[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

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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

本發(fā)明涉及控制系統(tǒng)魯棒性評估技術(shù)領域，具體是本發(fā)明提供了一種基于模糊內(nèi)膜控制的水輪機調(diào)速系統(tǒng)魯棒性評估方法，可用于系統(tǒng)魯棒性的定量評估。在辨識出系統(tǒng)傳遞函數(shù)并確定被控對象的隨機參數(shù)向量及概率密度函數(shù)后，以蒙特卡洛抽樣仿真的方式，將調(diào)節(jié)時間和超調(diào)量作為評價系統(tǒng)魯棒性的性能指標，根據(jù)可接受概率的大小從而定量評價控制系統(tǒng)的魯棒性。除此之外，本方法為水輪機調(diào)速器系統(tǒng)設計了一套基于模糊內(nèi)膜控制算法的控制器。由仿真結(jié)果可以看出，本文為水輪機調(diào)速系統(tǒng)設計的模糊內(nèi)膜控制器在控制品質(zhì)上明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的PID控制器。除此之外，通過本發(fā)明提出的方法，可實現(xiàn)定量比較模糊內(nèi)膜控制系統(tǒng)和PID控制系統(tǒng)魯棒性的目的。

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及控制系統(tǒng)魯棒性評估技術(shù)領域，具體是一種基于模糊內(nèi)膜控制的水輪機調(diào)速系統(tǒng)魯棒性評估方法。

背景技術(shù)

隨著我國電力行業(yè)的不斷發(fā)展，水電站在電力系統(tǒng)的調(diào)頻、調(diào)峰中發(fā)揮著越來越重要的作用，這就對水電站的水輪機調(diào)速系統(tǒng)提出了更高的要求。水輪機調(diào)速系統(tǒng)是涉及多學科領域的不確定系統(tǒng)，因此在設計控制策略時，必須保證其有著良好的魯棒性，才能保證實際運行時系統(tǒng)的性能。

魯棒控制在近年來得到了廣泛的應用，應用魯棒控制可以實現(xiàn)在參數(shù)攝動情況下，維持控制系統(tǒng)性能。但是，如何對控制方法進行統(tǒng)一標準下的驗證，即控制系統(tǒng)魯棒性評估成為了控制界研究的重點。基于最壞情況的魯棒性評估算法有著很強的復雜性，隨著系統(tǒng)階次的提高，計算量會大大增加，使問題求解變得極其困難。為了解決這一問題，有學者提出了概率魯棒的方法，用蒙特卡洛仿真來模擬系統(tǒng)的不確定性，通過計算性能指標的可接受概率來評價其魯棒性。但是這種方法只能給出某一性能水平下系統(tǒng)的可接受概率值，不能直觀地顯示系統(tǒng)在任意給定性能水平下的可接受概率值。針對這一問題，一種使用累計頻率曲線作為量化指標的魯棒性評估方法被運用到機爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中，并且計算出了系統(tǒng)在任意給定性能水平下的可接受概率值。然而目前概率魯棒的方法大多運用在飛行控制系統(tǒng)的性能評估中，很少運用在水輪機調(diào)速系統(tǒng)分析中。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于模糊內(nèi)膜控制的水輪機調(diào)速系統(tǒng)魯棒性評估方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

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，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：控制策略設計階段

Step3、確定模糊控制策略；

Step4、設計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，根據(jù)J(q)的累計頻率曲線計算對應性能水平j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。