[发明专利]一种单机无穷大仿射非线性系统最优控制方法

说明书

技术领域

本发明属于控制算法技术领域，具体涉及一种单机无穷大仿射非线性系统精确线性化设计及半实物仿真方法。

背景技术

异步电机本身是一个高阶、非线性、非齐次、强耦合的时变多变量系统，并且实际的电机负载通常也存在摩擦、死区等非线性特点，所以在以往的纯数字离线仿真探究中，电机及负载模型都是基于一定近似条件下的简化模型，与实物存在差异。而另一方面，纯数字离线仿真虽然能够实现对控制算法、量化误差和编程错误的预测，但是不能用于实际系统的内存限制、中断延迟、处理器运算速度及I/O接口电路等缺陷的排除。因此，基于纯数字离线仿真得到的控制算法已不能满足实际系统的要求。所以，实际的控制对象也同样迫切要求实时仿真的出现。半实物实时仿真平台可以为上述问题的提供很好的解决方案。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种单机无穷大仿射非线性系统最优控制方法。

本发明所采用的技术方案是：本发明提供了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：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；

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。

作为优选，步骤1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。

作为优选，步骤2中所述的得到原单机无穷大系统的非线性最优控制器，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。

作为优选，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。

作为优选，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系统对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Pm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。

本发明可以实现对单机无穷大系统的精确线性化，同时考虑了纯数字离线仿真非实时性的情况，通过半实物仿真实验验证了基于理论设计的控制器在实际真实现场应用中的控制效果。通过在实际应用中检查被设计控制器的效果，这有利于被设计的算法更符合实际。

附图说明

图1：是本发明实施例的汽轮发电机无穷大系统示意图。

图2：是本发明实施例的无外接电路Matlab/Simulink仿真图。

图3：是本发明实施例的无控制与仿射非线性控制功角比较。

图4：是本发明实施例的无控制与仿射非线性控制转速比较。

图5：是本发明实施例的接入外接半实物模拟电路前实时仿真图。

图6：是本发明实施例的外接模拟电路Simulink仿真图。

图7：是本发明实施例的控制增益电路图。

图8：是本发明实施例的半实物实时仿真连接原理图。

图9：是本发明实施例的传感器信号调理电路图。

图10：是本发明实施例的滤波前示波器输出结果示意图。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

请见图1，是本发明实施例的汽轮发电机无穷大系统示意图，其中1为汽轮机，2为主汽门，3为主调节汽门，4为调速器执行机构，5为发电机，6为励磁系统，7为主变压器，8为输电线路。

该系统数学模型为：

且