专利名称：用于光纤电流互感器的控制处理方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及光纤电流互感器领域，尤其涉及一种用于光纤电流互感器的控 制处理方法及装置。
背景技术：
随着电流互感器技术的发展，光纤电流互感器已经得到了越来越多的应用， 由于其采用光纤作为信号感应和传输的媒介，不仅绝缘性能好、受电磁干扰的影 响也小，而且设计结构简单、体积小、质量轻，制造成本也4交低。目前随着其应 用范围的不断扩大，对光纤电流互感器的动态范围和频率响应范围等动态性能的 要求也是越来越高，如图1所示为现有技术中的光纤电流互感器内进行闭环控制检测的结构示意图，图中到达探测器输入端的输入信号中，由于法拉第效应(Faraday效应)而携带有 非互易相位差AA;该携带了非互易相位差的输入信号依次通过探测器和前放 电路、模数转换器(A/D转换器)和解调单元，最后到达控制器而得到输出信号。 所述的控制器还将该输出信号作为反馈信号依次通过数模转换器(D/A转换器)及 驱动器，和相位调制器后，形成反馈相位Ap,,抵消掉由于法拉第效应而产生的非互易相位差厶A, 乂人而形成闭环控制。由于在实际应用中，系统的光功率、探测器的增益和前放电路的增益都可能 因为温度变化而引起系统前向通道增益的波动，这样就会导致该光纤电流互感器 系统性能的不稳定，而现有技术中的控制器设计中并没有针对这种情况的应对措 施，从而使得系统性能会受到系统前向通道增益波动的影响，降低了光纤电流互 感器系统的性能。发明内容本发明实施方式所要解决的技术问题在于提供一种用于光纤电流互感器 的控制处理方法及装置，能够改善控制器对输入信号的处理，使系统性能不受 系统前向通道增益变化的影响，从而提高了光纤电流互感器的系统性能。本发明实施方式才是供了 一种用于光纤电流互感器的控制处理方法，包括 根据光纤电流互感器系统的参数设置和性能指标要求，对所述光纤电流互 感器系统中的控制器进行优化处理，抑制所述系统前向通道增益的变化。 所述光纤电流互感器系统的参数设置，具体包括根据所述光纤电流互感器系统的数学模型，和所述系统前向通道增益参数 的变化，得到描述所述系统参数设置的状态方程。所述对所述光纤电流互感器系统中的控制器进^"优化处理，具体包括根据鲁棒控制算法对描述所述系统参数设置的状态方程进行优化计算，得 到优化计算后的系统的状态变量。所述方法还包括由控制器对优化计算后的系统的状态变量进行后继处理，得到所述系统的 输出信号和反馈信号。所述系统前向通道增益参数的变化，具体包括由所述光纤电流互感器系统的光功率、探测器增益和前放电路增益随温度 变化而引起的参数变化。所述性能指标要求由用户根据实际需求进行设定。本发明实施方式还提供了一种用于光纤电流互感器的控制处理装置，包括信号优化单元，设置于光纤电流互感器系统中的控制器上，用于根据所述 光纤电流互感器系统的参数设置和性能指标要求，对所述控制器进行优化处 理，抑制所述系统前向通道增益的变化对系统的影响。所述信号优化单元中包括鲁棒控制计算模块，用于根据鲁棒控制算法对描述所述系统参数设置的状 态方程进行优化计算，得到优化计算后的系统的状态变量；其中，对优化计算后的系统的状态变量进行后继处理，得到所述系统的输 出信号和反馈信号。所述装置集成设置于所述控制器中，或设置成单独的功能实体。由上述所提供的技术方案可以看出，根据光纤电流互感器系统的参数设置 和性能指标要求，对所述光纤电流互感器系统中的控制器进行优化处理，具体 可以是对系统的反馈控制信号进行优化处理，进而对系统的状态方程进行优 化，得到优化计算后的系统的状态变量。通过这样的优化处理，就可以抑制所 述系统前向通道增益的变化，使系统性能不受系统前向通道增益变化的影响， 从而提高了光纤电流互感器的系统性能。
