基于满意控制的水轮机调速系统参数优化方法

摘要

本发明涉及一种PID(proportional-integral-derivative)控制器参数优化技术领域，具体说是一种基于满意控制的水轮机调速系统参数优化方法，属PID控制器参数优化技术领域。本发明先以水轮机系统的具体性能指标要求数据为依据，采集水轮机系统响应的上升时间、超调量、调整时间和稳态误差性能指标，既得到各性能指标的满意度函数，以系统的实际运行结果为衡量标准来设计优化控制器参数，建立以系统性能指标总体满意度函数为适应度的遗传算法模型，通过对三种参数优化设计方法的仿真对比分析，进行提出基于满意控制的水轮机调速系统参数优化方法，及总体满意度符合设计要求的PID参数。虽然本发明设计的系统不一定在最优的工况下运行，却能较好满足实际要求，大大减小了寻优的代价，更具实用性，且易于实现。

主权项

一种基于满意控制的水轮机调速系统参数优化方法，其特征在于先以水轮机系统的具体性能指标要求数据为依据，采集水轮机系统响应的上升时间、超调量、调整时间和稳态误差性能指标，即得到各性能指标的满意度函数，以系统的实际运行结果为衡量标准来设计优化控制器参数，建立以系统性能指标总体满意度函数为适应度的遗传算法模型，通过对水轮机调速系统参数优化、满意度及满意控制参数优化和基于满意控制的遗传算法参数优化三种参数优化设计方法的仿真对比分析，获得基于满意控制的水轮机调速系统参数优化方法，及总体满意度符合设计要求的PID参数；水轮机调速系统参数优化，按以下步骤进行：A.根据通过试验获得水轮机设备系统的流量q、力矩mt、接力器行程y、转速x、水头的偏差h、接力器行程eqy、转速eqx、水头‑流量的传递系数eqh、接力器行程ey、转速ex、水头‑力矩的传递系数eh数据，建立线性/非线性水力发电系统数学模型；B.根据水轮机设备系统性能要求，计算系统的响应性能指标，包括上升时间tr，调节时间ts，峰值时间tp，超调量δ，稳态误差ess；C.设计各性能指标的降半正态满意度函数及总体满意度函数：超调量δ满意度定义为： s 1 = 1 δ < = δ ′ e - 40 ( δ - δ ′ ) 2 δ > δ ′ 上升时间tr满意度定义为： s 2 = 1 t r < = t ′ r e - 0.02 ( t r - t ′ r ) 2 t r > t ′ r 调整时间ts满意度定义为： s 3 = 1 t s < = t ′ s e - 0.025 ( t s - t ′ s ) 2 t s > t ′ s 稳态误差ess满意度定义为： s 4 = 1 | e ss | < = | e ′ ss | e - 60 ( | e ss | - | e ′ ss | ) 2 | e ss | > | e ′ ss | 总体满意度Stotal定义为：Stotal＝(k1s1+k2s2+k3s3+k4s4)×s11×s22×s33×s44其中δ′，t′r，t′s，e′ss分别为根据实际系统性能要求而确定的性能指标满意度的评价值，k1～k4为各性能指标的权重值；D.设计基于M文件的遗传算法程序以及基于满意度的性能指标计算程序，实现了M文件和SIMULINK程序模块的数据交换，以系统总体满意度为目标函数和适应度，运用遗传算法优化计算，得到总体满意度符合要求的水轮机调速系统PID参数：比例系数KP、积分系数KI、微分系数KD。