非线性水轮机调节系统稳定性分析

水轮机调节系统的本质是非线性的。为了深入了解非线性水轮机调节系统的调节规律,在考虑水力发电机组非线性特性的基础上,建立了一个水轮机调节系统的非线性模型。运用非线性系统线性化的方法和线性系统的Hurwitz判据对系统进行稳定性分析,得到了令非线性系统稳定的控制器参数。非线性系统的仿真结果表明:线性化系统的稳定参数一定能使非线性系统稳定,且线性化系统的稳定参数中一定包含了令非线性系统强稳定的控制器参数。这为非线性水轮机调节系统的控制器参数整定及稳定运行提供了理论依据。     

光水互补发电系统参数不确定性分析

为了更好地发挥光水互补发电系统的互补发电特性,基于Simulink仿真平台建立包含水轮机调节系统、光伏发电系统以及电力系统和负荷的光水混合发电系统,在验证了该模型正确性的基础上,以秒级尺度模拟系统功率互补过程,并对水轮发电机组功率调节展开参数不确定性分析.研究结果表明:发电机转动惯量I_n、发动机阻尼系数F_r、水轮机流量对导叶接力器行程水轮机输出力矩对导叶接力器行程的传递系数E_qy、水轮机输出力矩对水头传递系数E_h传递系数对水轮机功率调节时间及调节稳态值输出结果无明显影响,而流量对水头传递系数E_qh和水轮机输出力矩对导叶接力器行程的传递系数E_y对水轮机功率调节稳态值具有显著相关性.其中,参数E_y与水轮机功率调节稳态值成正相关关系,而水头传递系数的微小扰动将引起水轮机调节稳态值的较大波动,这一结论对光水互补发电系统功率互补过程的风险决策与评估有参考价值.     

孤网模式下水电机组变工况稳定性分析

水电机组作为可持续能源发电的重要组成部分,其运行稳定性长期受到关注和重视。在实际运行过程中,机组可能运行在孤网模式,此时电网稳定性将严重依赖于机组的运行和调节方式。基于水电机组状态空间方程,研究了孤网模式下水电机组的控制参数稳定域,揭示出运行工况对机组稳定性的影响机制。首先,根据机组各部分的微分方程推导水轮机调节系统的状态空间方程,并基于模型综合特性曲线建立水轮机神经网络模型。其次,利用神经网络求导法计算某一水头时水轮机在各导叶开度下的传递系数并将其代入状态空间方程,得到系统特征值与控制参数的关系。最后根据临界稳定条件确定各工况的控制参数稳定域及其变化律,并通过仿真进行了分析和验证。     

水轮机PID调速器最佳参数整定及寻优计算方法

由于水轮机的运行工况有可能随时偏离设定的工况，所以PID调速器参数的整定对水轮机组的稳定运行十分重要．针对PID调速器调速的水轮机调节系统，从控制理论入手，依据其基本的状态方程．设定目标函数．利用变分原理通过对水轮机调速器可调参数整定进行分析和相应寻优计算，从而得出一种关于水轮机调节系统在转速扰动下调速器参数整定的方法和优化计算理论。通过工程算例，说明此种参数整定及寻优方法具有寻优效率高的特点，但缺点是必须构造相应的目标函数并经过较复杂的迭代计算．     

基于ANN的抽水蓄能电站建模与过渡过程优化

对大型带长引水管道的抽水蓄能电站机组调节系统进行了建模与过渡过程调节参数优化的研究.依据某抽水蓄能电站的具体参数,利用Matlab/Simulink对其机组调节系统建模,其中长引水管道系统采用弹性水击模型以较准确地反映较长压力管道内的水力振动特性,然后利用BP和RBF神经网络训练水泵水轮机特性参数,以获取较精确的水轮机模型,从而避免用插值法处理密集、交叉现象严重的水泵水轮机“S”特性曲线带来的误差.基于所建立的仿真模型,引入改进正交试验法对其空载频率扰动、负荷扰动及甩负荷过渡过程进行调节参数优化.结果表明,所建立的调节系统仿真模型可以在一定程度上反映机组的实际特性,并且改进正交试验法在机组调节系统过渡过程仿真试验参数优化中取得了很好的效果.本研究对大型抽水蓄能机组调节系统建模仿真具有一定的指导意义,为实际运行中机组过渡过程优化控制提供了理论依据和技术参考.     

