闭环控制系统的建模方法及装置制造方法及图纸

技术编号:14760497 阅读:157 留言:0更新日期:2017-03-03 10:58
本发明专利技术实施例提供一种闭环控制系统的建模方法及装置,其中,该方法包括:建立闭环控制系统的状态空间表示形式,其中,所述状态空间表示形式中包括一干扰项,所述干扰项用于表示建模误差和未知干扰共同对系统造成的影响;根据不确定增益矩阵与预设阈值之间的映射关系,确定所述状态空间表示形式的不确定增益矩阵;根据耗散系统的稳定条件,确定所述状态空间表示形式的反馈增益矩阵;根据所述不确定增益矩阵、所述反馈增益矩阵以及所述状态空间表示形式,建立所述闭环控制系统的系统模型。本发明专利技术提供的闭环控制系统的建模方法及装置,通过考虑闭环控制系统的耗散性,提高了闭环控制系统的鲁棒性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术实施例涉及控制
,尤其涉及一种闭环控制系统的建模方法及装置
技术介绍
变桨距功率调节方法是风力发电机功率调节的常用方式之一。当风力变化时,风力发电机借助叶片桨距调节控制器来改变叶片桨距角,维持转速恒定,调整风力发电机的输出功率达到期望目标。目前比较常用的控制方法是PID控制。PID控制是一种无模控制方法,其鲁棒性无法确定和验证。针对PID控制方法存在的缺陷,现有的一种解决方案是:利用模糊T-S模型近似表示风力发电机变桨距控制系统的连续时间非线性模型,根据获得的模糊T-S模型,利用单点模糊化、乘积推理、重心模糊化得到动态模糊模型,根据获得的动态模糊模型以及有限时间稳定含义设计状态反馈控制器,并利用状态反馈控制器对风力发电机的输出功率进行控制。但是这种方法偏理论,尤其其中一个参数的特性是龙伯格可观测的未知矩阵,无法工程化,不可以用于工程实际应用,且忽略建模误差和干扰,对控制系统的鲁棒性具有较大的影响。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种闭环控制系统的建模方法及装置,用以提高闭环控制系统的鲁棒性。本专利技术实施例第一方面提供一种闭环控制系统的建模方法,该方法包括:建立闭环控制系统的状态空间表示形式,其中,所述状态空间表示形式中包括一干扰项,以及未知的不确定增益矩阵和反馈增益矩阵,所述干扰项用于表示建模误差和未知干扰共同对系统造成的影响;根据不确定增益矩阵与预设阈值之间的映射关系,确定所述状态空间表示形式的不确定增益矩阵;根据耗散系统的稳定条件,确定所述状态空间表示形式的反馈增益矩阵;根据所述不确定增益矩阵、所述反馈增益矩阵以及所述状态空间表示形式,建立所述闭环控制系统的系统模型。本专利技术实施例第二方面提供一种建模装置,该装置包括:第一生成模块,用于建立闭环控制系统的状态空间表示形式,其中,所述状态空间表示形式中包括一干扰项,所述干扰项用于表示建模误差和未知干扰共同对系统造成的影响;第一确定模块,用于根据不确定增益矩阵与预设阈值之间的映射关系,确定所述状态空间表示形式的不确定增益矩阵;第二确定模块,用于根据耗散系统的稳定条件,确定所述状态空间表示形式的反馈增益矩阵;第二生成模块,用于根据所述不确定增益矩阵、所述反馈增益矩阵以及所述状态空间表示形式,建立所述闭环控制系统的系统模型。本专利技术实施例,通过先初步建立闭环控制系统的状态空间表示形式,再根据预设的不确定增益矩阵与预设阈值之间的映射关系,确定状态空间表示形式的不确定增益矩阵,并根据耗散系统的稳定条件,确定所述状态空间表示形式的反馈增益矩阵,从而根据所述不确定增益矩阵、所述反馈增益矩阵以及所述状态空间表示形式,实现闭环控制系统模型的建立。不同于现有技术的是:本专利技术实施例在建模过程中考虑了闭环控制系统的耗散性,根据耗散系统的稳定条件,实现对闭环控制系统稳定性的验证和反馈增益矩阵的确定,能够有效抑制系统外部和内部的干扰信号,提高系统的鲁棒性,并且通过本专利技术实施例所建立的系统模型能够代替传统的PID控制方法,且调整的参数更少,形式更简单。