A New Approach for Hierarchical Optimization of Large Scale Non-linear Systems

대규모 비선형 시스템의 새로운 계층별 최적제어

This paper presents a new possibility of calculating optimal control for large scale which consist of non-linear dynamic sub-systems using two level hierarchical structures method. And the proposed method is based on the idea of block pulse transformation to simplify the algorithm and its calculation. This algorithm used an expansion around the equilibrium point of the system to fix the second and higher order terms. These terms are compensated for iteratively at the second level by providing a prediction for the states and controls which form of a part of the higher order terms. In this new approach the quadratic penalty terms are not used in the cost function. This allows convergence over a longer time horizon and also provides faster convergence. And the method is applied to the problem of optimization of the synchronous machine. Results show that the new approach is superior to conventional numerical method or other previous algorithm.

대규모 시스템 제어와 관련하여 몇 개의 부시스템으로 분할하여 처리하는 계층별 제어이론이 많이 연구되어 왔으며 특히 치수가 높은 대규모 비선형 시스템의 경우에 고차의 비선형 미분방정식을 동시에 적분을 해야하고 많은 계산량을 필요로 하므로 해를 구하기가 어려운 문제가 있다. 1980년대 Singh과 Hassan은 상호예측 알고리즘(two level prediction algorithm)을 제시한바 있고 이 방법은 비선형 대규모 시스템의 최적제어에 효과적이나 시스템 행렬 Q, R, S, H에 따라 제한된 최적화 구간에서만 성립되는 등 최적화 구간의 길이와 수렴성 여부가 행렬 값에 영향을 받는 알고리즘상의 단점이 있다. 본 연구에서는 수렴조건으로부터 평가함수에 구속조건(quadratic penalty term)을 부여하지 않는 새로운 개선된 알고리즘을 제시 적용하여 시스템 행렬 결정을 위한 과정 없이 수렴속도의 향상과 함께 최적의 수렴성 및 최적화 구간을 얻도록 했다. 분할된 비선형 시스템의 최적제어를 위해서는, 대수 반복연산만으로 2점 경계치 문제(two point boundary value problem)를 해결함으로써 기존의 수치 해석법에 비해 연산이 간단한 블록펄스 변환 방법을 사용해서 처리했다.