[發明專利]一種時滯水輪機調節系統的非線性自抗擾控制方法及結構

在審

• 申請號: 202210947142.3
• 申請日: 2022-08-09
• 公開（公告）號: CN115291501A
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發明（設計）人: 王斌;艾博;吳鳳嬌;陳帝伊;周東東;張曉東
• 申請（專利權）人: 西北農林科技大學
• 主分類號: G05B11/42
• 分類號: G05B11/42
• 代理公司: 北京睿智保誠專利代理事務所(普通合伙) 11732
• 代理人: 杜娟

1.一種時滯水輪機調節系統的非線性自抗擾控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

采用模塊化方法劃分水輪機調節系統，建立小波動情況下水輪機調節系統的線性模型；

基于所述小波動情況下水輪機調節系統的線性模型以及坐標轉換原理，將所述水輪機調節系統轉換為積分串聯標準模型，以與自抗擾控制系統相匹配；

將系統內、外擾動以及機械延遲作為總擾動，依次設計自抗擾控制系統的三個組成部分，包括跟蹤微分器、擴展狀態觀測器、誤差反饋控制律；

在考慮液壓伺服系統時延特性、電磁振動、大負荷波動以及系統參數敏感性的工況下，對水輪機調節系統進行數值模擬實驗。

2.根據權利要求1所述的一種時滯水輪機調節系統的非線性自抗擾控制方法，其特征在于，所述建立小波動情況下水輪機調節系統的線性模型，具體為：

采用模塊化方法，將水輪機調節系統劃分為引水系統、水輪機系統、液壓伺服系統和發電機系統；

對所述引水系統、水輪機系統、液壓伺服系統和發電機系統分別建模，計算傳遞函數并進行組合，建立小波動情況下水輪機調節系統的線性模型。

3.根據權利要求1所述的一種時滯水輪機調節系統的非線性自抗擾控制方法，其特征在于，所述小波動情況下水輪機調節系統的線性模型的傳遞函數為：

時滯線性水輪機調節系統的狀態空間方程為：

式中：T_y表示接力器反應時間常數，e_y表示水輪機力矩對導葉開度的傳遞系數，e_h表示水輪機力矩對水頭的傳遞系數，e_x、e_g分別表示發電機和水輪機自調節系數，e_qy、e_qh、e_qx分別表示水輪機流量對導葉開度、水頭以及轉速的傳遞系數，T_w表示水流慣性時間常數，T_ab表示機組和負載的慣性時間常數，τ表示機械時滯；h表示引水系統水頭的相對偏差值，x表示發電機轉速的相對偏差值，y表示液壓伺服系統導葉開度相對偏差值；m_g0表示負荷擾動力矩，u表示調速器控制輸入。

4.根據權利要求3所述的一種時滯水輪機調節系統的非線性自抗擾控制方法，其特征在于，將所述水輪機調節系統轉換為積分串聯標準模型，具體為：

基于坐標轉換原則，將式(3)寫為如下的狀態空間方程：

其中，c₁＝e_qhT_abT_yT_w，e_n＝e_g-e_x，m₁＝-e_n/c₁，m₂＝-(e_nT_y+e_qhT_w+T_ab)/c₁，m₃＝-(e_ne_qhT_yT_w+T_abT_y+e_qhT_abT_w)/c₁，b＝e_y/c₁，b₁＝-(e_qye_h-e_qhe_y)T_w/c₁；

令不確定項ξ(t)＝f(x₁,x₂,x₃,t)，將系統不確定項看作一個整體，并將系統轉換為如下形式：