[發明專利]一種基于滑模的水輪機調速系統死區非線性補償方法

無效

• 申請號: 201110200593.2
• 申請日: 2011-07-18
• 公開（公告）號: CN102352812A
• 公開（公告）日: 2012-02-15
• 發明（設計）人: 錢殿偉;張博雅;劉向杰
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: F03B15/00
• 分類號: F03B15/00;G05B13/04
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 黃家俊

技術領域

本發明屬于水輪機控制技術領域，尤其涉及一種基于滑模的水輪機調速系統死區非線性補償方法。?

背景技術

水輪機調速系統是一個水力、機械、電氣相耦合的復雜系統，它能夠自動地調節水輪發電機組的轉速，使機組保持在額定轉速允許的偏差內運行，以滿足電網對電能頻率質量的要求。在水輪機調速系統中包含死區非線性，主要表現在機組轉速變化對調速系統的小信號不夠敏感，若不補償會嚴重影響到水輪機調速系統的穩定性。通常，水輪調速系統采用PID調速器。這種調速器忽略死區非線性的影響，采用“額定負荷下設計、最差工況下校正”的方法求取PID調速器的參數，無法從理論上保證包含死區非線性的水輪機調速系統的穩定性。?

水輪機調速系統可以分為基于狀態反饋和基于輸出反饋兩大類。PID調速器屬于基于輸出反饋的調速器，由于此類調速器僅利用輸出信息(頻率偏差)計算控制量，這從方法上制約了水輪機調速系統性能的提高和死區非線性補償器的設計。隨著我國“積極開發水電能源”的戰略實施，水輪發電機組向著高水頭、大容量、高轉速的趨勢發展，這對水輪機調速系統的性能提出了更高的要求，迫切需要引入基于狀態反饋的方法以解決水輪機調速系統的設計問題，補償死區非線性的影響，從理論上保證水輪機調速系統的穩定性。?

滑模控制是一種基于狀態反饋的變結構控制方法，具有強魯棒性。當滿足?匹配條件時，在滑動超平面上對系統的外部干擾和內部參數攝動具有不變性，為設計水輪機調速系統、補償死區非線性提供了一個備選方法。Ye等人在文章《Variable?structure?and?time-varying?parameter?control?for?hydroelectric?generating?unit》和《An?intelligent?discontinuous?control?strategy?for?hydroelectric?generating?unit》中設計了水輪機調速系統的無滑動模態的變結構調速器，有關滑模調速器設計的文章目前尚鮮有報導。對于死區非線性的補償問題，陳杰等人在專利《一種伺服系統本質非線性補償控制器》(中國專利，公開號CN?101488010A)中設計了RBF神經網絡在線辨識死區非線性，但是此補償控制器是針對直流調速系統設計的，難以直接應用于水力、機械、電氣相耦合的水輪機調速系統。?

為了提高水輪機調速系統的性能，確保系統的穩定性，本發明采用基于狀態反饋的滑模控制技術設計水輪調速系統的滑模調速器，結合滑模神經網絡技術設計補償器以補償水輪機調速系統的死區非線性，采用本發明可以保證包含死區非線性的水輪機調速系統的穩定性。?

發明內容

針對上述背景技術中提到現有控制方法無法保證含死區非線性的水輪機調速系統的穩定性的不足，本發明提出了一種基于滑模的水輪機調速系統死區非線性補償方法。?

本發明的技術方案是，一種基于滑模的水輪機調速系統死區非線性補償方法，其特征是該方法包括以下步驟：?

步驟1：構建水輪機調速系統的狀態空間模型，引入附加狀態變量；?

步驟2：在步驟1的基礎上設計滑模調速器，通過調整滑模調速器的控制量，使得理想水輪機調速系統漸近穩定；?

步驟3：在步驟2的基礎上設計死區非線性補償器，用以補償實際水輪機調?速系統的死區非線性。?

所述附加狀態變量的計算公式為：?

x4=KE∫0∞x(t)dt]]>

其中：?

x₄為附加狀態變量；?

K_E為正常數；?

x(t)為水輪機轉速變化量。?

所述滑模調速器的控制量的計算公式為：?

u_smc＝u_eq+u_sw

其中：?

u_smc為滑模調速器的控制量；?

u_eq為等效控制量；?