以功角、有功功率、角速度这些可测量作为反馈量，基于非线性预测控制理论，设计出具有闭合解析形式控制律的励磁控制器。该控制器的设计参数只有滚动预测时间T和控制阶r，便于工程实现和调试。仿真结果表明，该控制器能使系统提高稳定性，具有良好的动态品质，较好地维持了发电机机端电压的静态调节精度。
### 同步发电机励磁非线性预测控制技术
#### 概述
本文介绍了一种应用于同步发电机励磁系统的非线性预测控制技术(NPC)。该技术利用功角、有功功率、角速度等可测量值作为反馈信号，通过建立非线性的预测模型来设计励磁控制器。此控制器具有闭合解析形式的控制律，其设计参数仅为滚动预测时间\(T\)和控制阶\(r\)。这种简化的参数设置不仅方便了工程实现和调试，而且在仿真测试中表现出优异的性能：提高了系统的稳定性、增强了动态品质，并能较好地维持发电机机端电压的静态调节精度。
#### 非线性预测控制理论
**非线性预测控制**(Nonlinear Predictive Control, NPC)是一种先进的控制策略，它结合了模型预测控制(Model Predictive Control, MPC)的优势和非线性系统的特点。NPC的基本思想是，在当前时刻预测未来的系统行为，然后根据预测结果优化控制序列，最终选择最优的控制动作。这一过程涉及以下几个关键步骤：
1. **模型建立**：首先需要建立一个准确反映系统动态特性的非线性数学模型。
2. **预测**：利用建立的模型对未来一段时间内的系统状态进行预测。
3. **优化**：基于预测结果，通过优化算法确定最佳控制序列。
4. **实施**：将计算得到的最佳控制动作施加到系统上。
5. **更新**：根据实际输出与预测输出的差异，调整模型参数或优化目标函数。
#### 控制器设计
本文所提出的励磁控制器设计基于上述NPC理论。具体而言，控制器采用了功角、有功功率、角速度等作为反馈信号，这些信号可以直接测量并用于表征系统的运行状态。控制器的主要设计参数包括：
- **滚动预测时间\(T\)**：指控制器对未来状态进行预测的时间范围。
- **控制阶\(r\)**：即控制器考虑的未来控制动作的数量。
通过合理选择\(T\)和\(r\)，可以确保控制器既能快速响应系统的动态变化，又能有效抑制扰动对系统的影响。
#### 仿真结果分析
为了验证所设计的励磁控制器的有效性，研究人员进行了详细的仿真测试。结果显示，该控制器能够显著提高系统的稳定性，并且具备良好的动态品质。特别是，在系统遭受扰动后，该控制器能够迅速恢复发电机机端电压至稳定状态，从而保证了静态调节精度。
基于非线性预测控制理论设计的同步发电机励磁控制器，不仅简化了控制策略的设计与实现，而且通过优化控制策略显著提升了系统的整体性能。这对于电力系统的稳定运行以及提高能源利用效率具有重要意义。
#### 结论
本研究提出了一种基于非线性预测控制理论的同步发电机励磁控制器设计方法。通过合理选择控制参数和优化控制策略，该控制器不仅简化了工程实践中的调试过程，而且在仿真测试中展现出优秀的性能表现，包括增强系统的稳定性、改善动态品质以及维持发电机机端电压的静态调节精度。这项研究成果对于推动电力系统控制技术的发展具有重要的理论意义和应用价值。
