考虑水轮机调节系统非线性特性的控制算法研究

发布时间：2023-08-13 19:23

　　目前,由于我国所建水电站单机容量大、引水系统复杂等特点,使得水轮机调节系统(Hydraulic Turbine Regulating System,HTRS)的建模极为困难,进而为电力系统的安全稳定运行带来巨大的考验。本文在水轮机调节系统工作原理的基础上,分别搭建了HTRS在线性条件和非线性条件下的数学模型,凝练出HTRS关于控制规律设计、PID控制算法以及滑模控制算法的参数优化问题。结合人工智能算法完成对不同控制算法参数的优化,从而实现对HTRS性能的改善与优化。首先,分析HTRS的工作原理与组成结构,并采用分块建模的方法对各个部分建立相应的数学模型表达式。对于不同的波动情况建立不同的数学模型,分别对应小波动情况的线性HTRS数学模型以及大波动情况的非线性HTRS数学模型。接着,针对小波动情况下的线性HTRS数学模型,采用简单易操作的PID控制算法完成对系统动态特性的优化。而对于大波动情况下的非线性HTRS数学模型,采用本身具有非线性特性的滑模控制(Sliding Mode Control,SMC)算法对整个系统的动态性能进行分析。其中,对于传统SMC控制算法易产生抖振的缺点,提出了...

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
注释表
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 研究背景及意义
    1.3 人工蜂群算法研究现状及应用
    1.4 水轮机调节系统的控制算法研究
    1.5 论文主要研究内容与章节安排
        1.5.1 论文主要研究内容
        1.5.2 论文章节安排
第2章 水轮机调节系统原理与数学模型建立
    2.1 水轮机调节系统的原理
        2.1.1 水轮机调节的任务
        2.1.2 水轮机调节的实质
    2.2 压力引水系统数学模型
        2.2.1 压力引水管道模型
        2.2.2 调压井模型
    2.3 水轮机系统数学模型
    2.4 电液随动系统数学模型
    2.5 发电机数学模型
        2.5.1 一阶发电机数学模型
        2.5.2 二阶发电机数学模型
    2.6 水轮机调节系统的线性与非线性模型
        2.6.1 水轮机调节系统的线性模型
        2.6.2 水轮机调节系统的非线性模型
    2.7 本章小结
第3章 水轮机调节系统的控制算法研究
    3.1 线性水轮机调节系统的PID控制算法
    3.2 非线性水轮机调节系统的滑模控制算法
        3.2.1 滑模变结构控制基本原理
        3.2.2 非线性水轮机调节系统的常规滑模控制
        3.2.3 非线性水轮机调节系统的改进PID滑模控制
    3.3 本章小结
第4章 人工蜂群算法及其改进研究
    4.1 标准人工蜂群算法
        4.1.1 人工蜂群算法的概述
        4.1.2 人工蜂群算法的组成
    4.2 人工蜂群算法的改进
        4.2.1 全局最优机制的引入
        4.2.2 位置调整百分比的引入
        4.2.3 模糊控制理论
        4.2.4 改进模糊人工蜂群算法流程
    4.3 测试函数仿真实验
        4.3.1 常用基准测试函数
        4.3.2 仿真结果
    4.4 本章小结
第5章 改进模糊人工蜂群算法在控制参数优化中的应用
    5.1 改进模糊人工蜂群算法的适应度函数
    5.2 水轮机调节系统线性模型PID控制算法的参数优化
        5.2.1 线性水轮机调节系统仿真实验数据
        5.2.2 负荷扰动工况下的仿真结果
        5.2.3 空载频率扰动工况下的仿真结果
    5.3 水轮机调节系统非线性模型滑模控制算法的参数优化
        5.3.1 非线性水轮机调节系统仿真实验数据
        5.3.2 负载工况下不同控制算法的性能比较
        5.3.3 空载工况下不同控制算法的性能比较
        5.3.4 不同控制算法的优化结果对比
    5.4 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 不足与展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间从事的科研工作及其取得的成果



本文编号：3841795