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
专利汇可以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专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 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。，下面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专利的具体信息内容。
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Gt(s)、水轮机调速系统水门的液压伺服系统的传递函数模型Gs(s)、同步发电机的传递函数模型Gp(s)分别为：
Z＝Tw/Te
Gs(s)＝1/[(T1s+1)(T2s+1)]
Gp(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)＝Gt(s)·Gs(s)·Gp(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。
7.根据权利要求6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Step6中确定的精度χ＝0.01和置信水平δ＝0.01，抽样次数N的计算公式如下：对给定的精度χ和置信水平δ，此时能够保证
成立的抽样次数N需要满足以下条件：
8.根据权利要求1或7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Step7中确定调节时间ts和超调量σ作为评价系统鲁棒性的性能指标。
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
技术领域
背景技术
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。
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
鲁棒性进行定量地评价。
门的液压伺服系统的传递函数模型Gs(s)、同步发电机的传递函数模型Gp(s)分别为：
0.02，H＝10，D＝1，水轮机调速控制系统的传递函数为G(s)＝Gt(s)·Gs(s)·Gp(s)。
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。
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。
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。
附图说明
具体实施方式
本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”
的含义是两个或两个以上。
在本发明中的具体含义。
鲁棒性进行定量地评价。
函数模型Gs(s)、同步发电机的传递函数模型Gp(s)分别为：
阻尼系数。
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。
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。
Step6中确定的精度χ＝0.01和置信水平δ＝0.01，抽样次数N的计算公式如下：对给定的精
度χ和置信水平δ，此时能够保证：
如下：
性进行综合地评价。
递函数；第二阶段是控制策略设计阶段，针对已经确定的水轮机调速系统模型，设计一套模
糊内膜控制器；第三阶段是系统鲁棒性定量评估阶段，利用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地评价
控制系统的鲁棒性，图1为本文的算法流程图。
线簇可以直接看出，在标称参数发生±15％摄动的情况下，PID控制器和模糊内膜控制器都
能保证控制系统的稳定性且模糊内膜控制器的动态性优于PID控制器。但仅通过曲线簇只
能定性的比较控制系统的鲁棒性，无法给出一个定量的评估结果。
侧且横轴跨度也小于PID控制器，表示其鲁棒性要优于PID控制器。另外，采用累积频率曲线
对系统的鲁棒性指标分别进行评价，相比阶跃响应曲线簇而言更加细致且直观。
PID控制器，说明模糊内膜控制器的鲁棒性要优于PID控制器。除此之外，通过可接受概率值
和性能指标的统计量，可实现定量比较不同控制系统鲁棒性的目的。
制器的鲁棒性优于传统PID控制器。
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