一种基于滑模的水轮机调速系统死区非线性补偿方法

摘要

本发明公开了水轮机控制技术领域中的一种基于滑模的水轮机调速系统死区非线性补偿方法。本发明首先构建了水轮机调速系统的状态空间模型，引入附加状态变量；然后设计了滑模调速器，通过调整滑模调速器的控制量，使得理想水轮机调速系统渐近稳定；最后设计了死区非线性补偿器，用以补偿实际水轮机调速系统的死区非线性。本发明提高了水轮机调速系统的自动化水平，增加了机组的安全性能，减轻了机组的机械磨损，降低了设备维护维修的成本，提高了水力发电机组的经济性能。

主权项

1.一种基于滑模的水轮机调速系统死区非线性补偿方法，该方法包括以下步骤： 步骤1：构建水轮机调速系统的状态空间模型，引入附加状态变量； 步骤2：在步骤1的基础上设计滑模调速器，通过调整滑模调速器的控制量，使得理想水轮机调速系统渐近稳定； 步骤3：在步骤2的基础上设计死区非线性补偿器，用以补偿实际水轮机调速系统的死区非线性； 其特征在于,所述附加状态变量的计算公式为： 其中：x₄为附加状态变量；K_E为正常数；x(t)为水轮机转速变化量； 所述滑模调速器的控制量的计算公式为： u_smc=u_eq+u_sw其中：u_smc为滑模调速器的控制量；u_eq为等效控制量；u_sw为切换控制量； 所述死区非线性补偿器采用基于滑模的径向基函数RBF网络设计水轮机调速系统的死区非线性补偿器，其径向基函数RBF网络的输出： 其中：为径向基函数RBF网络的实际输出，它是理想输出ΔE^*的估计值；w为径向基函数RBF网络的权值向量，n_c是径向基函数RBF网络的隐含层节点数；Φ(u_smc)为径向基函数向量，其定义为：其中：γ_k为第k个径向基函数的中心；δ_k为第k个径向基函数的宽度； 假设存在一个最优权值向量满足其中，ε是正常数；针对含有死区非线性的水轮机调速系统，在Lyapunov稳定理论下，选取一个新的能量函数为：其中： α为更新常数，α>0； 取此径向基函数RBF网络的权值更新公式为： 其中：为径向基函数RBF网络的权值向量的变化量；α为更新常数；S为滑模平面变量；Φ(u_smc)为径向基函数向量；上述u_eq的作用是保持系统各个状态变量在滑模平面上运动，而u_sw的作用是使得系统各个状态在偏离滑模平面S时向着滑模平面运动； 定义滑模平面如下示： S=c^Tx 其中： S为滑模平面变量； c=[c₁ c₂ c₃ c₄]^T，c_i(i=1,...,4)为常数； 对于不考虑死区非线性的理想调速系统，等效控制量u_eq为： u_eq=-(c^TB)^-1c^TAx 利用Lyapunov直接法，选取能量函数V(t)=S²/2，在保证滑模平面变量S对渐近稳定的条件下，可得切换控制律u_sw为： u_sw=-(c^TB)^-1[KS+ηsgn(S)] 在上式中，K>0，η>sup|c^TFd|>0，sup|c^TFd|为c^TFd的上界，至此，不考虑死区非线性的理想水轮机调速系统在u_smc的作用下渐近稳定，保证水轮机调速系统在滑模调速器的作用下，在t→∞时完全补偿水轮机调速系统的死区非线性。