导轨爬行分岔的Washout滤波器控制

利用Washout滤波器技术控制机床导轨系统爬行时出现的Hopf分岔现象.根据需要引入的Hopf分岔点来选择控制点,按Hopf分岔条件确定Washout非线性控制器的线性增益和非线性增益系数,将系统的亚临界Hopf分岔控制为超临界Hopf分岔,使得受控机床导轨系统爬行时振幅降低为原来的14%.理论分析和仿真表明了该控制方法的有效性.     

不含调压室的长引水管道水电站小波动稳定分析

具有长引水管道的中小型水电站,设置调压阀、爆破膜等调压措施后对大波动过渡过程中的内水压力变化和转速上升均能有较好的控制,但对机组的运行稳定性并无改善。通过假定水流为刚性水体,推导长距离输水管道系统理想水轮机下小波动微分方程组系数矩阵及其特征方程系数,根据Routh-Hurwitz稳定性判据,分别讨论了Tw和Ta以及PID调速器参数对小波动稳定域的影响,从而合理整定调速器的参数,保证小波动稳定。     

基于无模型自适应与 滑模控制相结合的水电机组优化控制

水电站作为优质的调峰调频电源,对保证电网安全稳定运行发挥着重要的作用,这对水电机组调节性能提出了更高要求.为提高水轮机调节系统的控制品质,在非线性水轮机模型的基础上,根据动态线性化理论以及Lipschitz条件,提出无模型自适应控制(MFAC)与离散滑模趋近律控制相结合的水电机组调节系统优化控制策略,并利用天牛须算法(...     

水轮机特性曲面型值点延拓神经网络仿真研究

为获得小流量、小开度区域水轮机调节特性数据,采用遗传算法优化BP网络神经元连接参数,同时联合比例间隔型值点延拓算法,对水轮机的力矩和流量特性相对值数据进行学习训练和全工况区延拓仿真。实验结果表明,将水轮机多值非线性复杂调节特性转换为空间特性曲面,经神经网络系统自动学习训练,实现综合特性曲线的数值化、智能化延拓处理。建立的水轮机非线性神经网络模型,能预测生成全工况准确数据,为机组调节保证计算及控制决策提供详细数据支撑。     

多种智能优化算法在水轮机调节系统参数辨识中的对比研究

参数辨识是系统辨识的重要内容,其方法的有效性决定了建模的最终精度。水轮机调节系统是一类复杂非线性系统,其参数会随运行工况的变化而改变。同时,实际测量信号受环境的影响而夹杂着噪声等无关信息,这将增加参数辨识的难度。因此,对于不同工况和测试条件,参数辨识方法的适用性和精度,以及参数的可辨识性值得进一步研究。以国网水口电站机组为研究对象,基于多种智能优化算法并考虑多种试验工况,对比研究了在不同辨识场景下各辨识算法的有效性和精度,以及参数的可辨识性。结果表明,生物地理学优化算法在各种辨识条件下均具有较好且稳定的性能。     

考虑车身侧倾的4WS汽车横向稳定性与Hopf分岔特性

四轮转向汽车与传统前轮转向相比,能增加车辆高速行驶稳定性和低速转向灵敏性。车身侧倾时轮荷转移会改变轮胎侧偏特性,从而影响4WS汽车横向稳定性及分岔特性,为此研究了考虑车身与底盘的非线性耦合,建立了考虑车身侧倾时轮荷转移的3-DOF闭环系统动力学模型,先定性判定系统Hopf分岔存在性与稳定性,再运用数值方法计算系统的稳定区域与Hopf分岔特性。并与2-DOF闭环系统平面模型对比,结果表明,2种模型计算结果有明显区别。对于3-DOF系统,随着预瞄距离、前后轮转角比例系数的增大,系统稳定区域会增大;随着前后轮转角比例系数的增大,汽车侧倾角、侧倾角速度的自激振动极限环幅值呈减小的趋势。     

基于侧向变刚度的轮胎多边形磨损机理分析

考虑轮胎接地摩擦的非线性特性,建立了基于侧向变刚度的轮胎多边形磨损模型,并对系统的稳定性进行了分析,指出轮胎的自激振动是一种由系统Hopf分岔引起的稳定周期振动现象,通过数值仿真得到了引起胎面自激振动的车速和车轮前束角范围.结果表明:轮胎多边形磨损为一种典型的非线性自激振动现象,其发生与胎面的侧向振动有关,磨损边数近似等于胎面的侧向振动频率与车轮转动频率之比.所建模型能够很好地解释轮胎多边形磨损的形成机理.     

