[发明专利]非线性隐极水轮发电机水门与励磁联合调节方法和系统

说明书

本发明公开了一种非线性隐极水轮发电机水门与励磁联合调节方法和系统，方法包括：建立隐极水轮发电机的水门与励磁联合调节系统的非线性数学模型；选取合适的坐标变换，将所述非线性数学模型进行精确状态反馈线性化，得到线性化后的标准型系统，并将零动态归入选定的线性子系统进行调节；根据非最小相位子系统系统控制器的一般形式建立非最小相位子系统状态方程；利用控制器作为控制核心实现水轮发电机组水门与励磁联合控制。本发明能很好的克服在生产过程中因非线性非最小相位特性所产生的不利影响，且能保证在系统较大的运行范围内都有良好的控制效果。

技术领域

本发明属于非线性控制技术领域，涉及非线性隐极水轮发电机水门与励磁联合调节方法和系统，具体涉及一种非线性非最小相位隐极水轮发电机水门与励磁联合调节系统设计方法。

背景技术

水轮机组作为一种典型的非最小相位系统，其传统控制方法为在小波动情况下采用系统的线性化模型，然后采用PID控制方法对机组转速进行控制，但是这一方法将发电机简化为一个一阶模型不考虑励磁输入，只是通过水门控制机组转速，存在很大局限性：当系统非线性特性十分明显时(转速出现大扰动)，这种方法将不再适用。

非小相位系统的稳定控制方法一直是人们研究的重点，由此产生了各种不同的控制方法和策略，近似线性化方法和微分几何方法是其中最常用的两种方法。

近似线性化的基本思想是在状态空间的平衡点处用全微分来代替系统的增量，从而将系统近似转换为线性系统，从而进行控制。然而实际系统非常复杂，当系统出现较大扰动偏离平衡点时，线性系统就很难表征此时实际的系统特性，那么这时的控制器的调节效果就很难达到实际性能要求，因此客观上就需要在明确考虑实际系统的非线性特征的基础上设计非线性控制器。

近三十年来，人们将微分几何理论应用于非线性系统的控制，这一方法通过一个合适的坐标变换与一个恰当的状态反馈将原非线性系统进行精确反馈线性化得到线性标准型，从而对其中的线性子系统设计控制器，与近似线性化方法相比，其优点在于系统并不局限于平衡点而能够在状态空间的一个足够大的域甚至整个状态空间中精确的转化为线性系统。该方法在对非线性系统进行线性化的过程中，通过微分同胚变换可将原非线性系统变换为两部分：线性子系统描述的外部动态和非线性子系统描述的内部动态(即零动态)。对于非最小相位系统(即零动态不稳定的系统)，仅对线性子系统所设计的能使外部动态满足某种性能要求的控制器却难以保证系统内部零动态的稳定，因此非最小相位特性使基于微分几何的精确反馈线性化方法遇到了极大挑战。

为了真正实现水轮机组高性能控制，就必须要解决非线性、非最小相位特性对系统运行时所造成的不良影响，寻求一种有效的控制方法。

发明内容

本发明的目的在于针对当系统非线性特性十分明显时现有控制方法的调节效果很难达到实际性能要求的不足，提供一种非线性非最小相位隐极水轮发电机水门与励磁联合调节系统设计方法，能很好的克服在生产过程中因非线性非最小相位特性所产生的不利影响，且能保证在系统较大的运行范围内都有良好的控制效果。

本发明采用如下技术方案：

在一方面提供非线性隐极水轮发电机水门与励磁联合调节方法，包括如下步骤:

步骤SS1：采集隐极水轮发电机的发电机转子角转速、水门开度、有压引水管道流量、发电机功角和发电机输出电磁功率；根据采集的数据建立隐极水轮发电机的水门与励磁联合调节系统的非线性数学模型；

步骤SS2：选择特定的坐标变换，将所述非线性数学模型进行精确状态反馈线性化，得到线性化后的标准型系统，所述标准型系统包括相对阶分别为一阶和三阶的两个子系统，并将零动态归入选定的一阶线性子系统进行调节；

步骤SS3：根据非最小相位三阶子系统系统控制器的一般形式建立非最小相位子系统状态方程；

步骤SS4：利用DSP控制器作为控制核心实现水轮发电机组水门与励磁联合调节控制。