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发电机系统的运动方程可以由一系列非线性方程描述，根据采用的数学方法不同，最优控制可以区分为不同的控制规律。
线性最优控制将这些非线性方程在时域内逐点线性化，计算出最优控制规律。可达到提高发电机的静稳20%，提高系统暂稳30%的控制效果。其局限性之一是线性化的结果与实际的非线性方程有一定的偏离；其二是当电力系统的接线方式发生变化，其描述系统的状态方程将和实际的系统出现偏差而导致控制性能出现微小的下降。但这种控制规律比起PID+PSS仍然具有明显的优势。
非线性最优控制则通过微分几何反馈精确线性化方法，即采用坐标变换将非线性方程线性化，计算出控制规律后再返回非线性坐标系统得出最优控制规律。可达到提高发电机的静稳25%，提高暂稳35%的控制效果。其局限性之一与线性最优控制一样，是当电力系统的接线方式发生变化而导致的控制性能微小下降；局限性之二是理论计算过程中进行坐标变换会出现不精确性。
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