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术一实施例提供的闭环控制系统的建模方法的流程图;图2为本专利技术一实施例提供的步骤S101的执行方法流程图;图3为本专利技术一实施例提供的步骤S103的执行方法流程图;图4为本专利技术一实施例提供的步骤S22的执行方法流程图;图5为本专利技术一实施例提供的风力发电机桨控制系统的系统架构图;图6为本专利技术一实施例提供的烤箱控制系统的系统架构图;图7为本专利技术一实施例提供的建模装置的结构示意图;图8为本专利技术一实施例提供的第一生成模块11的结构示意图;图9为本专利技术一实施例提供的第二确定模块12的结构示意图;图10为本专利技术一实施例提供的第三确定子模块122的结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图,对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的说明书和权利要求书的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤的过程或结构的装置不必限于清楚地列出的那些结构或步骤而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程或装置固有的其它步骤或结构。工程应用中,耗散性是指在任何时刻,系统初始时刻的能量与外部供应能量的和总是大于耗散系统的能量和。其本质含义是存在一个非负的能量函数(称之为存储函数),使得系统的能量的供给率总大于能量损耗。对于给定的能量供给率,如果存在一个依赖于系统状态的非负能量存储函数,使得耗散不等式成立,则称该系统是耗散的。为了使效率最大化,控制系统通常对自身的鲁棒性要求非常高,而通过在系统建模时考虑系统的耗散性,使系统干扰输入的能量小于系统耗散的能量,就会使控制系统趋于稳定,从而提高系统的鲁棒性。以风力发电机的控制系统为例,为了达到风力发电机的利用效率的最大化,风力发电机的控制系统对其自身的鲁棒性要求就很高。那么在风力发电机控制系统的建模的过程中,通过考虑系统的耗散性,就能使风力发电机的稳定性提高,从而使得风力发电机的可利用率和控制的鲁棒性得到显著的提高。基于此,本专利技术实施例提供一种闭环控制系统的建模方法,该方法通过在建模过程中考虑系统的耗散性,并根据系统耗散稳定的条件,求解获得符合耗散稳定要求的反馈增益矩阵,从而达到提高系统鲁棒性的目的。下面以风力发电机控制系统为例对本专利技术提供的方法进行详细的阐述。图1为本专利技术一实施例提供的闭环控制系统的建模方法的流程图,其中,该方法可以由一建模装置来执行。如图1所示,该方法包括如下步骤:步骤S101,建立闭环控制系统的状态空间表示形式,其中,所述状态空间表示形式中包括一干扰项,以及未知的不确定增益矩阵和反馈增益矩阵,所述干扰项用于表示建模误差和未知干扰共同对系统造成的影响。图2为本专利技术一实施例提供的步骤S101的执行方法流程图。如图2所示,在实际应用中,步骤S101可以通过以下步骤实现:步骤S11,调用状态反馈控制模型、非线性仿射系统模型以及第一状态空间模型。实际应用中,状态反馈控制模型、非线性仿射系统模型以及第一状态空间模型可以预先存储在数据库中,当进行建模操作时,根据需要直接从数据库中调取即可。本实施例中,考虑到风力发电机的变桨控制系统可表示成非线性仿射系统,因此,非线性仿射系统模型可以体现为表达式(1):其中,f(x)和g(x)为控制系统的非线性部分,x(t)为风力发电机变桨控制系统的桨距角、风力发电机转速和风力发电机输出电流构成的向量,u(t)为期望的桨距角输入,C为系统输出矩阵,通常为了简化系统和计算方便,设为单位阵,y(t)为风力发电机变桨控制系统的输出,为未知干扰。风力发电机变桨控制系统的第一状态空间模型可以表示为表达式(2)的形式:式(2)中,A为系统状态矩阵,B为系统输入矩阵。本文档来自技高网...
闭环控制系统的建模方法及装置

