[发明专利]一种生物质气内燃发电机组转速控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及内燃发电机组调速技术领域，尤其涉及一种生物质气内燃发电机组转速控制方法。

背景技术

随着社会经济的飞速发展，能源和环境问题越来越受到重视。我国是传统农业大国，有着丰富的生物质能源。将新型能源“生物质气”用于发电，是有效地解决环境和能源问题的重要手段之一。生物质气内燃发电机组是实现生物质气电高效转换的关键设备，其转速控制效果直接决定机组输出的电能质量。

事实上，与燃油和天然气相比，生物质气成分复杂，可燃性气体波动较大，遂使得机组转速更加不稳定。生物质气内燃机包括气体燃烧、膨胀、机械往复运动等众多复杂的变化过程，可燃气含量的变化、运行工况的变化、外界环境的影响、传感器装置和执行机构的扰动等都会使模型参数产生波动，导致模型的时滞性和不确定性，给生物质气内燃发电机组的转速精确控制带来巨大挑战。

目前，内燃发电机组的调速系统，基本采用的是传统的PID控制方式。该控制方式对于控制回路简单、系统快速性和精度要求不很高的情况，基本可以实现无差控制，即稳定性良好。但是，当被控对象本身的参数特性变动较大、控制要求高、系统具有较大时滞特性的情况下，传统PID自适应能力较差，而且在被控对象受到扰动发生变化时，参数不能随之调整，引起系统特性变弱，导致其运行严重不稳定。因此，在传统的PID控制器的作用下，生物质气内燃发电机组发出的电能质量存在调节时间长、超调量大等缺陷。

现代控制理论中的模糊控制虽然不依赖被控对象的精确数学模型，能够克服非线性因素的影响，对调节对象的参数变化具有较强的鲁棒性，但是模糊规则的总结和模糊隶属函数的调节主要依靠经验，有较大的主观性，导致单一的模糊控制存在一定的稳定误差，稳态精度低。

很多学者研究了各种改进的PID控制策略。模糊自适应PID就是其中的一种，它是基于传统PID发展而得的，通过模糊控制的输出量对传统PID的三个参数进行在线微调。它的控制策略是模拟人脑的思维方式控制复杂系统。模糊自适应PID的控制规则一般是根据专家经验生成。这种控制策略可以跟踪发电机组的运行状态，实现在线调参。虽然模糊自适应PID的控制效果优于传统PID，但是模糊自适应PID也存在着传统PID的一部分缺点，如在PID的比例系数调节过程中，系统的动态性能指标调节时间t_s和超调量M_P矛盾。超调量小，则调节时间长；调节时间短，则超调量大，甚至引起系统的不稳定。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提出了一种生物质气内燃发电机组转速控制方法，该方法结合校正环节的设计来减小调节时间t_s和超调量M_P之间的矛盾。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种生物质气内燃发电机组转速控制方法，包括以下步骤：

(1)实时监测内燃发动机输出的转速，当输出的转速发生变化时，与预设的转速值比较后，产生偏差值；

(2)将所述偏差值以及偏差值的变化率分别作为模糊控制环节的两个输入量，所述两个输入量经过模糊化以后，根据由专家经验得到的控制规则表，自动匹配相应的输出量，所述输出量经过清晰化后得到模糊控制环节的输出，作为PID参数的微调量；

(3)将所述偏差值以及PID参数的微调量输入到PID控制器中对相应的参数进行调整；

(4)PID控制器最终的输出值作为校正环节的输入，对生物质气内燃发电机组系统进行校正；

(5)校正环节的输出信号驱动步进电机，控制节气门开度，调节生物质气进气量，最终实现调速的目的。

所述步骤(2)的具体方法为：

1)测试生物质气内燃发电机组在传统PID控制作用下的转速偏差的实际变化范围是[-e_n1,e_n1]，转速偏差变化率的实际变化范围是[-e_n2,e_n2]；

2)确定偏差e的论域为[-e_m1,e_m1]，转速偏差变化率的论域为：[-e_m2,e_m2]；可得生物质气内燃发电机组转速偏差的比例因子EK的计算方式：

同理可得生物质气发电机组转速偏差变化率的比例因子的计算方式：

3)确定转速偏差、偏差变化率以及输出量的模糊集，以各自的论域为横轴，隶属度为纵轴，建立三角形隶属度函数；

4)根据由专家经验建立的模糊控制规则表，自动匹配相应的输出量；