[發(fā)明專利]一種基于模糊內(nèi)膜控制的水輪機調(diào)速系統(tǒng)魯棒性評估方法

在審

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• 申請日: 2019-04-26
• 公開（公告）號: CN110032072A
• 公開（公告）日: 2019-07-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉長良;曹威
• 申請（專利權(quán)）人: 華北電力大學（保定）
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 北京艾皮專利代理有限公司 11777
• 代理人: 丁艷俠

1.一種基于模糊內(nèi)膜控制的水輪機調(diào)速系統(tǒng)魯棒性評估方法，其特征在于，包括以下步驟：

階段一：模型辨識階段

Step1、收集目標水電廠水輪機的設(shè)計資料，結(jié)合現(xiàn)有文獻確定目標水電廠水輪機模型、液壓伺服系統(tǒng)模型和同步發(fā)電機模型的傳遞函數(shù)形式；

Step2、根據(jù)實際水電廠運行情況，確定水電廠水輪機模型、液壓伺服系統(tǒng)模型和同步發(fā)電機模型的傳遞函數(shù)中的待定系數(shù)，從而確定水輪機調(diào)速控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)；

階段二：控制策略設(shè)計階段

Step3、確定模糊控制策略；

Step4、設(shè)計Mamdani二維模糊控制器的模糊規(guī)則；

階段三：系統(tǒng)魯棒性定量評估階段

Step5、確定被控對象的隨機參數(shù)向量q及其概率密度函數(shù)f(q)，選擇參與魯棒性評價的系統(tǒng)性能指標J(q)；

Step6、確定精度χ和置信水平δ的值，再計算抽樣次數(shù)N；

Step7、對被評價系統(tǒng)進行N次蒙特卡洛抽樣仿真，得到N組系統(tǒng)性能指標J(q)的值，繪制J(q)的累計頻率曲線并計算樣本均值μ和樣本標準差S；

Step8、確定性能水平j(luò)，根據(jù)J(q)的累計頻率曲線計算對應(yīng)性能水平j(luò)下性能可接受概率的估計值，通過性能可接受概率的估計值及樣本均值μ、樣本標準差S對控制系統(tǒng)的魯棒性進行定量地評價。

2.據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于模糊內(nèi)膜控制的水輪機調(diào)速系統(tǒng)魯棒性評估方法，其特征在于：所述的Step1中確定的能夠反映引水管的水錘效應(yīng)、水頭和流量波動對水輪機輸出功率的影響的水輪機傳遞函數(shù)模型G_t(s)、水輪機調(diào)速系統(tǒng)水門的液壓伺服系統(tǒng)的傳遞函數(shù)模型G_s(s)、同步發(fā)電機的傳遞函數(shù)模型G_p(s)分別為：

Z＝T_w/T_e

G_s(s)＝1/[(T₁s+1)(T₂s+1)]

G_p(s)＝1/(Hs+D)

式中，Z為引水管水波動阻抗；Te為水壓力波動時間；Tw為水流慣性時間；T1為水門伺服電機系統(tǒng)的時間常數(shù)；T2為液壓機構(gòu)的時間常數(shù)；H為發(fā)電機的傳動慣量時間系數(shù)；D為阻尼系數(shù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于模糊內(nèi)膜控制的水輪機調(diào)速系統(tǒng)魯棒性評估方法，其特征在于：所述的Step2中，水輪機模型、液壓伺服系統(tǒng)模型和同步發(fā)電機模型的傳遞函數(shù)中的待定系數(shù)的標稱參數(shù)分別為：Te＝0.5，Tw＝4，T1＝0.5，T2＝0.02，H＝10，D＝1，水輪機調(diào)速控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)＝G_t(s)·G_s(s)·G_p(s)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于模糊內(nèi)膜控制的水輪機調(diào)速系統(tǒng)魯棒性評估方法，其特征在于：所述的Step3中，確定的模糊控制策略為：將內(nèi)模控制與Mamdani二維模糊控制相結(jié)合，以根據(jù)誤差e和誤差變化率de作為Mamdani二維模糊控制器的輸入變量，計算內(nèi)模控制器中低通濾波器的增益修正值Δk，以實現(xiàn)控制器參數(shù)的在線修正。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于模糊內(nèi)膜控制的水輪機調(diào)速系統(tǒng)魯棒性評估方法，其特征在于：所述的Step4中確定的Mamdani二維模糊控制器的模糊規(guī)則為：低通濾波器的增益k數(shù)值越大，響應(yīng)越快，但是模型越容易失配，魯棒性越差，越容易引起系統(tǒng)震蕩，當誤差e較大時，為了盡快減小誤差，增益k應(yīng)當較大；當誤差e較小并且誤差變化率較大時，為防止系統(tǒng)出現(xiàn)超調(diào)現(xiàn)象并縮短過渡時間，增益k應(yīng)當取適中的值；當誤差e較小并且誤差變化率較小時，增益k應(yīng)當取較小的值。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于模糊內(nèi)膜控制的水輪機調(diào)速系統(tǒng)魯棒性評估方法，其特征在于：所述的Step5中確定被控對象的隨機參數(shù)向量q＝[Te，Tw，T1，T2，H，D]，各實際參數(shù)在標稱參數(shù)的附近發(fā)生±15％的攝動，并服從均勻分布。