煤矿电网混沌铁磁谐振系统的快速参数辨识方法技术方案

本发明专利技术提供一种煤矿电网混沌铁磁谐振系统的快速参数辨识方法，适用于电气工程领域使用。其根据固定时间稳定性理论并结合传统的自适应控制方法，设计非线性控制器，使控制量在有限时间内到达其参考值任意小的邻域内，具体包括：能够在不依赖初值的条件下在有限时间内对煤矿电网混沌铁磁谐振系统的不确定参数进行辨识；能够保证参数辨识的时间范围有上界，并且辨识时间的上界可以由本发明专利技术提供的方法计算得到；可以快速准确获取铁磁谐振参数，为预防和控制变压器过电压、过电流等不正常运行现象提供参数支持，为煤矿电网的安全运行研究提供了理论依据和技术支持。

【技术实现步骤摘要】
煤矿电网混沌铁磁谐振系统的快速参数辨识方法
本专利技术设计一种快速参数辨识方法，尤其适用于电气工程领域使用的煤矿电网混沌铁磁谐振系统的快速参数辨识方法。
技术介绍
铁磁谐振是一种电力系统中非线性电感与电容的振荡现象，它属于是一种复杂的电现象，它可能发生在由电力变压器或电磁式电压互感器(PT)及带铁心的电抗器等非线性电感元件与电容元件构成的回路中。至今国内外学者对铁磁谐振的研究已有百年历史，但是铁磁谐振在电力系统中仍然频繁发生，各种消谐措施也无法将铁磁谐振完全消除。主要是由于铁磁谐振的产生回路极为多样化，其激发条件也极为复杂。铁磁谐振的复杂性不单表现在其产生回路的复杂，其表现形式亦非常复杂，近年来一些学者研究发现电力系统中可能发生具有混沌效应的铁磁谐振，也是铁磁谐振复杂性的表现之一。这种谐振状态对煤矿电网具有极大的危害，它可以使互联电力系统失去稳定性，引起电路电压和电流波形畸变，尤其是过电压的产生，造成系统的局部严重不稳定，由此给煤矿电网带来严重的影响和危害。并且变压器正常长期运行中，随着工作环境中温度和湿度的变化时，参数可能发生变化。通过混沌铁磁谐振模型的参数辨识，可以及时获取铁磁谐振参数，为预防和控制变压器过电压、过电流等不正常运行现象提供参数支持，为煤矿电网的安全运行研究提供了理论依据和技术支持，故而研究煤矿电网混沌铁磁谐振系统的快速参数辨识方法是十分必要的。大多数混沌控制方法都是基于系统参数已知这一前提提出的。煤矿电网结构复杂，某些参数难以通过在线测量精确确定，或者由于环境的影响，在工作中系统参数容易发生漂移和扰动。要实现对系统的混沌控制和同步，常用的控制方法都存在着一定的局限性。因此，参数辨识问题是混沌系统控制和同步领域中的一个重要课题。近几年，混沌系统的参数辨识问题已经引起国内外许多学者的极大关注。目前常用的参数辨识方法主要有自适应同步参数辨识方法、基于同步参数观测器的参数辨识方法、基于模糊理论的模型辨识方法等。上述参数辨识方法中，基于同步观测器的辨识方法无需复制原混沌系统，控制器简单且易于实现，具有一定的优越性。但对于结构中的高次幂项、正弦项、余弦项等以及复杂系统的多参数同步辨识的工作中，该方法存在辨识不准确和辨识振荡等问题，在应用方面存在一定的局限性。因此改进现有的混沌系统参数辨识方法，寻找更好的参数辨识方案成为混沌参数辨识的主要课题。于是，学者们开始将有限时间稳定性理论和固定时间稳定性理论应用到混沌辨识中来，并与传统的辨识方法相结合。有限时间辨识方法能在有限时间内辨识系统参数，但是受限于有限时间稳定的局限性—受系统初始条件影响，而系统初始条件在煤矿电网中一般很难获得准确参数。固定时间稳定性是有限时间稳定性的延伸，固定时间辨识方法相比以上辨识方法，不仅能够保证辨识时间范围有上界，而且能够在不依赖初始条件下辨识系统参数。
技术实现思路
