一種單機(jī)無窮大仿射非線性系統(tǒng)最優(yōu)控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種單機(jī)無窮大仿射非線性系統(tǒng)最優(yōu)控制方法，基于單機(jī)無窮大系統(tǒng)，進(jìn)行非線性最優(yōu)控制設(shè)計(jì)，將單機(jī)無窮大系統(tǒng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動方程寫成單輸入單輸出仿射非線性系統(tǒng)的形式，通過坐標(biāo)映射得一個(gè)完全可控的精確線性化后的系統(tǒng)，再根據(jù)二次型最優(yōu)控制LQR的設(shè)計(jì)方法求解精確線性化后系統(tǒng)的控制量，從而得到原系統(tǒng)的非線性最優(yōu)控制器，并進(jìn)行實(shí)時(shí)在線半實(shí)物仿真，驗(yàn)證方案的實(shí)際可行性。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)對單機(jī)無窮大系統(tǒng)的精確線性化，同時(shí)考慮了純數(shù)字離線仿真非實(shí)時(shí)性的情況，通過半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了基于理論設(shè)計(jì)的控制器在實(shí)際真實(shí)現(xiàn)場應(yīng)用中的控制效果。通過在實(shí)際應(yīng)用中檢查被設(shè)計(jì)控制器的效果，這有利于被設(shè)計(jì)的算法更符合實(shí)際。
【專利說明】一種單機(jī)無窮大仿射非線性系統(tǒng)最優(yōu)控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于控制算法【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種單機(jī)無窮大仿射非線性系統(tǒng)精確線性化設(shè)計(jì)及半實(shí)物仿真方法。

【背景技術(shù)】
[0002]異步電機(jī)本身是一個(gè)高階、非線性、非齊次、強(qiáng)耦合的時(shí)變多變量系統(tǒng)，并且實(shí)際的電機(jī)負(fù)載通常也存在摩擦、死區(qū)等非線性特點(diǎn)，所以在以往的純數(shù)字離線仿真探究中，電機(jī)及負(fù)載模型都是基于一定近似條件下的簡化模型，與實(shí)物存在差異。而另一方面，純數(shù)字離線仿真雖然能夠?qū)崿F(xiàn)對控制算法、量化誤差和編程錯(cuò)誤的預(yù)測，但是不能用于實(shí)際系統(tǒng)的內(nèi)存限制、中斷延遲、處理器運(yùn)算速度及I/o接口電路等缺陷的排除。因此，基于純數(shù)字離線仿真得到的控制算法已不能滿足實(shí)際系統(tǒng)的要求。所以，實(shí)際的控制對象也同樣迫切要求實(shí)時(shí)仿真的出現(xiàn)。半實(shí)物實(shí)時(shí)仿真平臺可以為上述問題的提供很好的解決方案。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種單機(jī)無窮大仿射非線性系統(tǒng)最優(yōu)控制方法。
[0004]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:本發(fā)明提供了一種單機(jī)無窮大仿射非線性系統(tǒng)最優(yōu)控制方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0005]步驟1:將單機(jī)無窮大系統(tǒng)轉(zhuǎn)化成一個(gè)完全可控的精確線性化系統(tǒng)；
[0006]步驟2:利用非線性最優(yōu)控制規(guī)律求解的方法，對單機(jī)無窮大仿射非線性最優(yōu)控制規(guī)律進(jìn)行求解，從而得到原單機(jī)無窮大系統(tǒng)的非線性最優(yōu)控制器；
