專利名稱：：應(yīng)用于發(fā)電機(jī)勵(lì)磁與汽門系統(tǒng)的綜合智能解耦控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于發(fā)電機(jī)勵(lì)磁與汽門系統(tǒng)的控制
技術(shù)領(lǐng)域：
，特指一種應(yīng)用于發(fā)電機(jī)勵(lì)磁與汽門系統(tǒng)的綜合智能解耦控制方法。
背景技術(shù)：
：現(xiàn)有技術(shù)中，電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定性問題，即動(dòng)態(tài)安全可靠性問題，是電力系統(tǒng)運(yùn)行的重要問題，一直深受國(guó)內(nèi)外同行專家的重視，并進(jìn)行了大量的研究和實(shí)驗(yàn)工作。改善與提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的主要手段是采用新型電力設(shè)備及控制方式。大型發(fā)電機(jī)組是電力系統(tǒng)運(yùn)行中的關(guān)鍵設(shè)備，其有效控制有利于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，也是改善電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的一種有效環(huán)節(jié)。勵(lì)磁控制結(jié)合汽門調(diào)節(jié)的綜合控制是大型發(fā)電機(jī)組控制的一種主要趨勢(shì)，對(duì)于提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和運(yùn)行質(zhì)量有重大影響。汽輪發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)和汽門系統(tǒng)是一個(gè)典型的多變量、非線性、強(qiáng)耦合、不確定的復(fù)雜系統(tǒng)，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、有效的綜合控制器既是一件十分必要、又具有一定難度的工作。發(fā)電機(jī)組綜合控制中要解決機(jī)組大范圍運(yùn)行、工況和參數(shù)不斷變化、多變量之間耦合、強(qiáng)非線性等實(shí)際問題。汽輪發(fā)電機(jī)勵(lì)磁與汽門系統(tǒng)的綜合控制作為改善電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的有效措施，長(zhǎng)期以來(lái)一直受到重視?，F(xiàn)有的綜合控制器的設(shè)計(jì)方法(線性或非線性的)雖已取得了一些研究成果，但大都依賴于被控系統(tǒng)的精確數(shù)學(xué)模型和具體參數(shù)。由于汽輪發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁與汽門系統(tǒng)具有明顯的非線性，較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，參數(shù)的不確定性以及運(yùn)行方式的持續(xù)不斷變化，都使其難以用精確數(shù)學(xué)模型和具體參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確的描述?，F(xiàn)有的綜合控制器的設(shè)計(jì)方法在系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型不準(zhǔn)確或具體參數(shù)未知時(shí)將難以實(shí)施，從而導(dǎo)致控制效果將很難保證，存在一定的局限性，這在一定程度上限制了這些設(shè)計(jì)方法的實(shí)際工程應(yīng)用。因而，需要更好的對(duì)于發(fā)電機(jī)勵(lì)磁與汽門系統(tǒng)的控制方法，才能較好地調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)組的運(yùn)行工況，改善電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性，保證電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種應(yīng)用于發(fā)電機(jī)勵(lì)磁與汽門系統(tǒng)的綜合智能解耦控制方法，以對(duì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁與汽門系統(tǒng)這一復(fù)雜的被控對(duì)象獲得良好的控制效果。