针对上述技术问题，提供了一种基于同步思想构造混沌铁磁谐振系统的误差响应系统，根据固定时间稳定性理论并结合传统的自适应控制方法，设计自适应固定时间非线性控制器，使控制量在不依赖于初值的有限时间内到达其参考值任意小的邻域内，实现了主从系统的同步，更快速准确地实现煤矿电网混沌铁磁谐振系统的快速参数辨识方法。为了实现上述目的，本专利技术的煤矿电网混沌铁磁谐振系统的快速参数辨识方法，其步骤为：a.采集煤矿电网的各项数据，包括变压器励磁电感磁通信息、励磁电感电压信息、混沌铁磁谐振等值电路中的电阻与电容信息、电源电压角频率和电源电压和变压器励磁电感的磁化特性参数，利用上述信息建立煤矿电网混沌铁磁谐振系统的二阶微分数学模型；b.基于同步思想，针对误差变量、不确定参数，通过煤矿电网混沌铁磁谐振系统的二阶微分数学模型建立煤矿电网混沌铁磁谐振的误差响应系统；c.针对误差响应系统，根据固定时间稳定性理论设计非线性控制律以及不确定参数的自适应律，实现被控模型与参考模型固定时间内同步误差任意小；d.设计固定时间稳定控制率以及自适应律，在有限时间内实现参数辨识和被控模型的稳定，且辨识时间的上界不依赖于初值；e.根据李雅普诺夫稳定性理论，确认设计控制率的控制参数。所述煤矿电网混沌铁磁谐振系统的二阶微分数学模型Ⅰ如下：式中：Ф为变压器励磁电感磁通,V为励磁电感电压；R为混沌铁磁谐振等值电路中的电阻，C为混沌铁磁谐振等值电路中的电容；ω和E分别为电源电压角频率和电源电压；a0和b0为变压器励磁电感的磁化特性参数，t为时间，对模型Ⅰ进行无量纲化处理，使得煤矿电网混沌铁磁谐振系统模型等价于下面的系统，作为主系统模型Ⅱ：式中，a、b、c、d为煤矿电网运行不确定参数，但在变压器励磁电感的磁化特性参数a0和b0已知的条件下，通过对系统模型Ⅱ中参数c的辨识，从而确定变压器铁磁谐振模型发生混沌动力学行为的电阻R和电容C的具体值，则参数a、b即可得到，使参数辨识工作中主要目的为对参数c的辨识。实现不确定参数同步的方法为：根据式Ⅱ获得如下从系统模型Ⅲ：其中，分别为系统状态变量的估计值，分别为不确定参数的估计值，u为煤矿电网混沌铁磁谐振从系统的控制输入；定义作为误差变量，作为不确定参数的估计误差，则求式Ⅲ与式Ⅱ之差得到下面的误差响应系统Ⅳ：式中，为关于和Ф的多项式。所述根据固定时间稳定性理论设计非线性控制律为：式中，α，β为系统待设计参数，满足0＜α＜1,β＞1，k为调谐参数的终端吸引子反馈增益系数，满足，根据自适应控制原理设计不确定参数的自适应律为：式中，g为任意的正实数。所述辨识时间范围上界的计算方法为：利用固定时间稳定性理论设计非线性系统为：式中，x∈Rn为非线性系统Ⅶ状态变量，设f为未知的光滑非线性函数，如果在非线性系统初始值为任意值的条件下，对于抽象非线性系统无法具体描述T(x)在何处以及具体表达式存在局部有界稳定时间函数T(x)，且有界稳定时间函数T(x)的上界值Tmax与状态变量x无关，即系统初始条件取任意值时，且Tmax与状态变量x无关,使得且t＞Tmax时，x(t)≡0。则此时的非线性系统Ⅶ为全局固定时间稳定；引理1：对于任何非负实数ξ1,ξ2,…,ξn和0＜p≤1,如下的不等式成立：对于非线性系统Ⅶ，设存在连续径向无界函数V：Rn→R+∪{0}满足：非线性系统Ⅶ的任意解x(t)满足不等式：其中α,β,p,q,k为大于0实数,pk<1,qk>1为仿真参数，此时对于非线性系统Ⅶ原点全局固定时间稳定，在固定时间T内必定可使V(x)≡0，且其稳定时间为：上述描述是设计自适应固定时间算法在有限时间内识别系统不确定参数的基石，根据李雅普诺夫函数稳定性理论构造Lyapunov函数：利用设计的控制器u和相应的调谐参数，得到了误差响应系统Lyapunov候选函数的导数其中，由此可以得到系统稳定时间上界为：这就意味着当t≥t1时，主系统Ⅱ和从系统Ⅲ实现同步，得到不确定参数辨识结果。