專利名稱：光纖電流互感器系統(tǒng)噪聲抑制的閉環(huán)控制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，尤其涉及一種光纖電流互感器系統(tǒng)噪聲 抑制的閉環(huán)控制方法及裝置。
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(hào)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，制造成本也較低。但在實(shí)際應(yīng)用 中，由于光纖電流互感器系統(tǒng)內(nèi)部的光路噪聲，即系統(tǒng)擾動(dòng)信號(hào)會(huì)影響到系統(tǒng)的 測量精度，因此抑制光纖電流互感器系統(tǒng)內(nèi)的光路噪聲成為了迫切需要解決的問
題，如圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)中的光纖電流互感器系統(tǒng)的閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)示意圖，圖中 輸入信號(hào)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)0S;該 攜帶了非互易相位差的輸入信號(hào)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)數(shù)字控制器而得到輸出信號(hào)；而所述的數(shù)字控制 器還會(huì)將該輸出信號(hào)作為反饋信號(hào)依次通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器(D/A轉(zhuǎn)換器)及驅(qū)動(dòng)器， 和相位調(diào)制器后，形成反饋相位Ap,,并由此抵消掉由于法拉第效應(yīng)而產(chǎn)生的非互
易相位差,從而形成閉環(huán)控制。
由于在實(shí)際應(yīng)用中，非互易相位差A(yù)^中同時(shí)包含有各種系統(tǒng)的噪聲，其中 光路噪聲為系統(tǒng)的主要噪聲源，這樣就限制了系統(tǒng)的測量精度，而現(xiàn)有技術(shù)中的 控制器設(shè)計(jì)中并沒有考慮到如何來抑制系統(tǒng)的光路噪聲，從而使得系統(tǒng)的測量精 度會(huì)受到系統(tǒng)光路噪聲的影響，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)問題在于提供一種光纖電流互感器系統(tǒng) 噪聲抑制的閉環(huán)控制方法及裝置，能夠有效的抑制系統(tǒng)光路噪聲所帶來的影 響，從而提高了系統(tǒng)測量的精度。
本發(fā)明實(shí)施方式提供了 一種光纖電流互感器系統(tǒng)噪聲抑制的閉環(huán)控制方
法，包括
在光纖電流互感器系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型中S1入擾動(dòng)輸入信號(hào)； 利用控制算法對(duì)所述數(shù)學(xué)模型中的輸入信號(hào)進(jìn)行反饋處理，抑制所述的擾 動(dòng)輸入信號(hào)。
所述的擾動(dòng)輸入信號(hào)是一個(gè)有限能量的擾動(dòng)信號(hào)，用來表示系統(tǒng)的光路噪聲。
所述利用控制算法對(duì)所述數(shù)學(xué)模型中的輸入信號(hào)進(jìn)行反饋處理，具體包
括
根據(jù)魯棒控制算法對(duì)描述所述系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的狀態(tài)方程進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，得 到所述系統(tǒng)的魯棒保性能控制律。 所述方法還包括
將所得到的系統(tǒng)魯棒保性能控制律引入所述光纖電流互感器系統(tǒng)的數(shù)學(xué) 模型中，抑制所述的擾動(dòng)輸入信號(hào)。
本發(fā)明實(shí)施方式還提供了 一種光纖電流互感器系統(tǒng)噪聲抑制的閉環(huán)控制 裝置，包括
擾動(dòng)信號(hào)處理單元，設(shè)置于光纖電流互感器系統(tǒng)中的控制器上，用于利用 控制算法對(duì)光纖電流互感器系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型中的輸入信號(hào)進(jìn)行反饋處理，抑制 所述數(shù)學(xué)模型中引入的擾動(dòng)輸入信號(hào)。
