專利名稱：用于光纖電流互感器的控制處理方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖電流互感器領(lǐng)域，尤其涉及一種用于光纖電流互感器的控 制處理方法及裝置。
背景技術(shù)：
隨著電流互感器技術(shù)的發(fā)展，光纖電流互感器已經(jīng)得到了越來越多的應(yīng)用， 由于其采用光纖作為信號感應(yīng)和傳輸?shù)拿浇?，不僅絕緣性能好、受電磁干擾的影 響也小，而且設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單、體積小、質(zhì)量輕，制造成本也4交低。目前隨著其應(yīng) 用范圍的不斷擴(kuò)大，對光纖電流互感器的動態(tài)范圍和頻率響應(yīng)范圍等動態(tài)性能的 要求也是越來越高，如圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)中的光纖電流互感器內(nèi)進(jìn)行閉環(huán)控制檢測的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中到達(dá)探測器輸入端的輸入信號中，由于法拉第效應(yīng)(Faraday效應(yīng))而攜帶有 非互易相位差A(yù)A;該攜帶了非互易相位差的輸入信號依次通過探測器和前放 電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D轉(zhuǎn)換器)和解調(diào)單元，最后到達(dá)控制器而得到輸出信號。 所述的控制器還將該輸出信號作為反饋信號依次通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器(D/A轉(zhuǎn)換器)及 驅(qū)動器，和相位調(diào)制器后，形成反饋相位Ap,,抵消掉由于法拉第效應(yīng)而產(chǎn)生的非互易相位差厶A, 乂人而形成閉環(huán)控制。由于在實(shí)際應(yīng)用中，系統(tǒng)的光功率、探測器的增益和前放電路的增益都可能 因?yàn)闇囟茸兓鹣到y(tǒng)前向通道增益的波動，這樣就會導(dǎo)致該光纖電流互感器 系統(tǒng)性能的不穩(wěn)定，而現(xiàn)有技術(shù)中的控制器設(shè)計(jì)中并沒有針對這種情況的應(yīng)對措 施，從而使得系統(tǒng)性能會受到系統(tǒng)前向通道增益波動的影響，降低了光纖電流互 感器系統(tǒng)的性能。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明實(shí)施方式所要解決的技術(shù)問題在于提供一種用于光纖電流互感器 的控制處理方法及裝置，能夠改善控制器對輸入信號的處理，使系統(tǒng)性能不受 系統(tǒng)前向通道增益變化的影響，從而提高了光纖電流互感器的系統(tǒng)性能。本發(fā)明實(shí)施方式才是供了 一種用于光纖電流互感器的控制處理方法，包括 根據(jù)光纖電流互感器系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置和性能指標(biāo)要求，對所述光纖電流互 感器系統(tǒng)中的控制器進(jìn)行優(yōu)化處理，抑制所述系統(tǒng)前向通道增益的變化。 所述光纖電流互感器系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置，具體包括根據(jù)所述光纖電流互感器系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，和所述系統(tǒng)前向通道增益參數(shù) 的變化，得到描述所述系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置的狀態(tài)方程。所述對所述光纖電流互感器系統(tǒng)中的控制器進(jìn)^"優(yōu)化處理，具體包括根據(jù)魯棒控制算法對描述所述系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置的狀態(tài)方程進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，得 到優(yōu)化計(jì)算后的系統(tǒng)的狀態(tài)變量。所述方法還包括由控制器對優(yōu)化計(jì)算后的系統(tǒng)的狀態(tài)變量進(jìn)行后繼處理，得到所述系統(tǒng)的 輸出信號和反饋信號。所述系統(tǒng)前向通道增益參數(shù)的變化，具體包括由所述光纖電流互感器系統(tǒng)的光功率、探測器增益和前放電路增益隨溫度 變化而引起的參數(shù)變化。所述性能指標(biāo)要求由用戶根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行設(shè)定。