[0007]步驟3:分別利用Matlab和iNetConl04系統(tǒng)對單機(jī)無窮大仿射非線性最優(yōu)控制規(guī)律進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)時(shí)在線半實(shí)物仿真，驗(yàn)證單機(jī)無窮大仿射非線性最優(yōu)控制規(guī)律的抗干擾性、邏輯正確性和實(shí)際可行性。
[0008]作為優(yōu)選，步驟I中所述的將單機(jī)無窮大系統(tǒng)轉(zhuǎn)化成一個(gè)完全可控的精確線性化系統(tǒng)，其具體實(shí)現(xiàn)過程是將單機(jī)無窮大系統(tǒng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動方程寫成單輸入單輸出仿射非線性系統(tǒng)的形式，通過坐標(biāo)映射得一個(gè)完全可控的精確線性化系統(tǒng)。
[0009]作為優(yōu)選，步驟2中所述的得到原單機(jī)無窮大系統(tǒng)的非線性最優(yōu)控制器，其具體實(shí)現(xiàn)過程是根據(jù)二次型最優(yōu)控制LQR的設(shè)計(jì)方法求解精確線性化系統(tǒng)的控制量，從而得到原單機(jī)無窮大系統(tǒng)的非線性最優(yōu)控制器。
[0010]作為優(yōu)選，步驟3中所述的驗(yàn)證單機(jī)無窮大仿射非線性最優(yōu)控制規(guī)律的抗干擾性和邏輯正確性，其具體實(shí)現(xiàn)過程是利用Matlab對單機(jī)無窮大仿射非線性最優(yōu)控制規(guī)律進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，觀察在給定擾動情況下純數(shù)字控制器和實(shí)際電路設(shè)計(jì)的控制器的控制作用并進(jìn)行比較研究，驗(yàn)證單機(jī)無窮大仿射非線性最優(yōu)控制規(guī)律的抗干擾性與邏輯正確性。
[0011]作為優(yōu)選，步驟3中所述的驗(yàn)證單機(jī)無窮大仿射非線性最優(yōu)控制規(guī)律的實(shí)際可行性，其具體實(shí)現(xiàn)過程是利用iNetConl04系統(tǒng)對Matlab/Simulink仿真程序進(jìn)行實(shí)時(shí)在線半實(shí)物仿真，并將非線性最優(yōu)控制器中的Pm模塊用實(shí)際物理電路替換，觀察示波器輸出波形，驗(yàn)證單機(jī)無窮大仿射非線性最優(yōu)控制規(guī)律的實(shí)際可行性。
[0012]本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)對單機(jī)無窮大系統(tǒng)的精確線性化，同時(shí)考慮了純數(shù)字離線仿真非實(shí)時(shí)性的情況，通過半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了基于理論設(shè)計(jì)的控制器在實(shí)際真實(shí)現(xiàn)場應(yīng)用中的控制效果。通過在實(shí)際應(yīng)用中檢查被設(shè)計(jì)控制器的效果，這有利于被設(shè)計(jì)的算法更符合實(shí)際。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1:是本發(fā)明實(shí)施例的汽輪發(fā)電機(jī)無窮大系統(tǒng)示意圖。
[0014]圖2:是本發(fā)明實(shí)施例的無外接電路Matlab/Simulink仿真圖。
[0015]圖3:是本發(fā)明實(shí)施例的無控制與仿射非線性控制功角比較。
[0016]圖4:是本發(fā)明實(shí)施例的無控制與仿射非線性控制轉(zhuǎn)速比較。
[0017]圖5:是本發(fā)明實(shí)施例的接入外接半實(shí)物模擬電路前實(shí)時(shí)仿真圖。
[0018]圖6:是本發(fā)明實(shí)施例的外接模擬電路Simulink仿真圖。
[0019]圖7:是本發(fā)明實(shí)施例的控制增益電路圖。
[0020]圖8:是本發(fā)明實(shí)施例的半實(shí)物實(shí)時(shí)仿真連接原理圖。
[0021]圖9:是本發(fā)明實(shí)施例的傳感器信號調(diào)理電路圖。