所述擾動(dòng)信號(hào)處理單元中包括
控制優(yōu)化模塊，用于根據(jù)魯棒控制算法對(duì)描述所述系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的狀態(tài)方程進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，得到所述系統(tǒng)的魯棒保性能控制律；
其中，將所得到的魯棒保性能控制律引入所述光纖電流互感器系統(tǒng)的數(shù)學(xué)
模型中，用來抑制所述的擾動(dòng)輸入信號(hào)。
以上所述裝置集成設(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，首先在光纖電流互感器系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模
型中引入擾動(dòng)輸入信號(hào)；然后利用控制算法對(duì)所述數(shù)學(xué)模型中的輸入信號(hào)進(jìn)行
反饋處理，抑制所述的擾動(dòng)輸入信號(hào)，這里所述的擾動(dòng)輸入信號(hào)主要為系統(tǒng)的 光路噪聲。通過這樣的優(yōu)化處理之后，就可以有效的抑制系統(tǒng)光路噪聲所帶來 的影響，提高系統(tǒng)測量的精度，進(jìn)而提高了光纖電流互感器的系統(tǒng)性能。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的光纖電流互感器系統(tǒng)的閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明實(shí)施方式所述閉環(huán)控制方法的流程示意圖3為本發(fā)明實(shí)施方式等效的光纖電流互感器系統(tǒng)的方框結(jié)構(gòu)示意圖4為擾動(dòng)輸入信號(hào)的模擬仿真示意圖5為按照原控制算法得出的系統(tǒng)輸出仿真示意圖6為本發(fā)明實(shí)施方式所得出的系統(tǒng)輸出仿真示意圖7為本發(fā)明實(shí)施方式所述閉環(huán)控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明實(shí)施方式提供了 一種用于光纖電流互感器系統(tǒng)噪聲抑制的閉環(huán)控 制方法及裝置。通過在光纖電流互感器系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型中《I入擾動(dòng)輸入信號(hào)； 然后利用控制算法對(duì)所述數(shù)學(xué)模型中的輸入信號(hào)進(jìn)行反饋處理，這里所述的控 制算法可以是魯棒控制算法。具體可以是利用魯棒控制算法對(duì)描述所述系統(tǒng)數(shù) 學(xué)模型的狀態(tài)方程進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，得到所述系統(tǒng)的魯棒保性能控制律；然后再 將所得到的系統(tǒng)魯棒保性能控制律引入所述光纖電流互感器系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型中，來抑制該擾動(dòng)輸入信號(hào)。這樣當(dāng)光纖電流互感器系統(tǒng)中存在光路噪聲時(shí)， 就可以利用系統(tǒng)的魯棒保性能控制律來有效的抑制該光路噪聲，提高系統(tǒng)的測 量精度，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(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)4亍 說明，如圖2所示為本發(fā)明實(shí)施方式所述閉環(huán)控制方法的流程示意圖，所述方
法包括
步驟21:在光纖電流互感器系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型中引入擾動(dòng)輸入信號(hào)參數(shù)。
具體來說就是，在光纖電流互感器系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型建立時(shí)，在輸入信號(hào)中 引入擾動(dòng)信號(hào)，也就是考慮系統(tǒng)的光路噪聲，如圖3所示為等效的光纖電流互 感器系統(tǒng)模型的方框結(jié)構(gòu)示意圖，圖中w為擾動(dòng)輸入信號(hào)，"為反饋控制信號(hào)， z為輸出信號(hào)，^+yt'即為前向通道增益，^為系統(tǒng)的反饋系數(shù)；其中^+it'中的 參數(shù)(用來表示系統(tǒng)模型中的不確定因素，該不確定因素主要是光源光功率、 探測器和前放增益隨溫度的變化而導(dǎo)致的系統(tǒng)前向通道增益的變化引起的。
