关于模糊控制的英文翻译.docx
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关于模糊控制的英文翻译
基于稳定性和电压精度协调控側的新型模糊励
调节器
HengxuZhang,Chunyiwang,Ningzhang
JianZuo,DaweiFan,StudentMembers,IEEE
fi要：
在保持比例枳分微分（PID）沏脱调节器优良电圧嗚节特性的基础上，部分采®I线性最优控制理论设廿附卵调节通道，并通tt一模#1控制器动态协训电压调节通道和附加调节通道的作用权重，设廿了一种新塑模刪助脱调节器。
分析了电力系貌各种典型运行状态及其对丽範调节的要求，总結了不同状态下电压和稳定的协调控制策略，以期对电压调节和増强阻尼进行动态协调。
数值仿真结果表明，该新型规储调节器在稳态时具有同PID一样高的电压调节ft®,动态il程中则能明显提高系貌I®尼特性，具有满克的腔制效果，并对系统工况变化具有一定适应性。
关电力系鋭;卵调节器；模糊控制；协调控制
本文将比例枳分撤分（PID）控制理论、线性最优腔制理论与模糊控制理论相结合设廿了一种新型模糊M%调节器FLEC（FuzzyLogicExcitationControl）：
电压调节通道和附加调节通道的初始整定仍基于常规数学方法，而由一模刪腔制器根弼系统工况动态调整电压诅节通道与附加调节通道的作用权重，以在保特良好稳态电压调节况下，增加系统H1尼特性，提高动态隐定水平，并对工况变化具有一定的鲁棒性。
1新型励砾控匍器结枸披廿
1.1控冒变量选择
戕腔制系统通常可用图1表示，其中8：
为机端电压与参考值怦差，附船信号可能朗舌转速偏差Z、转速偏差的变化率以及有功功率偏差APc等。
图1他磁系貌示怠图
在丽感控制系貌设廿中，电压调节通道和附加M储调节通道的处理方式是决定调节性能的关谜因素oPiDiBi节器貝有优良的电圧训节性能和较高的稳态电圧训节（3无法为系统动态il程提哄足够叽尼。
常规电力系谿稳定器（PSS）在设廿中把电压调节通道确认为壬嗚节通道，并考虑了电压训节通道对动态稳定性的不利影哨，结果81保込了电压调节的要求，Q在一定X围内提高了动态稳定水平；但在参败整定方面的困难、较差的鲁棒性利名机协関方面的不足限制了其发挥最佳效果。
线性最优M储腔制器LOEC（LinearOptimalExcitationController）在设计中汝有确定电压调节通道的主导地位，只以权系数方式予以考虑，其结果虽然能满足动态稳定性的要求，但并不能很好地满足电压调节的要求。
通ilKiS电压调节通道和附加加磁调节通谊的作用方式提高M储iS节器的性能是本文的研究重点。
鉴于PID腔制方式的优异11能，电压调节通道仍呆用以电压偏差为反彊量的PID调节方式;附加信号果用AG）.ffAPejjg益采用LOEC整定；并由_模糊控制器根据系貌状态动态协调电压训节通道和附加调节通道的作用权重。
为了反映当前系貌状态，模刪控翎器的输入变量选为AUt、"e和Ag）.｝输岀变量为电压调节通道的权系数K1和附加刖磁闕节通道的权系数K2o
1・2电压坍节通道按廿
血前所述，M腕调节器最主要、最基本的任务维持发电机电压水平，此功能是通过电压调节通道实观。
为最夫限度抑制电压iOJ,提高电压调节精度，该新里M磁调节器的电压调节通道的以pid方式设廿，即
U（s）=KPE（s）+KrE（s）/s+KdE（s）s
（1）式中Kf为比lot倍数；K］为枳分系数；Kd为做分系数。
1.3»mgttjs节通道按廿
附加餉磁调节通道的作用是为系貌提（fti®尼，改善系貌的动态隐定性。
设it中以凶\、△3为输人变量，使系数由线性最优控制理论确定。
线性最优控制是比较成熟的现代腔制技术，把它用于发电机M憶控制时，是將系筑中可测量的状态量和非狀态量适当地组合起来，根据变量18差最小和控制代价最小（或
适当）的原则，求得控制变量的一种控制方式。
通11适当变换和简化，可得到单击-无穷大母线系貌在某状态点线性化后的三阶方程
X=AX+BU
（2）
X二［馮AgaAUJT,U=AEfd
T
B=[REV^,0,REV（Td0Rv）]
Se/Sy
Se，
—RvSi-
哺Sv
A=
-5
D
0
H
H
Se-Sv
S[[Sv
-SE
TdRySv
Rv
T；Sv
式中X为状态向fi；A为系统拒曲B为腔制拒阵；U为控制量；哺为定子冈路嗣磁绕组时间常数；丫*0：
为定子开路嗣磁绕组时间常数。
对Tflfi机
