（毕业设计论文）T-S新型模糊控制器在水轮发电机组调速控制中的应用与仿真.doc

本科毕业设计说明书（论文） 第 PAGE 1 页 共 NUMPAGES 52 页 1 引言 水轮机调速系统包括引水系统、水轮机、调速器、发电机及励磁系统等几个部分，是一个集水力、机械、电气为一体的复杂的控制系统，历来受到水电界的关注和重视。水轮机调节系统的基木任务是根据负荷的变化不断地调节水轮发电机组的有功功率输出，并维持机组转速在规定的范围内。但由于压力引水系统的水流惯性、水轮发电机组各个环节的非线性特性、水轮机传递系数随工况而改变的时变特性以及随时发生的电力系统负荷扰动使得水轮机调节系统的控制十分困难。 随着电力系统的不断扩大以及大容量、高水头机组的出现，对水轮机调速器的性能提出了越来越高的要求，在不断改进水轮机调速器的硬件设计、加工工艺和装配工艺等基础上，进行水轮机调速器控制策略的研究，是一项十分重要的工作。随着控制理论的发展和对控制性能要求的提高，开展过程控制系统的智能控制研究，是十分必要的。本文在全面总结现有调节控制规律和应用成果的基础上，进行了水轮机调节系统的智能控制策略的研究。 水轮机调节系统的特点在于：一是调节系统本质上是一非最小相位系统，调节的过程中会出现反调节现象，控制系统不易稳定；二是调节系统的工况受水头和负载特性的影响，其表征控制对象传递函数的参数具有时变的性质，对调节系统的动态特性影响较大。所以，水轮机调节系统的特点在客观上要求其控制器，即调速器具有鲁棒性。 正确选择调速器的最优调节参数，使水轮机调节系统有良好的动态品质，是保证机组安全运行及电能质量的一个重要的问题。近年以来，随着计算机硬件水平的提高和控制理论的发展，水轮机调节规律的研究也取得了很大的进展，就如何保证和提高电力系统的安全稳定性进行了大量的研究，提出了许多有效的控制措施和方法。传统的模拟式调速器的调节规律是PI或PID调节，而且只有空载和负荷工况两组参数，其参数一经整定，在无人干预的情况下，常被运行于整个工况。实际上在不同工况下，对于频率给定与负荷扰动，所要求的PID最佳参数是各异的，因此，要使水轮机调节系统在所有运行工况下均具有良好的鲁棒性是十分困难的。此外，传统的参数整定方法如：响应曲线法、临界比例法、继电型自整定法、单纯形法，它们或是依赖于对象模型，或是易于陷入局部极小，存在一定的应用局限性，并伴有超调较大、调整时间较长、误差指标过大等问题。 模糊理论，作为现代信息科学的一个重要概念和方法论，它的科学性和有效性越来越引起人们的重视。模糊控制器正是将模糊理论应用于工业控制而设计的过程控制器[1]。 目前，PID控制和模糊控制是当今应用较为广泛的两种控制方式。常规的PID控制器具有算法简单、可靠性高以及无静差等优点。其核心是其参数的整定，对于确定性的被控对象通过适当地整定PID的三个参数，可以获得比较满意的控制效果;但对于大滞后、时变的、非线性的复杂系统，则较难以整定PID参数，因而较难以达到预期效果[2]。模糊控制器具有不依赖对象的数学模型，适应能力强的突出优点，虽然能对复杂的和难以建模的过程进行简单而有效的控制，但是简单模糊控制器由于不具有积分环节，因而很难消除稳态误差，控制精度较差[3]但它的稳定性较好。按照一般模糊控制设计方法实现模糊控制器时，存在着隶属度赋值主观性大；控制规则准确归纳困难 ；模糊推理合成及模糊推理判决运算量大而且因丢失大量信息造成控制规则缺失等问题。 T-S模型[4]是Takage和Sugeno提出的一种十分典型的模糊模型，一般用于辨识，也可用于控制。一般的基于T-S模型的规则具有以下形式： R：If X1 is A1，X2 is A2，…，Xn is An，then y=b0+b1X1+b2X2+…+bnXn (1) 其中，Ai和Bi是前件中的模糊集合，y=f(X1,X2, …Xn)是后件的精确函数。当f(X1,X2, …Xn)为一阶多项式时，相应的模糊推理系统称为一阶T-S模糊模型。可见，T-S模型的特点是它的规则的前件采用模糊量形式Ai，后件却采用精确量线性集结的形式，这同一般模糊模型相比，更有利于信息的系统化表示和运算。 T-S模型是一种本质上的非线性模型，易于表达复杂系统的动态特性。由于其结论部分各输出分量由线性方程构成，因此便于辨识结论参数。 因此，针对PID控制器和模糊控制器的特点，将模糊控制和PID控制两者结合起来，构成模糊PID控制器，可以扬长避短，既具有模糊控制灵活、适应性强的优点，又具有PID控制精度高的特点，从而对各种复杂的被控对象、不同的控制指标取得理想的控制效果[5]。此外，针对常规的模糊控制方法难以找到合适的隶属函数和模糊控制规则，难以针对特定的对象实施有效的控制，目前存在着对于多条模糊控制规则进行实时运算计算量大的缺点。本文中所设计的模糊控制器借鉴于