图1为光纤电流互感器系统的闭环控制^r测的结构示意图； 图2为本发明实施方式所述控制处理方法的流程示意图； 图3为本发明抑制系统前向通道增益变化后的系统频率特性曲线示意图； 图4为本发明实施方式所述控制处理装置的结构示意图。
具体实施方式
本发明实施方式提供了 一种用于光纤电流互感器的控制处理方法及装置。 通过分析光纤电流互感器系统的参数设置情况，并考虑系统性能指标的要求， 利用鲁祷、拴制算法对光纤电流互感器系统中的控制器进^^优化处理，这样当由 于系统前向通道增益的变化而引起系统存在参数不确定性时，所述光纤电流互 感器系统的幅频特性能够基本保持不变，也就是说保证系统性能不受系统前向 通道增益变化的影响，进而提高了光纤电流互感器的系统性能。为更好的描述本发明实施方式，现结合附图对本发明的具体实施方式
进行 说明，如图2所示为本发明实施方式所述控制处理方法的流程示意图，所述方法包括步骤21:对控制器进行优化处理。具体来说就是，当光纤电流互感器系统中的控制器接收到输入信号时，由 特定的功能模块根据光纤电流互感器系统的参数设置和性能指标要求，对系统 的反馈控制信号进行优化处理，进而对系统的状态方程进行优化，得到优化处 理后的系统的状态变量，这里所述的性能指标要求可以是由用户根据实际需求 而进行设定，具体可以是对动态跟踪特性的要求，或是对系统静态精度的要求。这里所述优化处理的过程具体可以是根据鲁棒控制算法对描述所述系统 参数设置的状态方程进行的优化计算，也可以是通过其他的控制算法对描述所 述系统参数设置的状态方程进行的优化计算。下面以根据鲁棒控制算法进行优 化计算为例进行进一步说明这里所述的鲁棒控制算法就是利用鲁棒控制理论，针对光纤电流互感器系 统的性能指标要求设计控制算法，改善光纤电流互感器系统的参数不确定性对 系统性能的影响。首先需要获知所述光纤电流互感器系统的参数设置情况，在本具体实施例中， 所述的参数设置情况可以用所述系统的状态方程来描述，这里的系统状态方程可 以是根据所述光纤电流互感器系统的数学模型，和考虑所述系统参数的不确定性 而得到的。这里所述系统参数的不确定性是指系统前向通道增益的变化；导致系统前向 通道增益变化的因素可以是由光纤电流互感器系统的光功率、探测器增益和前放 电路增益随温度的变化而引起的。本实施例中的光纤电流互感器系统的状态方程可以用如下公式来表示<formula>formula see original document page 7</formula> ( 1 )在以上状态方程中，x(yt)表示系统的状态变量，表示系统的反馈控制， ^表示常温时系统前向通道增益，f表示系统前向通道增益随温度的变化值，/t2表示系统的反馈增益。考虑光纤电流互感器系统中各参数的取值^=0.1, yt2 =1 。经实际测算可知系统前向通道增益随温度变化不超过20% ,又因为 & = 0.1;所以i"o见进一步的，可以是由以下状态方程来描述/>式(1)::c("l) = (/i + A^)Jc(A:) + (￡ + A5><(" (2) 乂和》是描述系统模型的已知实常数矩阵；M和AB是反映系统模型中参数/t' 不确定性的未知实矩阵，同时由于在实际系统中f的变化是有界的，所以^和Ai 是范数且有界的，并具有以下的形式[M A5]^F[g五2] (3) 其中上述乂>式3中的,是满足FTFS/的不确定矩阵；而Z)、 ￡,和￡2是表 示已知的常数矩阵，其含义反映了系统中不确定参数的结构信息。 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下面详细描述利用鲁棒控制理论的算法对系统的输入信号进行处理的过程 首先，针对系统的数学模型和系统参数的不确定性，定义了闭环系统的一个 性能指标<formula>formula see original document page 0</formula>在以上公式4中JT(yfc)2X(/t)是误差平方和积分，可以用来表示系统的动态性 能指标；W(yt)7 t/("则表示了对消耗能量的惩罚指标。