關(guān)于模糊控制的英文翻譯

于偉華：電力系統(tǒng)中新型智能協(xié)調(diào)控制器的研究.z基于穩(wěn)定性和電壓精度協(xié)調(diào)控制的新型模糊勵(lì)磁調(diào)節(jié)器Heng*uZhang,Chunyiwang,NingzhangJianZuo,DaweiFan,StudentMembers,IEEE摘要：在保持比例積分微分〔PID〕勵(lì)磁調(diào)節(jié)器優(yōu)良電壓調(diào)節(jié)特性的根底上，局部采取線性最優(yōu)控制理論設(shè)計(jì)附加勵(lì)磁調(diào)節(jié)通道，并通過一模糊控制器動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)電壓調(diào)節(jié)通道和附加調(diào)節(jié)通道的作用權(quán)重，設(shè)計(jì)了一種新型模糊勵(lì)磁調(diào)節(jié)器。分析了電力系統(tǒng)各種典型運(yùn)行狀態(tài)及其對(duì)勵(lì)磁調(diào)節(jié)的要求，總結(jié)了不同狀態(tài)下電壓和穩(wěn)定的協(xié)調(diào)控制策略，以期對(duì)電壓調(diào)節(jié)和增強(qiáng)阻尼進(jìn)展動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)。數(shù)值仿真結(jié)果說明，該新型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器在穩(wěn)態(tài)時(shí)具有同PID一樣高的電壓調(diào)節(jié)精度，動(dòng)態(tài)過程中則能明顯提高系統(tǒng)阻尼特性，具有滿意的控制效果，并對(duì)系統(tǒng)工況變化具有一定適應(yīng)性。關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；勵(lì)磁調(diào)節(jié)器；模糊控制；協(xié)調(diào)控制本文將比例積分微分〔PID〕控制理論、線性最優(yōu)控制理論與模糊控制理論相結(jié)合設(shè)計(jì)了一種新型模糊勵(lì)磁調(diào)節(jié)器FLEC〔FuzzyLogicE*citationControl〕：電壓調(diào)節(jié)通道和附加調(diào)節(jié)通道的初始整定仍基于常規(guī)數(shù)學(xué)方法，而由一模糊控制器根據(jù)系統(tǒng)工況動(dòng)態(tài)調(diào)整電壓調(diào)節(jié)通道與附加調(diào)節(jié)通道的作用權(quán)重，以在保持良好穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)節(jié)精度情況下，增加系統(tǒng)阻尼特性，提高動(dòng)態(tài)穩(wěn)定水平，并對(duì)工況變化具有一定的魯棒性。1新型勵(lì)磁控制器構(gòu)造設(shè)計(jì)1.1控制變量選擇勵(lì)磁控制系統(tǒng)通?？捎脠D1表示，其中為機(jī)端電壓與參考值的偏差，附加信號(hào)可能包括轉(zhuǎn)速偏差、轉(zhuǎn)速偏差的變化率以及有功功率偏差等。圖1勵(lì)磁系統(tǒng)示意圖在勵(lì)磁控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，電壓調(diào)節(jié)通道和附加勵(lì)磁調(diào)節(jié)通道的處理方式是決定調(diào)節(jié)性能的關(guān)鍵因素。PID調(diào)節(jié)器具有優(yōu)良的電壓調(diào)節(jié)性能和較高的穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)節(jié)精度，但無法為系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過程提供足夠阻尼。常規(guī)電力系統(tǒng)穩(wěn)定器〔PSS〕在設(shè)計(jì)中把電壓調(diào)節(jié)通道確認(rèn)為主調(diào)節(jié)通道，并考慮了電壓調(diào)節(jié)通道對(duì)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的不利影響，結(jié)果既保證了電壓調(diào)節(jié)的要求，又在一定*圍內(nèi)提高了動(dòng)態(tài)穩(wěn)定水平；但在參數(shù)整定方面的困難、較差的魯棒性和多機(jī)協(xié)調(diào)方面的缺乏限制了其發(fā)揮最正確效果。