本發(fā)明實(shí)施方式還提供了一種用于光纖電流互感器的控制處理裝置，包括信號優(yōu)化單元，設(shè)置于光纖電流互感器系統(tǒng)中的控制器上，用于根據(jù)所述 光纖電流互感器系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置和性能指標(biāo)要求，對所述控制器進(jìn)行優(yōu)化處 理，抑制所述系統(tǒng)前向通道增益的變化對系統(tǒng)的影響。所述信號優(yōu)化單元中包括魯棒控制計(jì)算模塊，用于根據(jù)魯棒控制算法對描述所述系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置的狀 態(tài)方程進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，得到優(yōu)化計(jì)算后的系統(tǒng)的狀態(tài)變量；其中，對優(yōu)化計(jì)算后的系統(tǒng)的狀態(tài)變量進(jìn)行后繼處理，得到所述系統(tǒng)的輸 出信號和反饋信號。所述裝置集成設(shè)置于所述控制器中，或設(shè)置成單獨(dú)的功能實(shí)體。由上述所提供的技術(shù)方案可以看出，根據(jù)光纖電流互感器系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置 和性能指標(biāo)要求，對所述光纖電流互感器系統(tǒng)中的控制器進(jìn)行優(yōu)化處理，具體 可以是對系統(tǒng)的反饋控制信號進(jìn)行優(yōu)化處理，進(jìn)而對系統(tǒng)的狀態(tài)方程進(jìn)行優(yōu) 化，得到優(yōu)化計(jì)算后的系統(tǒng)的狀態(tài)變量。通過這樣的優(yōu)化處理，就可以抑制所 述系統(tǒng)前向通道增益的變化，使系統(tǒng)性能不受系統(tǒng)前向通道增益變化的影響， 從而提高了光纖電流互感器的系統(tǒng)性能。


圖1為光纖電流互感器系統(tǒng)的閉環(huán)控制^r測的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明實(shí)施方式所述控制處理方法的流程示意圖； 圖3為本發(fā)明抑制系統(tǒng)前向通道增益變化后的系統(tǒng)頻率特性曲線示意圖； 圖4為本發(fā)明實(shí)施方式所述控制處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明實(shí)施方式提供了 一種用于光纖電流互感器的控制處理方法及裝置。 通過分析光纖電流互感器系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置情況，并考慮系統(tǒng)性能指標(biāo)的要求， 利用魯禱、拴制算法對光纖電流互感器系統(tǒng)中的控制器進(jìn)^^優(yōu)化處理，這樣當(dāng)由 于系統(tǒng)前向通道增益的變化而引起系統(tǒng)存在參數(shù)不確定性時，所述光纖電流互 感器系統(tǒng)的幅頻特性能夠基本保持不變，也就是說保證系統(tǒng)性能不受系統(tǒng)前向 通道增益變化的影響，進(jìn)而提高了光纖電流互感器的系統(tǒng)性能。為更好的描述本發(fā)明實(shí)施方式，現(xiàn)結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行 說明，如圖2所示為本發(fā)明實(shí)施方式所述控制處理方法的流程示意圖，所述方法包括步驟21:對控制器進(jìn)行優(yōu)化處理。具體來說就是，當(dāng)光纖電流互感器系統(tǒng)中的控制器接收到輸入信號時，由 特定的功能模塊根據(jù)光纖電流互感器系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置和性能指標(biāo)要求，對系統(tǒng) 的反饋控制信號進(jìn)行優(yōu)化處理，進(jìn)而對系統(tǒng)的狀態(tài)方程進(jìn)行優(yōu)化，得到優(yōu)化處 理后的系統(tǒng)的狀態(tài)變量，這里所述的性能指標(biāo)要求可以是由用戶根據(jù)實(shí)際需求 而進(jìn)行設(shè)定，具體可以是對動態(tài)跟蹤特性的要求，或是對系統(tǒng)靜態(tài)精度的要求。這里所述優(yōu)化處理的過程具體可以是根據(jù)魯棒控制算法對描述所述系統(tǒng) 參數(shù)設(shè)置的狀態(tài)方程進(jìn)行的優(yōu)化計(jì)算，也可以是通過其他的控制算法對描述所 述系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置的狀態(tài)方程進(jìn)行的優(yōu)化計(jì)算。