[发明专利]一种基于随机概率分布控制的水轮机调节系统

说明书

本发明公开了一种基于随机概率分布控制的水轮机调节系统，其首先通过基于仿射非线性系统的微分方程对水轮机调速系统进行直接建模，从而建立一个简化的水轮机系统的耗散哈密顿模型。然后，利用获得耗散不可积哈密顿系统精确平稳解的技术，设计了一个基于概率分布的控制方法，从而可以得到水轮机系统输出的一个预先设定的稳态概率密度函数值。此外，系统的稳定性分析是通过李雅普诺夫函数方法来证明受控系统的转移概率密度收敛于预先设定的稳态概率密度函数值，通过系统仿真表明所提出的控制策略能够达到预期的控制效果。

技术领域

本发明涉及定位装置领域，具体地说，特别涉及到一种基于随机概率分布控制的水轮机调节系统。

背景技术

水轮机调节控制系统是水力发电厂广泛使用的一种用于保证发电的安全运行的发电设备，其对水轮机系统的控制在保持电力系统的稳定性中起着非常关键的作用。大部分早期水轮机控制系统研究都是基于线性模型的假设之上，而实际的水轮机控制系统是一个非线性系统。随着近几十年非线性控制理论的发展，基于非线性模型的水轮机控制系统的研究得到了广泛关注。

目前，大部分非线性模型依赖于现代控制理论。其主要思想是通过状态反馈将无系统扰动的非线性模型精确地线性化，从而能够使用传统的线性理论来设计控制法以达到期望性能指标。虽然这些模型已经考虑了水轮机系统中存在的非线性特性，但是这些控制模型有着复杂的结构和参数估计过程。更为重要的是，很少有水轮机系统可以处理在控制过程中的随机不确定性。

水轮机调节系统在实际的工作环境中总会遭受复杂的随机不确定性激励的干扰，从而使系统的稳定性受到严重的影响，因此水轮机系统建模的过程中应该考虑动力和机电系统的瞬变等随机扰动。尤其是针对更符合实际水轮机运行过程的弹性水击使水轮机调速的随机控制方法还没有。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种新的基于概率分布控制设计过程。该设计利用获得耗散不可积哈密顿系统的精确平稳解的技术使得随机非线性系统的控制目标达到预先设定的静态概率分布函数(SPDF)值。该方法首先通过基于仿射非线性系统的微分方程对水轮机调速系统进行直接建模，从而建立一个简化的水轮机系统的耗散哈密顿模型。然后，利用获得耗散不可积哈密顿系统精确平稳解的技术，设计了一个基于概率分布的控制方法，从而可以得到水轮机系统输出的一个预先设定的稳态概率密度函数值。此外，系统的稳定性分析是通过李雅普诺夫函数方法来证明受控系统的转移概率密度收敛于预先设定的稳态概率密度函数值。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种基于随机概率分布控制的水轮机调节系统，包括如下步骤：

1)将速度控制器的输出与水轮机输出之间的动态系统看作一个非线性水轮机系统，并融合初始速度和流速之间的浪涌传递函数；

2)通过基于仿射非线性系统的微分方程对广义哈密顿系统进行直接建模，简化的水轮机哈密尔顿模型如下：

3)为了处理水轮机的各种随机干扰，在在弹性水击下的非线性水轮机模型中引入了一个随机变量w，并建立了基于随机激励和弹性水击下的水轮机哈密顿模型：

其中，W＝[w₁,…w_k]^T是斯特拉托诺维奇意义上的高斯白噪声向量，其相关函数为E[W_k(t)W_l(t+τ)]＝2D_klδ(τ)，f(x)是噪声强度系数函数；

4)通过追踪预先给定稳态概率密度，得到受控的非线性随机水轮机系统模型：