[0022]圖10:是本發(fā)明實(shí)施例的濾波前示波器輸出結(jié)果示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0023]為了便于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解和實(shí)施本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的實(shí)施示例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0024]請見圖1，是本發(fā)明實(shí)施例的汽輪發(fā)電機(jī)無窮大系統(tǒng)示意圖，其中I為汽輪機(jī)，2為主汽門，3為主調(diào)節(jié)汽門，4為調(diào)速器執(zhí)行機(jī)構(gòu)，5為發(fā)電機(jī)，6為勵磁系統(tǒng)，7為主變壓器，8為輸電線路。
[0025]該系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型為:
[dd ,、
—={?}—1)(0,.1-fTr
Γ ? I (ita D KK.x
[0026]1.n RPe=^^smS
I CO 1.jy jy -V Lj《 ?、-X
1...............................1 I￡ 1.............1 fjj I I/:
I ilt Tj.? C tJ
[0027]Pni為發(fā)電機(jī)的輸入的機(jī)械功率,發(fā)電機(jī)輸出功率Pe, Otl轉(zhuǎn)子運(yùn)動角速度的初始值，ω轉(zhuǎn)子運(yùn)動角速度，δ為發(fā)電機(jī)q軸暫態(tài)電動勢E/與母線電壓Vs之間的夾角，
為d軸暫態(tài)電抗的和。
[0028]上式可簡寫成微分方程形式為:
\?δ
-—φ φ.— φ
[0029]- (1;(I)

= α, sinS-ha-ym—a-y +bPm
[0030]其中α,=-a2 = -D/Trb = 1/Ip且當(dāng)主要考慮汽輪發(fā)電機(jī)汽門的控制作用時(shí)，E’ q可視為恒定，無窮大系統(tǒng)母線電壓Vs恒定，則a1、a2、b為常數(shù)。
[0031]基于上述的汽輪發(fā)電機(jī)無窮大系統(tǒng)，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種單機(jī)無窮大仿射非線性系統(tǒng)最優(yōu)控制方法，包括以下步驟:
[0032]步驟1:將單機(jī)無窮大系統(tǒng)轉(zhuǎn)化成一個(gè)完全可控的精確線性化系統(tǒng)；其具體實(shí)現(xiàn)包括以下子步驟:
[0033]步驟1.1:將輸入的機(jī)械功率Pm作為控制量，則由仿射非線性系統(tǒng)的定義，得:

Γχ, I ΓS(t)l
[0034]狀態(tài)向量Λ= =


_X2 _
[0035]/W=丨.?=

\ax sm ο + α^?)-α?」sm χι + αιχι — αι
[0036]^(-τ)=^
[0037]控制量u = Pni
[0038]輸出量y = h(x) = X1 = δ (t)
[0039]步驟1.2:求取系統(tǒng)的Lie導(dǎo)數(shù):
[0040]Il) /i(x) - h(x) - X1 L h(x)=氣(X) g(x) = 0
J1.dx
9/?(x) ,dL Ji(x)
[0041 ] I;/?(x) —./ (x) = (OiiX-' —01 LJ^ h(x) = ^--g(x) = (Ob
ax& …ax
[0042]步驟1.3:由于Lgh(x) = 0，LgLfh (x) = cdoh ^ 0,由關(guān)系度定義可得系統(tǒng)關(guān)系度r-1 = 1，r = η = 2ο
[0043]根據(jù)仿射非線性系統(tǒng)狀態(tài)反饋精確線性化的設(shè)計(jì)原理，關(guān)系度r等于狀態(tài)變量X的維數(shù)n，該單機(jī)無窮大系統(tǒng)模型符合仿射非線性系統(tǒng)的要求，則可選擇如下坐標(biāo)變換:
「A "j h(x) 「 X1
[0044]Z = φ(χ)=丨 =y , y=
II;/nx)- 6?
