,张孝,王平,闵国君,梁铃,陈峰.同步发电机非线性励磁系统模糊滑模控制研究[j].自动化仪表,2017,38(10):6-9.