基于内模控制的水轮机调节系统的优化设计２０１０．№ｌ
１引言
基于内模控制的水轮机调节系统的优化设计
陈亮亮１，张江滨２
（Ｌ中国水电顾问集团西北勘测设计研究院，西安７１００６５；
２．西安理工大学水利水电学院，西安７１００４８）
［摘要］水轮机调节系统是一类典型的非最小相位系统，为抑制其右半复平面零点所造成的负调，提出一种采用极点镜像映射法的ＩＭＣ．ＰＩＤ控制和模糊逻辑设定值加权的混合策略。采用内模控制极点映射方法设计ＰＩＤ控制器，能够降低不稳定零点带来的负调；引入的模糊逻辑设定值加权系数可以在线修正控制器的比例增益，．从结构上有效抑制负调产生。仿真结果表明，该控制器对水轮机调节系统具有良好的控制效果。［关键词］水轮机调节系统；内模控制；仿真研究
［中图分类号】ＴＫ７３０．４＋ｌ【文献标识码】Ａ【文章编号］１０００．３９８３（２０１０）０１－００６０－０５
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（１．ＨｙｄｒｏｃｈｉｎａＸｉｂｅｉＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｘｉ’ａｌｌ７１００６５，Ｃｈｉｎａ；
２．Ｘｉ’ａｌｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴ＆ｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００４８。Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｈｙｄｒｏ－ｔｕｒｂｉｎｅｒｅｇｕｌａｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍｉｓａｔｙｐｉｃａｌｎｏｎ－ｍｉｎｉｍｕｍｐｈａｓｅｓｙｓｔｅｍ，ｆｏｒｅｌｉｍｉｎａｔｅｔｈｅｕｎｄｅｒｓｈｏｏｔｃａｕｓｅｄｂｙｚｅｒｏｓｉｎｔｈｅｒｉｇｈｔ．ｈａｌｆｐｌａｎｅ．ａＩＭＣ－ＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｆｕｚｚｙｌｏｇｉｃｓｅｔ－ｐｏｉｎｔｗｅｉｇｈｔｍｉｘｅｄｓｔｒａｔｅｇｙｈａｓｂｅｅｎａｄｖａｎｃｅｄ．，ｒＩｌｅＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｌｍｏｄｅｌｃｏｎｔｒｏｌｗｉｔｈｐｏｌｅｍａｐｐｉｎｇｍｅｔｈｏｄ，ｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｕｎｄｅｒｓｈｏｏｔ，ａｎｄｔｈｅｆｕｚｚｙｌｏｇｉｃｓｅｔ—ｐｏｉｎｔｗｅｉｇｈｔｆａｃｔｏｒｔｈａｔｃａｌｌｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｏｆｇａｉｎ．ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｌｙｅｆｆｅｃｔｉｖｅｅｌｉｍｉｎａｔｅｔｈｅｕｎｄｅｒｓｈｏｏｔ．１１ｌｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｍａｋｅｈｙｄｒｏ－ｔｕｒｂｉｎｅｒｅｇｕｌａｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍｈａｓｇｏｏｄｃｏｎｔｒｏｌ
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水轮机调节系统由于水流惯性的存在，使整个系统成为一个典型的只有右半复平面零点的非最小相位系统【ｌｊ。从控制原理知道，右半复平面的正零点属于不稳定零点，由此产生的负调现象是系统控制所不希望的。
针对水轮机调节系统一类的非最小相位特点，很多学者进行过研究。基于经典控制理论的设计大都局限于线性控制器，难以同时抑制负调、超调和调整响应时间；而基于智能控制的设计方法【２】虽然也得到了研究，却因为自身的复杂性而使得实际的操作难度倍增；近年来，以预测算法、模型参考等为基础的控制方法［３－５１有了长足的发展，其中更是以内模控制【６’７】受到了大家的广泛关注。
以内模控制极点镜像映射的方法为基础，针对水轮机调节系统的非最小相位特点设计ＰＩＤ控制器，从而通过参数整定有效的抑制负调；并结合模糊控制技术对控制器的设定值进行加权，从系统结构上抑制负调的产生。理论分析和仿真结果均验证了该混合策略的有效性。
２问题描述
目前，工业控制系统使用最为广泛的仍然是结构简单的经典ＰＩＤ控制。虽然有学者进行过基于内模控制的设计【８】，而且也取得了不错的效果。但是，将内模控制和ＰＩＤ控制的优点结合起来，才会更有实用价值，所以本文采用基于内模控制的ＰＩＤ设计方法。
内模控制器的传统设计方法很难满足非最小相位系统的需要，而水轮机调节系统正是一个典型的非最小相位系统，所以需要重新定义设计公式，故本文采用极点镜像映射法设计系统控制器。
根据经典ＰＩＤ设计方法，引入设定值加权系数１９】后，系统得以从结构上抑制负调的产生。但此系数的大小会影响系统响应的快速性，所以需要在系统响应过程中动态计算该值的大小。
万方数据