[发明专利]非线性水力机械耦合水电站调速系统混沌控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种非线性水力机械耦合水电站调速系统混沌控制方法及系统，属于水电站调速系统控制领域，方法包括：建立非线性水力机械耦合水电站调速系统的运行模型并转换为高阶状态方程形式，以得到调速系统的状态方程；基于滑模控制理论在状态方程中引入滑模控制引导信号，并根据状态方程所表征状态参数的跟踪误差控制目标，设计比例积分滑模面；根据比例积分滑模面所满足的滑模控制约束条件推求滑模控制引导信号的具体表达式，并将具体表达式所表征的信号输入至调速系统以进行混沌控制。考虑了水电站调速系统的动态特性，消除其混沌现象，使其快速进入稳定状态并最终达到系统平衡，同时可提高水电站调速系统的调节品质和响应速度。

技术领域

本发明属于水电站调速系统控制领域，更具体地，涉及一种非线性水力机械耦合水电站调速系统混沌控制方法及系统。

背景技术

水电站调速系统的动态性能受控制系统的影响。调速器是控制系统的核心部件，根据调速器的控制方法，水电站调速系统在特定要求下运行。目前，应用最广泛的为比例积分微分(Proportion Integral Differential，PID)控制方法。然而，PID控制方法为线性控制方法，对于非线性水电站调速系统，PID控制方法的效果不尽人意。非线性特性是水电站调速系统中一种重要而普遍的特性，水电站调速系统的非线性特性包括水头非线性、水轮机非线性、调速器死区非线性等，其中，水轮机非线性特征占主导地位。

对于考虑水轮机非线性特性的水电站调速系统，在某些情况下会出现混沌现象。混沌现象是非线性动力系统的固有特性，具有不可预测性和不确定性。混沌现象将导致水电站调速系统处于不稳定状态，这对水电站是非常不利的。PID控制方法下，如果PID参数取值不合理，就会出现混沌现象，无法有效地调节水电站调速系统的混沌现象。引入合适的非线性控制方法是解决这一问题的较好途径。针对非线性水力-机械耦合的水电站调速系统，目前并没有深入的研究去调节其混沌现象。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种非线性水力机械耦合水电站调速系统混沌控制方法及系统，其目的在于消除非线性水力机械耦合水电站调速系统的混沌现象，使其快速进入稳定状态并最终达到系统平衡，提高调节品质和响应速度。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种非线性水力机械耦合水电站调速系统混沌控制方法，包括：S1，建立非线性水力机械耦合水电站调速系统的运行模型，并将所述运行模型转换为高阶状态方程形式，以得到所述非线性水力机械耦合水电站调速系统的状态方程；S2，基于滑模控制理论在所述状态方程中引入滑模控制引导信号，并根据所述状态方程所表征状态参数的跟踪误差控制目标，设计比例积分滑模面；S3，根据所述比例积分滑模面所满足的滑模控制约束条件推求所述滑模控制引导信号的具体表达式，并将所述具体表达式所表征的滑模控制引导信号输入至所述非线性水力机械耦合水电站调速系统以进行混沌控制。

更进一步地，所述运行模型包括：

压力管道模型：

水轮机非线性模型：

发电机模型：

调速器模型：

液压随动系统模型：