[发明专利]燃气轮机发电机组的鲁棒自适应控制器

摘要

本发明涉及一种燃气轮机发电机组的鲁棒自适应控制器，包括如下步骤：首先建立孤岛模式下燃气轮机发电系统的数学模型，其次，当执行器故障发生时，系统设计的控制输入和实际输入不相同，因此引入健康因子；最后，设计鲁棒自适应控制器。鲁棒自适应控制器不依赖于系统模型参数，能够根据检测的系统输入输出状态确定合适的自适应规则，估计出系统不确定性的上限，继而保证做出的控制决策在系统扰动和模型包含未知的情况下依然能够保证系统稳定性，且系统变量能够在有限时间内收敛。

主权项

1.燃气轮机发电机组的鲁棒自适应控制器，其特征在于：该控制器的设计方法如下：S1：建立孤岛模式下燃气轮机发电系统的数学模型如下：其中、i＝1,2,3、g_i表示第i个控制器增益、g₄(x)表示第4个控制器增益、θ_i^T表示第i个参数矩阵、θ₄^T表示第4个参数矩阵、为第i个非线性函数、为第4个非线性函数、u为系统的设计控制输入、y为系统输出、x₁表示燃气轮机转速ω、x₂为进入涡轮气体流量W_f2、x₃为燃烧室燃料流量W_f3x₄为经过阀门调整后进入的燃料量W_f4、x(t)＝[x₁,…,x₄]^T∈R⁴为状态矩阵；S2：引入健康因子ρ(t)，表示如下公式(1)改写为公式(2‑1)：其中，△i表示第i个时变未知扰动项、△4表示第4个时变未知扰动项，ua为系统实际输入；ua＝ρ(t)u；  (2‑2)其中，u为系统的设计控制输入，ρ(t)代表执行器的健康因子，0<ρ(t)<1；S3：动态面设计，引入坐标变换如公式(3‑1)和(3‑2)：z1＝x1‑yd；  (3‑1)zi＝xi‑αif,i＝2,3,4；  (3‑2)其中，yd为转速参考值，αif为一阶滤波器；定义误差面如公式(3‑3)：yi＝αif‑αi‑1,i＝2,3,4；  (3‑3)αi为虚拟控制器如公式(3‑4)：其中，ξi表示滤波参数，ξi>0，且αif(0)＝αi‑1(0)；S4：设计鲁棒自适应控制器如下所示：当i＝1时，虚拟控制器设计如公式(4‑1)至公式(4‑3)所示：α1＝N(ζ1)η1；   (4‑1)当i＝2,3时，虚拟控制器设计如公式(5‑1)至公式(5‑3)所示：αi＝N(ζi)ηi；  (5‑1)当i＝4时，系统的鲁棒自适应控制器设计如公式(6‑1)至公式(6‑3)所示：u＝N(ζ4)η4；  (6‑1)其中，k_i＝k_i0+2,k_i0>0,i＝1,2,3；k₄>0；和分别为θ_i、b_i的估计值，i＝1,2,3；和分别为θ₄、b₄的估计值；b_iψ_i表示扰动的最大绝对值，其中，b_i为未知常数，ψ_i表示非负的光滑函数，i＝1,2,3,4；φ_i表示非线性函数，i＝1,2,3,4；ε_i为大于零的数，i＝1,2,3,4；ζ(t),N(ζ_i)是定义在[0,t_f)上的光滑函数，N(ζ_i)是Nussbaum型函数，i＝1,2,3,4。