水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)是一個集水輪發(fā)電機組、引水管道系統(tǒng)、勵磁系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等子系統(tǒng)為一體具有多輸入、多輸出、時變和非最小相位等特點的復(fù)雜非線性系統(tǒng)。其作為水力發(fā)電機組重要智能設(shè)備,承擔(dān)著機組開機、停機、同期并網(wǎng)、調(diào)相、負荷突增和事故緊急停機等任務(wù)。當(dāng)系統(tǒng)長期在高負荷、高擾動和高隨機工況下運行時,系統(tǒng)執(zhí)行器、傳感器和部件不可避免地發(fā)生機械故障,這些機械故障相互耦合、相互作用,對機組穩(wěn)定運行和維持電網(wǎng)頻率穩(wěn)定產(chǎn)生較大影響。因此,本文我們引入先進的智能預(yù)測控制算法和容錯控制算法,對非線性水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)運行狀態(tài)進行預(yù)測,然后通過在線監(jiān)測與診斷技術(shù),對系統(tǒng)故障進行容錯控制。本文研究內(nèi)容主要包含以下三個方面:(1)基于T-S模糊模型的狀態(tài)反饋預(yù)測控制。為了對水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)狀態(tài)進行精確跟蹤和預(yù)測,第二章節(jié)提出T-S模糊模型下的狀態(tài)反饋預(yù)測控制。首先,選取水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)六維模型作為研究對象,基于T-S模糊規(guī)則,建立系統(tǒng)的離散化數(shù)學(xué)模型。結(jié)合李雅普諾夫函數(shù)穩(wěn)定性理論,證明閉環(huán)控制系統(tǒng)實現(xiàn)全局漸近穩(wěn)定�？紤]系統(tǒng)受外界擾動和模型失配影響,探究閉環(huán)控制系統(tǒng)的抗干擾能力和跟蹤性能,并將提出的預(yù)測控制算法與PID控制和模型預(yù)測控制算法的控制性能作比較。仿真試驗表明狀態(tài)反饋預(yù)測控制能保證系統(tǒng)狀態(tài)基本在3.5s內(nèi)達到穩(wěn)定狀態(tài),相對模型預(yù)測控制,系統(tǒng)狀態(tài)達到穩(wěn)定所需的調(diào)節(jié)時間縮短25%。因此,所提出的的控制算法為閉環(huán)控制系統(tǒng)提供穩(wěn)定時間短、波動幅度小的良好控制品質(zhì)。(2)水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的輸出反饋容錯控制。為了對水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)機械故障進行在線監(jiān)測和控制,第三章節(jié)提出基于觀測器的輸出反饋容錯控制算法。首先,考慮水輪機調(diào)速系統(tǒng)中接力器行程的時滯效應(yīng),建立了含有狀態(tài)時滯的水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)數(shù)學(xué)模型。提出一種自適應(yīng)故障診斷觀測器,對水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)機械故障進行在線實時診斷與檢測,并設(shè)計自適應(yīng)輸出反饋容錯控制器。結(jié)合李雅普諾夫穩(wěn)定性理論,實現(xiàn)閉環(huán)控制系統(tǒng)的全局漸進穩(wěn)定性。數(shù)值仿真試驗表明基于觀測器的輸出反饋容錯控制算法能使系統(tǒng)狀態(tài)在2s內(nèi)快速達到穩(wěn)定,能夠?qū)ο到y(tǒng)故障進行精準(zhǔn)跟蹤和控制。(3)水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的滑模反演容錯控制。為了解決水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)執(zhí)行器失效-偏差故障、死區(qū)輸入等故障問題,第四章節(jié)提出基于非線性擾動觀測器的滑模反演容錯控制算法�？紤]未知隨機擾動對水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的影響,提出非線性擾動觀測器用于對外界干擾在線估計和識別。結(jié)合反演控制和滑�？刂扑惴ㄔO(shè)計虛擬控制量,提出反演滑模容錯控制算法。根據(jù)李雅普諾夫函數(shù)穩(wěn)定性定理推導(dǎo),實現(xiàn)閉環(huán)控制系統(tǒng)的全局漸進穩(wěn)定性。為了驗證所提出控制算法的強魯棒性和抗干擾能力,考慮時變卡死-增益故障、時不變卡死-增益故障、死區(qū)輸入故障,并與現(xiàn)有容錯控制算法的控制性能作比較。試驗結(jié)果表明提出的容錯控制器的控制誤差基本在10~(-5)左右,能夠為系統(tǒng)提供一個跟蹤誤差小、響應(yīng)速度快、波動幅度小的容錯控制性能,并為實際水電站安全維護提供一定的工程價值。
【學(xué)位單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TV734.4

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本文編號：2813903