另夕卜，e和i 是给定的对称正定加权矩阵，公式4不仅保证了闭环不确定系统 是二次稳定的，而且还保证了闭环的二次型性能指标不超过某个确定的上界，设 计一个状态反馈控制律"(Q = 使得如公式3中所示的所有参数不确定性，闭环控制系统都能满足以上设计指标，就称为不确定系统的二次保性能控制律。具体来说，当系统存在二次保性能控制律当且仅当存在常数￡>0、矩阵W和 对称正定矩阵I，使得<formula>formula see original document page 9</formula> 进而，当上述矩阵不等式5有解且^和义>0时，w(;tH『;r'x(/t)是系统的一个二次保性能控制律，相应的系统性能指标上界是)《rr""(x-')。上述矩阵不等式5是一个线性矩阵不等式，因此可以利用线性矩阵不等式 (LMI)工具葙中的求解器(feasp)来求解该线性矩阵不等式，解得二次保性 能控制律=
,贝寸尺=
由此可知，针对所有允许的系统参数的不确定性，光纤电流互感器系统的 性能指标都可以满足7《6.7307 。所述光纤电流互感器系统中加入二次保性能控制律w(/t)=《x(/t),并将公式3 代入^^式2后，就可以得到优化计算后的系统状态方程+1)=[爿+ 5尺+ Z)F(五! + ￡2^)] + Sv'("上述各参数的含义在以上其他公式中已有描述，已知系统的输出方程 ;^)-A(A:)，其中，v(yt)为系统的输入，为系统的输出。这样，通过以上的处理过程，就可以根据鲁棒控制算法对所接收到的输 入信号进行优化计算，完成后继的操作。以上所述的优化处理过程，也可以利用其它的控制理-论算法来进行，只 要能够对光纤电流互感器系统的性能指标进行控制就可以满足要求。步骤22:优化输入信号，抑制所述系统前向通道增益的变化。具体来说就是，在通过以上步骤21的操作，利用鲁棒控制算法对系统的反 馈控制信号进行优化处理，进而对系统的状态方程进行优化，就可以得到该优 化处理后的系统的状态变量。然后再由控制器对优化处理后的系统的状态变量 进行后继处理，得到所述系统的输出信号和反馈信号，这样就可以抑制所述系 统前向通道增益的变化对系统性能的影响，也就是保证系统性能不受系统前向 通道增益变化的影响，提高光纤电流互感器的系统性能。举例来说，如图3所示为系统前向通道增益变化后的系统频率特性曲线示 意图，从图中可以看出当系统前向通道增益变化20%,也就是^=+0.02或 *'=-0.02时，系统频率特性曲线的变化都很小，具有很好的控制效果。也就是 说当由于各种不确定的因素导致系统前向通道增益发生变化时，所述光纤电流 互感器系统的幅频特性都能够基本保持不变，从而提高了其系统性能。本发明实施方式还提供了 一种用于光纤电流互感器的控制处理装置，如图 4所示为所述装置的结构示意图，所述装置中包括信号优化单元，所述的信号 优化单元设置于光纤电流互感器系统中的控制器上，用于根据所述光纤电流互 感器系统的参数设置和性能指标要求，对所述系统的反馈控制信号进行优化处 理，进而对系统的状态方程进行优化，抑制所述系统前向通道增益的变化对系 统的影响。具体的优化过程如上方法实施方式的步骤21中所述。另外，在以上所述的信号优化单元中还包括鲁棒控制计算模块，所述的鲁 棒控制计算模块用于根据鲁棒控制算法对描述所述系统参数设置的状态方程 进行优化计算，得到优化计算后的系统的状态变量；对优化处理后的系统的状 态变量进行后继计算处理，得到所述系统的输出信号和反^t信号。具体优化计 算过程如上方法实施方式中所述。以上所述的装置可以集成设置于所述控制器中，也可以:没置成单独的功能实体，与所述控制器保持连接关系。