有益效果：本专利技术公开的一种煤矿电网混沌铁磁谐振系统的快速参数辨识方法首先基于同步思想建立了煤矿电网混沌铁磁谐振系统的主从系统模型和误差响应系统模型，并将自适应控制和固定时间稳定性理论相结合，能够在不依赖系统参数初值的条件下在有限时间内实现不确定参数辨识，而且辨识时间的上界快速获取，并通过辨识参数预防或控制过电压、过电流现象本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种煤矿电网混沌铁磁谐振系统的快速参数辨识方法，其特征在于步骤如下：a.采集煤矿电网的各项数据，包括变压器励磁电感磁通信息、励磁电感电压信息、混沌铁磁谐振等值电路中的电阻与电容信息、电源电压角频率和电源电压和变压器励磁电感的磁化特性参数，利用上述信息建立煤矿电网混沌铁磁谐振系统的二阶微分数学模型；b.基于同步思想，针对误差变量、不确定参数，通过煤矿电网混沌铁磁谐振系统的二阶微分数学模型建立煤矿电网混沌铁磁谐振的误差响应系统；c.针对误差响应系统，根据固定时间稳定性理论设计非线性控制律以及不确定参数的自适应律，实现被控模型与参考模型固定时间内同步误差任意小；d.设计固定时间稳定控制率以及自适应律，在有限时间内实现参数辨识和被控模型的稳定，且辨识时间的上界不依赖于初值；e.根据李雅普诺夫稳定性理论，确认设计控制率的控制参数。

【技术特征摘要】
1.一种煤矿电网混沌铁磁谐振系统的快速参数辨识方法，其特征在于步骤如下：a.采集煤矿电网的各项数据，包括变压器励磁电感磁通信息、励磁电感电压信息、混沌铁磁谐振等值电路中的电阻与电容信息、电源电压角频率和电源电压和变压器励磁电感的磁化特性参数，利用上述信息建立煤矿电网混沌铁磁谐振系统的二阶微分数学模型；b.基于同步思想，针对误差变量、不确定参数，通过煤矿电网混沌铁磁谐振系统的二阶微分数学模型建立煤矿电网混沌铁磁谐振的误差响应系统；c.针对误差响应系统，根据固定时间稳定性理论设计非线性控制律以及不确定参数的自适应律，实现被控模型与参考模型固定时间内同步误差任意小；d.设计固定时间稳定控制率以及自适应律，在有限时间内实现参数辨识和被控模型的稳定，且辨识时间的上界不依赖于初值；e.根据李雅普诺夫稳定性理论，确认设计控制率的控制参数。2.根据权利要求1所述的煤矿电网混沌铁磁谐振系统的快速参数辨识方法，其特征在于，所述煤矿电网混沌铁磁谐振系统的二阶微分数学模型Ⅰ如下：式中：Ф为变压器励磁电感磁通,V为励磁电感电压；R为混沌铁磁谐振等值电路中的电阻，C为混沌铁磁谐振等值电路中的电容；ω和E分别为电源电压角频率和电源电压；a0和b0为变压器励磁电感的磁化特性参数，t为时间，对模型Ⅰ进行无量纲化处理，使得煤矿电网混沌铁磁谐振系统模型等价于下面的系统，作为主系统模型Ⅱ：式中，a、b、c、d为煤矿电网运行不确定参数，但在变压器励磁电感的磁化特性参数a0和b0已知的条件下，通过对系统模型Ⅱ中参数c的辨识，从而确定变压器铁磁谐振模型发生混沌动力学行为的电阻R和电容C的具体值，则参数a、b即可得到，使参数辨识工作中主要目的为对参数c的辨识。3.根据权利要求2所述的煤矿电网混沌铁磁谐振系统的快速参数辨识方法，其特征在于实现不确定参数同步的方法为：根据式Ⅱ获得如下从系统模型Ⅲ：其中，分别为系统状态变量的估计值，分别为不确定参数的估计值，u为煤矿电网混沌...

【专利技术属性】
技术研发人员：马草原，李志杰，王法鑫，张勇，刘鹏娟，郑海广，智静茹，陈楚，张人懿，王伟，赵冬艳，许智恒，陈琦，闫龙，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32