发电机组汽门的新型非线性pid控制器设计

1/4发电机组汽门的新型非线性PID控制器设计朱发国姚玉斌陈学允摘要文章基于非线性跟踪微分器、非线性度变换以及PID校正的思想，构造了一种新的非线性PID控制结构。该方法解决了一般非线性PID控制器参数整定的难题，结构简单，易于实现，鲁棒性强，又克服了由于常规PID受模型线性化的限制而使稳定范围变小，微分信号提取困难等缺陷。数值仿真结果表明，该非线性PID控制器控制品质好，有利于提高电力系统的稳定性。关键词汽门控制非线性PID控制跟踪微分器非线性度ANEWNONLINEARPIDVALVECONTROLLEROFGENERATORZHUFAGUOYAOYUBINCHENXUEYUNHARBININSTITUTEOFTECHNOLOGYHARBIN，150001CHINAABSTRACTTHISPAPERPROPOSESANEWNONLINEARPIDMODELOFVALVECONTROLLERBASEDONNONLINEARTRACKINGDIFFERENTIATOR，NONLINEARNORMANDPIDADJUSTORTHENEWCONTROLLERISASSIMPLEANDEASYTOREALIZEASTHELINEARPIDCONTROLLER,ANDEXISTS2/4BETTERRESPONSEANDROBUSTNESSTHANTHATINLINEARPIDCONTROLLERDIGITALSIMULATIONRESULTINDICATESTHATTHENEWNONLINEARCONTROLLERISSATISFIEDFORIMPROVEMENTOFPOWERSYSTEMSTABILITYKEYWORDSVALVECONTROLNONLINEARPIDCONTROLLERTRACKINGDIFFERENTIATORNONLINEARNORM1引言发电机的汽门控制是提高电力系统稳定性的一种直接有效的方法。尽管现代控制理论已有相当发展，各种控制结构也应运而生，但由于其对系统数学模型的要求较高而使其应用受到了较大的限制。在控制领域中，经典PID控制方式目前仍然被广泛使用。电力系统是一个复杂的大规模非线性系统，强非线性和结构的多变性是其两个主要特点。常规PID控制器无法满足电力系统稳定性控制的要求。文献1基于非线性跟踪微分器和非线性组合的思想，设计了具有强鲁棒性和非线性适应能力的非线性PID控制器，在应用中显示了很好的效果，但其结构复杂，参数意义不很明确，整定较为困难。本文针对原非线性跟踪微分器产生跟踪超调和非线性组合参数整定困难的缺陷，给出了其改进模型，并运用于发电机汽门控制，获到了较好的效果。2非线性PID控制器3/4非线性跟踪微分器在实际控制过程中，控制所需信号往往是不连续或不可微的，或在噪声的干扰作用下，信号变得不连续或不可微，给PID控制品质的提高造成很大的障碍，非线性跟踪微分器在积分作用下跟踪信号及其微分信号，成功地解决了这一问题。文献1提供了二阶跟踪微分器的结构1式中R为一大于零的常数。可以证明，对式（1）输入一信号VT，它将产生两个状态信号X1T和X2T，其中X1T跟踪输入信号VT，即X2T为输入信号VT的广义微分信号。令为该跟踪微分器的开关平面函数。为了防止在S0附近出现高频颤振现象，式（1）在开关平面函数上设置了线性饱和区间，。在仿真和分析过程中发现，开关平面进入线性区后，X2的变化速度将大大减缓，若系统正处于快速跟踪阶段（即X2较大时），跟踪过程将产生较大的超调。因此，在开关平面函数中引入了罚函数EX2，得改进后的跟踪微分器结构为4/42式（2）中R决定了系统的跟踪速度，其值取R4CT2T，C为被跟踪信号幅值，TT为跟踪微分器的跟踪时间常数，一般小于被跟踪信号周期T0的倍。若被跟踪信号为非正弦信号，则可通过傅立叶分析大致得到C和T0T0应取最高次谐波的周期值）。越大，抵御干扰的能力越强，但也增大了干扰信号衰减振荡的周期，因此一般可视开关平面函数S所受干扰的大小，在满足抗干扰情况下取较小的整定值。非线性度变换非线性