以附圖3的系統(tǒng)模型為例，由于(的存在，引入了系統(tǒng)參-數(shù)的不確定性。
光纖電流互感器系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型為
<formula>formula see original document page 7</formula>
(5)
柳=[1 0]x(A;) + 0.5w(A:)
將上述公式簡化，可以由以下狀態(tài)方程來描述光纖電流互感器系統(tǒng)
<formula>formula see original document page 7</formula>
其中；c("e,是系統(tǒng)的狀態(tài)變量，"("為反饋控制信號(hào)，w("為噪聲即 擾動(dòng)輸入信號(hào)，z(it)為系統(tǒng)輸出信號(hào)；其中的G、 H,、 i/2、 C和"參數(shù)是描述 系統(tǒng)模型的已知實(shí)常數(shù)矩陣；而AG和是反映系統(tǒng)模型中參數(shù)A:'不確定性的 未知實(shí)矩陣，因?yàn)樵趯?shí)際系統(tǒng)中it'的變化是有界的，所以AG和A/^是范數(shù)有界 的，且具有以下形式[AG A/^]-,^ ￡2] (7) 其中上述公式7中的M滿足M'M《/的不確定矩陣；參數(shù)F、 ^和A是已知
的常數(shù)矩陣，用來表示不確定參數(shù)的結(jié)構(gòu)信息。
另外，根據(jù)光纖電流互感器系統(tǒng)的取值范圍4=0.1, ^=1， W-O.l，并
由上述公式5、 6和7可推知上述各已知實(shí)常數(shù)矩陣的表達(dá)式
<formula>formula see original document page 8</formula>這樣，就可以用上述公式6和7來描述光纖電流互感器系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。
步驟22:利用控制算法對(duì)所述數(shù)學(xué)模型中的輸入信號(hào)進(jìn)行反饋處理。
具體來說就是，當(dāng)按照以上步驟21的操作，在光纖電流互感器系統(tǒng)的數(shù)學(xué) 模型中引入擾動(dòng)輸入信號(hào)之后，就可以利用控制算法對(duì)所述數(shù)學(xué)模型中的輸入 信號(hào)進(jìn)行反饋處理，來抑制所引入的擾動(dòng)輸入信號(hào)。這里所述的擾動(dòng)輸入信號(hào) 可以是一個(gè)有限能量的擾動(dòng)信號(hào)，其主要是用來描述系統(tǒng)的光路噪聲。
以上進(jìn)行反饋處理的過程，具體可以是根據(jù)魯棒控制算法對(duì)描述所述系統(tǒng) 數(shù)學(xué)模型的狀態(tài)方程進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，得到所述系統(tǒng)的魯棒保性能控制律；然后 再將所得到的系統(tǒng)魯棒保性能控制律引入所述光纖電流互感器系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模 型中，從而抑制所述的擾動(dòng)輸入信號(hào)。
另外，除了按照魯棒控制算法來得到系統(tǒng)的魯棒保性能控制律之外，還可 以按照其他的控制算法來對(duì)描述所述系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的狀態(tài)方程進(jìn)行優(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
在利用魯棒控制算法進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，要針對(duì)系統(tǒng)的指標(biāo)要求和系統(tǒng)的參 數(shù)不確定性，明確如下的控制器設(shè)計(jì)指標(biāo)
1)閉環(huán)系統(tǒng)是漸近穩(wěn)定的；2)當(dāng)擾動(dòng)輸入信號(hào)w()fc)被看成是一個(gè)有限能量的擾動(dòng)信號(hào)時(shí)，從M^)到
輸出信號(hào)z(/t)的閉環(huán)傳遞函數(shù)r(z)就會(huì)滿足iir(z)ll〈y,其中^>0是給定的標(biāo)量，
用來表示系統(tǒng)抑制干擾信號(hào)的能力。
