本發(fā)明實(shí)施例涉及控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種閉環(huán)控制系統(tǒng)的建模方法及裝置。

背景技術(shù)：

變槳距功率調(diào)節(jié)方法是風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率調(diào)節(jié)的常用方式之一。當(dāng)風(fēng)力變化時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)借助葉片槳距調(diào)節(jié)控制器來(lái)改變?nèi)~片槳距角，維持轉(zhuǎn)速恒定，調(diào)整風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率達(dá)到期望目標(biāo)。目前比較常用的控制方法是PID控制。PID控制是一種無(wú)?？刂品椒?，其魯棒性無(wú)法確定和驗(yàn)證。

針對(duì)PID控制方法存在的缺陷，現(xiàn)有的一種解決方案是：利用模糊T-S模型近似表示風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳距控制系統(tǒng)的連續(xù)時(shí)間非線性模型，根據(jù)獲得的模糊T-S模型，利用單點(diǎn)模糊化、乘積推理、重心模糊化得到動(dòng)態(tài)模糊模型，根據(jù)獲得的動(dòng)態(tài)模糊模型以及有限時(shí)間穩(wěn)定含義設(shè)計(jì)狀態(tài)反饋控制器，并利用狀態(tài)反饋控制器對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率進(jìn)行控制。但是這種方法偏理論，尤其其中一個(gè)參數(shù)的特性是龍伯格可觀測(cè)的未知矩陣，無(wú)法工程化，不可以用于工程實(shí)際應(yīng)用，且忽略建模誤差和干擾，對(duì)控制系統(tǒng)的魯棒性具有較大的影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例提供一種閉環(huán)控制系統(tǒng)的建模方法及裝置，用以提高閉環(huán)控制系統(tǒng)的魯棒性。

本發(fā)明實(shí)施例第一方面提供一種閉環(huán)控制系統(tǒng)的建模方法，該方法包括：

建立閉環(huán)控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間表示形式，其中，所述狀態(tài)空間表示形式中包括一干擾項(xiàng)，以及未知的不確定增益矩陣和反饋增益矩陣，所述干擾項(xiàng)用于表示建模誤差和未知干擾共同對(duì)系統(tǒng)造成的影響；

根據(jù)不確定增益矩陣與預(yù)設(shè)閾值之間的映射關(guān)系，確定所述狀態(tài)空間表示形式的不確定增益矩陣；

根據(jù)耗散系統(tǒng)的穩(wěn)定條件，確定所述狀態(tài)空間表示形式的反饋增益矩陣；

根據(jù)所述不確定增益矩陣、所述反饋增益矩陣以及所述狀態(tài)空間表示形式，建立所述閉環(huán)控制系統(tǒng)的系統(tǒng)模型。

本發(fā)明實(shí)施例第二方面提供一種建模裝置，該裝置包括：

第一生成模塊，用于建立閉環(huán)控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間表示形式，其中，所述狀態(tài)空間表示形式中包括一干擾項(xiàng)，所述干擾項(xiàng)用于表示建模誤差和未知干擾共同對(duì)系統(tǒng)造成的影響；

第一確定模塊，用于根據(jù)不確定增益矩陣與預(yù)設(shè)閾值之間的映射關(guān)系，確定所述狀態(tài)空間表示形式的不確定增益矩陣；

第二確定模塊，用于根據(jù)耗散系統(tǒng)的穩(wěn)定條件，確定所述狀態(tài)空間表示形式的反饋增益矩陣；

第二生成模塊，用于根據(jù)所述不確定增益矩陣、所述反饋增益矩陣以及所述狀態(tài)空間表示形式，建立所述閉環(huán)控制系統(tǒng)的系統(tǒng)模型。