下面以根據(jù)魯棒控制算法進(jìn)行優(yōu) 化計(jì)算為例進(jìn)行進(jìn)一步說明這里所述的魯棒控制算法就是利用魯棒控制理論，針對光纖電流互感器系 統(tǒng)的性能指標(biāo)要求設(shè)計(jì)控制算法，改善光纖電流互感器系統(tǒng)的參數(shù)不確定性對 系統(tǒng)性能的影響。首先需要獲知所述光纖電流互感器系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置情況，在本具體實(shí)施例中， 所述的參數(shù)設(shè)置情況可以用所述系統(tǒng)的狀態(tài)方程來描述，這里的系統(tǒng)狀態(tài)方程可 以是根據(jù)所述光纖電流互感器系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，和考慮所述系統(tǒng)參數(shù)的不確定性 而得到的。這里所述系統(tǒng)參數(shù)的不確定性是指系統(tǒng)前向通道增益的變化；導(dǎo)致系統(tǒng)前向 通道增益變化的因素可以是由光纖電流互感器系統(tǒng)的光功率、探測器增益和前放 電路增益隨溫度的變化而引起的。本實(shí)施例中的光纖電流互感器系統(tǒng)的狀態(tài)方程可以用如下公式來表示<formula>formula see original document page 7</formula> ( 1 )在以上狀態(tài)方程中，x(yt)表示系統(tǒng)的狀態(tài)變量，表示系統(tǒng)的反饋控制， ^表示常溫時系統(tǒng)前向通道增益，f表示系統(tǒng)前向通道增益隨溫度的變化值，/t2表示系統(tǒng)的反饋增益?？紤]光纖電流互感器系統(tǒng)中各參數(shù)的取值^=0.1, yt2 =1 。經(jīng)實(shí)際測算可知系統(tǒng)前向通道增益隨溫度變化不超過20% ,又因?yàn)?& = 0.1;所以i"o見進(jìn)一步的，可以是由以下狀態(tài)方程來描述/>式(1)::c("l) = (/i + A^)Jc(A:) + (￡ + A5><(" (2) 乂和》是描述系統(tǒng)模型的已知實(shí)常數(shù)矩陣；M和AB是反映系統(tǒng)模型中參數(shù)/t' 不確定性的未知實(shí)矩陣，同時由于在實(shí)際系統(tǒng)中f的變化是有界的，所以^和Ai 是范數(shù)且有界的，并具有以下的形式[M A5]^F[g五2] (3) 其中上述乂>式3中的,是滿足FTFS/的不確定矩陣；而Z)、 ￡,和￡2是表 示已知的常數(shù)矩陣，其含義反映了系統(tǒng)中不確定參數(shù)的結(jié)構(gòu)信息。 由以上/>式1、 2和3知<formula>formula see original document page 0</formula>￡) =
r,^+0.2 -0.08]￡2 = 0.2下面詳細(xì)描述利用魯棒控制理論的算法對系統(tǒng)的輸入信號進(jìn)行處理的過程 首先，針對系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和系統(tǒng)參數(shù)的不確定性，定義了閉環(huán)系統(tǒng)的一個 性能指標(biāo)<formula>formula see original document page 0</formula>在以上公式4中JT(yfc)2X(/t)是誤差平方和積分，可以用來表示系統(tǒng)的動態(tài)性 能指標(biāo)；W(yt)7 t/("則表示了對消耗能量的懲罰指標(biāo)。另夕卜，e和i 是給定的對稱正定加權(quán)矩陣，公式4不僅保證了閉環(huán)不確定系統(tǒng) 是二次穩(wěn)定的，而且還保證了閉環(huán)的二次型性能指標(biāo)不超過某個確定的上界，設(shè) 計(jì)一個狀態(tài)反饋控制律"(Q = 使得如公式3中所示的所有參數(shù)不確定性，閉環(huán)控制系統(tǒng)都能滿足以上設(shè)計(jì)指標(biāo)，就稱為不確定系統(tǒng)的二次保性能控制律。具體來說，當(dāng)系統(tǒng)存在二次保性能控制律當(dāng)且僅當(dāng)存在常數(shù)￡>0、矩陣W和 對稱正定矩陣I，使得<formula>formula see original document page 9</formula> 進(jìn)而，當(dāng)上述矩陣不等式5有解且^和義>0時，w(;tH『;r'x(/t)是系統(tǒng)的一個二次保性能控制律，相應(yīng)的系統(tǒng)性能指標(biāo)上界是)《rr""(x-')。上述矩陣不等式5是一個線性矩陣不等式，因此可以利用線性矩陣不等式 (LMI)工具葙中的求解器(feasp)來求解該線性矩陣不等式，解得二次保性 能控制律=
,貝寸尺=