這樣，利用魯棒控制算法對(duì)所述系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的狀態(tài)方程進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算， 得到一個(gè)狀態(tài)反饋控制律W(Q,使得在光纖電流互感器系統(tǒng)中，例如上述公式
7中所述的系統(tǒng)參數(shù)的不確定性，以及閉環(huán)系統(tǒng)都能滿足以上明確的控制器設(shè)
計(jì)指標(biāo)。
這里的可以稱為上述公式6所描述系統(tǒng)的 一個(gè)魯棒凡保性能控制律。 具體來說，對(duì)于給定的常數(shù),>0和上述公式6來說，存在一個(gè)保性能控
制律"(A:)，當(dāng)且僅當(dāng)存在常數(shù)s〉0以及對(duì)稱正定矩陣e和矩陣W時(shí)，可以得到 如下的線性矩陣不等式<formula>formula see original document page 9</formula>(9)
當(dāng)上述公式9有一個(gè)可行解"g、 iv時(shí)，通過求解上述公式9就可以獲 得N、 Q值，這樣就可以得到反饋控制信號(hào)w("-A^-、w，這就是上述系統(tǒng)狀 態(tài)方程(公式6)的一個(gè)魯棒凡保性能控制律。
由于上述公式9是一個(gè)線性矩陣不等式，因此可以應(yīng)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。
假定給定,=o.i ，這樣就可以得到光纖電流互感器系統(tǒng)的魯棒凡保性能控
制4聿1.9796 —0.0117〗x(A:)。
然后將上述的魯棒凡保性能控制律w(/b)引入到所述光纖電流互感器系統(tǒng) 的數(shù)學(xué)模型中，這樣就可以抑制所述的擾動(dòng)輸入信號(hào)w(yt) 了 。
舉例來說，在光纖電流互感器系統(tǒng)的仿真模型中加入擾動(dòng)輸入信號(hào)vv(yt),如圖4所示為擾動(dòng)輸入信號(hào)的模擬仿真示意圖，圖中H^)為均值為0、方差為1 服從正態(tài)分布的噪聲信號(hào)。
然后將魯棒凡保性能控制律設(shè)計(jì)方法得到的控制律"W代入仿真數(shù)學(xué)模 型中，得出相應(yīng)的仿真輸入結(jié)果。這里可以將按照本發(fā)明實(shí)施方式所得出的仿
真輸出結(jié)果與原有的控制算法所得出的仿真結(jié)果進(jìn)行比較，如圖5所示為按照 原控制算法得出的系統(tǒng)輸出仿真示意圖，如圖6所示為按照本發(fā)明實(shí)施方式所 得出的系統(tǒng)輸出仿真示意圖，從圖中的對(duì)比可以看出采用魯棒凡保性能控制 律的系統(tǒng)輸出要明顯的改善了系統(tǒng)對(duì)光路噪聲的抑制能力，系統(tǒng)輸出信號(hào)更加 的穩(wěn)定，這樣就提高了系統(tǒng)測量的精度，進(jìn)而提高了光纖電流互感器的系統(tǒng)性 能。
本發(fā)明實(shí)施方式還提供了 一種光纖電流互感器系統(tǒng)噪聲抑制的閉環(huán)控制 裝置，如圖7所示為所述裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，所述裝置包括信號(hào)處理單元，所 述信號(hào)處理單元，設(shè)置于光纖電流互感器系統(tǒng)中的控制器上，用于利用控制算 法對(duì)光纖電流互感器系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型中的輸入信號(hào)進(jìn)行反饋處理，抑制所述數(shù) 學(xué)模型中引入的擾動(dòng)輸入信號(hào)，進(jìn)而提高光纖電流互感器系統(tǒng)的測量精度。
在所述的信號(hào)處理單元中還可以包括控制優(yōu)化模塊，所述的控制優(yōu)化模塊 用于根據(jù)魯棒控制算法對(duì)描述所述系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的狀態(tài)方程進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，得 到所述系統(tǒng)的魯棒保性能控制律。
其中，將所得到的魯棒保性能控制律引入所述光纖電流互感器系統(tǒng)的數(shù)學(xué) 模型中，用來抑制所述的擾動(dòng)輸入信號(hào)。
以上所述的裝置可以集成設(shè)置于所述控制器中，也可以設(shè)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)施方式可以有效的抑制系統(tǒng)光路噪聲所帶來的影響， 提高系統(tǒng)測量的精度，進(jìn)而提高了光纖電流互感器系統(tǒng)的性能指標(biāo)。
