[实用新型]智能模糊控制的多态阀式水轮机调速器

说明书

本实用新型涉及水轮发电机组转速及功率的调节和控制，特别是一种基于智能模糊控制的多态阀式水轮机调速器。

我国大部分水电站所配备的都是机械液压型、电液型或微机型水轮机调速器。随着控制理论和计算机技术的高速发展，水轮机调速器的研究工作得到了不断地发展。现在占主导地位的微机调速器的模式为：微机调节器＋电液随动系统。由于有微机技术作支持，水轮机控制策略得到了广泛的研究，控制策略从以往的PI型控制，逐渐发展成PID、变参数PID，、自适应控制、自完善控制、鲁棒控制、预测控制、变结构控制、非线性控制等。这些控制策略在不同程度上改善了调节系统的性能。同时，在调速器电液随动系统中的电液转换器部分也有不断的改进，从差动式和等压式电液转换器，发展为电液伺服阀，其中环喷式电液转换器得到广泛应用，目前块板直连式液压系统也已投入运行。它们有效地将控制信号转换为液压信号，从而最终实现调速器的控制作用。目前水轮机调速器的控制策略广泛采用基于调节对象模型的连续控制模式，由于水轮机调节对象的复杂特性而使获得的模型只能在一定程度上反映其特性，严格基于解析模型得到的控制策略在调节对象运行于多种工况及大范围工作区域情况下，难以保持令人满意的调节效果。尽管目前的各类调速器在控制策略和液压系统上各有不同，但是以下几点是相同的：

1)全部采用连续调节方式，即控制输入和输出均为连续量；

2)电气型调速器的硬件全部通过电液转换器将连续的电信号转换为连续的机械液压信号；

3)控制策略或基于水轮机调节对象的简化模型或基于有限的实验。

应当说，当前调速器的这种结构和功能是互相适应的。但是，同时也带来一些重要的问题。一方面，由于水轮机调节对象的复杂特性而使获得的模型只能在一定程度上反映其特性，严格基于解析模型得到的控制策略在调节对象运行于多种工况及大范围工作区域情况下，难以保持令人满意的调节效果。另一方面，连续型的控制策略需要高灵敏度的电液转换器，而运行经验表明电液转换器正是调速器中最薄弱的环节，卡阻、断线等故障较多。尽管人们试图对这二方面进行不断的改进，在控制策略上加强对调节对象的适应性，在电液转换器上提高转换器的灵敏度。但是，由于这二者是互相依存的，即使在理论上可以得到良好的控制策略，电液转换器存在的上述问题不解决仍会限制控制效果，而改变电液转换器的结构又无法适应连续型控制策略的要求。根据调速器的发展进程和今后的发展趋势，现在正逐渐占主导地位的微机调速器的一般模式为：微机调节器＋电液随动系统。结构决定功能，只有将传统的调速器在结构上进行彻底地改造，并相应调整控制策略才有可能从根本上解决问题。

本实用新型的目的是提供一种以智能模糊控制作为水轮机调速器的调节规律，以多态阀作为基本电液转换元件的调速器，以解决水轮发电机组在多工况下的非线性、时变性所造成的困难，使水轮机调速器的控制具有较强的灵活性、适应性和鲁棒性，最终提高水轮机组的安全可靠性，改善调节品质。

本实用新型的技术方案是：提出以多态控制阀为基本元件组成液压系统，重构水轮机调速器。在此基础上，对这一新型结构开展水电机组智能控制策略的研究，利用智能控制很少或不依赖于被控对象模型的特点，适应水电机组的运行特性，而采用断续调节方式满足多态阀液压系统的要求，从而解决控制策略与电液转换器相互制约的这一矛盾。

所述多态控制阀是一种具有多种开关型控制状态的液压阀，由多态控制阀为基本元件组成的电液随动系统，可将多种开关型电磁控制信号对应地转换成为控制阀的开关信号，并通过液压放大作用到导叶接力器，从而达到控制水轮发电机的目的。作为调节对象的水轮发电机组是一个特性复杂的非线性系统。依赖于控制对象精确模型的控制方式较难完成对其的调节的任务。因此，引入智能模糊控制的方式，以其对被控对象的数学模型要求不高、善于处理非线性时变参数一类控制问题的特点来改善对水电机组的调节。并且，针对水轮机调节系统在调节过程中工况点变动范围较大的情况，能够在线调整控制器的规则参数，完成大范围的调节控制任务。模糊控制所基于的模糊逻辑比传统的逻辑系统更接近于人的思维和自然语言的实质。它基本有效地反映了真实世界的不准确性。由此，本实用新型的模糊逻辑控制器核心部分是一组关于模糊蕴涵与推理合成规则双重概念的语义控制规约集。从本质上讲，它提供一种将基于水轮机调节专家知识的语义控制策略转化为水轮机调节与控制策略的算法。本实用新型表明模糊控制器产生的结果优于传统控制，特别是，它对用传统定量技术难以分析或信息是定性的、不准确的，不准确的过程进行控制十分有效。