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发电机的涡轮增压
- by wittx 2025-12-06
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Sensing-noise reduction in active disturbance rejection controllers: a permanent magnet synchronous generator-based wind turbine example
自抗扰控制中的感知降噪：基于永磁同步发电机的风力涡轮机示例
机构： 墨西哥国立理工学院先进研究与高等教育中心
引用：Aguilar-Orduña, M.A., Gómez-León, B.C., Sira-Ramírez, H. et al. Sensing-noise reduction in active disturbance rejection controllers: a permanent magnet synchronous generator-based wind turbine example. Control Theory Technol. (2025). https://doi.org/10.1007/s11768-025-00267-5
摘 要
自抗扰控制(ADRC)对内外扰动均表现出显著的鲁棒性，其实现方式也相对简洁，因此在多类系统控制中具有较高的应用价值。然而，作为ADRC核心的扩展状态观测器由于其高增益特性，在面对实际环境中普遍存在的高频测量噪声时，可能会导致性能下降。本文在保持ADRC简易实现的基础上，引入一种特定位置设置的低通滤波器，并提出一套简明的滤波器-控制器参数整定方法，以优化控制设计。理论结果基于Routh–Hurwitz判据对设计进行简化，并保证设计的低通滤波器不会影响闭环系统的稳定性。本文以风力发电机最大功率点跟踪为研究对象，展示了所提方法的设计流程；该非线性系统需要测量固有噪声较大的信号，如电流等。最后，在永磁同步发电机风力实验平台上的实时结果验证了该改进方案有效抑制了高频测量噪声。
引 言
结 论
本文针对基于降阶扩展状态观测器的自抗扰控制(ROESO-ADRC)方案在测量噪声敏感性方面的不足，提出在控制方案中对跟踪误差信号引入低通滤波器，从而有效降低高频测量噪声的影响。对于所提出的滤波器–控制器增益选择方案，采用Routh–Hurwitz判据分析了增强后控制方案的稳定性。本文提出了一种设计方法，该方法基于控制器增益的特定选择以及低通滤波器的参数化设计。稳定性分析表明，对于所提出的降噪-降阶扩展状态观测器-自抗扰控制(NR-ROESO-ADRC)方案，其闭环稳定性与控制器的固有频率无关，从而可方便地确定低通滤波器截止频率的临界值，以避免闭环系统失稳。
为了验证所提出的方法，我们在一个具有挑战性的平台上进行了实验，该平台模拟了一台风力涡轮机，并使用永磁同步发电机作为发电机。该系统的控制需要测量发电机的角位置，并通过应用于相电流的Clarke和Park变换获得直流电。后者的测量存在高频噪声，会损害闭环控制性能。针对ROESO-ADRC和NR-ROESO-ADRC，进行了充分的实验以评估所提出方案的性能，并展示了简单直观的滤波器设计过程。实验结果表明，由于控制器有效抑制了高频测量噪声，所提出的设计方法在控制信号幅值上相较于未引入滤波器的方案有明显改善。
对于未来工作，作者计划将所提出的方法与文献中现有方法进行对比，全面的比较需要更深入和详尽的分析。
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