A classification of techniques for the compensation of time delayed processes. Part 2: Structurally optimised controllers

Following on from Part 1, Part 2 of the paper considers the use of structurally optimised controllers to compensate time delayed processes

Mini-Workshop: Entropy, Information and Control

This mini-workshop was motivated by the emerging field of networked control, which combines concepts from the disciplines of control theory, information theory and dynamical systems. Many current approaches to networked control simplify one or more of these three aspects, for instance by assuming no dynamical disturbances, or noiseless communication channels, or linear dynamics. The aim of this meeting was to approach a common understanding of the relevant results and techniques from each discipline in order to study the major, multi-disciplinary problems in networked control

Optimal model reference control design for grid connected voltage source converters

Texto en inglés y resumen en inglés y españolEsta tesis se centra en el diseño de controladores H∞ basados en modelos de referencia para su aplicación en el control de convertidores electrónicos de potencia en fuente de tensión (VSC). Se persiguen dos objetivos: el conformado de la admitancia de entrada de un VSC controlado en corriente y el óptimo amortiguamiento activo de filtros resonantes.El diseño de controladores óptimos H∞ aporta ciertas ventajas con respecto al diseño clásico. La principal técnica de diseño H∞ utilizada en la literatura se centra en la minimización de la función de sensibilidad. Ésta permite lidiar con diferentes problemas de compromiso en el diseño de controladores de forma sencilla, como el conformado de la función de lazo, el seguimiento de referencias, la estabilidad del sistema o la limitación del ancho de banda de control. Sin embargo, esta técnica carece de la habilidad de conformar la fase de funciones en lazo cerrado. La técnica H∞ basada en modelos de referencia soluciona este problema.La principal contribución de esta tesis es la aplicación de esta técnica para el moldeado de la admitancia en lazo cerrado de VSCs, la cual juega un importante papel tanto en la estabilidad de sistemas complejos como en la mejora de la calidad de energía en la red. Utilizando la técnica propuesta, el diseñador podrá especificar, en un gran ancho de banda y en un solo marco de diseño, tanto la admitancia del convertidor del convertidor (en modulo y en fase), como el comportamiento del seguimiento de referencias. El proceso de diseño finaliza con la síntesis de un controlador discreto ejecutable en una plataforma digital (DSP).Las posibilidades que presenta esta nueva metodología de diseño son amplias. La presente propuesta se ilustra con el control de un rectificador activo conectado a la red, pero es lo suficientemente flexible como para aplicarse en otros esquemas de control y topologías de convertidor. Se considerarán tres aplicaciones del control de admitancia: el diseño de aplicaciones resistivas en un gran ancho de banda, las cuales mejoran la robustez en la conexión estable a red débiles, el diseño de aplicaciones con una admitancia baja, las cuales mejoran el rechazo de (sub/inter)armónicos de la tensión de red en el control de corriente, y el diseño de aplicaciones con una admitancia alta, que al conectarse en paralelo a la red actúan como estabilizadores de ésta. La metodología de diseño de cada controlador, así como sus limitaciones, implementación y los resultados experimentales obtenidos son detallados.De forma complementaria, se explora la técnica de diseño basada en modelos de referencia para el amortiguamiento óptimo de resonancias en filtros LCL. La idea es diseñar un amortiguador activo que, una vez conectado, moldee la dinámica del filtro LCL de tal manera que este se comporte como un filtro L. Esto permitirá el posterior uso de sencillos controladores de corriente diseñados para filtro L, evitando la complejidad del diseño de controladores para filtros LCL, sin renunciar con ello a su gran capacidad de filtrado. La metodología de diseño es lo suficientemente general como para presentar diferentes estructuras de entrada/salida para el amortiguador. Los resultados obtenidos demuestran la mejora en la robustez del sistema

Application of optimal control to structural load alleviation control systems

Feedback laws based upon optimal control theory were derived. and these resulted in a reduction of the structural loads on the wing of a simulated aircraft. Various models of the aircraft dynamics were used. the most complete being of order 79. This model included rigid body motion, structural flexibility effects, unsteady aerodynamics, gust dynamics and actuator dynamics. The structural effects were characterised by the first fifteen bending modes. The subject aircraft studied, was considered to employ active ailerons and elevators and was subjected to manoeuvre commands and simulated atmospheric turbulence. Extensive numerical tests have shown that feedback laws derived from reduced dimension models performed comparably with the feedback law based on the most complete model. Tests were made on feedback laws ranging from order 79 to order 5. It was. however. not possible to reduce the number of feedback variables below five as this then affected the stability of the aircraft. The law based upon five state variable feedback was given the designation 'safety law'. One of the consequences of operating under the action of the 'safety law' was that the same level of load reduction could not be achieved as was obtained whenever a full state feedback law was employed. In addition 'safety law' operation was often marked by large transient oscillations of the wing root bending moment and it was considered that this would subsequently affect the fatigue life of the structure. An observer design was then investigated which reconstructed the complete state vector from a selection of measurements of the sensor signals appropriate to the 'safety law'. Results have shown that it is possible to achieve a practical implementation of such a scheme which will possess all the attendant advantages of full state feedback control. A consequence of reducing the strength of the wing of the aircraft as a result of employing an active load alleviation scheme is that a considerable degree of reliability of the control system, higher than that of both the basic airframe and its propulsive system, will be required. Because the use of hardware redundancy techniques as a means of providing the required degree of reliability would be expensive, software redundancy techniques suggest an attractive alternative. One example of how software redundancy may be employed is demonstrated in respect of , checking the analogue feedback gain controller used in the aircraft to implement linear feedback. It is shown how a-microprocessor may be effectively employed to introduce a surrogate gain should one or more of the channels of the controller fail