本發(fā)明實(shí)施例，通過(guò)先初步建立閉環(huán)控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間表示形式，再根據(jù)預(yù)設(shè)的不確定增益矩陣與預(yù)設(shè)閾值之間的映射關(guān)系，確定狀態(tài)空間表示形式的不確定增益矩陣，并根據(jù)耗散系統(tǒng)的穩(wěn)定條件，確定所述狀態(tài)空間表示形式的反饋增益矩陣，從而根據(jù)所述不確定增益矩陣、所述反饋增益矩陣以及所述狀態(tài)空間表示形式，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制系統(tǒng)模型的建立。不同于現(xiàn)有技術(shù)的是：本發(fā)明實(shí)施例在建模過(guò)程中考慮了閉環(huán)控制系統(tǒng)的耗散性，根據(jù)耗散系統(tǒng)的穩(wěn)定條件，實(shí)現(xiàn)對(duì)閉環(huán)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的驗(yàn)證和反饋增益矩陣的確定，能夠有效抑制系統(tǒng)外部和內(nèi)部的干擾信號(hào)，提高系統(tǒng)的魯棒性，并且通過(guò)本發(fā)明實(shí)施例所建立的系統(tǒng)模型能夠代替?zhèn)鹘y(tǒng)的PID控制方法，且調(diào)整的參數(shù)更少，形式更簡(jiǎn)單。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明一實(shí)施例提供的閉環(huán)控制系統(tǒng)的建模方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明一實(shí)施例提供的步驟S101的執(zhí)行方法流程圖；

圖3為本發(fā)明一實(shí)施例提供的步驟S103的執(zhí)行方法流程圖；

圖4為本發(fā)明一實(shí)施例提供的步驟S22的執(zhí)行方法流程圖；

圖5為本發(fā)明一實(shí)施例提供的風(fēng)力發(fā)電機(jī)槳控制系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)圖；

圖6為本發(fā)明一實(shí)施例提供的烤箱控制系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)圖；

圖7為本發(fā)明一實(shí)施例提供的建模裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本發(fā)明一實(shí)施例提供的第一生成模塊11的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為本發(fā)明一實(shí)施例提供的第二確定模塊12的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10為本發(fā)明一實(shí)施例提供的第三確定子模塊122的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)的術(shù)語(yǔ)“包括”和“具有”以及他們的任何變形，意圖在于覆蓋不排他的包含，例如，包含了一系列步驟的過(guò)程或結(jié)構(gòu)的裝置不必限于清楚地列出的那些結(jié)構(gòu)或步驟而是可包括沒(méi)有清楚地列出的或?qū)τ谶@些過(guò)程或裝置固有的其它步驟或結(jié)構(gòu)。

工程應(yīng)用中，耗散性是指在任何時(shí)刻，系統(tǒng)初始時(shí)刻的能量與外部供應(yīng)能量的和總是大于耗散系統(tǒng)的能量和。其本質(zhì)含義是存在一個(gè)非負(fù)的能量函數(shù)(稱之為存儲(chǔ)函數(shù))，使得系統(tǒng)的能量的供給率總大于能量損耗。對(duì)于給定的能量供給率，如果存在一個(gè)依賴于系統(tǒng)狀態(tài)的非負(fù)能量存儲(chǔ)函數(shù)，使得耗散不等式成立，則稱該系統(tǒng)是耗散的。

為了使效率最大化，控制系統(tǒng)通常對(duì)自身的魯棒性要求非常高，而通過(guò)在系統(tǒng)建模時(shí)考慮系統(tǒng)的耗散性，使系統(tǒng)干擾輸入的能量小于系統(tǒng)耗散的能量，就會(huì)使控制系統(tǒng)趨于穩(wěn)定，從而提高系統(tǒng)的魯棒性。

以風(fēng)力發(fā)電機(jī)的控制系統(tǒng)為例，為了達(dá)到風(fēng)力發(fā)電機(jī)的利用效率的最大化，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的控制系統(tǒng)對(duì)其自身的魯棒性要求就很高。那么在風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)的建模的過(guò)程中，通過(guò)考慮系統(tǒng)的耗散性，就能使風(fēng)力發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定性提高，從而使得風(fēng)力發(fā)電機(jī)的可利用率和控制的魯棒性得到顯著的提高。

基于此，本發(fā)明實(shí)施例提供一種閉環(huán)控制系統(tǒng)的建模方法，該方法通過(guò)在建模過(guò)程中考慮系統(tǒng)的耗散性，并根據(jù)系統(tǒng)耗散穩(wěn)定的條件，求解獲得符合耗散穩(wěn)定要求的反饋增益矩陣，從而達(dá)到提高系統(tǒng)魯棒性的目的。

