亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的非線性模糊預測控制研究

        2017-01-03 02:46:18王武輝朱德蘭
        長江科學院院報 2016年12期
        關(guān)鍵詞:線性化水輪機調(diào)節(jié)

        王 斌,王武輝,張 誠,朱德蘭

        (西北農(nóng)林科技大學 水利與建筑工程學院, 陜西 楊凌 712100)

        水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的非線性模糊預測控制研究

        王 斌,王武輝,張 誠,朱德蘭

        (西北農(nóng)林科技大學 水利與建筑工程學院, 陜西 楊凌 712100)

        針對水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的非線性運動對水輪發(fā)電機組穩(wěn)定性不利的問題,對水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定控制進行研究。首先,基于模糊線性化理論,建立了水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的預測模型;其次,基于該模糊模型,為水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計了相應的模糊預測控制器;最后,進行了數(shù)值仿真驗證。結(jié)果表明:所設(shè)計控制方法有效,超調(diào)量較小,過渡時間較短,能使水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定運行。該方法可為相關(guān)水電站水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定控制提供借鑒。

        水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng);穩(wěn)定性;模糊;預測模型;預測控制

        1 研究背景

        水是清潔的可再生資源,發(fā)展水電是我國當今能源策略的優(yōu)先選擇。近年來,隨著水電事業(yè)的高速發(fā)展,水電站的安全性和穩(wěn)定性面臨更多的挑戰(zhàn)[1]。眾所周知,水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)是一個集水力、機械、電氣為一體的強耦合、非線性和非最小相位動力學系統(tǒng)。水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)嚴重影響著水輪發(fā)電機組甚至水電站系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行[2]。最近,關(guān)于水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析和可靠控制成為水力機械系統(tǒng)的一個研究熱點[3-6]。生產(chǎn)實踐中,發(fā)現(xiàn)國內(nèi)外大中型發(fā)電機組均存在一定程度水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)非線性運動引起的穩(wěn)定性問題。因此,對水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)進行穩(wěn)定控制具有重要意義。

        關(guān)于非線性系統(tǒng)的控制尚無統(tǒng)一的方法,關(guān)于水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制,目前已有的方法主要有PID控制[7-8]、模糊控制[9]、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[10]等經(jīng)典算法。這些算法對水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制具有重要的理論價值和實踐意義,但都存在其自身的缺陷。PID對非線性系統(tǒng)控制效果不好,模糊和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法精度有限、速度較慢。預測控制由于其超前和在線優(yōu)化的優(yōu)點, 與傳統(tǒng)的控制方法有著本質(zhì)的不同, 使其成為一個研究熱點。 然而截至目前, 預測控制在水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制的應用成果并不豐富。

        目前,關(guān)于線性預測控制的應用已有大量報道。然而,生產(chǎn)實際中的系統(tǒng)大部分都是非線性的,將模型預測控制方法應用到非線性系統(tǒng)中的相關(guān)報道很少。我們知道,T-S模糊模型具有萬能逼近非線性系統(tǒng)的能力[11],將T-S模糊模型用于非線性系統(tǒng)的控制,已有許多研究成果[12-13]。那么能否將模糊技術(shù)和線性模型預測控制相結(jié)合,用于水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制,這個問題值得研究。

        基于以上分析,筆者嘗試將模糊技術(shù)和模型預測控制方法相結(jié)合,用于水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的非線性控制,仿真結(jié)果驗證了所設(shè)計控制方法的有效性。

        2 水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的數(shù)學模型

        考慮隨機負荷擾動下水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的非線性數(shù)學模型可以表示為[14]

        (1)

        為了便于對其描述分析,現(xiàn)用x,y,z和w分別代替δ,ω,mt和y,并將各參數(shù)值代入系統(tǒng)中,則考慮隨機負荷擾動下水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的數(shù)學模型如式(2),即

        (2)

        式(2)對應的系統(tǒng)時域圖如圖1所示,可以看出此時水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)處于不穩(wěn)定的運行工況,因此需要設(shè)計相應的控制器保證水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。由于傳統(tǒng)PID控制器的參數(shù)往往需要經(jīng)驗和試錯法進行整定,并且不是專門針對非線性系統(tǒng)的控制方法,筆者嘗試為水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計預測控制器,保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