综上所述，本发明实施方式可以抑制所述系统前向通道增益的变化对系统 的影响，使系统性能不受系统前向通道增益变化的影响，从而提高了光纤电流 互感器的系统性能。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局 限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明实施例揭露的技术范围内， 可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明 的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
权利要求
1、一种用于光纤电流互感器的控制处理方法，其特征在于根据光纤电流互感器系统的参数设置和性能指标要求，对所述光纤电流互感器系统中的控制器进行优化处理，抑制所述系统前向通道增益的变化。
2、 如权利要求1所述的用于光纤电流互感器的控制处理方法，其特征在于， 所述光纤电流互感器系统的参数设置，具体包括根据所述光纤电流互感器系统的数学模型，和所述系统前向通道增益参数 的变化，得到描述所述系统参数设置的状态方程。
3、 如权利要求2所述的用于光纤电流互感器的控制处理方法，其特征在于， 所述对所述光纤电流互感器系统中的控制器进行优化处理，具体包括根据鲁棒控制算法对描述所述系统参数设置的状态方程进行优化计算，得 到优化计算后的系统的状态变量。
4、 如权利要求3所述的用于光纤电流互感器的控制处理方法，其特征在于， 所述方法还包括由控制器对优化计算后的系统的状态变量进行后继处理，得到所述系统的 输出信号和反馈信号。
5、 如权利要求2所述的用于光纤电流互感器的控制处理方法，其特征在于， 所述系统前向通道增益参数的变化，具体包括由所述光纤电流互感器系统的光功率、探测器增益和前放电路增益随温度 变化而引起的参数变化。
6、 如权利要求1或2所述的用于光纤电流互感器的控制处理方法，其特征 在于，所述性能指标要求由用户根据实际需求进行设定。
7、 一种用于光纤电流互感器的控制处理装置，其特征在于，包括 信号优化单元，设置于光纤电流互感器系统中的控制器上，用于根据所述光纤电流互感器系统的参数设置和性能指标要求，对所述控制器进行优化处 理，抑制所述系统前向通道增益的变化对系统的影响。
8、 如权利要求7所述的用于光纤电流互感器的控制处理装置，其特征在于， 所述信号优化单元中包括鲁棒控制计算模块，用于根据鲁棒控制算法对描述所述系统参数设置的状 态方程进行优化计算，得到优化计算后的系统的状态变量；其中，对优化计算后的系统的状态变量进行后继处理，得到所述系统的输 出信号和反馈信号。
9、 如权利要求7或8所述的用于光纤电流互感器的控制处理装置，其特征 在于，所述装置集成设置于所述控制器中，或设置成单独的功能实体。
全文摘要
本发明实施方式提供了一种用于光纤电流互感器的控制处理方法及装置。在光纤电流互感器系统中的控制器接收到输入信号后，根据光纤电流互感器系统的参数设置和性能指标要求，通过对系统的反馈控制信号进行优化处理，进而对系统的状态方程进行优化，得到优化计算后的系统的状态变量，然后再对优化处理后的系统的状态变量进行后继处理，得到所述系统的输出信号和反馈信号。通过这样的对控制器的优化处理，就可以抑制所述系统前向通道增益的变化，使系统性能不受系统前向通道增益变化的影响，改善系统的频率特性，从而提高了光纤电流互感器的系统性能。
文档编号G05B13/02GK101251554SQ20081010319
公开日2008年8月27日 申请日期2008年4月1日 优先权日2008年4月1日
发明者晞 张, 张春熹, 张朝阳, 慧 李, 许文渊 申请人:北京航空航天大学