下面以風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)為例對(duì)本發(fā)明提供的方法進(jìn)行詳細(xì)的闡述。

圖1為本發(fā)明一實(shí)施例提供的閉環(huán)控制系統(tǒng)的建模方法的流程圖，其中，該方法可以由一建模裝置來(lái)執(zhí)行。如圖1所示，該方法包括如下步驟：

步驟S101，建立閉環(huán)控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間表示形式，其中，所述狀態(tài)空間表示形式中包括一干擾項(xiàng)，以及未知的不確定增益矩陣和反饋增益矩陣，所述干擾項(xiàng)用于表示建模誤差和未知干擾共同對(duì)系統(tǒng)造成的影響。

圖2為本發(fā)明一實(shí)施例提供的步驟S101的執(zhí)行方法流程圖。如圖2所示，在實(shí)際應(yīng)用中，步驟S101可以通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)：

步驟S11，調(diào)用狀態(tài)反饋控制模型、非線性仿射系統(tǒng)模型以及第一狀態(tài)空間模型。

實(shí)際應(yīng)用中，狀態(tài)反饋控制模型、非線性仿射系統(tǒng)模型以及第一狀態(tài)空間模型可以預(yù)先存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，當(dāng)進(jìn)行建模操作時(shí)，根據(jù)需要直接從數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)取即可。

本實(shí)施例中，考慮到風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變槳控制系統(tǒng)可表示成非線性仿射系統(tǒng)，因此，非線性仿射系統(tǒng)模型可以體現(xiàn)為表達(dá)式(1)：

其中，f(x)和g(x)為控制系統(tǒng)的非線性部分，x(t)為風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳控制系統(tǒng)的槳距角、風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速和風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出電流構(gòu)成的向量，u(t)為期望的槳距角輸入，C為系統(tǒng)輸出矩陣，通常為了簡(jiǎn)化系統(tǒng)和計(jì)算方便，設(shè)為單位陣，y(t)為風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳控制系統(tǒng)的輸出，為未知干擾。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳控制系統(tǒng)的第一狀態(tài)空間模型可以表示為表達(dá)式(2)的形式：

式(2)中，A為系統(tǒng)狀態(tài)矩陣，B為系統(tǒng)輸入矩陣。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳控制系統(tǒng)的狀態(tài)反饋控制模型可以表示為表達(dá)式(3)的形式：

u(t)＝(K+ΔK)x(t) (3)

式(3)中，K為反饋增益矩陣，是保證控制系統(tǒng)穩(wěn)定的最重要部分；ΔK為不確定增益矩陣，是反饋增益中不確定的部分。ΔK可以解決控制系統(tǒng)的脆弱性問(wèn)題，控制系統(tǒng)的脆弱性是由實(shí)際生產(chǎn)制造技術(shù)水平的限制和控制系統(tǒng)元器件老化或者損壞等原因造成的。

在圖2中，還包括步驟S12，根據(jù)所述非線性仿射系統(tǒng)模型和所述第一狀態(tài)空間模型，生成包含所述干擾項(xiàng)的第二狀態(tài)空間模型。

實(shí)際應(yīng)用中，在得到模型(1)和模型(2)后，根據(jù)模型(1)和模型(2)，可以將風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳控制系統(tǒng)的表達(dá)式改寫(xiě)表達(dá)式(4)：

現(xiàn)有技術(shù)中，控制系統(tǒng)的建模過(guò)程中要么直接忽略干擾或建模誤差，要么只考慮其中一項(xiàng)。這樣設(shè)計(jì)出的控制系統(tǒng)，干擾或建模誤差對(duì)控制系統(tǒng)的影響是比較大的。所以干擾或建模誤差通常是不能夠忽略的。在實(shí)際工程中，對(duì)于干擾和建模誤差，都是很難確定或精確量化的，因此，本實(shí)施例將建模誤差和未知干擾合并在一起進(jìn)行考慮，是比較實(shí)用的考慮方式。