[0045]步驟1.4:可得到新坐標(biāo)系Z，表述為:
s Zi =Z,
[0046]I , _
lZ2 = ^
[0047]即
[0048]i^Az + Bv
[0049]且控制器表達(dá)式:
[0050]U = ^s-^^——(2)
LgL,h(x)
[0051]其中A為2X2維狀態(tài)系數(shù)矩陣,B為2X1維控制系數(shù)矩陣,該系統(tǒng)為一個(gè)完全可控的Brunovsky標(biāo)準(zhǔn)型線性系統(tǒng)。
[0052]步驟2:利用非線性最優(yōu)控制規(guī)律求解的方法，對單機(jī)無窮大仿射非線性最優(yōu)控制規(guī)律進(jìn)行求解，從而得到原單機(jī)無窮大系統(tǒng)的非線性最優(yōu)控制器；其具體實(shí)現(xiàn)包括以下子步驟:
[0053]步驟2.1:由線性最優(yōu)控制原理可知,最優(yōu)控制
[0054]V = -Kz = -1i1Zfk2Z2 = -1i1Xfk2(COoX2-COo) (3)且有 K = IT1B1P, P 為 Riccati矩陣方程
[0055]ATP+PA-PBR_1BTP+Q = O
[0056]方程的解，其中Q為2X2維正定或半正定的狀態(tài)量權(quán)矩陣洱為1X1維正定控制量權(quán)矩陣。
[0057]步驟2.2:求解Ricatti矩陣方程的解
[0058]由式(2)、(3)可知
「O Il Fol
[0059]S = L
[0060]取半正定權(quán)矩陣Ο =?！?,正定權(quán)矩陣R = 1，通過Matlab得到Riccati矩陣方程的解
\yf2 I "
[0061]P= ^

L ?
[0062]步驟2.3:求解系統(tǒng)非線性最優(yōu)控制規(guī)律
[0063]K ^R^1BrP^ik = ^/51
-jL J
[0064]代入式(3)得
[0065]V = -1i1Zfk2Z2 = _χ「1.414 (ωοχ2-ωο)
[0066]因此，控制器設(shè)計(jì)為:
II*".*
Pm=U =-[-X1 -^JKmoX2 一⑩)-?)}(α? Sinxl ^a2X2 -O7)]
φ~"
[0067]j?UD(禮)
=-^-[S ~O^) --——sin <f—.—■+.—；)]
ωηTj Tj
[0068]步驟3:分別利用Matlab和iNetConl04系統(tǒng)對單機(jī)無窮大仿射非線性最優(yōu)控制規(guī)律進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)時(shí)在線半實(shí)物仿真，驗(yàn)證單機(jī)無窮大仿射非線性最優(yōu)控制規(guī)律的抗干擾性、邏輯正確性和實(shí)際可行性。
[0069]單機(jī)無窮大系統(tǒng)仿射非線性控制規(guī)律實(shí)時(shí)仿真主要分為兩類:無模擬電路實(shí)時(shí)仿真與接入模擬電路實(shí)時(shí)仿真。請見圖6,設(shè)計(jì)思路如下:將已搭建好Matlab/Simulink模型直接下裝到iNetConl04系統(tǒng)并接入示波器,觀察示波器輸出結(jié)果，并與Matlab/Simulink仿真結(jié)果比較，接著將仿射非線性控制器中Pm模塊用實(shí)際模擬電路來代替，再將程序下裝到iNetConl04系統(tǒng)中，觀察示波器輸出結(jié)果，即完成將Matlab的離線數(shù)字仿真轉(zhuǎn)換為實(shí)際的在線模擬仿真過程。
靜0 = 2m/q = I OOm = 314.159rad I s
Tj =Ss
[0070]^ Erq =L47
F=I
D = 5
[0071](I)下面利用Matlab/Simulink對單機(jī)無窮大系統(tǒng)的仿射非線性控制策略進(jìn)行離線仿真分析。
[0072]假設(shè)系統(tǒng)初始穩(wěn)定運(yùn)行，Os時(shí)，功角變化，且有:
[0073]


U(O) = 40.r =0.7


<{ fl^O) = I


|.rYf =oj69
[0074]將以上參數(shù)代入非線性控制器式(4)與單機(jī)無窮大轉(zhuǎn)子運(yùn)動方程式(I)中，利用Matlab/Simulink分別對系統(tǒng)未加入控制器與加入非線性控制器后進(jìn)行仿真，觀察系統(tǒng)遭受擾動后發(fā)電機(jī)功角δ與轉(zhuǎn)速ω的變化，其中未加入控制器時(shí)，視發(fā)電機(jī)機(jī)械功率恒定Pt (t) = I (t) ο
