微型燃气轮机分数阶PIλDμ励磁控制器研究

摘要

以微型燃气轮发电机组为代表的分布式能源系统是世界能源发展的新方向。励磁控制系统是燃气轮发电机组的重要组成部分，对其安全稳定运行有着重要影响。本论文以东北大学和沈阳航天新光集团联合开发的微型燃机发电机励磁控制系统为研究基点，设计了针对75kW级无刷同步发电机的基于传统PID控制开关式斩波励磁控制系统，并完成了样机的研发并进行了现场调试。由于传统PID控制方案在调节时间和频率特性上的缺点，本文采用了一类分数阶PIλDμ控制器。
　　 分数阶微分和积分的概念产生于三百多年前。分数阶微积分是研究和应用任意阶微分和积分的理论，它是整数阶微积分的自然延伸。随着分数阶微积分理论的发展，近些年来将分数阶微积分理论应用于控制理论和控制实践的研究已经开始，并不断取得进展。分数阶微积分的发展，为以整数阶微积分理论为基础的控制理论和控制工程提供了一个新的发展空间。
　　 本论文针对微型燃机模型非线性特点并结合任务书要求设计了控制系统的总体方案。首先针对燃机类非线性系统提出调压控制模型并采用传统PID控制PWM斩波方式控制发电机输出电压指标，并现场实践验证了有效性。随后论文针对传统PID控制器存在调节时间和频率特性不理想的问题，采用了一类分数阶PIλ Dμ控制器，并在复频域下进行了研究。给出了一种利用幅值裕量和相角裕量分析控制器的方法并特别分析了控制器的阶次λ和μ对控制器的影响。本论文还针对以上得到的分数阶PIλDμ控制器，利用平面根轨迹方法分析了稳定性，并介绍了分数阶系统普遍适用的空间根轨迹研究方法。最后论文还针对智能控制领域介绍了一类基于模糊算法的分数阶PIλDμ控制器并简要加以了阐述。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 微型燃气轮机概述

1.2 同步发电机励磁控制系统的作用

1.3 同步发电机励磁系统的研究现状

1.3.1 励磁方式的发展状况

1.3.2 励磁控制理论的发展状况

1.4 分数阶微积分

1.4.1 分数阶微积分定义

1.4.2 分数阶微积分的性质

1.4.3 分数阶微积分的几何和物理意义

1.4.4 分数阶微积分与整数阶微积分比较

1.5 本论文主要任务

第2章 微型燃机系统模型及P I D控制

2.1 引言

2.2 非线性系统模型控制方法

2.3 TB-751型微型燃机数学模型

2.4 TB-751研制任务书性能指标要求

2.4.1 主要电气调整指标

2.4.2 调整保护组合的保护功能

2.5 TB-751励磁控制系统总体设计方案

2.5.1 励磁电路硬件设计

2.6 励磁控制系统的PID控制

2.6.1 传统PID控制参数整定方法

2.6.2 仿真研究

2.6.3 TB-751机组试验情况

2.7 本章小结

第3章 分数阶PIλDμ励磁控制器及其复频域研究

3.1 分数阶PIλDμ励磁控制器设计目的

3.2 分数阶PIλDμ控制器

3.2.1 分数阶微积分Laplace变换

3.2.2 分数阶PIλDμ控制器定义

3.2.3 分数阶PIλDμ控制器各参数特性

3.3 分数阶PIλDμ控制器复频域设计分析

3.4 仿真研究

3.5 本章小结

第4章 分数阶励磁控制系统根轨迹研究

4.1 分析励磁控制系统根轨迹目的

4.2 分数系统根轨迹

4.2.1 根轨迹概述

4.2.2 分数系统平面根轨迹

4.3 仿真研究

4.4 分数阶系统空间根轨迹

4.4.1 分数阶方程复域解性质

4.4.2 分数阶系统根轨迹运动空间

4.5 本章小结

第5章 分数阶PIλDμ控制器智能控制领域分析

5.1 模糊分数阶PIλμ控制器研究

5.1.1 模糊控制的基本原理和组成

5.1.2 模糊分数阶PIλDμ控制器

5.2 模糊分数阶系统仿真模型建立问题

5.3 本章小结

第6章 结论与展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间所做的工作