        圖1 水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的時域曲線Fig.1 Time domain curves of hydraulic turbine’s governing system

        3 非線性模糊預測控制器設(shè)計

        3.1 模糊線性化

        T-S模糊模型能描述多種非線性系統(tǒng),它是基于輸入狀態(tài)分割,被看作是分段線性分割的延拓。該方法基于局部線性化,以模糊前件和模糊后件為描述手段,用模糊前件表示模糊變量,模糊后件是輸入輸出的線性函數(shù),通過推理的方法獲得全局線性化。非線性系統(tǒng)的T-S模糊模型是由該系統(tǒng)的分段局部輸入-輸出關(guān)系的模糊規(guī)則IF-THEN來描述的,具體形式及模糊規(guī)則為

        (3)

        采用單點模糊化、乘積推理及加權(quán)平均反模糊化的模糊推理方法,由式(3)可得系統(tǒng)的全局模糊T-S狀態(tài)方程為

        (4)

        (5)

        3.2 模糊預測控制算法

        結(jié)合式(3),假設(shè)一個非線性系統(tǒng)的T-S模糊模型表示為

        Ri1,…,iN:if: z1is A1,i1and … and zNis AN, iN,

        then ym=di1,…,iN。

        (6)

        式中:Ri1,…,iN為模糊規(guī)則;z為輸入變量;Aj, ij為模糊集合;di1,…,iN為模糊子集??傻脤木植孔酉到y(tǒng)的輸出為

        (7)

        式中ωi1,… ,iN≥0,為模糊權(quán)系數(shù)。這個值表示了該條模糊規(guī)則的活躍程度或者激活程度,一般采用如下的乘積算子表示,即

        (8)

        式中zj是系統(tǒng)輸入。

        圖2 三角形隸屬度函數(shù)Fig.2 Triangularmembership function

        隸屬函數(shù)一般有三角形隸屬函數(shù)、梯形隸屬函數(shù)、高斯隸屬函數(shù)等。這里采用常用的三角形隸屬函數(shù),如圖2所示。圖中,μ是隸屬度,aj,ij為模糊集合Aj, ij的中心點。

        由圖2可得分段線性化表示的模糊隸屬度為

        (9)

        非線性離散系統(tǒng)的一般描述為

        (10)

        式中:y和u分別為系統(tǒng)的輸出和輸入序列;n和m均為系統(tǒng)的階次。同時記z=[y(k),…,y(k-n+1),u(k),…,u(k-m+1)]。式(10)表示的系統(tǒng)可以線性化為

        (11)

        采用T-S模糊方法對式(11)進行線性化時,系統(tǒng)輸出偏導為

        (12)

        將式(9)代入式(12)有

        (13)

        (14)

        (15)

        圖2的隸屬度函數(shù)為

        (16)

        由上面敘述的T-S模糊模型,可得系統(tǒng)Ny步預測,即

        (17)

        預測控制的性能指標為

        (18)

        (19)

        式中I是單位矩陣。

        對于一階模型描述的系統(tǒng)有

        系統(tǒng)的一步輸出預測為:

        x(k)=[y(k)],u(k)=[u(k)] ;

        P=[p1,…,pNy]T;

        Q=[q1,…,qNy]T;

        R=[r1,…,rNy]T。

        式中的系數(shù)可以按下式遞推得到,即

        4 數(shù)值仿真

        首先,對式(2)對應的水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)進行模糊線性化處理:x1(t)∈[-d1,d1],x2(t)∈[-d2,d2],其中d1=20,d2=25。 可以建立模糊模型,即

        其中:x(t)=[x1(t),x2(t),x3(t),x4(t)]T,

        u(t)=[u1(t),u2(t),u3(t),u4(t)]T;

        B1=B2=B3=B4=I4×4。

        模糊集合的隸屬度函數(shù)分別為

        于是,式(2)對應的水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的T-S模糊模型可以表示為

        (20)

