[发明专利]一种变参双幂趋近律的水轮机组微分预测滑模控制方法

权利要求书

1.一种变参双幂趋近律的水轮机组微分预测滑模控制方法，其特征在于，其包括如下步骤：

S1:建立水轮机组数学模型，根据水轮机组中各模块的传递函数，得出水轮机组系统状态方程，其中水轮机组包括执行机构、水轮机及引水系统、发电机及负载三大模块；

S2:根据S1中水轮机组数学模型，设计出自适应变参双幂次趋近律滑模控制器；

S3:设定电机转速的目标值，利用滑模控制器进行电机转速的控制，控制过程中获取滑模控制器输出、水轮机的导叶开度、水轮机力矩及电机转速，并反馈到滑模控制器输入端形成闭环回路，其中电机转速通过微分控制器引出反向叠加到滑模控制器输出，作用于执行机构，使水轮机组系统输出稳定在目标范围内。

2.根据权利要求1所述的水轮机组微分预测滑模控制方法，其特征在于，所述步骤S1中执行机构G_h、水轮机及引水系统G_t和发电机及负荷G_p的传递函数为：

式中，T_y为主接力器时间常数，T_w为水流惯性时间常数，T_a为机组惯性时间常数，e_n为水轮发电机组综合自调节系数，S为传递函数的复变量；

由上述传递函数得出相应的状态空间方程：

式中，u为滑模控制器输出，y为导叶开度，M_t为水轮机力矩，x为电机实际转速。

3.根据权利要求1所述的水轮机组微分预测滑模控制方法，其特征在于：所述步骤S2中滑模控制器的设计过程如下：

S21将滑模控制器输出u，导叶开度y引入到线性滑模面，设计出新型滑模面s为：

其中，e＝x_d-x，x_d为电机目标转速，c和b为参数，c＞0，b为负数；

S22对式(2)和(3)进行求导，可得：

其中，

S23滑模控制过程分为趋近过程和滑动模态两个阶段，当系统到达滑模面后处于滑动模态阶段，此时s＝0，可由式(4)得出等效控制律为：

S24运用双幂次趋近律及增强型趋近律，设计出可根据状态变量自调节趋近参数的双幂次趋近律为：

其中，υ₁、υ₂、a、i、k₁、k₂均为参数，υ₁＞0，υ₂＞0，0＜a＜1，0＜k₁＜1，0＜k₂＜1，i＞0，e为自然常数，sgn()为符号函数；

S25当系统处于趋近过程时，切换控制律为：

S36得出最终滑模控制律为：

4.根据权利要求1所述的水轮机组微分预测滑模控制方法，其特征在于：步骤S3中将实际转速通过微分控制器引出反向叠加到控制器输出，与滑模控制器共同作用于执行机构，其微分控制器的传递函数为：

其中，k_d为增益，T_n为微分衰减时间常数。