[實用新型]智能模糊控制的多態閥式水輪機調速器

無效

• 申請號: 00232372.9
• 申請日: 2000-11-10
• 公開（公告）號: CN2481869Y
• 公開（公告）日: 2002-03-13
• 發明（設計）人: 常黎;龔飚;李紅;胡夢蛟;趙明
• 申請（專利權）人: 武漢事達電氣有限公司
• 主分類號: F03B15/00
• 分類號: F03B15/00
• 代理公司: 武漢楚天專利事務所
• 代理人: 丁齊旭

本實用新型涉及水輪發電機組轉速及功率的調節和控制，特別是一種基于智能模糊控制的多態閥式水輪機調速器。

我國大部分水電站所配備的都是機械液壓型、電液型或微機型水輪機調速器。隨著控制理論和計算機技術的高速發展，水輪機調速器的研究工作得到了不斷地發展。現在占主導地位的微機調速器的模式為：微機調節器＋電液隨動系統。由于有微機技術作支持，水輪機控制策略得到了廣泛的研究，控制策略從以往的PI型控制，逐漸發展成PID、變參數PID，、自適應控制、自完善控制、魯棒控制、預測控制、變結構控制、非線性控制等。這些控制策略在不同程度上改善了調節系統的性能。同時，在調速器電液隨動系統中的電液轉換器部分也有不斷的改進，從差動式和等壓式電液轉換器，發展為電液伺服閥，其中環噴式電液轉換器得到廣泛應用，目前塊板直連式液壓系統也已投入運行。它們有效地將控制信號轉換為液壓信號，從而最終實現調速器的控制作用。目前水輪機調速器的控制策略廣泛采用基于調節對象模型的連續控制模式，由于水輪機調節對象的復雜特性而使獲得的模型只能在一定程度上反映其特性，嚴格基于解析模型得到的控制策略在調節對象運行于多種工況及大范圍工作區域情況下，難以保持令人滿意的調節效果。盡管目前的各類調速器在控制策略和液壓系統上各有不同，但是以下幾點是相同的：

1)全部采用連續調節方式，即控制輸入和輸出均為連續量；

2)電氣型調速器的硬件全部通過電液轉換器將連續的電信號轉換為連續的機械液壓信號；

3)控制策略或基于水輪機調節對象的簡化模型或基于有限的實驗。

應當說，當前調速器的這種結構和功能是互相適應的。但是，同時也帶來一些重要的問題。一方面，由于水輪機調節對象的復雜特性而使獲得的模型只能在一定程度上反映其特性，嚴格基于解析模型得到的控制策略在調節對象運行于多種工況及大范圍工作區域情況下，難以保持令人滿意的調節效果。另一方面，連續型的控制策略需要高靈敏度的電液轉換器，而運行經驗表明電液轉換器正是調速器中最薄弱的環節，卡阻、斷線等故障較多。盡管人們試圖對這二方面進行不斷的改進，在控制策略上加強對調節對象的適應性，在電液轉換器上提高轉換器的靈敏度。但是，由于這二者是互相依存的，即使在理論上可以得到良好的控制策略，電液轉換器存在的上述問題不解決仍會限制控制效果，而改變電液轉換器的結構又無法適應連續型控制策略的要求。根據調速器的發展進程和今后的發展趨勢，現在正逐漸占主導地位的微機調速器的一般模式為：微機調節器＋電液隨動系統。結構決定功能，只有將傳統的調速器在結構上進行徹底地改造，并相應調整控制策略才有可能從根本上解決問題。

本實用新型的目的是提供一種以智能模糊控制作為水輪機調速器的調節規律，以多態閥作為基本電液轉換元件的調速器，以解決水輪發電機組在多工況下的非線性、時變性所造成的困難，使水輪機調速器的控制具有較強的靈活性、適應性和魯棒性，最終提高水輪機組的安全可靠性，改善調節品質。

本實用新型的技術方案是：提出以多態控制閥為基本元件組成液壓系統，重構水輪機調速器。在此基礎上，對這一新型結構開展水電機組智能控制策略的研究，利用智能控制很少或不依賴于被控對象模型的特點，適應水電機組的運行特性，而采用斷續調節方式滿足多態閥液壓系統的要求，從而解決控制策略與電液轉換器相互制約的這一矛盾。

所述多態控制閥是一種具有多種開關型控制狀態的液壓閥，由多態控制閥為基本元件組成的電液隨動系統，可將多種開關型電磁控制信號對應地轉換成為控制閥的開關信號，并通過液壓放大作用到導葉接力器，從而達到控制水輪發電機的目的。作為調節對象的水輪發電機組是一個特性復雜的非線性系統。依賴于控制對象精確模型的控制方式較難完成對其的調節的任務。因此，引入智能模糊控制的方式，以其對被控對象的數學模型要求不高、善于處理非線性時變參數一類控制問題的特點來改善對水電機組的調節。并且，針對水輪機調節系統在調節過程中工況點變動范圍較大的情況，能夠在線調整控制器的規則參數，完成大范圍的調節控制任務。模糊控制所基于的模糊邏輯比傳統的邏輯系統更接近于人的思維和自然語言的實質。它基本有效地反映了真實世界的不準確性。由此，本實用新型的模糊邏輯控制器核心部分是一組關于模糊蘊涵與推理合成規則雙重概念的語義控制規約集。從本質上講，它提供一種將基于水輪機調節專家知識的語義控制策略轉化為水輪機調節與控制策略的算法。本實用新型表明模糊控制器產生的結果優于傳統控制，特別是，它對用傳統定量技術難以分析或信息是定性的、不準確的，不準確的過程進行控制十分有效。