1、勵(lì)磁控制理論簡(jiǎn)介,宜昌能達(dá)通用電氣有限責(zé)任公司 余翔,目的,介紹各種在勵(lì)磁控制中得到應(yīng)用的理論 部分控制理論的實(shí)現(xiàn) 通過實(shí)驗(yàn)或現(xiàn)場(chǎng)波形對(duì)比PID控制,現(xiàn)有的勵(lì)磁控制理論,PID PID+PSS 線性最優(yōu)控制 自適應(yīng)最優(yōu)控制 非線性控制,自動(dòng)控制中的幾個(gè)問題,運(yùn)行狀態(tài)改變后控制輸出會(huì)穩(wěn)定在哪一點(diǎn) 偏差是怎么得到的 可以預(yù)測(cè)偏差的變化做到“超前”控制嗎,PID控制,比例參數(shù)的作用和影響,對(duì)穩(wěn)態(tài)特性的影響 加大比例控制KP，在系統(tǒng)穩(wěn)定的情況下，可以減小穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制精度，但加大KP只減小誤差，卻不能完全消除穩(wěn)態(tài)誤差； 對(duì)動(dòng)態(tài)特性的影響 比例控制KP加大，會(huì)使系統(tǒng)的動(dòng)作靈敏、響應(yīng)速度快；KP偏大，

2、振蕩次數(shù)變多，調(diào)節(jié)時(shí)間加長(zhǎng)，當(dāng)KP太大時(shí)，系統(tǒng)會(huì)趨于不穩(wěn)定。若KP太小，又會(huì)使系統(tǒng)的響應(yīng)緩慢。,積分參數(shù)的作用和影響,對(duì)穩(wěn)態(tài)特性的影響 積分控制能消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制系統(tǒng)的控制精度。但若TI太大，積分作用太弱，將不能減小穩(wěn)態(tài)誤差； 對(duì)動(dòng)態(tài)特性的影響 積分時(shí)間常數(shù)TI偏小，積分作用強(qiáng)，振蕩次數(shù)較多，TI太大，對(duì)系統(tǒng)性能的影響減小。當(dāng)時(shí)間常數(shù)TI合適時(shí)，過渡性能比較理想。,微分參數(shù)的作用和影響,微分控制的作用跟偏差信號(hào)的變化趨勢(shì)有關(guān)，通過微分控制能夠預(yù)測(cè)偏差，產(chǎn)生超前的校正作用，可以較好地改善動(dòng)態(tài)特性，如超調(diào)量減少，調(diào)節(jié)時(shí)間縮短，允許加大比例控制，使穩(wěn)態(tài)誤差減小，提高控制精度等。但當(dāng)TD偏

3、大時(shí)，超調(diào)量較大，調(diào)節(jié)時(shí)間較長(zhǎng)。當(dāng)TD偏小時(shí)，同樣超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間也都較大。只有TD取得合適，才能得到比較滿意的效果。,空載階躍時(shí)的電壓變化,空載階躍時(shí)的V和V,空載階躍時(shí)控制角及其積分,PID控制的實(shí)現(xiàn),控制規(guī)律 傳遞函數(shù),PID控制的數(shù)字實(shí)現(xiàn),PID控制輸出的累加形式 控制偏差的增量形式,PID在勵(lì)磁中的實(shí)現(xiàn),比例 V=V-Ref Ef=VKP 積分 Efavg Efavg EfKI 微分 EfEf（V(k)-V(k-1)）KD,有功功率的處理（用于PSS）,比例 PPPavg 積分 PavgPavgPKI,穩(wěn)態(tài)誤差的由來及其消除方法,穩(wěn)態(tài)誤差的由來截?cái)嗾`差 VKP avg= avg+ K

4、I avg+ 當(dāng)KI VKP KI截?cái)嗾`差， avg 、都不再發(fā)生變化 穩(wěn)態(tài)誤差的消除方法 avg= avg+ KI1+ VKI2,電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)原理,根據(jù)發(fā)電機(jī)固有頻率進(jìn)行補(bǔ)償，使之頻譜特性與期望值一致。 國(guó)家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中電力系統(tǒng)穩(wěn)定器整定試驗(yàn)導(dǎo)則要求，需要通過相位補(bǔ)償，使0.22Hz范圍內(nèi)PSS輸出的力矩向量對(duì)應(yīng)軸在超前+10-45。,PSS補(bǔ)償特性圖,PSS補(bǔ)償特性圖,單輸入PSS,KPSS=3，T1=0.09s，T2=0.031s，T3=0.3s T4=0.99s，Tw=2.3s,慣性環(huán)節(jié) 的離散化,有x+Tsx=u, 即dx/dt=(u-x)/T 令控制周期為h, =

