[發(fā)明專利]一種配電網(wǎng)無線通信可靠性的魯棒控制方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210291951.3
• 申請日: 2022-03-23
• 公開（公告）號: CN114625011A
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發(fā)明（設計）人: 孫偉;付松柏;王文浩;吳迪;章昊;于洋;王同文;汪偉;孫輝;李奇越;李帷韜
• 申請（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學;國網(wǎng)安徽省電力有限公司
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 陸麗莉;何梅生

1.一種配電網(wǎng)無線通信可靠性的魯棒控制方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1：利用式(1)計算接收節(jié)點在k時刻接收到發(fā)射節(jié)點的無線信號強度，并作為對數(shù)距離路徑損耗模型：

式(1)中，P_r(k)為與發(fā)射節(jié)點的節(jié)點距離為d時的接收節(jié)點在k時刻接收到的信號強度，P_t(k)為發(fā)射節(jié)點在k時刻的無線信號發(fā)射功率，P_L(d₀)為參考距離為d₀時的參考路徑損耗值；n(k)為k時刻的路徑損耗指數(shù)，X_σ(k)表示多徑效應對接收節(jié)點在k時刻接收信號的影響；

步驟2：利用式(2)構(gòu)建智能電網(wǎng)中基于對數(shù)距離路徑損耗模型的系統(tǒng)狀態(tài)空間方程：

式(2)中，x(k)為包含k時刻接收到的信號強度P_r(k)和k時刻的本底噪聲的狀態(tài)向量，u(k)為包含發(fā)射節(jié)點在k時刻的無線發(fā)射功率P_t(k)的控制輸入量，w(k)為包含k時刻與k+1時刻之間的本底噪聲增量、參考路徑損耗值P_L(d₀)、路徑損耗指數(shù)n(k)以及多徑效應對接收信號影響X_σ(k)的外部擾動；y(k)為包含無線接收信號節(jié)點的信噪比的系統(tǒng)輸出的狀態(tài)變量；A為狀態(tài)變量x(k)的系數(shù)；B_u為控制輸入量u(k)的系數(shù)；B_w為外部擾動w(k)的系數(shù)；C為狀態(tài)變量y(k)的系數(shù)；

步驟3：利用式(3)構(gòu)建帶有延時狀態(tài)反饋的控制器：

u(k)＝Kx(k-l) (3)

式(3)中，K為控制器的增益矩陣，l代表無線信號的傳輸延時；x(k-l)表示在傳輸延遲k-l下的狀態(tài)向量；

步驟3：利用式(4)構(gòu)建基于對數(shù)距離路徑損耗模型和傳輸延時的系統(tǒng)狀態(tài)空間方程：

步驟4：利用式(5)構(gòu)造包含傳輸延時的Lyapunov-Krasovskii函數(shù)：

V(k)＝V₁(k)+V₂(k)+V₃(k) (5)

式(5)中，V(k)為針對所述對數(shù)距離路徑損耗模型和傳輸延時系統(tǒng)所構(gòu)造k時刻的標量函數(shù)，V₁(k)表示構(gòu)造的k時刻的Lyapunov-Krasovskii函數(shù)的第一部分，并由式(6)得到，V₂(k)表示構(gòu)造的k時刻的Lyapunov-Krasovskii函數(shù)第二部分，并由式(7)得到，V₃(k)表示構(gòu)造的k時刻的Lyapunov-Krasovskii函數(shù)第三部分，并由式(8)得到，并有：

式(6)中，h為給定的常數(shù)，P_N為對稱矩陣；

式(7)中，Q₁為對稱正定矩陣，T表示轉(zhuǎn)置；

式(8)中，Z₁為對稱正定矩陣，Δx(k-l)＝x(k+1-l)-x(k-l)表示系統(tǒng)在k+1-l時刻和k-l時刻的狀態(tài)向量的差值；

步驟5：根據(jù)Lyapunov穩(wěn)定性理論和線性矩陣不等式分析方法，利用式(8)和式(9)構(gòu)建所述對數(shù)距離路徑損耗模型和傳輸延時系統(tǒng)的隨機穩(wěn)定和魯棒控制器存在的充分條件：

P_N＞0，Z₁＞0，Q₁＞0 (10)

式(9)，I_n為維度為n的單位矩陣；為包含未知變量線性矩陣，并有：

式(11)，C為為狀態(tài)變量y(k)的系數(shù)，X為適維矩陣，Φ₂為2號常數(shù)矩陣；

式(9)，Λ為包含未知變量的線性矩陣，并有：

Λ＝Λ₁+Λ₂-γ²Φ₄^TΦ₄ (12)

式(12)，Λ₁為為包含未知變量的第一線性矩陣，并由式(13)得到，Λ₂為為包含未知變量的第二線性矩陣，并由式(14)得到，Φ₄為4號常數(shù)矩陣；

式(12)中，γ為擾動抑制率，并有：

Λ₂＝He((Φ₁^T+Φ₂^T+Φ₃^T)(AΦ₂+B_uKΦ₃+B_wΦ₄-Φ₁)) (14)

式(13)中，Γ₁為第一常數(shù)矩陣，并有：

式(14)中，K為魯棒控制器，I_n為n維單位矩陣，0_n為n維零矩陣；

式(13)中，Γ₂為第二常數(shù)矩陣，并有：

式(13)中，Γ₃為第三常數(shù)矩陣，并有：

diag(0_n,Q₁,-Q₁,0_n,0_n) (17)

式(13)中，Γ₄為第四常數(shù)矩陣，并有：

Γ₄＝[I_n -I_n 0_n 0_n 0_n] (18)

式(13)中，Γ₅為第五常數(shù)矩陣，并有：

Γ₅＝[0_n I_n -I_n 0_n 0_n] (19)

式(14)中，Φ₁為1號常數(shù)矩陣，并有：

Φ₁＝[I_n 0_n 0_n 0_n 0_n] (20)

式(14)中，Φ₂為2號常數(shù)矩陣，并有：

Φ₂＝[0_n I_n 0_n 0_n 0_n] (21)

式(14)中，Φ₄為4號常數(shù)矩陣，并有：

Φ₃＝[0_n 0_n I_n 0_n 0_n] (22)

式(14)中，Φ₈為8號常數(shù)矩陣，并有：

Φ₄＝[0_n 0_n 0_n 0_n I_n] (23)

步驟6：定義循環(huán)變量為s，并初始化s＝1；隨機初始化第s次循環(huán)的擾動抑制率γ_s；

步驟7：判斷所述第s次循環(huán)的擾動抑制率γ_s下的充分條件是否成立，若成立，則表示第s次循環(huán)下的路徑損耗系統(tǒng)是隨機穩(wěn)定且滿足魯棒性能指標，并得到第s次循環(huán)下控制器的增益矩陣K_s，否則，表示路徑損耗系統(tǒng)不是隨機穩(wěn)定的且不滿足魯棒性能指標，并執(zhí)行步驟9；

步驟8：將γ_s-Δ賦值給γ_s+1，將s+1賦值給s后，返回步驟7；

步驟9：根據(jù)前s次的計算結(jié)果中，選擇系統(tǒng)保持穩(wěn)定時的擾動抑制率最小所對應的控制器增益矩陣并作為控制器的最優(yōu)增益矩陣K^*，從而利用所述控制器的最優(yōu)增益矩陣K^*對對數(shù)距離路徑損耗模型和傳輸延時系統(tǒng)進行魯棒控制。