[0075]請見圖2,為本發(fā)明根據(jù)的方法在Matlab/Simulink環(huán)境下搭建的仿真架構(gòu)模塊。
[0076]仿真結(jié)果如圖3、圖4所示。由圖3、圖4可知，加入仿射非線性控制器后，系統(tǒng)有很強(qiáng)的抗干擾能力，當(dāng)遭受擾動時(shí)，系統(tǒng)能很快回到原先的穩(wěn)定狀態(tài)，對于功角δ，無控制時(shí)系統(tǒng)經(jīng)12s回到穩(wěn)態(tài)，加入仿射非線性控制器后，調(diào)節(jié)時(shí)間減小到7s ;對于轉(zhuǎn)速ω，無控制時(shí)，遭受擾動系統(tǒng)轉(zhuǎn)速出現(xiàn)劇烈震蕩，最大超調(diào)量為0.3%，經(jīng)12s回到穩(wěn)態(tài)并小幅度震蕩，加入仿射非線性控制器后，調(diào)節(jié)時(shí)間減小到7s，最大超調(diào)量減小為0.1 %。
[0077]在實(shí)際做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，由于示波器量程的限制，故取系統(tǒng)的標(biāo)么值進(jìn)行仿真。
[0078]對于未接入模擬電路實(shí)時(shí)仿真的實(shí)驗(yàn)步驟如下:
[0079]I)將Matlab/Simulink中輸出量δ、ω連接DAC SFUN模塊，如圖2所示，該模塊為iNetConl04系統(tǒng)開發(fā)的模塊，能夠添加到Matlab/Simulink模塊庫中，并且實(shí)現(xiàn)與Simulink的無縫結(jié)合，其中DAC SFUN模塊為模擬量輸出模塊，即將Matlab輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，雙擊DAC SFUN模塊，分別將Port Number設(shè)置為1、2，對應(yīng)數(shù)模連接器端口 DA1、DA2，采樣時(shí)間 Sample Time 均設(shè)為 0.001s。
[0080]2)在Matlab/Simulink中進(jìn)行參數(shù)配置，將Sovler中設(shè)置為固定步長Fixed-step,在 Real-Time Workshop 中，添加 grt_pcl04.tic 文件,在External Mode codegenerat1n opt1ns中配置主機(jī)和從機(jī)IP。
[0081]3)將iNetConl04系統(tǒng)中數(shù)模連接器端口 DA1、DA2接入示波器，點(diǎn)擊Incr-ementalbuild按鈕，即完成程序的下裝，觀察示波器輸出波形。
[0082]示波器輸出結(jié)果如圖5所示。黃線代表功角，由于功角的變化范圍很小，為了能看清楚實(shí)驗(yàn)效果單位選擇0.5V/格，藍(lán)線代表轉(zhuǎn)速單位選擇IV/格，其中黃色曲線I的電壓幅值設(shè)置為200mV，代表發(fā)電機(jī)功角δ，單位rad，藍(lán)色直線2的電壓幅值設(shè)置為lv，代表角速度ω (標(biāo)么值)，時(shí)間刻度設(shè)為Is。
[0083]觀察圖5示波器輸出結(jié)果,發(fā)現(xiàn)輸出波形與用Matlab/Simulink對單機(jī)無窮大仿射非線性控制進(jìn)行的離線仿真的結(jié)果一致，從而驗(yàn)證了基于狀態(tài)反饋精確線性化原理的單機(jī)無窮大非線性控制方法的實(shí)際可行性。
[0084](2)下面進(jìn)行數(shù)?；旌蠈?shí)時(shí)仿真，即將圖2中仿射非線性控制器增益IVcoci用實(shí)際物理放大電路替換，選擇的放大電路如圖7所示，其中A為0P37運(yùn)放，選用12V/12V直流電源模塊對其供電，取R1 = R2 = Rf = 1kQ，電阻R選用可調(diào)電阻，最大阻值為ΙΜΩ,+ 為輸入端，U2為輸出端,且有增益K:
^ Uv Rf+R1 R、 T
「00851 K= 二 = J
U1 R1 R+ R2 fijf,