Se二鱼旦cos屏U：
生主cos26
'一\
对于隐极机
无论对于（5极机或隐极机有
&U；x〒_沁ss28
Re匸耳sin8
〜xdy
S严Se-R\「嗅
c）o
式中Eq、E；分别为q轴电矜与暂态电势；Us为无穷大母线电压；各为发电机内电势与极常电压的相轴差；入三、观三分别为d轴、q轴同步电折之和；X匹为d«|暫态电抗之和。
发电机模型的线牲化详细推导il程见文献⑹。
在设计中规定二次型性能摘标为
OO
J=y（（（XTQX+UTRU）dt=Jmh（3）式中Q二diaglq.qpq』，为3曲阶对用拒阵。
由最优腔制理论可知最优反彊增益矩阵为
K=R~]BTP（4）
此处P是下述黎卡梯方程的解。
AT+PA-PBR^BT+Q=0（5）
解方程（5）求岀JOP,便可求得最优反憬向量为
K=[KP>JKJ（6）
由此得到最优控制量
U二AE沪一心皿厂—皿尸心⑷上（7）
其中Kp、K®为附则调节通道氓、A3的系数。
1・4新型模期励厭坍节器舉休结枸，
电压调节通道输人量为如匚附加调节通谊输入量为和4\：
模糊控制模決输人量为AUt、A3和APe,输岀量为两通道的权系数。
新里模感控制器结构如图2
所示。
图2新型模iiK控制器结构示恿图
2模糊控制器披it
2.1协调控制規则
在运行中，当电压偏差较大时，腔制器的主要任务是尽快消除锲差，此时应给予电压调节通道较大的作用权重。
模刪调节模块的功能是根据系统运行工况，自动调整调节通道权系«K1.K2,从而协调电压调节通道和附加控制通道在整个卵控制中的作用。
在文fit[7-10]基础上，进一步分析、总给两控制通道间的协碉控制规m«ht：
a.在隐态时，各状态量都在允许XI8内，此时主要任务是绒持电压水平和提高电压调节ft®,因此电压调节通道应正常工作，附加腔制作用应减小或取消；
b.在小干扰时，一股各变量偏差不会太大，此时主要任务是增大系统IE尼，尽快平息振蒲，因此应増大附加腔制的作用；
c.在大干扰后的皱时间内，由干电压波动很大，处于系统安全性考虑，此时腔制重点应是使发电机机常电压尽快恢夏到要求X围之内，为使附加腔制输岀不过名地影响发电机的电压调节，此时电压调节通道应充分发挥作用，应限制附加腔制输岀；
d.在大干扰后的动态il程中，电压恢夏到安全要求XIJ之内后，此时腔制重点应是为系统提佻足够的01尼，使功率及颐率振蒲尽快平息，此时应充分发挥附加腔制的作用。
2.2模勵控制規则设廿
模糊腔制规则是设计模刪腔制器的关理，一般色括3部分内容：
选择描逮输入、输出变量的词集,定义各模糊变量的模糊子集和建立模糊控制器的控制規则。
2.2.1输入、输出变量词集
一般选择“大、中、小”3个词汇描述模刪控制器的输人、输出变量的量化信息；附以正、负2个方向并考虑变量的零状态，共有7个词汇，即
{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}
用英文字骨表示为
{NB,NM,NS,O,PS,PM,PB}
在此，N；t、俎八A®的词集选择都如上所述。
K1、K2为2个腔制通道的动态作用权重，无负值要求：
{零，正小小，正小，正小中，正中，正中大，正大}
用英文字骨表示为
{O,PSS,PS,PSM,PM,PMB,PB}
描述输入、输岀变量的词汇都具有模IS特性，可用模糊集合表示。
因此，模制IW念的确定间题就直接转化为求取模糊集合隶属函数的间题。
222输入、输出变量堆域
把模刪腔制器的输人、输岀变量变化的实际X围称为这些变量的基本论域。
显然，基本沱域内的量为精确量。
由干变量变化区同住往不能績确确定，因而有时需要把实际变化区间映射到一合适的冈区间上，以方便廿算和控制。
根据规程规定，正常运行时一般电压允许偏差为±10%,频率允许偏差为±1%O在此取发电机端电压偏差Nh论域为[一0.15,0.15],®果4＞0.15或＜-0.15,分别按0.15和-0.15处理;取有功助率偏差迎e的论域为卜0.30,0.30],JU果皿＞0.30或＜-0.30,分别按0.30ffl-0.30处理;取发电机转子电气用速度偏差A®论域为[一0.015,0.015],®果△3：
＞oO15＜-0.015,分别按0.015和-0.015处理。
以上各变量均为标幺值。
取模糊控
制模快的输岀变量，即电压碉节通道的权系»ki和附nonew节通道权系数煌的论域均为[0.0,1.5]o
为确保模刪集能较好地股盖论域，避免岀现失控现象，按照模刪集论域中所含元素个数为模糊培言词集总数的2倍以上的原!