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為一種應(yīng)用于發(fā)電機(jī)勵(lì)磁與汽門系統(tǒng)的綜合智能解耦控制方法，其特征在于，由模糊邏輯控制器、神經(jīng)元PID控制器及解耦補(bǔ)償器三個(gè)部分依次連接對(duì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁與汽門系統(tǒng)進(jìn)行控制；所述的模糊邏輯控制器包括第一模糊邏輯控制器和第二模糊邏輯控制器；所述的神經(jīng)元PID控制器包括第一神經(jīng)元PID控制器和第二神經(jīng)元PID控制器；針對(duì)發(fā)電機(jī)端電壓和功角兩個(gè)變量，分別計(jì)算期望值與實(shí)際值的誤差，分別作為第一模糊邏輯控制器和第二模糊邏輯控制器的輸入量，第一模糊邏輯控制器和第二模糊邏輯控制器的輸出量分別作為第一神經(jīng)元PID控制器和第二神經(jīng)元PID控制器的輸入量，第一神經(jīng)元PID控制器和第二神經(jīng)元PID控制器的輸出值送入解耦補(bǔ)償器，由解耦補(bǔ)償器輸出得到2個(gè)實(shí)際輸出控制量勵(lì)磁電壓控制量和汽門開度控制量，以此控制發(fā)電機(jī)勵(lì)磁與汽門系統(tǒng)。所述的第一模糊邏輯控制器和第二模糊邏輯控制器均采用下表所述的模糊推理規(guī)則<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表中PB、PM、PS、ZO、NS、NM、NB分別代表7個(gè)模糊語(yǔ)言變量值正大、正中、正小、零、負(fù)小、負(fù)中、負(fù)大；隸屬函數(shù)均采用三角形函數(shù)，模糊推理均采用Madami規(guī)則，去模糊化均采用加權(quán)平均法。所述的第一神經(jīng)元PID控制器的控制算法為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>其中v,()t)表示第一神經(jīng)元PID控制器的輸出值，w(A:)表示權(quán)值，A為設(shè)定的一個(gè)比例系數(shù)，y;(w為第一模糊邏輯控制器的輸出值；第一神經(jīng)元PID控制器的學(xué)習(xí)算法為Wt(A:+1)=W,(A)+(A0h;w2("1)=W2(A:)+7,!(A:)V,("X2(A);w3+1)=w3(A)+(A)(&)x3(";其中式中&，7,，^為學(xué)習(xí)率，e,(A:)為發(fā)電機(jī)端電壓的誤差；所述的第二神經(jīng)元PID控制器的控制算法為式中xW)-/,^:);<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>其中v"A:)表示第二神經(jīng)元PID控制器的輸出值，w,(A)表示權(quán)值，^為設(shè)定的一個(gè)比例系數(shù)，/2(&)為第二模糊邏輯控制器的輸出值。第二神經(jīng)元PID控制器的學(xué)習(xí)算法為w,(A+1)=W+7Pe2(&)v2(A;)x,;<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>(A);<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>(t);其中式中^，％，化為學(xué)習(xí)率，^(A:)為發(fā)電機(jī)功角的誤差。所述的解耦補(bǔ)償器的表達(dá)式為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>式中^表示解耦權(quán)系數(shù)，v,(&)、^伙)分別表示第一神經(jīng)元PID控制器和第二神經(jīng)元PID控制器的輸出值，Ml(A:)、"2("分別表示勵(lì)磁電壓控制量和汽門開度控制量；而^的學(xué)習(xí)調(diào)整公式為~("1)=~(A:)+&"("—乂v乂("；式中/=1,2，_/=l，2，A為優(yōu)化步長(zhǎng)，^為靜態(tài)增益，其定義為^-浙/fi^;"(A:)表示期望值，X(A)表示實(shí)際值。本發(fā)明具有的有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)就在于1、綜合運(yùn)用了模糊邏輯控制器、神經(jīng)元PID控制器和解耦補(bǔ)償器，無(wú)需發(fā)電機(jī)勵(lì)磁與汽門系統(tǒng)的精確數(shù)學(xué)模型，控制器的結(jié)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單，可以達(dá)到非線性解耦控制的目標(biāo)。2、該綜合智能控制器的參數(shù)設(shè)置和學(xué)習(xí)訓(xùn)練都比較容易實(shí)現(xiàn)，通過離線和在線學(xué)習(xí)之后就可以直接應(yīng)用于實(shí)際控制，無(wú)需再調(diào)整控制參數(shù)。