[发明专利]一种基于模糊内膜控制的水轮机调速系统鲁棒性评估方法

权利要求书

1.一种基于模糊内膜控制的水轮机调速系统鲁棒性评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

阶段一：模型辨识阶段

Step1、收集目标水电厂水轮机的设计资料，结合现有文献确定目标水电厂水轮机模型、液压伺服系统模型和同步发电机模型的传递函数形式；

Step2、根据实际水电厂运行情况，确定水电厂水轮机模型、液压伺服系统模型和同步发电机模型的传递函数中的待定系数，从而确定水轮机调速控制系统的传递函数；

阶段二：控制策略设计阶段

Step3、确定模糊控制策略；

Step4、设计Mamdani二维模糊控制器的模糊规则；

阶段三：系统鲁棒性定量评估阶段

Step5、确定被控对象的随机参数向量q及其概率密度函数f(q)，选择参与鲁棒性评价的系统性能指标J(q)；

Step6、确定精度χ和置信水平δ的值，再计算抽样次数N；

Step7、对被评价系统进行N次蒙特卡洛抽样仿真，得到N组系统性能指标J(q)的值，绘制J(q)的累计频率曲线并计算样本均值μ和样本标准差S；

Step8、确定性能水平j，根据J(q)的累计频率曲线计算对应性能水平j下性能可接受概率的估计值，通过性能可接受概率的估计值及样本均值μ、样本标准差S对控制系统的鲁棒性进行定量地评价。

2.据权利要求1所述的一种基于模糊内膜控制的水轮机调速系统鲁棒性评估方法，其特征在于：所述的Step1中确定的能够反映引水管的水锤效应、水头和流量波动对水轮机输出功率的影响的水轮机传递函数模型G_t(s)、水轮机调速系统水门的液压伺服系统的传递函数模型G_s(s)、同步发电机的传递函数模型G_p(s)分别为：

Z＝T_w/T_e

G_s(s)＝1/[(T₁s+1)(T₂s+1)]

G_p(s)＝1/(Hs+D)

式中，Z为引水管水波动阻抗；Te为水压力波动时间；Tw为水流惯性时间；T1为水门伺服电机系统的时间常数；T2为液压机构的时间常数；H为发电机的传动惯量时间系数；D为阻尼系数。

3.根据权利要求2所述的一种基于模糊内膜控制的水轮机调速系统鲁棒性评估方法，其特征在于：所述的Step2中，水轮机模型、液压伺服系统模型和同步发电机模型的传递函数中的待定系数的标称参数分别为：Te＝0.5，Tw＝4，T1＝0.5，T2＝0.02，H＝10，D＝1，水轮机调速控制系统的传递函数为G(s)＝G_t(s)·G_s(s)·G_p(s)。

4.根据权利要求3所述的一种基于模糊内膜控制的水轮机调速系统鲁棒性评估方法，其特征在于：所述的Step3中，确定的模糊控制策略为：将内模控制与Mamdani二维模糊控制相结合，以根据误差e和误差变化率de作为Mamdani二维模糊控制器的输入变量，计算内模控制器中低通滤波器的增益修正值Δk，以实现控制器参数的在线修正。

5.根据权利要求4所述的一种基于模糊内膜控制的水轮机调速系统鲁棒性评估方法，其特征在于：所述的Step4中确定的Mamdani二维模糊控制器的模糊规则为：低通滤波器的增益k数值越大，响应越快，但是模型越容易失配，鲁棒性越差，越容易引起系统震荡，当误差e较大时，为了尽快减小误差，增益k应当较大；当误差e较小并且误差变化率较大时，为防止系统出现超调现象并缩短过渡时间，增益k应当取适中的值；当误差e较小并且误差变化率较小时，增益k应当取较小的值。

6.根据权利要求5所述的一种基于模糊内膜控制的水轮机调速系统鲁棒性评估方法，其特征在于：所述的Step5中确定被控对象的随机参数向量q＝[Te，Tw，T1，T2，H，D]，各实际参数在标称参数的附近发生±15％的摄动，并服从均匀分布。