具體的，在表達(dá)式(4)中[f(x(t))-Ax(t)]+[g(x(t))-B]u(t)表示的是系統(tǒng)建模誤差的部分，表示的是系統(tǒng)未知干擾的部分，因此，本實(shí)施例中將[f(x(t))-Ax(t)]+[g(x(t))-B]u(t)和合并為一項(xiàng)w(t)進(jìn)行綜合考慮，即本實(shí)施例中所述的干擾項(xiàng)，那么對(duì)表達(dá)式(4)進(jìn)行改寫(xiě)后即可獲得第二狀態(tài)空間模型的表達(dá)式(5)：

在圖2中，還包括步驟S13，根據(jù)所述第二狀態(tài)空間模型和所述狀態(tài)反饋控制模型，確定閉環(huán)控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間表示形式。

在步驟S12之后，將表達(dá)式(3)代入表達(dá)式(5)，即可獲得風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳控制系統(tǒng)(閉環(huán)控制系統(tǒng))的狀態(tài)空間表示形式(6)：

本實(shí)施例中選用狀態(tài)反饋控制模型參與建立閉環(huán)控制系統(tǒng)模型的優(yōu)點(diǎn)是，模型中只有反饋增益矩陣K一個(gè)參數(shù)，相比于傳統(tǒng)的PID控制方法的3個(gè)參數(shù)，本實(shí)施例的參數(shù)更少，且能夠通過(guò)相應(yīng)的方法求得反饋增益矩陣K，其詳細(xì)的求解方法將在后續(xù)介紹。

這里需要說(shuō)明的是，通過(guò)步驟S101建立的閉環(huán)控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間表示形式，僅是欲要建立的系統(tǒng)模型的目標(biāo)形式，其中還包括未知參數(shù)ΔK和K，只有求出未知參數(shù)ΔK和K，才能最終確定系統(tǒng)模型的最終形式。下面將圍繞未知參數(shù)ΔK和K的求解方法進(jìn)行介紹。

在圖1中，還包括步驟S102，根據(jù)不確定增益矩陣與預(yù)設(shè)閾值之間的映射關(guān)系，確定所述狀態(tài)空間表示形式的不確定增益矩陣。

本實(shí)施例中，不確定增益矩陣與預(yù)設(shè)閾值之間的映射關(guān)系可以被具體為：

ΔK＝ηK_p (7)

其中，K_p為預(yù)設(shè)閾值，表示ΔK的能量界限。η是范數(shù)小于1的系數(shù)矩陣。實(shí)際應(yīng)用中，K_p越大，控制系統(tǒng)抵抗脆弱性的能力就越強(qiáng)，但是求取反饋增益矩陣K的解空間就越小，甚至有可能無(wú)解。所以預(yù)設(shè)閾值K_p的設(shè)定不能無(wú)限大，要在能夠求取到反饋增益矩陣K的前提下，根據(jù)需要適當(dāng)增大K_p的范數(shù)。這樣就能在量化不確定增益矩陣ΔK的同時(shí)，確保反饋增益矩陣K有解。當(dāng)然此處僅為示例說(shuō)明，并不是對(duì)本發(fā)明的唯一限定。

在圖1中，還包括步驟S103，根據(jù)耗散系統(tǒng)的穩(wěn)定條件，確定所述狀態(tài)空間表示形式的反饋增益矩陣。

圖3為本發(fā)明一實(shí)施例提供的步驟S103的執(zhí)行方法流程圖，如圖3所示，在實(shí)際應(yīng)用中，步驟S103可以根據(jù)如下步驟實(shí)現(xiàn)：

步驟S21、調(diào)用李雅普諾夫函數(shù)、控制系統(tǒng)的二次能量供給函數(shù)。

實(shí)際應(yīng)用中，李雅普諾夫函數(shù)以及控制系統(tǒng)的二次能量供給函數(shù)可以預(yù)先存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，當(dāng)進(jìn)行建模操作時(shí)，直接從數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)取使用即可。

可選的，本實(shí)施例中，可以將李雅普諾夫函數(shù)設(shè)置為表達(dá)式(8)的形式：

V(t)＝x^T(t)Px(t) (8)

其中，P表示能夠使所述控制系統(tǒng)穩(wěn)定的對(duì)稱正定矩陣，T代表矩陣的轉(zhuǎn)置，x(t)為風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳控制系統(tǒng)的槳距角、風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速和風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出電流構(gòu)成的向量。