線性最優(yōu)勵(lì)磁控制器LOEC(LinearOptimalE*citationController)在設(shè)計(jì)中沒有確定電壓調(diào)節(jié)通道的主導(dǎo)地位，只以權(quán)系數(shù)方式予以考慮，其結(jié)果雖然能滿足動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的要求，但并不能很好地滿足電壓調(diào)節(jié)的要求。通過改良電壓調(diào)節(jié)通道和附加勵(lì)磁調(diào)節(jié)通道的作用方式提高勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的性能是本文的研究重點(diǎn)。鑒于PID控制方式的優(yōu)異性能，電壓調(diào)節(jié)通道仍采用以電壓偏差為反應(yīng)量的PID調(diào)節(jié)方式；附加信號(hào)采用和，增益采用LOEC整定；并由一模糊控制器根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)電壓調(diào)節(jié)通道和附加調(diào)節(jié)通道的作用權(quán)重。為了反映當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)，模糊控制器的輸入變量選為、和，輸出變量為電壓調(diào)節(jié)通道的權(quán)系數(shù)和附加勵(lì)磁調(diào)節(jié)通道的權(quán)系數(shù)。1.2電壓調(diào)節(jié)通道設(shè)計(jì)如前所述，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器最主要、最根本的任務(wù)維持發(fā)電機(jī)電壓水平，此功能是通過電壓調(diào)節(jié)通道實(shí)現(xiàn)。為最大限度抑制電壓波動(dòng)，提高電壓調(diào)節(jié)精度，該新型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的電壓調(diào)節(jié)通道仍以PID方式設(shè)計(jì)，即式中為比例放大倍數(shù)；為積分系數(shù)；為微分系數(shù)。1.3附加勵(lì)磁調(diào)節(jié)通道設(shè)計(jì)附加勵(lì)磁調(diào)節(jié)通道的作用是為系統(tǒng)提供阻尼，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。設(shè)計(jì)中以、為輸入變量，使系數(shù)由線性最優(yōu)控制理論確定。線性最優(yōu)控制是比擬成熟的現(xiàn)代控制技術(shù)，把它用于發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制時(shí)，是將系統(tǒng)中可測(cè)量的狀態(tài)量和非狀態(tài)量適當(dāng)?shù)亟M合起來，根據(jù)變量偏差最小和控制代價(jià)最小〔或適當(dāng)〕的原則，求得控制變量的一種控制方式。通過適當(dāng)變換和簡(jiǎn)化，可得到單擊-無窮大母線系統(tǒng)在*狀態(tài)點(diǎn)線性化后的三階方程組：式中*為狀態(tài)向量；A為系統(tǒng)矩陣；B為控制矩陣；U為控制量；為定子閉路勵(lì)磁繞組時(shí)間常數(shù)；為定子開路勵(lì)磁繞組時(shí)間常數(shù)。對(duì)于凸極機(jī)對(duì)于隱極機(jī)無論對(duì)于凸極機(jī)或隱極機(jī)有式中分別為q軸電勢(shì)與暫態(tài)電勢(shì)；為無窮大母線電壓；為發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢(shì)與極端電壓的相角差；分別為d軸、q軸同步電抗之和；為d軸暫態(tài)電抗之和。發(fā)電機(jī)模型的線性化詳細(xì)推導(dǎo)過程見文獻(xiàn)[6]。在設(shè)計(jì)中規(guī)定二次型性能指標(biāo)為式中，為3×3階對(duì)角矩陣。由最優(yōu)控制理論可知最優(yōu)反應(yīng)增益矩陣為此處P是下述黎卡梯方程的解。解方程〔5〕求出矩陣P，便可求得最優(yōu)反應(yīng)向量為由此得到最優(yōu)控制量其中為附加調(diào)節(jié)通道的系數(shù)。1.4新型模糊勵(lì)磁調(diào)節(jié)器整體構(gòu)造電壓調(diào)節(jié)通道輸入量為，附加調(diào)節(jié)通道輸入量為和，模糊控制模塊輸入量為和,輸出量為兩通道的權(quán)系數(shù)。新型模糊勵(lì)磁控制器構(gòu)造如圖2所示。圖2新型模糊勵(lì)磁控制器構(gòu)造示意圖2模糊控制器設(shè)計(jì)2.1協(xié)調(diào)控制規(guī)則在運(yùn)行中，當(dāng)電壓偏差較大時(shí)，控制器的主要任務(wù)是盡快消除誤差，此時(shí)應(yīng)給予電壓調(diào)節(jié)通道較大的作用權(quán)重。