由此可知，針對所有允許的系統(tǒng)參數(shù)的不確定性，光纖電流互感器系統(tǒng)的 性能指標(biāo)都可以滿足7《6.7307 。所述光纖電流互感器系統(tǒng)中加入二次保性能控制律w(/t)=《x(/t),并將公式3 代入^^式2后，就可以得到優(yōu)化計(jì)算后的系統(tǒng)狀態(tài)方程+1)=[爿+ 5尺+ Z)F(五! + ￡2^)] + Sv'("上述各參數(shù)的含義在以上其他公式中已有描述，已知系統(tǒng)的輸出方程 ;^)-A(A:)，其中，v(yt)為系統(tǒng)的輸入，為系統(tǒng)的輸出。這樣，通過以上的處理過程，就可以根據(jù)魯棒控制算法對所接收到的輸 入信號進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，完成后繼的操作。以上所述的優(yōu)化處理過程，也可以利用其它的控制理-論算法來進(jìn)行，只 要能夠?qū)饫w電流互感器系統(tǒng)的性能指標(biāo)進(jìn)行控制就可以滿足要求。步驟22:優(yōu)化輸入信號，抑制所述系統(tǒng)前向通道增益的變化。具體來說就是，在通過以上步驟21的操作，利用魯棒控制算法對系統(tǒng)的反 饋控制信號進(jìn)行優(yōu)化處理，進(jìn)而對系統(tǒng)的狀態(tài)方程進(jìn)行優(yōu)化，就可以得到該優(yōu) 化處理后的系統(tǒng)的狀態(tài)變量。然后再由控制器對優(yōu)化處理后的系統(tǒng)的狀態(tài)變量 進(jìn)行后繼處理，得到所述系統(tǒng)的輸出信號和反饋信號，這樣就可以抑制所述系 統(tǒng)前向通道增益的變化對系統(tǒng)性能的影響，也就是保證系統(tǒng)性能不受系統(tǒng)前向 通道增益變化的影響，提高光纖電流互感器的系統(tǒng)性能。舉例來說，如圖3所示為系統(tǒng)前向通道增益變化后的系統(tǒng)頻率特性曲線示 意圖，從圖中可以看出當(dāng)系統(tǒng)前向通道增益變化20%,也就是^=+0.02或 *'=-0.02時，系統(tǒng)頻率特性曲線的變化都很小，具有很好的控制效果。也就是 說當(dāng)由于各種不確定的因素導(dǎo)致系統(tǒng)前向通道增益發(fā)生變化時，所述光纖電流 互感器系統(tǒng)的幅頻特性都能夠基本保持不變，從而提高了其系統(tǒng)性能。本發(fā)明實(shí)施方式還提供了 一種用于光纖電流互感器的控制處理裝置，如圖 4所示為所述裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，所述裝置中包括信號優(yōu)化單元，所述的信號 優(yōu)化單元設(shè)置于光纖電流互感器系統(tǒng)中的控制器上，用于根據(jù)所述光纖電流互 感器系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置和性能指標(biāo)要求，對所述系統(tǒng)的反饋控制信號進(jìn)行優(yōu)化處 理，進(jìn)而對系統(tǒng)的狀態(tài)方程進(jìn)行優(yōu)化，抑制所述系統(tǒng)前向通道增益的變化對系 統(tǒng)的影響。具體的優(yōu)化過程如上方法實(shí)施方式的步驟21中所述。另外，在以上所述的信號優(yōu)化單元中還包括魯棒控制計(jì)算模塊，所述的魯 棒控制計(jì)算模塊用于根據(jù)魯棒控制算法對描述所述系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置的狀態(tài)方程 進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，得到優(yōu)化計(jì)算后的系統(tǒng)的狀態(tài)變量；對優(yōu)化處理后的系統(tǒng)的狀 態(tài)變量進(jìn)行后繼計(jì)算處理，得到所述系統(tǒng)的輸出信號和反^t信號。具體優(yōu)化計(jì) 算過程如上方法實(shí)施方式中所述。以上所述的裝置可以集成設(shè)置于所述控制器中，也可以:沒置成單獨(dú)的功能實(shí)體，與所述控制器保持連接關(guān)系。綜上所述，本發(fā)明實(shí)施方式可以抑制所述系統(tǒng)前向通道增益的變化對系統(tǒng) 的影響，使系統(tǒng)性能不受系統(tǒng)前向通道增益變化的影響，從而提高了光纖電流 互感器的系統(tǒng)性能。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局 限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明實(shí)施例揭露的技術(shù)范圍內(nèi)， 可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明 的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1、一種用于光纖電流互感器的控制處理方法，其特征在于根據(jù)光纖電流互感器系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置和性能指標(biāo)要求，對所述光纖電流互感器系統(tǒng)中的控制器進(jìn)行優(yōu)化處理，抑制所述系統(tǒng)前向通道增益的變化。
