[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于模糊控制的光纖電流互感器閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110467102.4
• 申請(qǐng)日: 2021-04-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113311696A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-08-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王國(guó)臣;何雪銘;高偉;何中原;趙博;趙玉欣;王永光;于飛;張亞;徐定杰
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G05B11/42
• 分類(lèi)號(hào): G05B11/42
• 代理公司: 哈爾濱市陽(yáng)光惠遠(yuǎn)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23211
• 代理人: 劉景祥

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于模糊控制的光纖電流互感器閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。步驟1：根據(jù)光纖電流互感器閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)確定模糊PID控制器初始化參數(shù)值；步驟2：根據(jù)模糊PID控制器初始化參數(shù)值，建立模糊控制規(guī)則表；步驟3：對(duì)步驟2的模糊控制規(guī)則表，去模糊化，得到參數(shù)可隨外界環(huán)境變化的PID控制器。本發(fā)明用以解決減小光纖電流互感器系統(tǒng)中由于艦船環(huán)境中的外界環(huán)境變化引起的誤差的問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于全光纖電流傳感領(lǐng)域；具體涉及一種基于模糊控制的光纖電流互感器閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

光纖電流互感器是一種基于法拉第旋光效應(yīng)的光纖類(lèi)傳感器，由于其具有體積小、絕緣性好、量程大和高暫態(tài)響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，可及時(shí)感知和定位發(fā)生故障的電網(wǎng)線(xiàn)段，為繼電保護(hù)裝置的保護(hù)動(dòng)作提供有效的判斷信息，保護(hù)艦船綜合電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定，滿(mǎn)足艦船綜合電力系統(tǒng)智能化設(shè)計(jì)需求，是艦船綜合電力系統(tǒng)的最佳選擇。其中主要限制系統(tǒng)準(zhǔn)確度的因素是源于系統(tǒng)工作環(huán)境的不理想。偏振光在光纖中傳輸時(shí)會(huì)由于電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)而產(chǎn)生相位差，但實(shí)際使用中由于其外界環(huán)境的變化如溫度變化或振動(dòng)等會(huì)產(chǎn)生額外得相位誤差，這會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)中產(chǎn)生一個(gè)與法拉第效應(yīng)無(wú)法區(qū)分的誤差信號(hào)，進(jìn)而降低了系統(tǒng)測(cè)量電流的準(zhǔn)確度。

因此，為了提高系統(tǒng)于艦船綜合電力系統(tǒng)中測(cè)量電流的準(zhǔn)確度，需要考慮抑制外界環(huán)境造成的誤差影響。現(xiàn)有的主流方案為采用單積分控制器和比例積分微分(PID)控制器。這種控制器是通過(guò)設(shè)定合適的比例環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)和微分環(huán)節(jié)來(lái)減小誤差。然而，這種方案現(xiàn)在還存在一些問(wèn)題。第一，艦船環(huán)境復(fù)雜多變，這也就意味著由環(huán)境原因引入的誤差也是不均勻的，這會(huì)使得固定參數(shù)的控制器難以滿(mǎn)足抑制誤差的要求。第二，艦船綜合電力系統(tǒng)對(duì)互感器的瞬時(shí)響應(yīng)能力要求較高，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的PID控制器無(wú)法同時(shí)滿(mǎn)足高速響應(yīng)時(shí)間和較低的誤差精度。閉環(huán)控制回路中存在的這些問(wèn)題都限制了系統(tǒng)于艦船綜合電力系統(tǒng)中的進(jìn)一步應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種基于模糊控制的光纖電流互感器閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，用以解決減小光纖電流互感器系統(tǒng)中由于艦船環(huán)境中的外界環(huán)境變化引起的誤差的問(wèn)題。

本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種基于模糊控制的光纖電流互感器閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，所述設(shè)計(jì)方法包括以下步驟：

步驟1：根據(jù)光纖電流互感器閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)確定模糊PID控制器初始化參數(shù)值；

步驟2：根據(jù)模糊PID控制器初始化參數(shù)值，建立模糊控制規(guī)則表；

步驟3：對(duì)步驟2的模糊控制規(guī)則表，去模糊化，得到參數(shù)可隨外界環(huán)境變化的PID控制器。

進(jìn)一步的，所述步驟1的初始化參數(shù)值具體為輸入量的模糊集合和隸屬函數(shù)、輸出量的模糊集合和隸屬函數(shù)。

進(jìn)一步的，所述步驟1具體為，設(shè)e(k)、ec(k)分別為第k個(gè)解調(diào)周期內(nèi)的解調(diào)電流差值和解調(diào)電流差值變化率，根據(jù)e(k)、ec(k)的模糊量化值經(jīng)模糊推理可得本解調(diào)周期內(nèi)的控制參數(shù)調(diào)整量ΔK_p、ΔK_i、ΔK_d；輸出調(diào)整后的PID控制參數(shù)K_p、K_i、K_d；具體的模糊控制輸出參數(shù)計(jì)算方法為：

式中，K_p0、K_i0、K_d0為PID控制器初始化參數(shù)值；式(1)中各參數(shù)的模糊子集均為{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}，分別劃分為負(fù)大量NB，負(fù)中量NM，負(fù)小量NS，零ZO，正小量PS，正中量PM，正大量PB這7個(gè)量化等級(jí)。

進(jìn)一步的，設(shè)置輸出PID控制參量的隸屬函數(shù)為三角型，其函數(shù)表達(dá)式為：

輸入量的隸屬函數(shù)為高斯型，其函數(shù)表達(dá)式為：