模糊調(diào)節(jié)模塊的功能是根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行工況，自動(dòng)調(diào)整調(diào)節(jié)通道權(quán)系數(shù)K1、K2，從而協(xié)調(diào)電壓調(diào)節(jié)通道和附加控制通道在整個(gè)勵(lì)磁控制中的作用。在文獻(xiàn)[7-10]根底上，進(jìn)一步分析、總結(jié)兩控制通道間的協(xié)調(diào)控制規(guī)則如下：在穩(wěn)態(tài)時(shí)，各狀態(tài)量都在允許*圍內(nèi)，此時(shí)主要任務(wù)是維持電壓水平和提高電壓調(diào)節(jié)精度，因此電壓調(diào)節(jié)通道應(yīng)正常工作，附加控制作用應(yīng)減小或取消；在小干擾時(shí)，一般各變量偏差不會(huì)太大，此時(shí)主要任務(wù)是增大系統(tǒng)阻尼，盡快平息振蕩，因此應(yīng)增大附加控制的作用；在大干擾后的短時(shí)間內(nèi)，由于電壓波動(dòng)很大，處于系統(tǒng)平安性考慮，此時(shí)控制重點(diǎn)應(yīng)是使發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓盡快恢復(fù)到要求*圍之內(nèi)，為使附加控制輸出不過多地影響發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)節(jié)，此時(shí)電壓調(diào)節(jié)通道應(yīng)充分發(fā)揮作用，應(yīng)限制附加控制輸出；在大干擾后的動(dòng)態(tài)過程中，電壓恢復(fù)到平安要求*圍之內(nèi)后，此時(shí)控制重點(diǎn)應(yīng)是為系統(tǒng)提供足夠的阻尼，使功率及頻率振蕩盡快平息，此時(shí)應(yīng)充分發(fā)揮附加控制的作用。2.2模糊控制規(guī)則設(shè)計(jì)模糊控制規(guī)則是設(shè)計(jì)模糊控制器的關(guān)鍵，一般包括3局部?jī)?nèi)容：選擇描述輸入、輸出變量的詞集，定義各模糊變量的模糊子集和建立模糊控制器的控制規(guī)則。輸入、輸出變量詞集一般選擇“大、中、小〞3個(gè)詞匯描述模糊控制器的輸入、輸出變量的量化信息；附以正、負(fù)2個(gè)方向并考慮變量的零狀態(tài)，共有7個(gè)詞匯，即{負(fù)大，負(fù)中，負(fù)小，零，正小，正中，正大}用英文字母表示為{NB,NM,NS,O,PS,PM,PB}在此，的詞集選擇都如上所述。K1、K2為2個(gè)控制通道的動(dòng)態(tài)作用權(quán)重，無負(fù)值要求：{零，正小小，正小，正小中，正中，正中大，正大}用英文字母表示為{O,PSS,PS,PSM,PM,PMB,PB}描述輸入、輸出變量的詞匯都具有模糊特性，可用模糊集合表示。因此，模糊概念確實(shí)定問題就直接轉(zhuǎn)化為求取模糊集合隸屬函數(shù)的問題。輸入、輸出變量論域把模糊控制器的輸入、輸出變量變化的實(shí)際*圍稱為這些變量的根本論域。顯然，根本論域內(nèi)的量為準(zhǔn)確量。由于變量變化區(qū)間往往不能準(zhǔn)確確定，因而有時(shí)需要把實(shí)際變化區(qū)間映射到一適宜的閉區(qū)間上，以方便計(jì)算和控制。根據(jù)規(guī)程規(guī)定，正常運(yùn)行時(shí)一般電壓允許偏差為±10%，頻率允許偏差為±1%。在此取發(fā)電機(jī)端電壓偏差論域?yàn)閇-0.15,0.15],如果>0.15或<-0.15，分別按0.15和-0.15處理；取有功功率偏差的論域?yàn)閇-0.30,0.30],如果>0.30或<-0.30，分別按0.30和-0.30處理；取發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電氣角速度偏差論域?yàn)閇-0.015,0.015],如果>0.015或<-0.015，分別按0.015和-0.015處理。以上各變量均為標(biāo)幺值。取模糊控制模塊的輸出變量，即電壓調(diào)節(jié)通道的權(quán)系數(shù)K1和附加勵(lì)磁調(diào)節(jié)通道權(quán)系數(shù)K2的論域均為[0.0,1.5]。為確保模糊集能較好地覆蓋論域，防止出現(xiàn)失控現(xiàn)象，按照模糊集論域中所含元素個(gè)數(shù)為模糊語(yǔ)言詞集總數(shù)的2倍以上的原則，在此取變量的模糊子集的論域均為[-7，-6，-5，-4，-3，-2，-1,0,1,2,3,4,5,6,7]輸出變量K1、K2模糊子集的論域均取為{0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13}各模糊變量的模糊子集定義一個(gè)模糊子集，實(shí)際上就是要確定模糊子集隸屬函數(shù)曲線的形狀。將確定的隸屬函數(shù)曲線離散化，得到有限個(gè)點(diǎn)上的隸屬度便構(gòu)成了一個(gè)相應(yīng)的模糊變量的模糊子集。