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. 一種光纖電流互感器系統(tǒng)噪聲抑制的閉環(huán)控制方法，其特征在于在光纖電流互感器系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型中引入擾動(dòng)輸入信號(hào)；利用控制算法對(duì)所述數(shù)學(xué)模型中的輸入信號(hào)進(jìn)行反饋處理，抑制所述的擾動(dòng)輸入信號(hào)。
2、 如權(quán)利要求1所述的光纖電流互感器系統(tǒng)噪聲抑制的閉環(huán)控制方法，其 特征在于，所述的擾動(dòng)輸入信號(hào)是一個(gè)有限能量的擾動(dòng)信號(hào)，用來表示系統(tǒng)的 光路噪聲。
3、 如權(quán)利要求1所述的光纖電流互感器系統(tǒng)噪聲抑制的閉環(huán)控制方法，其 特征在于，所述利用控制算法對(duì)所述數(shù)學(xué)模型中的輸入信號(hào)進(jìn)行反饋處理，具 體包括根據(jù)魯棒控制算法對(duì)描述所述系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的狀態(tài)方程進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，得 到所述系統(tǒng)的魯棒保性能控制律。
4、 如權(quán)利要求3所述的光纖電流互感器系統(tǒng)噪聲抑制的閉環(huán)控制方法，其 特征在于，所述方法還包括將所得到的系統(tǒng)魯棒保性能控制律引入所述光纖電流互感器系統(tǒng)的數(shù)學(xué) 模型中，抑制所述的擾動(dòng)輸入信號(hào)。
5、 一種光纖電流互感器系統(tǒng)噪聲抑制的閉環(huán)控制裝置，其特征在于，包括..擾動(dòng)信號(hào)處理單元，設(shè)置于光纖電流互感器系統(tǒng)中的控制器上，用于利用 控制算法對(duì)光纖電流互感器系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型中的輸入信號(hào)進(jìn)行反饋處理，抑制 所述數(shù)學(xué)模型中的擾動(dòng)輸入信號(hào)。
6、 如權(quán)利要求5所述的光纖電流互感器系統(tǒng)噪聲抑制的閉環(huán)控制裝置，其 特征在于，所述擾動(dòng)信號(hào)處理單元中包括控制優(yōu)化模塊，用于根據(jù)魯棒控制算法對(duì)描述所述系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的狀態(tài)方 程進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，得到所述系統(tǒng)的魯棒保性能控制律；其中，將所得到的魯棒保性能控制律引入所述光纖電流互感器系統(tǒng)的數(shù)學(xué) 模型中，用來抑制所述的擾動(dòng)輸入信號(hào)。
7、如權(quán)利要求5或6所述的光纖電流互感器系統(tǒng)噪聲抑制的閉環(huán)控制裝置， 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)施方式提供了一種光纖電流互感器系統(tǒng)噪聲抑制的閉環(huán)控制方法及裝置，首先在光纖電流互感器系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型中引入擾動(dòng)輸入信號(hào)；然后利用控制算法對(duì)所述數(shù)學(xué)模型中的輸入信號(hào)進(jìn)行反饋處理，抑制所述的擾動(dòng)輸入信號(hào)，這里所述的擾動(dòng)輸入信號(hào)主要為系統(tǒng)的光路噪聲。通過這樣的優(yōu)化處理之后，就可以有效的抑制系統(tǒng)光路噪聲所帶來的影響，提高系統(tǒng)測量的精度，進(jìn)而提高了光纖電流互感器的系統(tǒng)性能。
文檔編號(hào)G05B13/02GK101299147SQ20081010492
公開日2008年11月5日 申請(qǐng)日期2008年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月25日
發(fā)明者晞 張, 張春熹, 慧 李, 李立京, 許文淵 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)