[0086]為了抑制由于電源信號干擾對仿真效果的影響。設(shè)計(jì)了如圖9所示的濾波電路。在設(shè)計(jì)時(shí)，為了避免由于供電電源的工頻信號的干擾，影響運(yùn)算放大器AD8222的放大處理精度，在電源信號加到運(yùn)算放大器之前，首先信號經(jīng)過共模電感可以使線路上的共模EMI信號被控制在很低的電平上。差分電源電壓信號通過由C67、C68、C69、R11和R12組成的混合低通濾波網(wǎng)絡(luò)，然后差分電壓信號經(jīng)過R11、R13和R36分壓后再次分別經(jīng)過R36、R35和C62和R32、R33和C61組成的低通濾波網(wǎng)絡(luò)濾波和隔離后接著由電容C65再次實(shí)現(xiàn)對兩路差分電壓信號的隔離和濾波。最終將差模的電源電壓信號傳輸?shù)椒糯笃鰽D8222的電源端，最終實(shí)現(xiàn)從電源根源上抑制工頻干擾信號。
[0087]基于NetConPC104的半實(shí)物實(shí)時(shí)仿真連接原理圖如圖8所示。半實(shí)物仿真具體實(shí)驗(yàn)步驟如下:
[0088]I)將Matlab/Simulink模型中的控制器Pm模塊刪除，并用已添加到Matlab模塊庫中的DAC SFUN與ADC SFUN模塊替換，其中DAC SFUN模塊為模擬量輸出模塊，作為放大器電路的輸入，將Port Number選為I，對應(yīng)數(shù)模連接器端口 DAl，將采樣時(shí)間Sample Time設(shè)為0.0Ols ；ADC SFUN模塊為模擬量輸入模塊，即將放大器輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，作為Matlab中的輸入，將PortNumber選為I，對應(yīng)數(shù)模連接器的ADl端口，同樣將采樣時(shí)間 Sample Time 設(shè)為 0.001s。
[0089]2)將模擬放大電路中輸入端七接數(shù)模連接器中的端口 DA1，實(shí)現(xiàn)與Matlab/Simulink中DAC SFUN模塊連接，即將Matlab數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號作為放大電路的輸入，U。接數(shù)模連接器中的端口 AD1，實(shí)現(xiàn)與Matlab/Simulink中ADC SFUN模塊連接，即將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號作為Matlab的輸入。
[0090]3)將Matlab/Simulink模型中的輸出角度δ與轉(zhuǎn)速ω連接DAC FUC模塊，并將連接角度5的DAC SFUN模塊的端口號Port Number設(shè)為2，對應(yīng)數(shù)模連接器端口 DA2，采樣時(shí)間Sample Time設(shè)為0.0Ols ;將連接轉(zhuǎn)速ω的DAC SFUN模塊的端口號Port Number設(shè)為3，即對應(yīng)數(shù)模連接器端口 DA3，同樣采樣時(shí)間Sample Time設(shè)為0.001s, Matlab/Simulink仿真圖如圖9所示。
[0091]4)將對應(yīng)DA端口接入示波器,下載Matlab/Simulink程序到實(shí)時(shí)仿真器,觀察示波器輸出的波形。
[0092]濾波前示波器輸出結(jié)果如圖10所示。觀察圖10示波器輸出結(jié)果，發(fā)現(xiàn)輸出波形中轉(zhuǎn)速2號線與未接入模擬電路仿真圖一致，功角I號線與之有細(xì)微差別，調(diào)節(jié)時(shí)間相同為4s，但加入外接電路后，功角存在小幅振蕩，這是由于外接電路中存在噪聲干擾導(dǎo)致。但總體仿真結(jié)果仍與Matlab離線仿真相近，4s后系統(tǒng)趨于穩(wěn)定，再次驗(yàn)證了仿射非線性控制策略的實(shí)際可行性。
[0093]本發(fā)明是以單機(jī)無窮大系統(tǒng)為例，進(jìn)行非線性最優(yōu)控制設(shè)計(jì)，將單機(jī)無窮大系統(tǒng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動方程寫成單輸入單輸出仿射非線性系統(tǒng)的形式，通過坐標(biāo)映射得一個(gè)完全可控的精確線性化后的系統(tǒng)，再根據(jù)二次型最優(yōu)控制LQR的設(shè)計(jì)方法求解精確線性化后系統(tǒng)的控制量，從而得到原系統(tǒng)的非線性最優(yōu)控制器。
[0094]應(yīng)當(dāng)理解的是，本說明書未詳細(xì)闡述的部分均屬于現(xiàn)有技術(shù)。
