项目名称: 混流式水轮机调节系统的非线性有限时间控制

项目编号: No.51509210

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2016

项目学科: 水利工程

项目作者: 王斌

作者单位: 西北农林科技大学

项目金额: 20万元

中文摘要: 水轮机调节系统是一集水、机、电、磁一体的时变、非最小相位、复杂非线性系统,其高品质控制是一研究热点与难点,特展开其非线性有限时间控制研究。揭示水轮机调节系统过水管道的水流惯性时间常数等三个核心参数对其动态稳定的影响机理,给出其动态稳定的充分条件,该研究成果将为水轮机调节系统的稳定性控制奠定基础;为改善其过渡时间、超调量和振荡次数等动态稳定品质,首次引入有限时间稳定性理论,结合Lyapunov稳定性理论,研究水轮机调节系统的非线性有限时间控制方法,给出系统稳定需要满足的不等式约束,并通过Schur补定理以线性矩阵不等式组的形式给出水轮机调节系统更加宽松和实用的充分稳定条件。考虑水轮机调节系统会受到随机负荷扰动的影响,引入线性时不变区间理论和H∞控制理论,改进所设计控制器的鲁棒性;探究更适宜于水轮机调节系统的控制方法及其普适性。该研究将为生产实践中水电站系统的稳定性控制提供新方法和理论依据。

中文关键词: 水轮机调节系统;非线性控制;有限时间控制;滑模控制;模糊控制

英文摘要: Hydro-turbine governing system (HGS) is a complicate nonlinear system as it is a integral of hydraulic, mechanical, electrical and magnetic system. As the ever-increasing demand and difficulty of high quality control, we study the nonlinear finite time control for francis HGS. Firstly, we will study the dynamic stability impact mechanism of the three core system parameters for HGS. The sufficient condition for HGS dynamic stability will be given, and it will also be the foundation for the HGS stability control. Secondly, from the point of engineering view to consider the requirements of transition time, overshoot and oscillation frequency for HGS, we will be the pioneers to introduce finite time stability theory to improve the dynamic stabilization performance. By combining Lyapunov stability theory, the inequality constraints for finite time stability will be presented. According to Schur complement theorem, the constraints can be transformed to the standard form of linear matrix inequalities (LMI) which are more practical. Considered HGS will be affected by random load disturbance, the linear time invariant interval theory and H∞ control theory will be introduced to improve robustness of the controller. Finally, we will explore the more suitable method for HGS control and explore its application and universality to other hydropower system. The research results will provide new reference and theoretical basis for the stability control of hydropower system.

英文关键词: hydro-turbine governing system;nonlinear control;finite time control;sliding mode control;fuzzy control

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