[發明專利]基于狀態變量離散化的仿真計算方法和仿真系統

有效

• 申請號: 201710147113.8
• 申請日: 2017-03-13
• 公開（公告）號: CN107025335B
• 公開（公告）日: 2019-12-10
• 發明（設計）人: 檀添;趙爭鳴;李帛洋;袁立強;陳凱楠
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 11201 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 張潤

1.一種基于狀態變量離散化的仿真計算方法，其特征在于，包括以下步驟：

在進行第k步仿真計算時，獲取各狀態變量導數值構成的狀態變量矩陣，其中，所述各狀態變量導數值根據第k-1步計算得到的各狀態變量的狀態變量函數的構成向量，和，根據第k步系統所有輸入的構成向量獲得，其中，k為大于1的正整數；

對所述各狀態變量導數值進行限幅，將所述各狀態變量導數值大于限幅上界的導數值置零，判斷限幅后的各狀態變量導數值的正負，并根據判斷結果分別計算所述各狀態變量達到下一邊界所需要的各變化時間；

比較所述各變化時間，確定最小變化時間；

根據所述最小變化時間更新系統仿真運算當前時刻，并根據所述最小變化時間對應的唯一變化狀態變量更新所述狀態變量矩陣。

2.如權利要求1所述的基于狀態變量離散化的仿真計算方法，其特征在于，在所述獲取各狀態變量導數值構成的狀態變量矩陣之前，還包括：

根據第k-1步中的唯一變化狀態變量的狀態變量函數，和，所述唯一變化狀態變量的狀態變量導數值，對所有狀態變量的狀態變量函數和狀態變量導數值進行線性預估；

根據預設算法校正所述所有狀態變量的狀態變量函數值；

根據校正后的所有狀態變量的狀態變量函數的構成向量，校正預估的所有狀態變量的狀態變量導數值。

3.如權利要求1所述的基于狀態變量離散化的仿真計算方法，其特征在于，通過以下公式對所述各狀態變量導數值進行限幅：

其中，為限幅上界，k_x為代表限幅的緊張程度的系數；|U|_max為系統電壓峰值；|I|_max為系統電流峰值；C_min為系統等效電容值；L_min為系統等效電感值。

4.如權利要求1所述的基于狀態變量離散化的仿真計算方法，其特征在于，狀態變量函數是Q函數，則根據以下公式獲取各狀態變量導數值構成的狀態變量矩陣：

其中，為狀態變量矩陣，A、B為狀態方程的系數矩陣，Q^(k-1)為第k-1步計算得到的系統所有狀態變量x_i的Q函數Q(x_i)^(k-1)構成向量，U^(k)為第k步計算中系統所有輸入u_i^(k)構成向量。

5.如權利要求1所述的基于狀態變量離散化的仿真計算方法，其特征在于，所述根據所述最小變化時間更新系統仿真運算當前時刻包括：

在第k-1步中更新的系統仿真運算當前時刻的基礎上，加上所述最小變化時間。

6.如權利要求1所述的基于狀態變量離散化的仿真計算方法，其特征在于，所述根據所述最小變化時間對應的唯一變化狀態變量更新所述狀態變量矩陣包括：

獲取唯一變化狀態變量對應的唯一變化狀態變量函數；

在第k-1步計算得到的各狀態變量的狀態變量函數中，更新所述唯一變化狀態變量函數；

根據更新后的各狀態變量函數的構成向量獲取第k步仿真計算中的狀態變量矩陣。

7.一種基于狀態變量離散化的仿真系統，其特征在于，包括：

系統參數獲取處理模塊，用于在進行第k步仿真計算時，根據第k步相比于第k-1步變化的系統輸入和唯一變化狀態變量獲取第k步仿真計算時的狀態變量矩陣；

仿真數值計算模塊，用于執行如權利要求1-4任一項所述的基于狀態變量離散化的仿真計算方法；

仿真控制模塊，用于判斷第k步仿真計算后更新的系統仿真計算當前時刻與系統仿真結束時刻的大小關系，如果大于等于，則結束仿真并輸出仿真結果。

8.如權利要求7所述的基于狀態變量離散化的仿真系統，其特征在于，所述仿真控制模塊還用于：

在判斷第k步仿真計算后更新的系統時間小于系統仿真結束時間時，繼續仿真。

9.如權利要求7所述的基于狀態變量離散化的仿真系統，其特征在于，所述系統參數獲取處理模塊包括：

第一獲取單元，用于獲取第k-1步仿真計算得到的各狀態變量x_i的狀態變量函數Q函數Q(x_i)^(k-1)構成向量Q^(k-1)，其中，Q(x_i)^(k-1)可通過以下公式得到：

其中，Δq_i是第i個狀態變量x_i的量化長度，Q(x_i)^(k-2)是第k-2步所有狀態變量x_i的狀態變量函數，x_i^(k-1)是第k-1步狀態變量；

第二獲取單元，用于獲取第k步仿真計算中所有系統輸入u_i^(k)構成向量U^(k)，和相對于第k-1步發生變化的系統輸入構成向量U(change)^(k)；

處理單元，用于將Q(x(change))^(k-1)和U(change)^(k)定義為第k步計算中的“事件”“event^(k)”，其中，event^(k)＝{Q(x(change))^(k-1),U(change)^(k)}，Q(x(change))^(k-1)表示相對于第k-1步計算中唯一改變的狀態變量Q函數；

確定單元，用于將第k步仿真計算中所有的系統參數值c_i^(k)構成的模型參考向量C^(k)確定為C^(k)＝f{event^(k)}；

計算單元，用于根據如下公式計算第k步仿真計算時的狀態變量矩陣，

其中，A、B為狀態方程的系數矩陣，x是第k步仿真計算中所有狀態變量，u是第k步仿真計算中所有系統輸入，是所有狀態變量的導數值構成的狀態變量。