水轮机调节系统的非线性有限时间控制

发布时间：2017-04-27 18:16

  本文关键词：水轮机调节系统的非线性有限时间控制，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：水轮机调节系统实质为水系统、机械系统、电力系统及控制系统在不同空间时间耦合的非线性系统。传统控制方法难以在控制这一复杂系统稳定运行。另一方面随着大量小型水力发电厂建设,小型水电这一分布式能源的随机性威胁着电网稳定可靠运行,同时对电网的优化调度造成一定困难。综合以上两个原因十分有必要研究先进非线性控制理论以及控制方法来满足水力发电系统水轮机调节系统稳定与优化运行需求。本毕业论文将主要讨论水轮机调节系统非线性预测控制及非线性有限时间控制。论文主要内容和结论如下:(1)研究六维非线性水力发电系统有限预测时域非线性预测控制。不同于其他水轮机调节系统模型,本论文描述系统模型是水轮机系统、发电机系统、引水系统、液压控制系统耦合的复杂非线性系统。该复杂非线性系统更为可以精确地描述水轮机调节系统运行过程中各种状态。针对该系统本论文提出一种有限预测时域非线性离散预测控制法。一个简单选取合适离散系统终端域罚函数方法被引入,且通过Lyapunov方程理论证明该方法有效性。进一步模拟实验显示该六维复杂系统在所述非线性预测控制法控制下稳定运行。此外通过与传统PID控制法对比证明该方法对非线性水轮机调节系统的控制更有效。最后讨论联合应用该控制方法与其他传统控制的策略,有效推广该控制方法在实际工程中应用。(2)研究模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)方法,特别研究非线性广义预测控制法(Generalized Predictive Control,GPC)。为控制六维非线性水力发电系统,一种基于Takagi-Sugeno(T-S)模糊受控自回归积分滑动平均(Controlled Auto-Regressive Integrated Moving-Average,CARIMA)模型广义预测控制被提出。该控制方法结合了T-S模糊理论以及CARIMA预测模型的优势,可控制非线性系统。通过Lyapunov稳定性理论和各种工况下水力发电系统数值实验验证所提出控制方法有效。此外还分析控制器中控制参数选择对控制系统影响,并给出选择控制器参数方法,以推广该控制方法在其他工程领域中的应用。(3)提出一类以滑模控制为基本方法的非线性系统有限时间控制法。通过Lyapunov稳定性理论给出被控系统有限稳定时间和控制器最大有限稳定时间。无论系统初始状态如何,被控系统总能在控制器最大有限时间内达到稳定。同时给出七维水轮机调节系统,该系统是更为复杂的非线性系统,应用所提出控制法在该水轮机调节系统上。通过数值实验结果验证理论。论文虽然详细研究了水轮机调节系统非线性控制方法,但仍然需要在分数阶水轮机系统控制,以及作为分布式能源的小水电系统的控制优化方向让继续研究。
【关键词】：水轮机调节系统 非线性系统 Lyapunov稳定性理论 非线性预测控制 非线性广义预测控制 非线性有限时间控制
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TV734.4
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 研究意义以及背景11-12
• 1.2 国内外研究现状12-17
• 1.2.1 水轮机调节系统研究现状12-13
• 1.2.2 先进控制方法研究现状13-15
• 1.2.3 水轮机调节系统的PID控制15
• 1.2.4 现代控制方法引入到水轮机调节系统15-17
• 1.3 本文研究目标及内容17-18
• 1.3.1 研究目标17
• 1.3.2 研究内容17-18
• 第二章 水轮机调节系统六维非线性模型及PID控制稳定性分析18-23
• 2.1 某水力发电系统六维非线性模型18-20
• 2.2 水力发电系统的PID控制简单稳定性分析20-22
• 2.3 本章小结22-23
• 第三章 水轮机调节系统非线性有限时域预测控制23-40
• 3.1 系统模型23-24
• 3.2 非线性预测控制方法研究24-28
• 3.3 典型水轮机调节系统控制实验28-33
• 3.4 分析与讨论33-38
• 3.5 本章小结38-40
• 第四章 水轮机调节系统非线性模糊广义预测控制40-56
• 4.1 基本定理及方法40-44
• 4.1.1 广义T-S模糊模型40-41
• 4.1.2 广义预测控制41-44
• 4.2 基于T-S模糊模型的非线性GPC控制法研究44-48
• 4.3 六维非线性水力发电系统的GPC控制数值实验48-54
• 4.4 控制参数选择54-55
• 4.5 本章小结55-56
• 第五章 水轮机调节系统的一类非线性有限时间控制56-66
• 5.1 基本引理56
• 5.2 一类非线性有限时间控制方法研究56-63
• 5.3 水轮机调节系统的非线性有限时间滑模控制63-65
• 5.3.1 水轮机调节系统方程63
• 5.3.2 水轮机调节系统有限时间控制数值实验与分析63-65
• 5.4 本章小结65-66
• 第六章 结论与今后研究66-68
• 6.1 结论66-67
• 6.2 主要创新点67
• 6.3 存在不足与今后努力的方向67-68
• 参考文献68-77
• 致谢77-78
• 作者简介78-79

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王斌;李正永;李飞;朱德兰;;水轮机调节系统的Terminal滑模控制[J];水力发电学报;2015年08期

2 朴贤国;杨东升;车学哲;孙亚;赵庆杞;;基于粒子群的水力发电力组综合控制研究[J];控制工程;2014年03期

3 陈帝伊;丁聪;把多铎;马孝义;;水轮发电机组系统的非线性建模与稳定性分析[J];水力发电学报;2014年02期

4 郑满军;仇一凡;林太举;;向家坝水电站巨型机组试运行稳定性能分析[J];水力发电;2014年01期

5 陆桂明;刘雪枫;张运哲;;水力机组仿射非线性预测控制研究[J];水力发电学报;2013年01期

6 陈帝伊;郑栋;马孝义;郑小贺;;混流式水轮机调节系统建模与非线性动力学分析[J];中国电机工程学报;2012年32期

7 陈帝伊;张润凡;马孝义;王娟;;Synchronization between a novel class of fractional-order and integer-order chaotic systems via a sliding mode controller[J];Chinese Physics B;2012年12期

8 把多铎;袁璞;陈帝伊;丁聪;;复杂管系水轮机调节系统非线性建模与分析[J];排灌机械工程学报;2012年04期

9 肖若富;孙卉;刘伟超;王福军;;预开导叶下水泵水轮机S特性及其压力脉动分析[J];机械工程学报;2012年08期

10 樊世英;;大中型水力发电机组的安全稳定运行分析[J];中国电机工程学报;2012年09期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 陈帝伊;非线性动力学分析与控制的若干理论问题及应用研究[D];西北农林科技大学;2013年

  本文关键词：水轮机调节系统的非线性有限时间控制，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：331187