[0095]應(yīng)當(dāng)理解的是，上述針對較佳實(shí)施例的描述較為詳細(xì)，并不能因此而認(rèn)為是對本發(fā)明專利保護(hù)范圍的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以做出替換或變形，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)，本發(fā)明的請求保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種單機(jī)無窮大仿射非線性系統(tǒng)最優(yōu)控制方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:將單機(jī)無窮大系統(tǒng)轉(zhuǎn)化成一個(gè)完全可控的精確線性化系統(tǒng)； 步驟2:利用非線性最優(yōu)控制規(guī)律求解的方法，對單機(jī)無窮大仿射非線性最優(yōu)控制規(guī)律進(jìn)行求解，從而得到原單機(jī)無窮大系統(tǒng)的非線性最優(yōu)控制器； 步驟3:分別利用Matlab和iNetConl04系統(tǒng)對單機(jī)無窮大仿射非線性最優(yōu)控制規(guī)律進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)時(shí)在線半實(shí)物仿真，驗(yàn)證單機(jī)無窮大仿射非線性最優(yōu)控制規(guī)律的抗干擾性、邏輯正確性和實(shí)際可行性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單機(jī)無窮大仿射非線性系統(tǒng)最優(yōu)控制方法，其特征在于:步驟I中所述的將單機(jī)無窮大系統(tǒng)轉(zhuǎn)化成一個(gè)完全可控的精確線性化系統(tǒng)，其具體實(shí)現(xiàn)過程是將單機(jī)無窮大系統(tǒng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動方程寫成單輸入單輸出仿射非線性系統(tǒng)的形式，通過坐標(biāo)映射得一個(gè)完全可控的精確線性化系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單機(jī)無窮大仿射非線性系統(tǒng)最優(yōu)控制方法，其特征在于:步驟2中所述的得到原單機(jī)無窮大系統(tǒng)的非線性最優(yōu)控制器，其具體實(shí)現(xiàn)過程是根據(jù)二次型最優(yōu)控制LQR的設(shè)計(jì)方法求解精確線性化系統(tǒng)的控制量，從而得到原單機(jī)無窮大系統(tǒng)的非線性最優(yōu)控制器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單機(jī)無窮大仿射非線性系統(tǒng)最優(yōu)控制方法，其特征在于:步驟3中所述的驗(yàn)證單機(jī)無窮大仿射非線性最優(yōu)控制規(guī)律的抗干擾性和邏輯正確性，其具體實(shí)現(xiàn)過程是利用Matlab對單機(jī)無窮大仿射非線性最優(yōu)控制規(guī)律進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，觀察在給定擾動情況下純數(shù)字控制器和實(shí)際電路設(shè)計(jì)的控制器的控制作用并進(jìn)行比較研究，驗(yàn)證單機(jī)無窮大仿射非線性最優(yōu)控制規(guī)律的抗干擾性與邏輯正確性。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單機(jī)無窮大仿射非線性系統(tǒng)最優(yōu)控制方法，其特征在于:步驟3中所述的驗(yàn)證單機(jī)無窮大仿射非線性最優(yōu)控制規(guī)律的實(shí)際可行性，其具體實(shí)現(xiàn)過程是利用iNetConl04系統(tǒng)Matlab/Simulink仿真程序進(jìn)行實(shí)時(shí)在線半實(shí)物仿真,并將非線性最優(yōu)控制器中的Pm模塊用實(shí)際物理電路替換，觀察示波器輸出波形，驗(yàn)證單機(jī)無窮大仿射非線性最優(yōu)控制規(guī)律的實(shí)際可行性。
【文檔編號】G06F9/455GK104182273SQ201410452641
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月5日
【發(fā)明者】來金鋼, 周洪, 胡文山, 任正濤, 路曉慶, 江朝強(qiáng), 高星冉 申請人:武漢大學(xué)