【技术保护点】
一种闭环控制系统的建模方法,其特征在于,包括:建立闭环控制系统的状态空间表示形式,其中,所述状态空间表示形式中包括一干扰项,以及未知的不确定增益矩阵和反馈增益矩阵,所述干扰项用于表示建模误差和未知干扰共同对系统造成的影响;根据不确定增益矩阵与预设阈值之间的映射关系,确定所述状态空间表示形式的不确定增益矩阵;根据耗散系统的稳定条件,确定所述状态空间表示形式的反馈增益矩阵;根据所述不确定增益矩阵、所述反馈增益矩阵以及所述状态空间表示形式,建立所述闭环控制系统的系统模型。

【技术特征摘要】
1.一种闭环控制系统的建模方法,其特征在于,包括:建立闭环控制系统的状态空间表示形式,其中,所述状态空间表示形式中包括一干扰项,以及未知的不确定增益矩阵和反馈增益矩阵,所述干扰项用于表示建模误差和未知干扰共同对系统造成的影响;根据不确定增益矩阵与预设阈值之间的映射关系,确定所述状态空间表示形式的不确定增益矩阵;根据耗散系统的稳定条件,确定所述状态空间表示形式的反馈增益矩阵;根据所述不确定增益矩阵、所述反馈增益矩阵以及所述状态空间表示形式,建立所述闭环控制系统的系统模型。2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述建立闭环控制系统的状态空间表示形式,包括:调用状态反馈控制模型、非线性仿射系统模型以及第一状态空间模型;根据所述非线性仿射系统模型和所述第一状态空间模型,生成包含所述干扰项的第二状态空间模型;根据所述第二状态空间模型和所述状态反馈控制模型,确定闭环控制系统的状态空间表示形式。3.根据权利要1所述的方法,其特征在于,所述建立闭环控制系统的状态空间表示形式,包括:调用状态反馈控制模型和第一状态空间模型;在所述第一状态空间模型中添加所述干扰项,生成第二状态空间模型;根据所述第二状态空间模型和所述状态反馈控制模型,确定闭环控制系统的状态空间表示形式。4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据不确定增益矩阵与预设阈值之间的映射关系,确定所述状态空间表示形式的不确定增益矩阵,包括:根据映射关系:ΔK=ηKp确定不确定增益矩阵;其中,ΔK为不确定增益矩阵,η为范数小于1的系数矩阵,Kp为预设阈值。5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法,其特征在于,所述根据耗散系统的稳定条件,确定所述状态空间表示形式的反馈增益矩阵,包括:调用李雅普诺夫函数、控制系统的二次能量供给函数;根据所述李雅普诺夫函数以及所述二次能量供给函数的耗散性,确定所述状态空间表示形式的反馈增益矩阵。6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述根据所述李雅普诺夫函数以及所述二次能量供给函数的耗散性,确定所述状态空间表示形式的反馈增益矩阵,包括:根据所述状态空间表示形式,确定所述李雅普诺夫函数的时间差分函数;根据所述时间差分函数和所述二次能量供给函数,确定所述闭环控制系统的耗散稳定条件;根据所述闭环控制系统的耗散稳定条件,确定所述状态空间表示形式的反馈增益。7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述根据所述时间差分函数和所述二次能量供给函数,确定所述闭环控制系统的耗散稳定条件,包括:确定所述时间差分函数和所述二次能量供给函数之间的和式;根据舒尔分解方法对所述和式进行分解,确定所述闭环控制系统的耗散稳定条...

【专利技术属性】
技术研发人员:王峰吴先友
申请(专利权)人:北京金风科创风电设备有限公司
类型:发明
国别省市:北京;11

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