圖1是汽輪發(fā)電機(jī)勵(lì)磁與汽門系統(tǒng)的綜合控制結(jié)構(gòu)框圖2是本發(fā)明的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁與汽門系統(tǒng)的一種綜合智能解耦控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；圖3為本發(fā)明的實(shí)施流程。圖中標(biāo)號(hào)說(shuō)明l-勵(lì)磁機(jī)，2-發(fā)電機(jī)，3-電力系統(tǒng)，4-TV,5-TA，6-中壓調(diào)節(jié)氣閥，7-高壓調(diào)節(jié)氣閥，8-汽輪機(jī)，9-再熱器，10-過熱器，11-鍋爐汽包具體實(shí)施方式實(shí)施例l以下將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。1、確定控制器的結(jié)構(gòu)。將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊邏輯結(jié)合起來(lái)設(shè)計(jì)智能控制器，既可以使模糊邏輯控制器具有自學(xué)習(xí)的能力，又可以賦予神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)推理歸納的能力，同時(shí)還能夠使網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)、權(quán)值具有明確的物理意義，使得網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)和初始化都十分容易。本發(fā)明中將模糊邏輯控制器與神經(jīng)元pid控制器相結(jié)合，并增加了一個(gè)解耦補(bǔ)償器，從而設(shè)計(jì)一種用于發(fā)電機(jī)勵(lì)磁與汽門系統(tǒng)的綜合智能解耦控制器，該控制器的結(jié)構(gòu)如附圖2所示。附圖2所示的模糊神經(jīng)元解耦控制系統(tǒng)由2個(gè)模糊控制器、2個(gè)神經(jīng)元pid控制器和解耦補(bǔ)償器構(gòu)成。模糊控制中知識(shí)的抽取和表達(dá)比較方便，它能將操作者或?qū)＜业目刂平?jīng)驗(yàn)和知識(shí)表示成語(yǔ)言變量描述的控制規(guī)則，然后用這些控制規(guī)則去控制系統(tǒng)。因此，模糊控制特別適用于數(shù)學(xué)模型不精確，復(fù)雜的非線性、時(shí)變對(duì)象的控制。神經(jīng)元pid控制可以通過在線學(xué)習(xí)，根據(jù)對(duì)象參數(shù)發(fā)生變化時(shí)對(duì)系統(tǒng)輸出性能的影響來(lái)調(diào)整連接權(quán)值，改變網(wǎng)絡(luò)中比例、積分、微分作用的強(qiáng)弱，使系統(tǒng)具有較好的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性，也可以克服模糊控制器規(guī)則不精確的缺陷。針對(duì)非線性和耦合情況比較嚴(yán)重的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁與汽門系統(tǒng)，為改善解耦效果，在神經(jīng)元pid控制器與發(fā)動(dòng)機(jī)組之間串入了一個(gè)解耦補(bǔ)償器。在附圖2中，^分別為發(fā)電機(jī)端電壓和功角的期望值，f，^分別為發(fā)電機(jī)端電壓和功角的實(shí)際測(cè)量值，A為發(fā)電機(jī)端電壓的誤差，^為發(fā)電機(jī)功角的誤差，eCl、^分別為e，、62的變化率，/，/2分別為2個(gè)模糊邏輯控制器輸出值，^分別為2個(gè)神經(jīng)元PID控制器輸出值，a和a為輸出控制量，分別為勵(lì)磁電壓控制量、汽門開度控制量。2控制規(guī)則和控制參數(shù)的設(shè)計(jì)和學(xué)習(xí)訓(xùn)練附圖2中的2個(gè)模糊邏輯控制器(FLC1和FLC2)均采用雙輸入單輸出的結(jié)構(gòu)，輸入量分別是A和eq、^和e&。模糊邏輯控制器設(shè)計(jì)控制規(guī)則時(shí)只考慮單變量的影響，不考慮其它變量之間的影響。這里設(shè)置2個(gè)模糊邏輯控制器的控制規(guī)則表如表1所示表中PB、PM、PS、ZO、NS、NM、NB分別代表7個(gè)模糊語(yǔ)言變量值正大、正中、正小、零、負(fù)小、負(fù)中、負(fù)大。隸屬函數(shù)采用三角形函數(shù)，模糊推理釆用Madami規(guī)則，去模糊化采用加權(quán)平均法，實(shí)際應(yīng)用于控制時(shí)就采用直接?xùn)吮淼姆绞降玫娇刂屏?，因而也不需要再學(xué)習(xí)訓(xùn)練或者調(diào)整。