[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

说明书

本发明涉及水轮机组控制技术领域，尤其涉及一种变参双幂趋近律的水轮机组微分预测滑模控制方法。本发明实时获取机组控制器输出、导叶开度、水轮机力矩及电机转速信息；将获取信息及时反馈至滑模控制器中，更新控制器输出；考虑到PID控制方法鲁棒性差，运用滑模控制理论设计控制器，以提高抗扰能力；设计出参数根据状态自调整的新型双幂次趋近律，提高了系统响应时间且削弱控制输入抖振；将实际电机转速通过微分控制器引出反向叠加到控制器输出，预测系统偏差。本发明所提出的控制方法满足机组系统抗扰动、响应速度及减震的要求，具有较好的动态性能及稳态精度。

技术领域

本发明涉及水轮机组控制技术领域，尤其涉及一种变参双幂趋近律的水轮机组微分预测滑模控制方法。

背景技术

伴随着我国快速发展，工业制造及居民生活的用电需求逐步扩大，水力发电行业也迅速发展。同时，用户对电能质量也提出更高要求，水电厂对发电质量及效率也有更高的目标。水力发电的关键是对频率的控制，频率的高低取决于水轮机转速的快慢，因此通过对水轮机转速的控制可以改善电能质量。

在实际运行中，负载和水能的波动及外部因素的干扰对机组的控制性能提出了挑战。PID控制是传统水轮机组最经典的控制方法，结果简单且易于操作。但水轮机组是一个复杂的非线性系统，结构参数固定的PID很难在工况中获得稳定的控制效果。

发明内容

为解决现有水轮机组振动大、控制系统响应速度慢及鲁棒性差的问题，本发明提供一种变参双幂趋近律的水轮机组微分预测滑模控制方法，包括以下步骤：

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；

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。

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；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：