可選的，控制系統(tǒng)的二次能量供給函數(shù)可以被具體定義為表達(dá)式(9)的形式：

υ(w,y,T)＝<y,Qy>_T+2<y,Sw>_T+<w,Rw>_T (9)

其中，Q，S，R是適當(dāng)維實(shí)矩陣，Q和R是對(duì)稱矩陣，且Q≤0，對(duì)于離散系統(tǒng)且在x(0)＝x₀的初始條件下，如果對(duì)于某個(gè)實(shí)函數(shù)β(·)，β(0)＝0，均有表達(dá)式(10)和表達(dá)式(11)

υ(w,y,T)+β(x₀)≥0 (10)

進(jìn)一步的，如果存在常數(shù)α>0，使得表達(dá)式(12)和表達(dá)式(13)恒成立則稱控制系統(tǒng)是嚴(yán)格二次型耗散穩(wěn)定的。

υ(w,y,T)+β(x₀)≥α<w,w>_T (12)

在圖3中，還包括步驟S22、根據(jù)所述李雅普諾夫函數(shù)以及所述二次能量供給函數(shù)的耗散性，確定所述狀態(tài)空間表示形式的反饋增益矩陣。

圖4為本發(fā)明一實(shí)施例提供的步驟S22的執(zhí)行方法流程圖，如圖4所示，本實(shí)施例中步驟S22可以通過(guò)如下步驟實(shí)現(xiàn)：

步驟S221，根據(jù)所述狀態(tài)空間表示形式，確定所述李雅普諾夫函數(shù)的時(shí)間差分函數(shù)。

實(shí)際應(yīng)用中，在獲得李雅普諾夫函數(shù)和控制系統(tǒng)的二次能量供給函數(shù)后，首先對(duì)李雅普諾夫函數(shù)進(jìn)行時(shí)間差分處理。再根據(jù)差分處理的結(jié)果和表達(dá)式(8)獲得最終的差分結(jié)果。

特別的，實(shí)際應(yīng)用中，也可以采用李代數(shù)的方法，結(jié)合二次能量供給函數(shù)的耗散性，確定所述狀態(tài)空間表示形式的反饋增益矩陣，其執(zhí)行方法類(lèi)似，在這不再贅述。

在圖4中，好包括步驟S222，根據(jù)所述時(shí)間差分函數(shù)和所述二次能量供給函數(shù)，確定所述閉環(huán)控制系統(tǒng)的耗散穩(wěn)定條件。

實(shí)際操作中，在獲得李雅普諾夫函數(shù)最終的差分結(jié)果后，將其表達(dá)式與上述獲取到的二次能量供給函數(shù)的表達(dá)式進(jìn)行求和處理，獲得二者的和式。進(jìn)一步的，再根據(jù)二者的和式，以及耗散系統(tǒng)的穩(wěn)定條件，確定風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳控制系統(tǒng)(閉環(huán)控制系統(tǒng))的耗散穩(wěn)定條件。

由于實(shí)際工程中，舒爾分解方法是一種常用的處理表達(dá)式的方法。并且在舒爾分解方法中，對(duì)于給定的對(duì)稱矩陣

有以下3個(gè)等價(jià)條件：

S<0

其中，式中S₁₁是r×r維的矩陣。

因此，本實(shí)施在確定系統(tǒng)耗散穩(wěn)定條件的過(guò)程中，可以先根據(jù)舒爾分解方法的特性對(duì)上述和式進(jìn)行分解，獲得目的表達(dá)式。再根據(jù)嚴(yán)格二次型耗散穩(wěn)定的定義對(duì)目的表達(dá)式進(jìn)行分析，使得目的表達(dá)式的值小于零，即可獲得風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳控制系統(tǒng)的耗散穩(wěn)定條件。

