[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

说明书

本发明涉及控制系统鲁棒性评估技术领域，具体是本发明提供了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，可用于系统鲁棒性的定量评估。在辨识出系统传递函数并确定被控对象的随机参数向量及概率密度函数后，以蒙特卡洛抽样仿真的方式，将调节时间和超调量作为评价系统鲁棒性的性能指标，根据可接受概率的大小从而定量评价控制系统的鲁棒性。除此之外，本方法为水轮机调速器系统设计了一套基于模糊内膜控制算法的控制器。由仿真结果可以看出，本文为水轮机调速系统设计的模糊内膜控制器在控制品质上明显优于传统的PID控制器。除此之外，通过本发明提出的方法，可实现定量比较模糊内膜控制系统和PID控制系统鲁棒性的目的。

技术领域

本发明涉及控制系统鲁棒性评估技术领域，具体是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。

背景技术

随着我国电力行业的不断发展，水电站在电力系统的调频、调峰中发挥着越来越重要的作用，这就对水电站的水轮机调速系统提出了更高的要求。水轮机调速系统是涉及多学科领域的不确定系统，因此在设计控制策略时，必须保证其有着良好的鲁棒性，才能保证实际运行时系统的性能。

鲁棒控制在近年来得到了广泛的应用，应用鲁棒控制可以实现在参数摄动情况下，维持控制系统性能。但是，如何对控制方法进行统一标准下的验证，即控制系统鲁棒性评估成为了控制界研究的重点。基于最坏情况的鲁棒性评估算法有着很强的复杂性，随着系统阶次的提高，计算量会大大增加，使问题求解变得极其困难。为了解决这一问题，有学者提出了概率鲁棒的方法，用蒙特卡洛仿真来模拟系统的不确定性，通过计算性能指标的可接受概率来评价其鲁棒性。但是这种方法只能给出某一性能水平下系统的可接受概率值，不能直观地显示系统在任意给定性能水平下的可接受概率值。针对这一问题，一种使用累计频率曲线作为量化指标的鲁棒性评估方法被运用到机炉协调控制系统中，并且计算出了系统在任意给定性能水平下的可接受概率值。然而目前概率鲁棒的方法大多运用在飞行控制系统的性能评估中，很少运用在水轮机调速系统分析中。

发明内容

本发明的目的在于提供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，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

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，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。