        將所設(shè)計的模糊預測控制器(式(19))作用于水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)(式(20)),其跟蹤階躍曲線的時域圖和控制輸入分別如圖3和圖4所示??梢钥闯?,在控制器的作用下,系統(tǒng)很快跟蹤至階躍曲線,證明了所設(shè)計控制器的有效性。

        圖3 水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)跟蹤階躍曲線Fig.3 Tracking step function of hydro turbine’s governing system

        圖4 水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制輸入Fig.4 Control input of hydro turbine’s governing system

        5 結(jié) 語

        為保證水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行,筆者首次將模糊技術(shù)和模型預測控制方法相結(jié)合,為水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計相應的模糊預測控制器。首先,基于模糊線性化理論,建立了水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的模糊預測模型;其次,基于該模型,為水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計了相應的模糊預測控制器;最后,通過數(shù)值仿真可以看出,所設(shè)計控制方法的超調(diào)量較小,過渡時間較短,能使水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定運行。所設(shè)計的控制方法可以推廣到其它相關(guān)水電站水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定控制中。

        [1] 陳云華, 吳世勇, 馬光文. 中國水電發(fā)展形勢與展望[J]. 水力發(fā)電學報, 2013, 32(6): 1-4.

        [2] PICO H V, MCCALLEY J D, ANGEL A,etal. Analysis of Very Low Frequency Oscillations in Hydro-dominant Power Systems Using Multi-unit Modeling [J]. IEEE Transactions on Power Systems, 2012, 27(4): 1906-1915.

        [3] GOEL P K, SINGH B, MURTHY S S,etal. Isolated Wind-hydro Hybrid System Using Cage Generators and Battery Storage [J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2011, 58(4): 1141-1153.

        [4] TAN W. Unified Tuning of PID Load Frequency Controller for Power Systems via IMC [J]. IEEE Transactions on Power Systems, 2010, 25(1): 341-350.

        [5] CHEN Di-yi, DING Cong, MA Xiao-yi,etal. Nonlinear Dynamical Analysis of Hydro-turbine Governing System with a Surge Tank[J]. Applied Mathematical Modelling, 2013, 37(14/15): 7611-7623.

        [6] ZENG Yun, ZhANG Li-xiang, GUO Ya-kun,etal. The Generalized Hamiltonian Model for the Shafting Transient Analysis of the Hydro Turbine Generating Sets [J]. Nonlinear Dynamics, 2014, 76(4): 1921-1933.

        [7] 寇攀高, 周建中, 何耀耀, 等. 基于菌群-粒子群算法的水輪發(fā)電機組PID調(diào)速器參數(shù)優(yōu)化 [J]. 中國電機工程學報, 2009, 29(26): 101-106.

        [8] 凌代儉, 沈祖詒. 水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的非線性模型、PID控制及其Hopf分叉 [J]. 中國電機工程學報, 2005, 25(10): 97-101.

        [9] 王 濤, 余向陽, 辛 華, 等. 基于協(xié)同進化算法的水輪機模糊PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)模糊規(guī)則的研究 [J]. 水力發(fā)電學報, 2007, 26(2): 137-142.

        [10]王 濤, 楊曉萍, 余向陽, 等. 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)自抗擾控制 [J]. 水力發(fā)電學報, 2006, 25(3): 125-129.

        [11]GAO Qing, LIU Lu, FENG Gang,etal. Universal Fuzzy Integral Sliding-mode Controllers Based on T-S Fuzzy Models [J]. IEEE Transactions on Fuzzy Systems, 2014, 22(2): 350-362.

        [12]王 斌, 薛建議, 賀好艷, 等. 基于線性矩陣不等式的一類新羽翼倍增混沌分析與控制[J]. 物理學報, 2014, 63(21):39-52.

        [13]李超順, 周建中, 肖 漢, 等. 基于引力搜索模糊模型辨識的水電機組預測控制 [J].水力發(fā)電學報, 2013, 32(6): 272-277.

        [14]凌代儉. 水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)分岔與混沌特性的研究[D]. 南京: 河海大學, 2007.