在圖4中，還包括步驟S223，根據(jù)所述閉環(huán)控制系統(tǒng)的耗散穩(wěn)定條件，確定所述狀態(tài)空間表示形式的反饋增益。

實(shí)際情況中，通常根據(jù)得到的耗散穩(wěn)定條件是無(wú)法直接求解出穩(wěn)定的對(duì)稱正定矩陣P和反饋增益K的，本實(shí)施例可利用并不限于使用線性矩陣不等式的方法改寫(xiě)條件，使P和K線性相關(guān)，那么即可同時(shí)求得使風(fēng)機(jī)變槳閉環(huán)控制系統(tǒng)耗散穩(wěn)定的矩陣P和反饋增益矩陣K。并且在求解矩陣P和反饋增益K的過(guò)程中，并不需要獲知干擾項(xiàng)w(t)的值，即本實(shí)施例提供的反饋增益矩陣K的求解方法與干擾項(xiàng)w(t)無(wú)關(guān)，只要干擾項(xiàng)w(t)的能量有界，無(wú)論w(t)的大小，都能夠使風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳控制系統(tǒng)耗散穩(wěn)定。

因此，在步驟S101中，也可以直接從數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)取狀態(tài)反饋模型(表達(dá)式(3))和第一狀態(tài)空間模型(表達(dá)式(2))。再通過(guò)直接在第一狀態(tài)空間模型中添加一個(gè)能量有界的干擾項(xiàng)的方式，生成第二狀態(tài)空間模型，在根據(jù)第二狀態(tài)空間模型和狀態(tài)反饋模型，生成系統(tǒng)模型的狀態(tài)空間表示形式。

在圖1中，還包括步驟S104，根據(jù)所述不確定增益矩陣、所述反饋增益矩陣以及所述狀態(tài)空間表示形式，建立所述閉環(huán)控制系統(tǒng)的系統(tǒng)模型。

本實(shí)施例中，在獲得具體的增益矩陣以及不確定增益矩陣后，將具體的增益矩陣和不確定增益矩陣代入預(yù)先建立的系統(tǒng)的狀態(tài)空間表示形式中即可獲得系統(tǒng)模型的最終形式。

并且，在實(shí)際應(yīng)用中，本實(shí)施例所建立的系統(tǒng)模型，可以應(yīng)用于如圖5所示的風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的槳距角的控制調(diào)整。具體的，實(shí)際應(yīng)用中將風(fēng)力發(fā)電機(jī)期望輸出的槳距角與實(shí)際輸出槳距角的誤差傳入風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳控制系統(tǒng)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳控制系統(tǒng)根據(jù)預(yù)置的系統(tǒng)模型輸出變槳控制信號(hào)給風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳系統(tǒng)，以使風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳系統(tǒng)根據(jù)該變槳控制信號(hào)調(diào)整槳距角的輸出。在變槳控制過(guò)程中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳系統(tǒng)調(diào)槳的準(zhǔn)確性會(huì)受到風(fēng)力發(fā)電機(jī)外部和內(nèi)部干擾的影響，這些干擾可能會(huì)使風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳系統(tǒng)趨于不穩(wěn)定，進(jìn)而導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳控制系統(tǒng)不穩(wěn)定。并且風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳系統(tǒng)在使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生內(nèi)部線路和器件的老化問(wèn)題，這會(huì)造成風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳控制系統(tǒng)執(zhí)行器的不確定性，可反映為控制器參數(shù)的不確定性。那么在系統(tǒng)模型的建立過(guò)程中，考慮耗散特性能夠提高控制系統(tǒng)的抗干擾能力，加入控制器的不確定項(xiàng)能夠應(yīng)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳系統(tǒng)的老化情況。

當(dāng)然，本發(fā)明提供的閉環(huán)控制系統(tǒng)的建模方法，并不局限于應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳控制系統(tǒng)的建模，還可以應(yīng)用于其他閉環(huán)控制系統(tǒng)的建模，比如，也可以應(yīng)用于如圖6所示的烤箱溫度控制系統(tǒng)的建模，圖6中烤箱通過(guò)熱電偶測(cè)量烤箱內(nèi)的溫度，人設(shè)定烤箱需要加熱的溫度，該溫度和熱電偶溫度的誤差，傳入烤箱加熱控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)輸出加熱功率信號(hào)給加熱絲，加熱絲加熱提高烤箱的溫度。在加熱的過(guò)程中，外部環(huán)境溫度等因素，是熱電偶是否能夠準(zhǔn)確測(cè)量烤箱溫度的干擾，這些干擾可能會(huì)使烤箱加熱系統(tǒng)趨于不穩(wěn)定，使溫度失控，導(dǎo)致控制系統(tǒng)不穩(wěn)定。加熱絲在使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生老化等其他情況，這會(huì)造成控制系統(tǒng)執(zhí)行器的不確定性，可反映為控制器參數(shù)的不確定性。那么在系統(tǒng)模型的建立過(guò)程中，考慮耗散特性能夠提高控制系統(tǒng)的抗干擾能力，加入控制器的不確定項(xiàng)能夠應(yīng)對(duì)加熱絲的老化情況。