《,在此取变量』t、APe、A3的模刪子集的论射为
[-7,-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,123,4,5,6,7]
输出变量K1、K2模刪子集的论域均取为
{0,1,2,3,4,5,6,7,&9,10,11,12,13}
2.2.3各模糊变量的模II子集
定义一f模糊子集，实际上就是要确定模刪子集隶扬函数曲线的形状。
将确定的隶属函数曲线离散化，得到有限个点上的隶属U便构成了一个相应的模糊变量的模糊子集。
由于模刪子集直接由隶憾函数曲线确定，因此隶械函数曲线的形状不同会导致不同的控制特性。
本模刪控制器的设廿中，釆用的是三用形和悌形隶扬函数曲线，并目曲线距离原自iifi（il差越小）曲线越陡（分辨率極高），距离原点越远（误差越大）曲线趟缓（分辨率ilK）o由于变量从门4%、A3所取得词集和模糊子集论域完全相同，在确定模刪子集时，其隶械函数曲线也相同，如图3所示；K1、K2的隶扬函数曲线如图4所示（图中横坐标M为模刪变量值，L为隶）o
2.2.4模剧控制規则
基于上述协碉控制规則和输人、输岀变量的模刪化处理过程，制定了模糊控制規则集。
限于篇幅，仅列出般有代表性的少数規则。
NBNMNS0PSPMPB
-7-6-5-4-3-2-101234567
M
图3输入变量的隶骼函数曲线
0PSSPSPSMPMPMBPB
^ROOOOOC.
°12345678910111213
图4输出变量的隶属函数曲线
A（0
=0THENK1=PM,K2=0
悩稳态叫閘严。
1门8t・=0ANDIt巳I二oand规mi2奉f干扰或故『二拠丫时间内减儿阳wif制作用以保込电压调节特性。
IFMtLpbAND比=PBAND人⑺LpSTHENK1=PB,K2=PM
IFIMtLpBANDILpMAND丨人⑺I=PSTHENK1=PB,K2=PSS
由于本文中模糊腔射器只需考虑各输人量偏离给定值的程厦，因此只需考虑各变量
偏差的绝对值，这就把模糊腔制规囲由7x7x7=343条培句简化为4x4x4=64条培句，减轻
了控制过程的运算量。
3数字仿真
仿真采用的系犁II图5所示，发电机经升压变压器、双回线向无穷，大系筑送电，”忽
略线路电叽。
其中Td，°严定子绕组开路时刖磁绕组暂态时间常数（Td，°=5.0）,H为
发电机d轴暂态电折（需=0.13）,为变压器电抗（衍=0.1）,xkx2分别为2条线
路的电ft（x1=x2=0.4）,以上均为标幺值。
在发电机上分别装设PID.LOEC以FLEC控制规律的》］磁调节器，考察它们对电压调节特性及对系统稳定II的不同影响。
Ut
图5仿真系统接线图
发电机稳态运行：
=55°,卩"=0.94p.u.,Ut=1.03p.u.o分别做2种况下的对比实验。
a.扰aA：
参考电压有+10%的跳变（见图6、7）。
b.扰动B：
变压器高压侧一回出线首端发生0.2s三相短胳故障，於障后跳三相；故障时
序为0.5S发生故卑,0.7sflJ除故肾线路，单回线运行（见图8、9）。
图6扰动A时机端电压晌应曲线
图7扰动A时发电机曲线
t/s
图8扰RJB时机端电压响应曲线
120
图9扰动B时发电机曲线
从仿真给果可以看岀，通il模刪腔制模块动态协调电压调节通ii和附加调节通道的作用，优化了两者的控制效果，使其具有更強的抑翎系统振蒲的能力，并较L0EC具有更好的电压调节性能，在更大程度上保址了系统的安全运行。
4结论
本文基于常规W）磁控制方法与模BI控制理论，设计了一种根据系统状态动态调整电压调节通道与附加调节通道作用权重的新型戕调节器。
该朋磁腔制器由3部分组成：
UPID方法为基础设计的电压调节通道，以L0EC为基础设廿的附加调节通道，以员两者的模糊协调控制模快。
该控制器既保留了以精确数学模型解析結构为基础的控制方法貝有较強针对性、在一定X围内腔制性能好的特点，Q用具有较强适应11的模糊腔制技术在一定程度上改善了传统控制方法在系统运行状态改变或系统結构变化时具有较差适应性的不足，当系统运行状态改变时，该控JI器能窮根据运liia自动调整电压调节通道和附加HllfiSI节通道的作用权重，通il两通道的动态协调提高腔制II能，貝有自适应能力和较強的鲁棒性。
仿真结果表明了所述方法的有效性，该新塑働魏控制器在动态过程中能明显提高系貌皿尼特性，在隐态时Q具有同pid-样高的电压调节M®,貝有满直的腔制效果。
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