[发明专利]一种单机无穷大仿射非线性系统最优控制方法

权利要求书

1.一种单机无穷大仿射非线性系统最优控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：根据仿射非线性系统状态反馈精确线性化的方法将单机无穷大系统转化成一个完全可控的精确线性化系统；

其中所述的将单机无穷大系统转化成一个完全可控的精确线性化系统，其具体实现过程是将单机无穷大系统发电机转子运动方程写成单输入单输出仿射非线性系统的形式，通过坐标映射得一个完全可控的精确线性化系统；具体包括以下子步骤：

步骤1.1：将输入的机械功率P_m作为控制量，则由仿射非线性系统的定义，得：

状态向量

控制量u＝P_m；

输出量y＝h(x)＝x₁＝δ(t)；

步骤1.2：求取系统的Lie导数；

步骤1.3：由于L_gh(x)＝0，L_gL_fh(x)＝ω₀b≠0，由关系度定义可得系统关系度r-1＝1，r＝n＝2；

根据仿射非线性系统状态反馈精确线性化的设计原理，关系度r等于状态变量x的维数n，该单机无穷大系统模型符合仿射非线性系统的要求，则选择如下坐标变换：

步骤1.4：得到新坐标系Z，系统可表述为：

即

且控制器表达式：

其中：A为2×2维状态系数矩阵，B为2×1维控制系数矩阵；

步骤2：利用非线性最优控制规律求解的方法，对单机无穷大仿射非线性最优控制规律进行求解，从而得到原单机无穷大系统的非线性最优控制器；

步骤3：分别利用Matlab和iNetCon104系统对单机无穷大仿射非线性最优控制规律进行仿真实验和实时在线半实物仿真，验证单机无穷大仿射非线性最优控制规律的抗干扰性、逻辑正确性和实际可行性。

2.根据权利要求1所述的单机无穷大仿射非线性系统最优控制方法，其特征在于：步骤2中所述的求出线性化后单机无穷的大非线性系统的最优控制器，其具体实现过程是根据二次型最优控制LQR的设计方法求解精确线性化系统的控制量，从而得到原单机无穷大系统的非线性最优控制器。

3.根据权利要求1所述的单机无穷大仿射非线性系统最优控制方法，其特征在于：步骤3中所述的验证单机无穷大仿射非线性最优控制规律的抗干扰性和逻辑正确性，其具体实现过程是利用Matlab对单机无穷大仿射非线性最优控制规律进行仿真实验，观察在给定扰动情况下纯数字控制器和实际电路设计的控制器的控制作用并进行比较研究，验证单机无穷大仿射非线性最优控制规律的抗干扰性与逻辑正确性。

4.根据权利要求1所述的单机无穷大仿射非线性系统最优控制方法，其特征在于：步骤3中所述的验证单机无穷大仿射非线性最优控制规律的实际可行性，其具体实现过程是利用iNetCon104系统Matlab/Simulink仿真程序进行实时在线半实物仿真，并将非线性最优控制器中的P_m模块用实际物理电路替换，观察示波器输出波形，验证单机无穷大仿射非线性最优控制规律的实际可行性。