本實(shí)施例，通過(guò)先初步建立閉環(huán)控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間表示形式，再根據(jù)預(yù)設(shè)的不確定增益矩陣與預(yù)設(shè)閾值之間的映射關(guān)系，確定狀態(tài)空間表示形式的不確定增益矩陣，并根據(jù)耗散系統(tǒng)的穩(wěn)定條件，確定所述狀態(tài)空間表示形式的反饋增益矩陣，從而根據(jù)所述不確定增益矩陣、所述反饋增益矩陣以及所述狀態(tài)空間表示形式，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制系統(tǒng)模型的建立。不同于現(xiàn)有技術(shù)的是：本實(shí)施例在建模過(guò)程中考慮了閉環(huán)控制系統(tǒng)的耗散性，根據(jù)耗散系統(tǒng)的穩(wěn)定條件，實(shí)現(xiàn)對(duì)閉環(huán)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的驗(yàn)證和反饋增益矩陣的確定，能夠有效抑制系統(tǒng)外部和內(nèi)部的干擾信號(hào)，提高系統(tǒng)的魯棒性，并且通過(guò)本實(shí)施例所建立的系統(tǒng)模型能夠代替?zhèn)鹘y(tǒng)的PID控制方法，且調(diào)整的參數(shù)更少，形式更簡(jiǎn)單。

圖7為本發(fā)明一實(shí)施例提供的建模裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖7所示，本實(shí)施例提供的裝置包括：

第一生成模塊11，用于建立閉環(huán)控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間表示形式，其中，所述狀態(tài)空間表示形式中包括一干擾項(xiàng)，以及未知的不確定增益矩陣和反饋增益矩陣，所述干擾項(xiàng)用于表示建模誤差和未知干擾共同對(duì)系統(tǒng)造成的影響；

第一確定模塊12，用于根據(jù)不確定增益矩陣與預(yù)設(shè)閾值之間的映射關(guān)系，確定所述狀態(tài)空間表示形式的不確定增益矩陣；

第二確定模塊13，用于根據(jù)耗散系統(tǒng)的穩(wěn)定條件，確定所述狀態(tài)空間表示形式的反饋增益矩陣；

第二生成模塊14，用于根據(jù)所述不確定增益矩陣、所述反饋增益矩陣以及所述狀態(tài)空間表示形式，建立所述閉環(huán)控制系統(tǒng)的系統(tǒng)模型。

其中，所述第一確定模塊12，具體用于：

根據(jù)映射關(guān)系：

ΔK＝ηK_p

確定不確定增益矩陣；

其中，ΔK為不確定增益矩陣，η為范數(shù)小于1的系數(shù)矩陣，K_p為預(yù)設(shè)閾值。

本實(shí)施例提供的裝置適用于圖1所示實(shí)施例的方法，其執(zhí)行過(guò)程和有益效果類(lèi)似，在這里不再贅述。

圖8為本發(fā)明一實(shí)施例提供的第一生成模塊11的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖8所示，在圖7的基礎(chǔ)上，第一生成模塊11包括：

第一調(diào)用子模塊111，用于調(diào)用狀態(tài)反饋控制模型、非線性仿射系統(tǒng)模型以及第一狀態(tài)空間模型；

第一生成子模塊112，用于根據(jù)所述非線性仿射系統(tǒng)模型和所述第一狀態(tài)空間模型，生成包含所述干擾項(xiàng)的第二狀態(tài)空間模型；

