一、申请理由：
2020年6月参加广西大学第六届“互联网＋”大学生创新创业大赛。
2020年10月参加广西区全国电子设计大赛，全国大学生英语竞赛，外研社英语竞赛。
2020年11月参加广西区数学竞赛。
2020年11月参加广西大学程序设计大赛。
2021年1月获得“基于WIR的智能爬坡小车系统”软件著作权的第一发明人。
二、项目方案：
主持在研2016年度广西壮族自治区中青年教师基础能力提升项目1项（一种新型的同步发电机非线性励磁控制装置研制，排名第1）。
三、学校提供条件：
指导教师作为电力系统动态模拟与数字仿真一体化实验室的负责人，具有丰富的励磁装置研制与工程应用经验。从2020年开始即为本项目在方案设计、进度安排、软硬件研发等方面进行了前期指导，并在仪器、场地、耗材等方面给予了大力支持，并承诺对本项目的后续研究提供技术指导。
四、预期成果：
本项目拟引入分数阶比例-积分-微分（proportion-integral-differential, PID）与分数阶超前-滞后控制，提出一种新型的分数阶自动电压调节器（fractional-order automatic voltage regulator, FOAVR）+分数阶电力系统稳定器（fractional-order power system stabilizer, FOPSS），从理论上证明所提的FOAVR+FOPSS可以实现比传统的AVR+PSS更优的控制性能和鲁棒性，并基于MSP430口袋实验平台开发FOAVR+FOPSS样机。总体而言，项目期望研制出可以替代传统AVR+PSS的FOAVR+FOPSS同步发电机励磁控制器，以提高同步发电机乃至电力系统运行的安全、稳定性。
五、经费预算：
1. 励磁控制理论研究
1） 分析传统的AVR+PSS的控制原理
通过文献分析与调研可知，针对PID控制方式无法克服低频振荡的问题，目前电力系统稳定器（PSS）已经在励磁控制系统中得到广泛应用，以AVR为基础，构建AVR+PSS励磁控制器。其中，AVR励磁控制采用PID控制方式，PSS负责消除低频振荡，从而可以改善发电机的运行特性，提高电力系统的动态稳定性。采用经典AVR+PSS控制方式，对于交流励磁机，励磁系统采用转子电压硬负反馈，提高了励磁系统的动态响应速度，励磁系统性能指标全面满足国标和行标要求。PSS的原理是通过励磁系统的作用抑制有功功率的低频振荡。但是仅用电功率作为输入信号的PSS在原动机功率发生变化时，PSS自己不能区分系统功率波动和原动机功率波动，它仍然作用于励磁系统，造成无功功率波动，这种现象就叫“反调”，如果反调的影响太大，就需要在执行增减有功功率操作时闭锁PSS的输出。且传统的AVR＋PSS励磁控制器的动态性能比在分数阶励磁控制器的控制下差很多，相比分数阶励磁控制器，传统励磁控制器系统调节时间较长，超调大，控制性能不精确。
2） 提出一种新型的FOAVR+FOPSS同步发电机励磁控制器
分数阶微积分是整数阶微积分的推广，将正整数阶扩展到非整数阶情况。与经典的整数微积分相比，分数阶微积分在理论上需要大量的内存，这使它能够更准确地表示真实系统的动力学。本项目拟引入分数阶PID替代整数阶PID，构建FOAVR。与传统PID控制器相比，FOPID有两个额外的参数，即积分阶次和微分阶次。因此，FOPID控制器为控制系统的设计提供了更大的灵活性，在对被控系统参数变化不敏感的同时，也为系统动态的调整带来了更好的机会。同时，还将引入分数阶超前-滞后控制替代整数阶超前-滞后控制，构建FOPSS，并把FOAVR与FOPSS通过串联的方式，构成一种新型的FOAVR+FOPSS同步发电机励磁控制器。
3） 研究FOAVR+FOPSS同步发电机励磁控制器的控制性能
基于单机无穷大系统Phillips-Heffron线性化模型，提出基于FOAVR+FOPSS同步发电机的二阶描述。研究FOAVR+FOPSS的控制性能，分数阶控制器的设计根据系统类型及其所需控制器类型确定控制器参数个数和准则，使系统的频率响应（伯德图）的相位曲线在给定幅值曲线穿越频率附近保持水平，从而提高系统的鲁棒性。而FOPSS通过引入附加信号控制励磁，以提供正的阻尼矩阵，抑制电力系统的振荡。
基于MATLAB/Simulink数字仿真平台，建立FOAVR+FOPSS的数字仿真模型，在仿真中调整控制器参数，解决控制器参数优化问题。本次研究通过数字仿真验证理论推导的正确性。
4） 设计FOAVR+FOPSS的控制参数
针对FOAVR＋FOPSS控制器的参数整定问题，通过查阅文献可知，常用的工程整定法没有考虑系统的任何要求，只能提供给系统一个稳定的状态，无法使系统运行最佳。理论设计法只能保证满足系统的某一特性要求。针对这两种问题的缺陷，项目拟引入差分进化算法对FOAVR+FOPSS的控制参数进行优化设计，设计适应度函数，充分利用差分进化算法优秀的寻优能力，寻找出较优的参数。
2. FOAVR+FOPSS同步发电机励磁控制器样机研制
1） 推导FOAVR+FOPSS的数字化实现算法
本项目拟先推导出适用于微机实现的FOAVR+FOPSS离散算法，为后续编写主控软件奠定基础。
2） 构建FOAVR+FOPSS励磁控制器的硬件平台
硬件设计方案中，首先是对励磁控制器芯片进行选型，然后针对励磁控制器需要实现的功能，对处理器的片上集成资源进行规划。根据规划结果，使用电路板设计软件AD或立创EDA来进行相对应的外围功能模块硬件设计，最后对功能模块硬件电路进行合理的布局、电路板制作，得到最终的励磁控制器硬件装置。基于MSP430口袋实验平台，设计电量采集与调理电路、开关量输入输出电路、脉冲整形与放大电路等外围电路，构建FOAVR+FOPSS励磁控制器的硬件平台。
3） 开发FOAVR+FOPSS励磁控制器的主控软件
本项目程序设计中采用模块化程序设计思想，将一个较为庞大的程序分解为数个具有特定功能的子程序和一个代表其整体架构的主程序，在特定的步骤中调用相应的功能模块即可。基于MSP430口袋实验平台，采用上述的模块化程序设计思想，设计数据采集与处理、FOAVR+FOPSS主控程序、通信处理、励磁限制与保护等程序模块。
4） 开发FOAVR+FOPSS励磁控制器的人机交互界面
本项目拟采用组态软件，开发与FOAVR+FOPSS励磁控制器配套的触摸屏人机交互界面。
5） 开展FOAVR+FOPSS励磁控制器的动静态调试试验
项目拟在电力系统动态模拟实验室，利用实验室现有的励磁控制装置的功率单元、监控仪表、发电机组等，构建FOAVR+FOPSS励磁控制器的调试试验平台，并按相关国标和行标的要求开展动静态调试试验。