本书第1版作为自动控制和电气工程专业的研究生的鲁棒控制课程教材,同时也作为上述专业的科研人员和工程技术人员的参考书目,得到了读者们的普遍关注。应该说在介绍现代鲁棒控制理论和工程应用成果这两个方面,第1版更偏重于前者。自面世以来,鲁棒控制理论在电力系统中的应用又有了长足的进展。本书再版的动机,即是总结并介绍作者近5年来在这方面的最新成果,希望本书再版后能够实现两个目标: 一是基本理论与工程应用并重,从而使得“现代鲁棒控制理论与应用”名副其实;二是“电力系统应用”部分的介绍系统化或自成体系,即其内容能够覆盖当今电力系统鲁棒控制的各个层面。
本书是作为“现代电力系统丛书”的一册而再版的,为此我们倍感荣幸但又诚惶诚恐,而实现上述目标更是作者必须矢志完成的任务。本书第1版于2003年发行以来,虽然受到广泛关注,但有一个现象引起了我们的思考: 第1版的宗旨是为自动控制和电气工程两大领域的读者服务,而从本书数百次他引数据来看,绝大多数引用来自自控领域,而在电气工程领域的引用较少。这使我们意识到本书的确在电气工程方面有待加强,希望并相信本书的再版能够为提高我国电力系统学术水平、培养高层次人才作出贡献。
全书分为三个部分共11章。
第一部分包括第1章至第4章,主要介绍与鲁棒控制相关的基础知识。其中第1章是绪论,阐明现代鲁棒控制研究的背景和所要研究的问题;第2章介绍鲁棒控制的数学基础,主要包括Lyapunov方程、Riccati方程和Hamilton-Jacobi-Bellman方程等控制理论三大基本方程;第3章主要讨论稳定性基本概念及稳定性判据理论;第4章主要阐述具有不确定性的系统基本描述方法以及鲁棒控制的基本概念。
第二部分为第5章至第9章,主要介绍鲁棒控制的基本理论。其中第5章集中讨论在H∞性能指标下如何设计反馈控制器,同时还概要介绍μ设计方法;第6章介绍非线性鲁棒控制理论的基础知识;第7章阐述基于无源性概念的鲁棒镇定控制器的设计方法;第8章主要讨论满足L2性能准则的反馈控制器的设计方法;第9章讨论不确定性可表示为未知参数线性函数情况下的自适应控制器设计方法。
现代鲁棒控制理论与应用(第2版)第三部分为第10章和第11章,主要讨论工程应用实例。其中第10章介绍线性鲁棒控制实例,包括汽车离合器变速控制和矿车速度控制两个机械系统,以及先进静止无功补偿器、可控串补和多机系统小扰动稳定分析等4个电力系统实例;第11章讨论非线性鲁棒控制实例,主要涉及大型同步发电机组励磁系统和大型水轮发电机组调速系统水门开度鲁棒控制器的设计问题,以及有源滤波器无源控制和超导储能设备与励磁的协调控制问题。
本书再版主要增加了下述内容: 第10章中增加了两个电力系统线性鲁棒控制实例,分别是电力系统小干扰稳定的H∞分析和μ设计;第11章中增加了三个电力系统非线性鲁棒控制实例,分别为大型水轮发电机组水门开度非线性自适应控制、APF(有源滤波器)无源控制和超导储能设备与励磁非线性协调控制。这些新增的设计实例均是当前电力系统控制领域的热点问题。至此,本书第三部分内容覆盖了现代鲁棒控制理论在电力系统应用的主要场景。这使得本书不仅仅是一本讲授现代鲁棒控制理论的学术专著,也是广大电力控制工程技术人员学习如何将现代鲁棒控制理论应用于实际电力工程的有益的工具书。
感谢卢强院士,正是他的强力推荐和赏识,使得本书有幸以“现代电力系统丛书”中的一册再版。此外,本书再版新增添的研究内容得到国家自然科学杰出青年基金项目“电力系统暂态分析” (No.50525721)的资助,借此机会向国家自然科学基金委谨致深深的谢意。同时这些成果还包括研究生莫逆、关天祺、桂小阳和陈菊明的学位论文的研究成果,在此也向他们深表谢意。
清华大学出版社对本书出版给予了大力帮助和支持,谨借此机会表达深切的谢意。
梅生伟
2008年6月于清华园