第一確定子模塊113，用于根據(jù)所述第二狀態(tài)空間模型和所述狀態(tài)反饋控制模型，確定閉環(huán)控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間表示形式。

還可以包括：

第二調(diào)用子模塊114，用于調(diào)用狀態(tài)反饋控制模型和第一狀態(tài)空間模型；

第二生成子模塊115，用于在所述第一狀態(tài)空間模型中添加所述干擾項(xiàng)，生成第二狀態(tài)空間模型；

第二確定子模塊116，用于根據(jù)所述第二狀態(tài)空間模型和所述狀態(tài)反饋控制模型，確定閉環(huán)控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間表示形式。

本實(shí)施例提供的裝置適用于圖2所示實(shí)施例的方法，其執(zhí)行過(guò)程和有益效果類(lèi)似，在這里不再贅述。

圖9為本發(fā)明一實(shí)施例提供的第二確定模塊12的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖9所示，在圖8的基礎(chǔ)上，第二確定模塊12包括：

第三調(diào)用子模塊121，用于調(diào)用李雅普諾夫函數(shù)、控制系統(tǒng)的二次能量供給函數(shù)；

第三確定子模塊122，用于根據(jù)所述李雅普諾夫函數(shù)以及所述二次能量供給函數(shù)的耗散性，確定所述狀態(tài)空間表示形式的反饋增益矩陣。

本實(shí)施例提供的裝置適用于圖3所示實(shí)施例的方法，其執(zhí)行過(guò)程和有益效果類(lèi)似，在這里不再贅述。

圖10為本發(fā)明一實(shí)施例提供的第三確定子模塊122的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖10所示，在圖9的基礎(chǔ)上，第三確定子模塊122包括：

第一確定子單元1221，用于根據(jù)所述狀態(tài)空間表示形式，確定所述李雅普諾夫函數(shù)的時(shí)間差分函數(shù)；

第二確定子單元1222，用于根據(jù)所述時(shí)間差分函數(shù)和所述二次能量供給函數(shù)，確定所述閉環(huán)控制系統(tǒng)的耗散穩(wěn)定條件；

第三確定子單元1223，用于根據(jù)所述閉環(huán)控制系統(tǒng)的耗散穩(wěn)定條件，確定所述狀態(tài)空間表示形式的反饋增益。

其中，所述第二確定子單元1222，具體用于：

確定所述時(shí)間差分函數(shù)和所述二次能量供給函數(shù)之間的和式；

根據(jù)舒爾分解方法對(duì)所述和式進(jìn)行分解，確定所述閉環(huán)控制系統(tǒng)的耗散穩(wěn)定條件。

本實(shí)施例提供的裝置適用于圖4所示實(shí)施例的方法，其執(zhí)行過(guò)程和有益效果類(lèi)似，在這里不再贅述。

最后需要說(shuō)明的是，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解上述實(shí)施例方法中的全部或者部分流程，是可以通過(guò)計(jì)算機(jī)程序來(lái)指令相關(guān)的硬件完成，所述的程序可存儲(chǔ)于一計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中，該程序在執(zhí)行時(shí)，可包括如上述各方法的實(shí)施例的流程。其中，所述的存儲(chǔ)介質(zhì)可以為磁盤(pán)、光盤(pán)、只讀存儲(chǔ)記憶體(ROM)或隨機(jī)存儲(chǔ)記憶體(RAM)等。

本發(fā)明實(shí)施例中的各個(gè)功能單元可以集成在一個(gè)處理模塊中，也可以是各個(gè)單元單獨(dú)的物理存在，也可以兩個(gè)或兩個(gè)以上單元集成在一個(gè)模塊中。上述集成的模塊既可以采用硬件的形式實(shí)現(xiàn)，也可以采用軟件功能模塊的形式實(shí)現(xiàn)。所述集成的模塊如果以軟件功能模塊的形式實(shí)現(xiàn)，并作為獨(dú)立的產(chǎn)品銷(xiāo)售或使用時(shí)，也可以存儲(chǔ)在一個(gè)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中。上述提到的存儲(chǔ)介質(zhì)可以是只讀存儲(chǔ)器、磁盤(pán)或光盤(pán)等。

以上各實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。