基于扭振分量极小化的LQH最优汽门控制器设计起重吸盘

基于扭振分量极小化的LQ/H∞最优汽门控制器设计

基于扭振分量极小化的LQ/H∞最优汽门控制器设计 2011年12月09日 来源： 中图分类号：TK263.72　　　文献标识码：A文章编号：0258-8013 (2000) 04-0006-03DESIGN OF LQ/H∞ OPTIMAL VALVING CONTROLLERBASED ON MINIMIZING OF TORSIONALSBAO Wen, YU Da-ren， LI Song-jing(Harbin Institute of Technologh,Harbin 150001, China)ABSTRACT：This paper analyzed the change of bound of shaft model perturbation using minimizing of torsionals,and a design method of turbine optimal valving controller is proposed based on minimzing of torsionals.It improves performance of the system and ensures stability of torsionals.Using the speed after minimizing of torsionals as feedback speed,it can design a better performance controller.KEY WORDS：torsional oscillation; gas turbine; LQ/H∞ optimal controller1　引言　　最优汽门控制已经应用于快关汽门控制和调速侧的电力系统稳定控制器(GPSS)的设计。快关汽门控制在输电线短路等故障时快速关闭汽门，减少汽轮机功率，增加电力系统的暂态稳定性，提高了线路输电能力。针对附加励磁控制的电力系统稳定器(PSS)在多机系统中需要进行全系统参数协调设计和安装地点选择以及鲁棒性比较差的缺点，华北电力大学杨以涵、郝玉山教授提出的GPSS具有多机解耦性和恒正阻尼特性［1］，GPSS可以实现PSS的功能且鲁棒性好，GPSS可用最优汽门控制实现。　　在一般汽轮机最优汽门控制系统设计中，只考虑系统的低频特性，设计出的控制器可能有较大增益和很快响应速度，这可能导致系统高频未建模动态失稳，其中高增益导致轴系扭振失稳是一个典型的例子［2］。为了提高扭振稳定性，使用转速低通滤波器是一种方法。但是使用滤波器将影响到系统的调节速度，降低最优控制器的性能，并且在使用滤波器后，系统设计已不是在最优意义下的设计了。把刚性轴系模型作为名义模型，轴系扭振模态是名义模型上的一个加性摄动［3］。考虑到轴系的扭振模态，汽轮机调节系统设计应是考虑扭振的鲁棒设计问题。　　鲁棒控制理论在近年来有了长足的进展，尤其是H∞理论受到了广泛的重视。LQ和H∞结合进行控制系统设计，既可以解决LQ最优控制抗干扰和鲁棒性问题，又可以解决H∞最优控制系统的性能问题［4］。在鲁棒控制器设计中，模型摄动边界是一个对控制器性能影响很大的因素，经过扭振分量极小化后，系统中的扭振分量有所减少，相对的模型摄动也有所减少，可以使控制器在保证鲁棒稳定的条件下，有更好的性能。本文分析扭振分量极小化下的模型摄动边界变化，给出汽轮机LQ/H∞最优汽门控制器的设计方法，可以避免使用滤波器对控制器最优性能的影响，提高响应速度，保证扭振稳定。2　汽轮机LQ/H∞最优汽门控制器设计2.1　H∞控制器设计问题　　一个加性摄动的系统如图1(a)所示，K(s)为控制器，P0(s)为名义模型，ΔP(s)为模型摄动。它等价表示为图1(b)的形式，补灵敏度函灵敏为　　系统对任意ΔP(s)稳定的充分条件为　｜T(jω)ΔP(jω)｜<1，ω∈［0，∞］。如果模型摄动ΔP(s)的摄动上界W(s)已知，即｜ΔP(jω)｜<｜W(jω)｜，ω∈［0，∞］。　　如果设计的控制器K(s)使T(s)稳定，同时｜T(jω)W(jω)｜<1，ω∈［0，∞］，可以证明系统鲁棒稳定。等价于‖T(jω)W(jω)‖∞<γ　　因此，设计的控制器只要满足上式的条件，系统就达到鲁棒稳定。图1　鲁棒控制系统Fig.1　Robust control system2.2　汽轮机模型的等效变换　　考虑轴系扭振特性后，汽轮发电机组的轴系模型一般可以表示为其中刚性轴系特性

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