水轮机二次型最优控制系统研究

摘要

近10年来,水轮机调节理论与技术有了较大进展,但是绝大多数调速器仍然采用常规的PID控制方式.由于水击作用的影响,水轮机调节(控制)系统是一个非最小相位系统,加之水轮机运行工况复杂,整个系统呈现出非线性、时变不确定特征,因而常规的PID控制方式在许多情况下控制性能不佳.现代控制理论和智能控制方法的发展为水轮机控制系统研究提供了许多新的课题.在智能控制方法的研究方面,采取智能控制方法与PID控制相结合策略,既发挥了智能控制自学习、自适应的优势,又突出了PID控制的快速性、高精度、稳定性好、易实现的特点,如有级变参数变结构PID控制、模糊自适应PID控制以及基于遗传算法或人工神经元网络参数优化自适应PID控制等.但是,上述智能控制方法的基本思想为适应式控制,离线参数优化的结果往往与实际最优偏差较大,而在线参数调整(自适应),要进行各种物理量的测量(辨识),构造合适的适应机构(决策),调整控制器参数(修改),以使实际系统不断地趋向最优或要求的状态.由于自适应控制系统本质是非线性的,其稳定性分析有一定的针对性,而且其结果仅为静态最优.自适应涉及较多的物理量测量、复杂的控制计算,这将严重影响系统的可靠性和实时性,要应用到实际系统还须进行大量的工作.现代控制理论建立在状态概念之上,具有严格的数学理论基础,状态反馈控制系统揭示系统的内在规律,能实现系统在一定意义上的动态最优化,如二次性能指标控制最优化,二次型最优控制是线性控制系统最优化设计的重要方法.本文将二次型最优控制设计方法的结果应用到常规PID调节参数优化设计中,这对于传统水轮机调节参数整定具有重要的实用参考价值。