[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

本發明公開了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，涉及水輪機調節技術領域，包括：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；基于所述線性模型以及坐標轉換原理，將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。本發明可以改善水輪機調節系統的控制效果，提高信號提取精度、抑制由時延特性引起的系統信號過渡過程的震蕩。

技術領域

本發明涉及水輪機調節技術領域，更具體的說是涉及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。

背景技術

針對現有水輪機調節系統中存在的機械延遲、電網側負荷波動、勵磁系統引發的電磁振動以及工況切換頻繁等非線性因素，傳統PID控制無法滿足水電站的控制要求。而自抗擾控制在處理大波動、不確定性復雜系統時具有天然的優勢，現有技術中尚未考慮系統高頻抖振以及系統內出現大波動和時滯等因素對系統產生的影響。

因此，如何有效改善水輪機調節系統的控制效果，克服現有水輪機調節系統的不足是本領域技術人員亟需解決的技術問題。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了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，通過PID控制與自抗擾控制結合的控制結構來改善水輪機調節系統的控制效果，自抗擾控制器處理系統的大波動和不確定性，用PID減小系統的穩定誤差，彌補自抗擾過程中的系統抖動現象，兩者具有互補的優勢。

為了實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

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。

可選的，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。

可選的，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：