[發明專利]一種單機無窮大仿射非線性系統最優控制方法

有效

• 申請號: 201410452641.0
• 申請日: 2014-09-05
• 公開（公告）號: CN104182273B
• 公開（公告）日: 2017-08-08
• 發明（設計）人: 來金鋼;周洪;胡文山;任正濤;路曉慶;江朝強;高星冉
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G06F9/455
• 分類號: G06F9/455;G05B23/02
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙)42222
• 代理人: 薛玲

1.一種單機無窮大仿射非線性系統最優控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：根據仿射非線性系統狀態反饋精確線性化的方法將單機無窮大系統轉化成一個完全可控的精確線性化系統；

其中所述的將單機無窮大系統轉化成一個完全可控的精確線性化系統，其具體實現過程是將單機無窮大系統發電機轉子運動方程寫成單輸入單輸出仿射非線性系統的形式，通過坐標映射得一個完全可控的精確線性化系統；具體包括以下子步驟：

步驟1.1：將輸入的機械功率P_m作為控制量，則由仿射非線性系統的定義，得：

狀態向量

控制量u＝P_m；

輸出量y＝h(x)＝x₁＝δ(t)；

步驟1.2：求取系統的Lie導數；

步驟1.3：由于L_gh(x)＝0，L_gL_fh(x)＝ω₀b≠0，由關系度定義可得系統關系度r-1＝1，r＝n＝2；

根據仿射非線性系統狀態反饋精確線性化的設計原理，關系度r等于狀態變量x的維數n，該單機無窮大系統模型符合仿射非線性系統的要求，則選擇如下坐標變換：

步驟1.4：得到新坐標系Z，系統可表述為：

即

且控制器表達式：

其中：A為2×2維狀態系數矩陣，B為2×1維控制系數矩陣；

步驟2：利用非線性最優控制規律求解的方法，對單機無窮大仿射非線性最優控制規律進行求解，從而得到原單機無窮大系統的非線性最優控制器；

步驟3：分別利用Matlab和iNetCon104系統對單機無窮大仿射非線性最優控制規律進行仿真實驗和實時在線半實物仿真，驗證單機無窮大仿射非線性最優控制規律的抗干擾性、邏輯正確性和實際可行性。

2.根據權利要求1所述的單機無窮大仿射非線性系統最優控制方法，其特征在于：步驟2中所述的求出線性化后單機無窮的大非線性系統的最優控制器，其具體實現過程是根據二次型最優控制LQR的設計方法求解精確線性化系統的控制量，從而得到原單機無窮大系統的非線性最優控制器。

3.根據權利要求1所述的單機無窮大仿射非線性系統最優控制方法，其特征在于：步驟3中所述的驗證單機無窮大仿射非線性最優控制規律的抗干擾性和邏輯正確性，其具體實現過程是利用Matlab對單機無窮大仿射非線性最優控制規律進行仿真實驗，觀察在給定擾動情況下純數字控制器和實際電路設計的控制器的控制作用并進行比較研究，驗證單機無窮大仿射非線性最優控制規律的抗干擾性與邏輯正確性。

4.根據權利要求1所述的單機無窮大仿射非線性系統最優控制方法，其特征在于：步驟3中所述的驗證單機無窮大仿射非線性最優控制規律的實際可行性，其具體實現過程是利用iNetCon104系統Matlab/Simulink仿真程序進行實時在線半實物仿真，并將非線性最優控制器中的P_m模塊用實際物理電路替換，觀察示波器輸出波形，驗證單機無窮大仿射非線性最優控制規律的實際可行性。