含裂纹双跨转子-轴承系统周期运动的稳定性

建立了带有裂纹故障的双跨弹性转子系统的动力学模型,利用求解非线性非自治系统周期解的延拓打靶法和Floquet理论,研究了系统周期运动的稳定性及失稳规律。系统以倍周期分岔形式失稳,且在不同转速下,系统会出现倍周期分岔和Hopf分岔等不同的分岔形式。在亚临界转速区系统响应中出现了1／3倍频、1／2倍频、2／3倍频、1倍频、2倍频等频率成分,但是在超临界转速区,2倍频及以上频率的峰值明显减小。     

小水电并网系统电压稳定分岔研究

对一个小水电并入负荷中心的简化系统详细推导出常微分状态方程组,在此基础上运用MATCONT软件进行了以有功负荷为单参数的分岔计算,结果显示平衡点曲线上先后出现Hopf分岔点和鞍结分岔点,对系统电压稳定性造成了潜在威胁;运用双参数分岔分析方法研究了水轮机输入机械转矩Mm和励磁系统AVR增益KE对电压稳定性的影响,可知增大Mm能有效延迟鞍结分岔,也可在一定程度上延迟Hopf分岔;而增大KE只能在一定程度上延迟鞍结分岔,对Hopf分岔基本无影响。研究结果表明在丰水期小水电满发有利于提高系统的电压稳定性。     

考虑混合间隙的空间并联机构非线性动力学特性分析

为了掌握同时考虑球面副间隙和三维转动副间隙的空间并联机构的非线性动力学特性,研究考虑混合间隙的空间并联机构多体系统动力学特性分析方法。首先以4-UPS/RPU空间并联机构为研究对象,建立三维转动副间隙和球面副间隙的模型,推导同时考虑球面副间隙和三维转动副间隙的4-UPS/RPU空间并联机构动力学方程;然后利用龙格库塔法对动力学方程进行数值求解,分析不同间隙类型、间隙、驱动速度和摩擦因数对并联机构动力学响应的影响,通过ADAMS虚拟样机仿真验证动力学模型和数值计算的正确性;最后利用相轨迹图、庞加莱映射图和分岔图等分析考虑混合间隙的4-UPS/RPU并联机构的非线性特性。该研究为考虑混合运动副间隙的空间并联机构动力学建模和非线性动力学特性分析提供了依据。     

具有非线性刚度的转子系统局部碰摩动力学行为研究

建立了具有非线性刚度的转子系统局部碰摩的动力学微分方程,并应用数值分析方法研究了此类系统响应的复杂动力学行为,利用转子响应的分岔图、最大Lyapunov指数曲线图、Poincar截面映射图等图形分析了系统响应的周期运动、拟周期运动、倍周期分岔、阵发性分岔、混沌等运动形式的转化与演变过程.     

齿轮转子-轴承传动系统的周期运动稳定性与分岔

建立了一个单级齿轮转子-轴承传动系统动力学模型,获得系统受到外部谐波激励时系统的周期响应,推导出系统n-1周期运动的四维Poincaré映射。利用Poincaré映射方法和数值仿真,对系统的稳定性与分岔进行分析,分析了系统n-1周期运动的Hopf分岔、周期倍化分岔及强共振情况下的亚谐分岔。研究了当分岔参数变化时碰撞振动系统由概周期碰撞运动向混沌运动的演化过程。通过对齿轮转子-轴承传动系统分岔与稳定性的研究,为工业实际中齿轮传动系统的优化设计提供了理论依据。     

无级变速拖拉机经济型作业模式的研究

提出了适用于无级变速拖拉机的单纯经济型和综合经济型作业模式。单纯经济型作业模式以发动机在整个工作范围内的最低燃油消耗率点为目标工作点,油门开度不变,仅控制变速器传动比,为单变量控制系统;综合经济型作业模式以发动机在整个工作范围内的最佳燃油经济性工作线为目标工作线,不仅可以获得较好的燃油经济性,而且可以保证在阻力变化的情况下,拖拉机始终按照驾驶员设定的车速恒速行驶,需要综合控制油门开度和传动比,为双变量控制系统。本文分别对两种作业模式建立了单闭环和双闭环控制系统,仿真结果表明控制系统可以满足这两种经济型作业模式的要求,为无级变速拖拉机控制系统的开发提供了依据。     

基于SOA的水轮机调速系统PID参数优化

针对现有优化方法复杂、易陷入局部最优等问题,为水轮机调速系统提出了一种基于人群搜索算法的比例-积分-微分控制参数优化方法.为验证该算法的可行性,建立了水轮机调速系统非线性模型,选取水轮发电机组转速偏差的积分时间绝对误差指标作为目标函数进行优化.为验证优化结果的有效性,将人群搜索算法的控制效果与参考文献中粒子群算法的控制...