5、h/2, 離散化得到 化簡(jiǎn)得到,隔直環(huán)節(jié)和超前滯后環(huán)節(jié),隔直環(huán)節(jié) 超前滯后環(huán)節(jié),單輸入PSS的特點(diǎn),優(yōu)點(diǎn) 原理清晰 實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單 抑制低頻振蕩效果較好 缺點(diǎn) 抑制振蕩頻率范圍窄 有功功率的反調(diào) 多機(jī)系統(tǒng)中的配合,PSS2A,-4%階躍(動(dòng)模試驗(yàn)),P=0.57，t=1s時(shí)給定值由1.08突變?yōu)?.04,三相接地實(shí)驗(yàn)（動(dòng)模試驗(yàn)）,V=1.05, P=0.45, t=1s時(shí)發(fā)生三相接地故障，0.2s后故障消失。,線性最優(yōu)勵(lì)磁控制,一種多變量PID 理論：Ef=KV VK K 實(shí)際：Ef=KV VKP PKF F 將來： Ef=KV VKP P K ,1%階躍,P=0.7, t=1s時(shí)給定值由1突變?yōu)?

6、.01；t=7s給定值由1.01突變?yōu)?.0,4PSS試驗(yàn)（PID）,4PSS試驗(yàn)（線性最優(yōu)）,自適應(yīng)控制,變?cè)鲆孀赃m應(yīng) 模型參考自適應(yīng) 自校正控制,變?cè)鲆孀赃m應(yīng),預(yù)置幾組控制參數(shù)，運(yùn)行時(shí)根據(jù)一個(gè)或多個(gè)輔助變量的大小選取最合適的一組。 具有一定的適應(yīng)能力，實(shí)際仍然是改進(jìn)的定點(diǎn)控制方式。 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。,模型參考自適應(yīng),由兩個(gè)環(huán)路組成：內(nèi)環(huán)是調(diào)節(jié)器和被控對(duì)象，外環(huán)為參考模型和自適應(yīng)機(jī)構(gòu)。參考模型經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，性能優(yōu)良。這樣通過自適應(yīng)機(jī)構(gòu)使被控對(duì)象與參考模型之間的廣義誤差最小化，從而達(dá)到被控對(duì)象性能最優(yōu)。 能夠很快跟蹤被控對(duì)象的變化。 要求零極點(diǎn)對(duì)消，很難保證閉環(huán)穩(wěn)定。 參考模型難以設(shè)計(jì)。,

7、模型參考自適應(yīng)（續(xù)）,參考模型,前饋調(diào)節(jié)器,被控對(duì)象,反饋調(diào)節(jié)器,自適應(yīng)機(jī)構(gòu),u,Yr,廣義誤差e,+,-,自校正控制,通常由辨識(shí)器、控制器參數(shù)設(shè)計(jì)部分和控制器本體三部分組成。這種算法對(duì)同步發(fā)電機(jī)控制過程進(jìn)行實(shí)時(shí)辨識(shí)，并將辨識(shí)參數(shù)代入離散的Riccati方程，實(shí)時(shí)求解最優(yōu)反饋增益，以得到最優(yōu)控制輸出。理論上該控制器能夠保證被控對(duì)象始終保持最優(yōu)性能。,自校正控制（續(xù)）,被控對(duì)象,辨識(shí)器,控制器參數(shù)設(shè)計(jì),控制器,+,+,y,u0,自適應(yīng)與PID控制性能的比較,三相短路實(shí)驗(yàn),自適應(yīng)勵(lì)磁控制現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn),非線性魯棒電力系統(tǒng)穩(wěn)定器,基于多機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)，該模型考慮瞬態(tài)凸極效應(yīng)，并計(jì)及了系統(tǒng)中存在的各種不確定性因素的影響；在此基礎(chǔ)上將微分幾何控制理論與線性方法有機(jī)結(jié)合，即采用反饋線性化方法將非線性系統(tǒng)精確線性化，然后應(yīng)用線性控制理論設(shè)計(jì)其