由于模糊子集直接由隸屬函數(shù)曲線確定，因此隸屬函數(shù)曲線的形狀不同會(huì)導(dǎo)致不同的控制特性。本模糊控制器的設(shè)計(jì)中，采用的是三角形和梯形隸屬函數(shù)曲線，并且曲線距離原點(diǎn)越近〔誤差越小〕曲線越陡〔分辨率越高〕，距離原點(diǎn)越遠(yuǎn)〔誤差越大〕曲線越緩〔分辨率越低〕。由于變量所取得詞集和模糊子集論域完全一樣，在確定模糊子集時(shí)，其隸屬函數(shù)曲線也一樣，如圖3所示；K1、K2的隸屬函數(shù)曲線如圖4所示〔圖中橫坐標(biāo)M為模糊變量值，L為隸屬度〕。模糊控制規(guī)則基于上述協(xié)調(diào)控制規(guī)則和輸入、輸出變量的模糊化處理過程，制定了模糊控制規(guī)則集。限于篇幅，僅列出較有代表性的少數(shù)規(guī)則。圖3輸入變量的隸屬函數(shù)曲線圖4輸出變量的隸屬函數(shù)曲線規(guī)則1類穩(wěn)態(tài)時(shí)附加控制退出。IF=0AND=0AND=0THENK1=PM,K2=0規(guī)則2類大干擾或故障后的短時(shí)間內(nèi)減小附加控制作用以保證電壓調(diào)節(jié)特性。IF=PBAND=PBAND=PSTHENK1=PB,K2=PMIF=PBAND=PMAND=PSTHENK1=PB,K2=PSS規(guī)則3類小干擾時(shí)增大附加控制作用IF=PSAND=PSAND=PSTHENK1=PM,K2=PMBIF=0AND=PMAND=PMTHENK1=PSS,K2=PMB由于本文中模糊控制器只需考慮各輸入量偏離給定值的程度，因此只需考慮各變量偏差的絕對(duì)值，這就把模糊控制規(guī)則由7×7×7=343條語(yǔ)句簡(jiǎn)化為4×4×4=64條語(yǔ)句，減輕了控制過程的運(yùn)算量。3數(shù)字仿真仿真采用的系統(tǒng)如圖5所示，發(fā)電機(jī)經(jīng)升壓變壓器、雙回線向無窮大系統(tǒng)送電，忽略線路電阻。其中為定子繞組開路時(shí)勵(lì)磁繞組暫態(tài)時(shí)間常數(shù)〔=5.0〕，為發(fā)電機(jī)d軸暫態(tài)電抗〔=0.13〕，為變壓器電抗〔=0.1〕，*1、*2分別為2條線路的電抗〔*1=*2=0.4〕，以上均為標(biāo)幺值。在發(fā)電機(jī)上分別裝設(shè)PID、LOEC以FLEC控制規(guī)律的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，考察它們對(duì)電壓調(diào)節(jié)特性及對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的不同影響。圖5仿真系統(tǒng)接線圖發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行：=55°，=0.94p.u.,=1.03p.u.。分別做2種擾動(dòng)情況下的比照實(shí)驗(yàn)。擾動(dòng)A：參考電壓有+10%的跳變〔見圖6、7〕。擾動(dòng)B：變壓器高壓側(cè)一回出線首端發(fā)生0.2s三相短路故障，故障后跳三相；故障時(shí)序?yàn)?.5s發(fā)生故障，0.7s切除故障線路，單回線運(yùn)行〔見圖8、9〕。圖6擾動(dòng)A時(shí)機(jī)端電壓響應(yīng)曲線圖7擾動(dòng)A時(shí)發(fā)電機(jī)功角響應(yīng)曲線圖8擾動(dòng)B時(shí)機(jī)端電壓響應(yīng)曲線圖9擾動(dòng)B時(shí)發(fā)電機(jī)功角響應(yīng)曲線從仿真結(jié)果可以看出，通過模糊控制模塊動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)電壓調(diào)節(jié)通道和附加調(diào)節(jié)通道的作用，優(yōu)化了兩者的控制效果，使其具有更強(qiáng)的抑制系統(tǒng)振蕩的能力，并較LOEC具有更好的電壓調(diào)節(jié)性能，在更大程度上保證了系統(tǒng)的平安運(yùn)行。4結(jié)論本文基于常規(guī)勵(lì)磁控制方法與模糊控制理論，設(shè)計(jì)了一種根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)動(dòng)態(tài)調(diào)整電壓調(diào)節(jié)通道與附加調(diào)節(jié)通道作用權(quán)重的新型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器。該勵(lì)磁控制器由3局部組成：以PID方法為根底設(shè)計(jì)的電壓調(diào)節(jié)通道，以LOEC為根底設(shè)計(jì)的附加調(diào)節(jié)通道，以及兩者的模糊協(xié)調(diào)控制模塊。該控制器既保存了以準(zhǔn)確數(shù)學(xué)