        (編輯:占學軍)

        Nonlinear Fuzzy Predictive Control of HydroTurbine’s Governing System

        WANG Bin, WANG Wu-hui, ZHANG Cheng, ZHU De-lan

        (College of Water Resources and Architectural Engineering, Northwest A&F University,Yangling 712100, China)

        Nonlinear motion of hydro turbine’s governing system (HGS) will lead to unstability of the power units. In order to solve the problem, we study the stability control of HGS. Firstly, we establish a predictive model of HGS via the fuzzy linearization theory. Secondly, we design the fuzzy predictive controller for HGS. Finally, we use numerical simulations to verify the effectiveness of the proposed method. Results show that the method is effective with advantages such as small over-regulation amount and short transitive time, which is in favor of the stability of HGS. Finally, it can be referenced for stability governing of hydropower system in other projects.

        hydro turbine’s governing system; stability; fuzzy; prediction model; predictive control

        2014-11-28;

        2015-01-26

        國家自然科學基金項目(51509210);陜西省水利科技計劃項目(2015slkj-11);陜西省科技統(tǒng)籌創(chuàng)新計劃(2016KTZDNY-01-01)

        王 斌(1986-),男,陜西高陵人,講師,博士研究生,主要從事水電機組穩(wěn)定控制方面的研究,(電話)13572459334(電子信箱)binwang@nwsuaf.edu.cn。

        朱德蘭(1969-),女,陜西楊凌人,教授,博士,博士生導師,主要從事節(jié)水灌溉理論與技術(shù)方面的研究,(電話)13992812016(電子信箱)dlzhu@126.com。

        10.11988/ckyyb.20140999

        2016,33(12):148-152

        TM62; TV734

        A

        1001-5485(2016)12-0148-05

        猜你喜歡
        線性化水輪機調(diào)節(jié)
        方便調(diào)節(jié)的課桌
        水輪機過流面非金屬材料的修復及防護
        大中型水斗式水輪機的關(guān)鍵技術(shù)
        2016年奔馳E260L主駕駛座椅不能調(diào)節(jié)
        水輪機虛擬仿真動畫制作的研究
        “線性化”在多元不等式證明與最值求解中的應用
        基于反饋線性化的RLV氣動控制一體化設(shè)計
        北京航空航天大學學報(2016年7期)2016-11-16 01:50:55
        空間機械臂鎖緊機構(gòu)等效線性化分析及驗證
        可調(diào)節(jié)、可替換的takumi鋼筆
        国产女优一区在线观看| 久久精品波多野结衣中文字幕| 国产乱色国产精品免费视频| 精品国产高清a毛片| 精品在线亚洲一区二区三区 | 亚洲国产A∨无码影院| 日韩精品一区二区亚洲av性色| 日韩av在线亚洲女同| 国产人成视频在线视频| 久久er99热精品一区二区| 久久精品国波多野结衣| 日本高清一区二区三区视频| 一区二区中文字幕在线观看污污| 久久精品国产亚洲av麻豆色欲| 97伦伦午夜电影理伦片| 久久亚洲国产成人亚| 国产无套粉嫩白浆内精| 精品国产一区二区三区不卡在线| 欧美私人情侣网站| 欧美中文字幕在线| 一本久久综合亚洲鲁鲁五月夫| 亚洲一区二区三区99| 人与禽性视频77777| 国产nv精品你懂得| 日本最新在线一区二区| 男女18视频免费网站| 粗大猛烈进出高潮视频| 麻豆精品网站国产乱子伦| 黄色三级一区二区三区| 欧美又大又硬又粗bbbbb| av无码久久久久不卡网站下载| 国产乱子伦农村xxxx| 在线观看一区二区中文字幕| 欧美人与动人物牲交免费观看久久| 99精品一区二区三区免费视频| 亚洲最大视频一区二区三区| 免费人成在线观看视频高潮| 狠狠色噜噜狠狠狠狠888奇禾| 日韩一区二区三区中文字幕| 日韩三级一区二区不卡| 国产精品对白刺激久久久|