[發(fā)明專利]汽輪發(fā)電機(jī)組的模糊自適應(yīng)分?jǐn)?shù)階PID轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方法及系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810001261.3
• 申請(qǐng)日: 2018-01-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108181803A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-06-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李創(chuàng);唐榮年;陳凱;魏鵬娜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 海南大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B11/42
• 分類號(hào): G05B11/42;G05B13/04;G05D13/62;F01D17/00
• 代理公司: 北京眾合誠(chéng)成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 文芳

本發(fā)明提供了一種汽輪發(fā)電機(jī)組的模糊自適應(yīng)分?jǐn)?shù)階PID轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方法及系統(tǒng)。汽輪發(fā)電機(jī)組的模糊自適應(yīng)分?jǐn)?shù)階PID轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方法包括：第一步驟：對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行近似機(jī)理建模，以建立系統(tǒng)模型；第二步驟：設(shè)計(jì)三個(gè)模糊控制器；第三步驟：針對(duì)三個(gè)模糊控制器進(jìn)行分?jǐn)?shù)階PID控制器的數(shù)字化實(shí)現(xiàn)；第四步驟：利用分?jǐn)?shù)階PID控制器，在建立的系統(tǒng)模型上確立模糊自適應(yīng)分?jǐn)?shù)階PID控制器的離線參數(shù)；第五步驟：以汽輪發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)速變化率作為三個(gè)模糊控制器的輸入，輸出分別在線整定分?jǐn)?shù)階PID控制器的參數(shù)，然后基于輸出的參數(shù)通過(guò)所確立的模糊自適應(yīng)分?jǐn)?shù)階PID控制器來(lái)控制汽輪發(fā)電機(jī)組的閥門開(kāi)度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速控制領(lǐng)域，尤其涉及一種汽輪發(fā)電機(jī)組的模糊自適應(yīng)分?jǐn)?shù)階PID(比例-積分-微分)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方法。

背景技術(shù)

汽輪機(jī)是以蒸汽為工質(zhì)的原動(dòng)機(jī)，廣泛應(yīng)用于電力、冶金、鋼鐵、紡織、化工、船舶等領(lǐng)域。在電力系統(tǒng)中，汽輪機(jī)通過(guò)自身轉(zhuǎn)速的變化來(lái)調(diào)節(jié)功率與外界負(fù)荷的平衡。汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)不僅直接影響供電質(zhì)量，而且也是構(gòu)成電網(wǎng)運(yùn)行安全的防護(hù)措施之一。

一般并聯(lián)在大電網(wǎng)的大功率汽輪發(fā)電機(jī)組用傳統(tǒng)的PID控制器也能使系統(tǒng)運(yùn)行良好，頻率穩(wěn)定，但是對(duì)于并聯(lián)在小網(wǎng)的汽輪發(fā)電機(jī)組，由于用戶用電對(duì)于負(fù)荷變化的影響要比在大電網(wǎng)中大得多，頻率(轉(zhuǎn)速)會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)較大幅度的波動(dòng)。如果轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)無(wú)法快速調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，將會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)振蕩。因此小網(wǎng)工況的汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)對(duì)控制器的動(dòng)態(tài)性能要求更高，控制器需要在負(fù)載擾動(dòng)的情況下穩(wěn)定時(shí)間短，并且超調(diào)盡量小。

目前國(guó)內(nèi)外的汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制器基本采用PID算法，但其PID參數(shù)整定方式各不一樣。由于設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)保密的問(wèn)題，各個(gè)公司僅對(duì)器件的外部應(yīng)用特性作簡(jiǎn)要說(shuō)明，而無(wú)整定策略、實(shí)現(xiàn)方法的詳細(xì)介紹。

由于小網(wǎng)工況的汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)具有負(fù)載多變、蒸汽擾動(dòng)大的特點(diǎn)，加上系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)-電液伺服系統(tǒng)存在非線性、閥位波動(dòng)、飽和、重疊等特點(diǎn)，傳統(tǒng)的PID控制很難滿足該系統(tǒng)在負(fù)載擾動(dòng)下穩(wěn)定性和快速性的要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在上述缺陷，提供一種基于模糊邏輯自調(diào)整參數(shù)的分?jǐn)?shù)階PID控制方法，利用模糊控制所具有的智能推理和非線性特性以及分?jǐn)?shù)階PID控制器較傳統(tǒng)PID控制器更大的可調(diào)范圍及更好的魯棒性，從而提高了小型汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能及抗干擾能力。

根據(jù)本發(fā)明，提供了一種汽輪發(fā)電機(jī)組的模糊自適應(yīng)分?jǐn)?shù)階PID轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方法，包括：

第一步驟：對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行近似機(jī)理建模，以建立系統(tǒng)模型；

第二步驟：設(shè)計(jì)三個(gè)模糊控制器；

第三步驟：針對(duì)三個(gè)模糊控制器進(jìn)行分?jǐn)?shù)階PID控制器的數(shù)字化實(shí)現(xiàn)；

第四步驟：利用分?jǐn)?shù)階PID控制器，在建立的系統(tǒng)模型上確立模糊自適應(yīng)分?jǐn)?shù)階PID控制器的離線參數(shù)；

第五步驟：以汽輪發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)速變化率作為三個(gè)模糊控制器的輸入，輸出分別在線整定分?jǐn)?shù)階PID控制器的參數(shù)，然后基于輸出的參數(shù)通過(guò)所確立的模糊自適應(yīng)分?jǐn)?shù)階PID控制器來(lái)控制汽輪發(fā)電機(jī)組的閥門開(kāi)度。

優(yōu)選地，還包括第六步驟：進(jìn)行模糊自適應(yīng)分?jǐn)?shù)階PID控制器的PLC實(shí)現(xiàn)。

優(yōu)選地，近似機(jī)理建模包括：

電液轉(zhuǎn)換器建模：

建立功率放大器輸出電流I與輸入電壓U的數(shù)學(xué)模型：

I＝K_aU

式中I為輸出電流；K_a為放大器增益；U為輸入電壓；

將伺服閥建模為二階振蕩環(huán)節(jié)：