[發明專利]一種分數階水輪機調節系統的全局鎮定控制方法有效

申請號：	202010936951.5	申請日：	2020-09-08
公開（公告）號：	CN112000017B	公開（公告）日：	2022-03-18
發明（設計）人：	田小敏;楊忠;顧姍姍	申請（專利權）人：	金陵科技學院
主分類號：	G05B13/04	分類號：	G05B13/04
代理公司：	南京眾聯專利代理有限公司 32206	代理人：	蔣昱
地址：	210000 江***	國省代碼：	江蘇;32
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種分數水輪機調節系統全局鎮定控制方法
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【說明書】：

本發明涉及一種分數階水輪機調節系統的全局鎮定控制方法，該方法包括以下步驟：根據水輪機調節系統各組成部分的動態特性方程建立分數階水輪機調節系統的數學模型；基于反步法思想選擇轉換變量構建新系統；基于新系統選擇合適的Lyapunov函數逐級確定各虛擬控制器形式。本發明能夠實現分數階水輪機調節系統的全局鎮定控制，在應用反步法推導設計的控制器作用下，系統狀態軌跡可以逐漸收斂到平衡位置，分數階Lyapunov穩定理論可確保整個設計過程合理有效，從而驗證反步法在具有嚴格反饋結構的分數階非線性系統的鎮定控制中具有很好的控制效果。通過調節虛擬控制器參數還可以調整狀態軌跡收斂速度，優化系統控制效果。

技術領域

本發明涉及分數階水輪機調節系統鎮定控制技術領域，尤其涉及一種基于反步法實現的分數階水輪機調節系統的全局鎮定控制方法。

背景技術

水輪機調節系統是由多個非線性元件組成的高度非線性的非最小相位系統，是水電站核心關鍵組成部分，水輪機調節系統的安全可靠運行直接影響國民經濟的發展。水輪機調節系統因其復雜非線性特性及水電站對其性能要求逐年提高的原因，對水輪機調節系統的控制研究顯得更加嚴峻和意義重大，因為水輪機調節系統具有較強的記憶性和歷史依賴性，分數階水輪機調節系統模型正在被越來越多的研究。電網負荷的隨機性變化和復雜運行工況對系統參數的影響，使得傳統控制器對分數階水輪機調節系統運行在遠離平衡點的狀態無法進行有效控制，因此設計適當形式的控制器滿足相應控制任務的要求迫在眉睫。

發明內容

基于以上背景，本發明根據反步法控制理論提出轉換變量和虛擬控制器的概念，通過逐步遞歸推導出實際控制器設計形式，并通過調節控制器參數可以調整狀態軌跡收斂到平衡狀態的速度，優化控制效果，最終實現分數階水輪機調節系統的全局鎮定控制。

為實現上述技術目的，本發明采用的技術方案為，一種分數階水輪機調節系統的全局鎮定控制方法，包括以下步驟：

根據水輪機調節系統各組成部分的特性方程建立分數階水輪機調節系統的數學模型，各組成部分主要包含有：水輪機、有壓引水系統、發電機和負載、液壓隨動系統，綜合各部分動態特性描述可建立受外界擾動影響的分數階水輪機調節系統如下：

式中，α為系統分數階階次；狀態變量x₁、x₂、x₃、x₄分別代表轉子角度、轉速相對偏差值、輸出轉矩變化相對值；ω₀＝2πf₀，f₀為電源頻率；T_ab＝T_a+T_b，T_a和T_b分別表示為機組和負載部分的慣性時間常數；F為發電機阻尼系數；E'_q為電樞內部瞬態電壓；V_s無窮大系統中的母線電壓；x'_d為d軸暫態電抗，x_q為q軸同步電抗，x_T為變壓器短路電抗，x_L為輸電線路電抗；e_qh為水壓與流量間的系數；T_w為管道水流慣性時間常數；e_y轉矩對導葉的一階偏導數值；e為內部中間變量；T_y主發動機繼電器的響應時間；d_i(t)為未知有界的外界干擾；u為要待設計的實際控制器。