考虑输入约束的发电机汽门非线性自适应控制
日期：2009-12-29 14:13:56 点击：
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1 引言(Introduction)
电力系统运行稳定性问题一直是至关重要的. 近代大型汽轮机的汽门开度控制不仅对电力系统大 干扰稳定性的改善有极其重要的作用, 而且在改善 系统小干扰稳定性、抑制低频振荡方面也有不可低 估的作用控制工程网版权所有, 因而越来越受到关注[1?7].
近年来发表的一些关于汽门开度非线性控制的 文章, 大都没有考虑在工程实际中输入控制量的幅 值约束问题. 然而, 实际的物理系统控制输入幅值 约束限制是普遍存在的. 显然, 考虑控制量限幅的 汽门控制更具实际意义, 但这方面研究的文献相对 较少[8?11], 主要是由于缺少有效的方法. 文献[8]设 计了多机系统励磁和汽门综合非线性分散饱和控制 器; 文献[9]采用极大值原理求解快速汽门的最优控 制策略, 考虑了控制量的受约束特性, 但是其采用系 统的线性化模型控制工程网版权所有, 在大扰动期间, 控制器难以产生满 意的控制效果; 文献[10]应用李雅普诺夫稳定性理 论求解发电机快速汽门的最优控制策略, 也考虑了 控制量的受约束特性, 但李雅普诺夫函数的构造是 一个关键性问题; 文献[11]针对多机系统考设计了 非线性分散汽门控制器, 将控制量限幅转化为任一 时间点上求解一个具有不等式约束的线性最优化问 题, 由于所需在线计算量过大而难以实现. 同时文 献[4?11]中都未考虑阻尼系数的不确定性.
本文为了保证输入控制量幅值约束引进切换策 略同时考虑高压缸和中低压缸的汽门控制, 设计出输入限幅的非线性自适应控制器. 其设计思想是将 汽轮机调速系统转化为一个同时含有主汽门控制子 系统和快速汽门控制子系统的切换系统. 首先, 在考 虑阻尼系数不能精确测量的情况下, 应用本文提出 的改进自适应Backstepping方法设计切换子系统的 非线性自适应控制器和参数替换律, 同时构造出切 换系统的共同Lyapunov函数. 然后, 进一步设计逻辑 切换律, 保证子系统控制器输入约束不被破坏. 仿真 结果表明了设计方法的有效性.
2 问题描述(Problem statement)
考虑带有汽门控制的单机无穷大系统(SMIB), 系统结构如图1所示.
WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网
电力系统运行稳定性问题一直是至关重要的. 近代大型汽轮机的汽门开度控制不仅对电力系统大 干扰稳定性的改善有极其重要的作用, 而且在改善 系统小干扰稳定性、抑制低频振荡方面也有不可低 估的作用控制工程网版权所有, 因而越来越受到关注[1?7].
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近年来发表的一些关于汽门开度非线性控制的 文章, 大都没有考虑在工程实际中输入控制量的幅 值约束问题. 然而, 实际的物理系统控制输入幅值 约束限制是普遍存在的. 显然, 考虑控制量限幅的 汽门控制更具实际意义, 但这方面研究的文献相对 较少[8?11], 主要是由于缺少有效的方法. 文献[8]设 计了多机系统励磁和汽门综合非线性分散饱和控制 器; 文献[9]采用极大值原理求解快速汽门的最优控 制策略, 考虑了控制量的受约束特性, 但是其采用系 统的线性化模型控制工程网版权所有, 在大扰动期间, 控制器难以产生满 意的控制效果; 文献[10]应用李雅普诺夫稳定性理 论求解发电机快速汽门的最优控制策略, 也考虑了 控制量的受约束特性, 但李雅普诺夫函数的构造是 一个关键性问题; 文献[11]针对多机系统考设计了 非线性分散汽门控制器, 将控制量限幅转化为任一 时间点上求解一个具有不等式约束的线性最优化问 题, 由于所需在线计算量过大而难以实现. 同时文 献[4?11]中都未考虑阻尼系数的不确定性.
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本文为了保证输入控制量幅值约束引进切换策 略同时考虑高压缸和中低压缸的汽门控制, 设计出输入限幅的非线性自适应控制器. 其设计思想是将 汽轮机调速系统转化为一个同时含有主汽门控制子 系统和快速汽门控制子系统的切换系统. 首先, 在考 虑阻尼系数不能精确测量的情况下, 应用本文提出 的改进自适应Backstepping方法设计切换子系统的 非线性自适应控制器和参数替换律, 同时构造出切 换系统的共同Lyapunov函数. 然后, 进一步设计逻辑 切换律, 保证子系统控制器输入约束不被破坏. 仿真 结果表明了设计方法的有效性.
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2 问题描述(Problem statement)
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考虑带有汽门控制的单机无穷大系统(SMIB), 系统结构如图1所示.
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