表1模糊控制規(guī)則表<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>神經(jīng)元PID控制器可以克服表1所示的模糊控制規(guī)則不精確的缺陷，神經(jīng)元PID控制器是通過對(duì)加權(quán)系數(shù)的調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)功能，權(quán)系數(shù)的調(diào)整是按有監(jiān)督的Hebb學(xué)習(xí)規(guī)則實(shí)現(xiàn)，輸出偏差信號(hào)作為教師信號(hào)。所述的第一神經(jīng)元PID控制器的控制算法為3^=^(A:-1)+&(*)x,(1)=(2)/=1式中=x2("=,W-y;("l);x3W=,(A:)—2,"—1)+,("2);其中v^)表示第一神經(jīng)元PID控制器的輸出值，w(A:)表示權(quán)值，A為設(shè)定的一個(gè)比例系數(shù)，,ot)為第一模糊邏輯控制器的輸出值。第一神經(jīng)元PID控制器的學(xué)習(xí)算法為w,(A:+1)=+7尸q(&)(3)w2(A:+1)=w2(it)+M("v,("x2(A:)(4)w3("1)=w3(A:)+(A:)("x3(A)(5)其中式中^，7,，^為學(xué)習(xí)率，e,(A:)為發(fā)電機(jī)端電壓的誤差。所述的第二神經(jīng)元PID控制器的控制算法為)=^("1)+^(6))=w,("/|>W)(7),=1式中柳=/2(*);，=/2(H);x3(A0-/2("-2/2(*-1)+/2(*-2);其中v,(Jt)表示第二神經(jīng)元PID控制器的輸出值，w""表示權(quán)值，^為設(shè)定的一個(gè)比例系數(shù)，/2("為第二模糊邏輯控制器的輸出值。第二神經(jīng)元PID控制器的學(xué)習(xí)算法為W(A;+1)=(A)+;;,2v2(A:)(8)w2(A:+1)=w2(A:)+/^e2(&)v2(A:)x2②(9)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage12</formula>其中式中W，7,，化為學(xué)習(xí)率，^(A:)為發(fā)電機(jī)功角的誤差?？紤]到發(fā)電機(jī)勵(lì)磁與汽門系統(tǒng)是一個(gè)耦合的非線性關(guān)系，這里在神經(jīng)元PID輸出之后增加了一個(gè)解耦補(bǔ)償器，其原理是通過對(duì)不同神經(jīng)元PID的加權(quán)來(lái)衡量相互間的耦合關(guān)聯(lián)作用。即<formula>formulaseeoriginaldocumentpage12</formula>式中表示解耦權(quán)系數(shù)，h(A:)、v""分別表示第一神經(jīng)元PID控制器和第二神經(jīng)元PID控制器的輸出值，Wl(A)、"2(&)分別表示勵(lì)磁電壓控制量和汽門開度控制量。而~的初始值取0—1之間的隨機(jī)數(shù)，并由下面的梯度下降算法來(lái)調(diào)整參數(shù)值<formula>formulaseeoriginaldocumentpage12</formula>式中/=1，2，_/'=l，2,A.為優(yōu)化步長(zhǎng)，^為靜態(tài)增益，其定義為^=辦,/^;"A)表示期望值，乂(A:)表示實(shí)際值。這樣，依據(jù)模糊邏輯控制器、神經(jīng)元PID控制器和解耦補(bǔ)償器的相互補(bǔ)充就可以實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁與汽門系統(tǒng)的智能解耦控制。這里將本發(fā)明的實(shí)施過程用附圖3來(lái)說(shuō)明。權(quán)利要求1.一種應(yīng)用于發(fā)電機(jī)勵(lì)磁與汽門系統(tǒng)的綜合智能解耦控制方法，其特征在于，由模糊邏輯控制器、神經(jīng)元PID控制器及解耦補(bǔ)償器三個(gè)部分依次連接對(duì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁與汽門系統(tǒng)進(jìn)行控制；所述的模糊邏輯控制器包括第一模糊邏輯控制器和第二模糊邏輯控制器；所述的神經(jīng)元PID控制器包括第一神經(jīng)元PID控制器和第二神經(jīng)元PID控制器；針對(duì)發(fā)電機(jī)端電壓和功角兩個(gè)變量，分別計(jì)算期望值與實(shí)際值的誤差，分別作為第一模糊邏輯控制器和第二模糊邏輯控制器的輸入量，第一模糊邏輯控制器和第二模糊邏輯控制器的輸出量分別作為第一神經(jīng)元PID控制器和第二神經(jīng)元PID控制器的輸入量，第一神經(jīng)元PID控制器和第二神經(jīng)元PID控制器的輸出值送入解耦補(bǔ)償器，由解耦補(bǔ)償器輸出得到2個(gè)實(shí)際輸出控制量勵(lì)磁電壓控制量和汽門