[发明专利]非线性抽水蓄能机组调速系统增益启发式自适应PID控制方法

摘要

本发明公开了一种复杂非线性抽水蓄能机组调速系统的启发式增益自适应PID控制方法。首先以简单实用的并联PID控制结构为基础，建立启发式增益自适应PID控制器；同时构建非线性抽水蓄能机组调速系统精细化模型；接着建立非线性抽水蓄能机组调速系统HGS‑NPID控制参数优化的多目标函数；进一步，运用多目标人工羊群算法对非线性抽水蓄能机组调速系统HGS‑NPID控制参数进行优化。本发明提出的非线性抽水蓄能机组调速系统启发式增益自适应PID控制方法实现简单、实时性强，控制增益能根据工况点变化实现在线自适应调整，既能充分适应抽水蓄能机组调速系统水击与非线性，又能改善常规控制方式在不同水头工况下的动态品质。

主权项

1.一种非线性抽水蓄能机组调速系统增益自适应PID控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤1：建立非线性抽水蓄能机组调速系统的启发式增益自适应HGS‑NPID控制器，所述HGS‑NPID控制器的控制增益根据误差及误差变化率在线自适应调整；步骤2：建立非线性抽水蓄能机组调速系统精细化模型，包括调速器模型、基于特征线法的有压过水系统、基于改进Suter变换的水泵水轮机插值模型以及发电机及负载模型；步骤3：建立非线性抽水蓄能机组调速系统HGS‑NPID控制器控制参数优化的多目标函数；步骤4：运用多目标智能优化算法求解所述多目标函数，得到非线性抽水蓄能机组调速系统HGS‑NPID控制器最优控制参数，其中，所述HGS‑NPID控制器由比例、积分、微分三个环节组成：1)比例环节的设计受电容间场强作用力平衡原理启发，处于两正极板间任意位置的正电荷，会在电场力作用下运动，最终稳定于平衡位置，依据比例增益对误差信号的控制作用与电场力对电荷作用的相似性，将电荷位置坐标参量看作控制误差量，构造比例增益关于误差e的自适应函数KP(e)如下：其中，e0为控制误差最大值、e为控制误差、KPmax为比例增益幅值、m为比例增益调节系数；2)积分环节设计中，采用二次非线性函数对积分项进行改进，使积分项的累积速度与控制偏差大小相对应，积分增益自适应函数KI(e)表达式如下：其中,Kimax为积分增益幅值，b为积分增益调节系数，e0为控制误差最大值、e为控制误差；3)微分环节增益自适应函数KD(e,Δe)考虑控制误差e及误差变化率Δe，表达式如下：KD(e,Δe)＝Kda*exp(e*sign(Δe))+Kdb其中，Kda、Kdb为微分增益调节系数。