水轮机调节系统调速控制方法的研究与仿真

发布时间：2017-07-31 10:12

  本文关键词：水轮机调节系统调速控制方法的研究与仿真

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【摘要】：水力发电是将江河湖泊中的水能转换成电能,通过电力系统送达用户。频率和电压偏差率是衡量电能质量最主要指标,水轮机调速器控制水轮发电机的转速稳定在一定范围之内。水轮机调节系统是一个典型的高阶、时变、非最小相位的复杂非线性系统,加之其外部环境扰动的多变性及内部动力学特性不确定因素,使得对水轮机调节系统的控制具有较大的难度,寻找有效的调节手段或先进控制策略已经成为控制工程界尤其是水电界研究的热点。目前,国内外在役水轮机调速器依然主要采用PID调节方法。但由于水轮机调节系统的传递函数或状态方程很难被精确描述,定参数PID调节难以保证系统在各工况下均具有优良的运行性能。为此,本文从控制策略入手,提出经典控制策略与智能控制策略相结合的方式,设计了模糊自适应PID控制方法用于水轮机调节系统。并针对模糊调节的粗糙性,进一步引入变论域思想实现模糊控制规则动态变化,优化模糊PID控制器的调节效果。文中对水轮机调节系统的结构特点进行了简要概述,并建立了各个部分的线性化数学模型。在被控系统模型的基础上,分别设计了常规PID控制器,模糊自适应PID控制器和变论域模糊PID控制器。基于MATLAB/SIMULINK仿真平台,结合空载频率跟定以及负荷扰动等工况,分别使用三种控制策略控制同一系统,通过仿真验证了变论域模糊PID控制器在水轮机调节系统中应用的有效性和优越性,为改善水轮机调节系统的运行性能提供理论上的支持。
【关键词】：水轮机调节系统 模糊PID 参数自适应 变论域 MATLAB/SIMULINK
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TV734.4
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第1章 绪论7-13
• 1.1 引言7-8
• 1.2 水轮机调节系统的结构及特点8
• 1.3 水轮机调速器的发展8-9
• 1.4 水轮机调节系统调速控制策略研究现状9-11
• 1.5 本文的主要研究工作11-13
• 第2章 水轮机调节系统分析13-23
• 2.1 水轮机调节系统原理概述13
• 2.2 水轮机调节系统模型13-21
• 2.2.1 电液随动系统模型13-15
• 2.2.2 引水系统模型15-16
• 2.2.3 水轮机模型16-18
• 2.2.4 水轮发电机及负荷动态模型18-21
• 2.2.5 水轮机调速系统的数学模型21
• 2.3 本章小结21-23
• 第3章 水轮机调速控制理论基础及仿真技术23-38
• 3.1 PID控制器原理23-30
• 3.1.1 模拟PID控制23-24
• 3.1.2 数字PID控制24-25
• 3.1.3 PID控制器的参数整定25-29
• 3.1.4 PID控制的局限性29-30
• 3.2 模糊控制技术基础30-35
• 3.2.1 模糊逻辑理论30-32
• 3.2.2 模糊控制基本原理32
• 3.2.3 模糊控制器的结构和组成32-35
• 3.2.4 模糊控制技术的局限性35
• 3.3 变论域思想35-36
• 3.4 MATLAB/SIMULINK概述36-38
• 第4章 水轮机调节系统的FUZZY-PID控制器设计38-49
• 4.1 模糊自适应PID控制器的结构设计38-39
• 4.2 模糊自适应PID控制器的算法实现39-44
• 4.2.1 模糊控制器输入输出量及隶属函数的确定39-40
• 4.2.2 模糊自适应PID控制器设计的算法推理40-43
• 4.2.3 输出解模糊化43-44
• 4.2.4 PID控制器最初参数确定44
• 4.3 模糊自适应PID控制器的设计流程44-45
• 4.4 模糊自适应PID控制策略仿真研究45-48
• 4.4.1 仿真模型46
• 4.4.2 仿真分析46-48
• 4.5 本章小结48-49
• 第5章 水轮机调节系统的VFPID控制器设计49-59
• 5.1 变论域的原理和伸缩因子设计49-51
• 5.1.1 变论域的原理49-51
• 5.1.2 伸缩因子的设计51
• 5.2 变论域模糊PID控制器结构设计51-53
• 5.3 变论域模糊PID控制策略仿真研究53-58
• 5.3.1 仿真模型53-54
• 5.3.2 仿真分析54-58
• 5.4 本章小结58-59
• 第6章 结论与展望59-61
• 6.1 主要结论59-60
• 6.2 论文展望60-61
• 致谢61-62
• 参考文献62-65
• 攻读硕士学位期间发表论文及科研成果65

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