開度控制量，以此控制發(fā)電機(jī)勵(lì)磁與汽門系統(tǒng)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于發(fā)電機(jī)勵(lì)磁與汽門系統(tǒng)的綜合智能解耦控制方法，其特征在于，所述的第一模糊邏輯控制器和第二模糊邏輯控制器均采用下表所述的模糊推理規(guī)則<table>tableseeoriginaldocumentpage2</column></row><table>表中PB、PM、PS、ZO、NS、NM、NB分別代表7個(gè)模糊語(yǔ)言變量值正大、正中、正小、零、負(fù)小、負(fù)中、負(fù)大；隸屬函數(shù)均采用三角形函數(shù)，模糊推理均采用Madami規(guī)則，去模糊化均采用加權(quán)平均法。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于發(fā)電機(jī)勵(lì)磁與汽門系統(tǒng)的綜合智能解耦控制方法，其特征在于，所述的第一神經(jīng)元PID控制器的控制算法為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>式中x,其中v,("表示第一神經(jīng)元PID控制器的輸出值，w(A:)表示權(quán)值，A為設(shè)定的一個(gè)比例系數(shù)，乂("為第一模糊邏輯控制器的輸出值；第一神經(jīng)元PID控制器的學(xué)習(xí)算法為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>其中式中7"7"^為學(xué)習(xí)率，q(A:)為發(fā)電機(jī)端電壓的誤差；所述的第二神經(jīng)元PID控制器的控制算法為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>/式中、<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>其中^(A)表示第二神經(jīng)元PID控制器的輸出值，w,(A:)表示權(quán)值，^為設(shè)定的一個(gè)比例系數(shù)，力()t)為第二模糊邏輯控制器的輸出值。第二神經(jīng)元PID控制器的學(xué)習(xí)算法為W(A+1)=w(A)+("v2(A);w2+1)=w2(A:)+(""2(&)jc2(A);w3(A+1)=w3("+7De2(A;)v^(A:)x3(A:);其中式中化，7,，^為學(xué)習(xí)率，^(A:)為發(fā)電機(jī)功角的誤差。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于發(fā)電機(jī)勵(lì)磁與汽門系統(tǒng)的綜合智能解耦控制方法，其特征在于，所述的解耦補(bǔ)償器的表達(dá)式為6"w2,12式中^表示解耦權(quán)系數(shù)，v/,("、v^(A:)分別表示第一神經(jīng)元PID控制器和第二神經(jīng)元PID控制器的輸出值，a(W、a(a:)分別表示勵(lì)磁電壓控制量和汽門開度控制量；而^的學(xué)習(xí)調(diào)整公式為~(A+1)=~("+&"(A)—^v乂;式中,'=1，2,_/=1,2，^為優(yōu)化步長(zhǎng)，^為靜態(tài)增益，其定義為~=辦,/由,.；表示期望值，乂(A:)表示實(shí)際值。全文摘要本發(fā)明公開了一種應(yīng)用于發(fā)電機(jī)勵(lì)磁與汽門系統(tǒng)的綜合智能解耦控制方法，其特征在于針對(duì)發(fā)電機(jī)端電壓和功角兩個(gè)變量，分別計(jì)算期望值與實(shí)際值的誤差，設(shè)計(jì)一種新的綜合智能解耦控制器，該控制器由模糊邏輯控制器、神經(jīng)元PID控制器及解耦補(bǔ)償器三個(gè)部分組成，并給出了該控制器的具體結(jié)構(gòu)、參數(shù)設(shè)置和參數(shù)學(xué)習(xí)訓(xùn)練算法。該綜合智能控制器可以同時(shí)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁與汽門系統(tǒng)，控制器輸入量為2個(gè)發(fā)電機(jī)端電壓的誤差、功角的誤差，本發(fā)明中的控制器根據(jù)設(shè)定的控制規(guī)則和控制參數(shù)，以2個(gè)控制輸出量分別作用于勵(lì)磁和汽門系統(tǒng)。本發(fā)明能解決發(fā)電機(jī)勵(lì)磁與汽門系統(tǒng)綜合控制中的強(qiáng)非線性、時(shí)變、耦合等難題，獲得良好的控制效果。文檔編號(hào)H02P9/14GK101635553SQ20091004415公開日2010年1月27日申請(qǐng)日期2009年8月18日優(yōu)先權(quán)日2009年8月18日發(fā)明者吳亮紅,輝張,王耀南,袁小芳申請(qǐng)人:湖南大學(xué)