[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

技術領域

本發明屬于控制算法技術領域，具體涉及一種單機無窮大仿射非線性系統精確線性化設計及半實物仿真方法。

背景技術

異步電機本身是一個高階、非線性、非齊次、強耦合的時變多變量系統，并且實際的電機負載通常也存在摩擦、死區等非線性特點，所以在以往的純數字離線仿真探究中，電機及負載模型都是基于一定近似條件下的簡化模型，與實物存在差異。而另一方面，純數字離線仿真雖然能夠實現對控制算法、量化誤差和編程錯誤的預測，但是不能用于實際系統的內存限制、中斷延遲、處理器運算速度及I/O接口電路等缺陷的排除。因此，基于純數字離線仿真得到的控制算法已不能滿足實際系統的要求。所以，實際的控制對象也同樣迫切要求實時仿真的出現。半實物實時仿真平臺可以為上述問題的提供很好的解決方案。

發明內容

為了解決上述的技術問題，本發明提供了一種單機無窮大仿射非線性系統最優控制方法。

本發明所采用的技術方案是：本發明提供了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：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；

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。

作為優選，步驟1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。

作為優選，步驟2中所述的得到原單機無窮大系統的非線性最優控制器，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。

作為優選，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。

作為優選，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系統對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Pm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。

本發明可以實現對單機無窮大系統的精確線性化，同時考慮了純數字離線仿真非實時性的情況，通過半實物仿真實驗驗證了基于理論設計的控制器在實際真實現場應用中的控制效果。通過在實際應用中檢查被設計控制器的效果，這有利于被設計的算法更符合實際。

附圖說明

圖1：是本發明實施例的汽輪發電機無窮大系統示意圖。

圖2：是本發明實施例的無外接電路Matlab/Simulink仿真圖。

圖3：是本發明實施例的無控制與仿射非線性控制功角比較。

圖4：是本發明實施例的無控制與仿射非線性控制轉速比較。

圖5：是本發明實施例的接入外接半實物模擬電路前實時仿真圖。

圖6：是本發明實施例的外接模擬電路Simulink仿真圖。

圖7：是本發明實施例的控制增益電路圖。

圖8：是本發明實施例的半實物實時仿真連接原理圖。

圖9：是本發明實施例的傳感器信號調理電路圖。

圖10：是本發明實施例的濾波前示波器輸出結果示意圖。

具體實施方式

為了便于本領域普通技術人員理解和實施本發明，下面結合附圖及實施例對本發明作進一步的詳細描述，應當理解，此處所描述的實施示例僅用于說明和解釋本發明，并不用于限定本發明。

請見圖1，是本發明實施例的汽輪發電機無窮大系統示意圖，其中1為汽輪機，2為主汽門，3為主調節汽門，4為調速器執行機構，5為發電機，6為勵磁系統，7為主變壓器，8為輸電線路。

該系統數學模型為：

且