水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)是一個(gè)集水輪發(fā)電機(jī)組、引水管道系統(tǒng)、勵(lì)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(shí)變和非最小相位等特點(diǎn)的復(fù)雜非線性系統(tǒng)。其作為水力發(fā)電機(jī)組重要智能設(shè)備,承擔(dān)著機(jī)組開(kāi)機(jī)、停機(jī)、同期并網(wǎng)、調(diào)相、負(fù)荷突增和事故緊急停機(jī)等任務(wù)。當(dāng)系統(tǒng)長(zhǎng)期在高負(fù)荷、高擾動(dòng)和高隨機(jī)工況下運(yùn)行時(shí),系統(tǒng)執(zhí)行器、傳感器和部件不可避免地發(fā)生機(jī)械故障,這些機(jī)械故障相互耦合、相互作用,對(duì)機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)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(jìn)的智能預(yù)測(cè)控制算法和容錯(cuò)控制算法,對(duì)非線性水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè),然后通過(guò)在線監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù),對(duì)系統(tǒng)故障進(jìn)行容錯(cuò)控制。本文研究?jī)?nèi)容主要包含以下三個(gè)方面:(1)基于T-S模糊模型的狀態(tài)反饋預(yù)測(cè)控制。為了對(duì)水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行精確跟蹤和預(yù)測(cè),第二章節(jié)提出T-S模糊模型下的狀態(tài)反饋預(yù)測(cè)控制。首先,選取水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)六維模型作為研究對(duì)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(shí)現(xiàn)全局漸近穩(wěn)定�？紤]系統(tǒng)受外界擾動(dòng)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(cè)控制算法與PID控制和模型預(yù)測(cè)控制算法的控制性能作比較。仿真試驗(yàn)表明狀態(tài)反饋預(yù)測(cè)控制能保證系統(tǒng)狀態(tài)基本在3.5s內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),相對(duì)模型預(yù)測(cè)控制,系統(tǒng)狀態(tài)達(dá)到穩(wěn)定所需的調(diào)節(jié)時(shí)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(shí)間短、波動(dòng)幅度小的良好控制品質(zhì)。(2)水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的輸出反饋容錯(cuò)控制。為了對(duì)水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)機(jī)械故障進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)和控制,第三章節(jié)提出基于觀測(cè)器的輸出反饋容錯(cuò)控制算法。首先,考慮水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中接力器行程的時(shí)滯效應(yīng),建立了含有狀態(tài)時(shí)滯的水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型。提出一種自適應(yīng)故障診斷觀測(cè)器,對(duì)水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)機(jī)械故障進(jìn)行在線實(shí)時(shí)診斷與檢測(cè),并設(shè)計(jì)自適應(yīng)輸出反饋容錯(cuò)控制器。結(jié)合李雅普諾夫穩(wěn)定性理論,實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制系統(tǒng)的全局漸進(jìn)穩(wěn)定性。數(shù)值仿真試驗(yàn)表明基于觀測(cè)器的輸出反饋容錯(cuò)控制算法能使系統(tǒng)狀態(tài)在2s內(nèi)快速達(dá)到穩(wěn)定,能夠?qū)ο到y(tǒng)故障進(jìn)行精準(zhǔn)跟蹤和控制。(3)水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的滑模反演容錯(cuò)控制。為了解決水輪機(jī)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(wèn)題,第四章節(jié)提出基于非線性擾動(dòng)觀測(cè)器的滑模反演容錯(cuò)控制算法�？紤]未知隨機(jī)擾動(dòng)對(duì)水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的影響,提出非線性擾動(dòng)觀測(cè)器用于對(duì)外界干擾在線估計(jì)和識(shí)別。結(jié)合反演控制和滑�？刂扑惴ㄔO(shè)計(jì)虛擬控制量,提出反演滑模容錯(cuò)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(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制系統(tǒng)的全局漸進(jìn)穩(wěn)定性。為了驗(yàn)證所提出控制算法的強(qiáng)魯棒性和抗干擾能力,考慮時(shí)變卡死-增益故障、時(shí)不變卡死-增益故障、死區(qū)輸入故障,并與現(xiàn)有容錯(cuò)控制算法的控制性能作比較。試驗(yàn)結(jié)果表明提出的容錯(cuò)控制器的控制誤差基本在10~(-5)左右,能夠?yàn)橄到y(tǒng)提供一個(gè)跟蹤誤差小、響應(yīng)速度快、波動(dòng)幅度小的容錯(cuò)控制性能,并為實(shí)際水電站安全維護(hù)提供一定的工程價(jià)值。
【學(xué)位單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：TV734.4

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10 吳卓t

本文編號(hào)：2813903