2、 如權(quán)利要求1所述的用于光纖電流互感器的控制處理方法，其特征在于， 所述光纖電流互感器系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置，具體包括根據(jù)所述光纖電流互感器系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，和所述系統(tǒng)前向通道增益參數(shù) 的變化，得到描述所述系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置的狀態(tài)方程。
3、 如權(quán)利要求2所述的用于光纖電流互感器的控制處理方法，其特征在于， 所述對所述光纖電流互感器系統(tǒng)中的控制器進(jìn)行優(yōu)化處理，具體包括根據(jù)魯棒控制算法對描述所述系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置的狀態(tài)方程進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，得 到優(yōu)化計(jì)算后的系統(tǒng)的狀態(tài)變量。
4、 如權(quán)利要求3所述的用于光纖電流互感器的控制處理方法，其特征在于， 所述方法還包括由控制器對優(yōu)化計(jì)算后的系統(tǒng)的狀態(tài)變量進(jìn)行后繼處理，得到所述系統(tǒng)的 輸出信號和反饋信號。
5、 如權(quán)利要求2所述的用于光纖電流互感器的控制處理方法，其特征在于， 所述系統(tǒng)前向通道增益參數(shù)的變化，具體包括由所述光纖電流互感器系統(tǒng)的光功率、探測器增益和前放電路增益隨溫度 變化而引起的參數(shù)變化。
6、 如權(quán)利要求1或2所述的用于光纖電流互感器的控制處理方法，其特征 在于，所述性能指標(biāo)要求由用戶根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行設(shè)定。
7、 一種用于光纖電流互感器的控制處理裝置，其特征在于，包括 信號優(yōu)化單元，設(shè)置于光纖電流互感器系統(tǒng)中的控制器上，用于根據(jù)所述光纖電流互感器系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置和性能指標(biāo)要求，對所述控制器進(jìn)行優(yōu)化處 理，抑制所述系統(tǒng)前向通道增益的變化對系統(tǒng)的影響。
8、 如權(quán)利要求7所述的用于光纖電流互感器的控制處理裝置，其特征在于， 所述信號優(yōu)化單元中包括魯棒控制計(jì)算模塊，用于根據(jù)魯棒控制算法對描述所述系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置的狀 態(tài)方程進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，得到優(yōu)化計(jì)算后的系統(tǒng)的狀態(tài)變量；其中，對優(yōu)化計(jì)算后的系統(tǒng)的狀態(tài)變量進(jìn)行后繼處理，得到所述系統(tǒng)的輸 出信號和反饋信號。
9、 如權(quán)利要求7或8所述的用于光纖電流互感器的控制處理裝置，其特征 在于，所述裝置集成設(shè)置于所述控制器中，或設(shè)置成單獨(dú)的功能實(shí)體。
全文摘要
本發(fā)明實(shí)施方式提供了一種用于光纖電流互感器的控制處理方法及裝置。在光纖電流互感器系統(tǒng)中的控制器接收到輸入信號后，根據(jù)光纖電流互感器系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置和性能指標(biāo)要求，通過對系統(tǒng)的反饋控制信號進(jìn)行優(yōu)化處理，進(jìn)而對系統(tǒng)的狀態(tài)方程進(jìn)行優(yōu)化，得到優(yōu)化計(jì)算后的系統(tǒng)的狀態(tài)變量，然后再對優(yōu)化處理后的系統(tǒng)的狀態(tài)變量進(jìn)行后繼處理，得到所述系統(tǒng)的輸出信號和反饋信號。通過這樣的對控制器的優(yōu)化處理，就可以抑制所述系統(tǒng)前向通道增益的變化，使系統(tǒng)性能不受系統(tǒng)前向通道增益變化的影響，改善系統(tǒng)的頻率特性，從而提高了光纖電流互感器的系統(tǒng)性能。
文檔編號G05B13/02GK101251554SQ20081010319
公開日2008年8月27日 申請日期2008年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月1日
發(fā)明者晞 張, 張春熹, 張朝陽, 慧 李, 許文淵 申請人:北京航空航天大學(xué)