2.3基于SIMULINK的水轮机调节系统仿真

SIMULINK是一个进行动态系统建模、仿真和综合分析的软件包。它可以处理的系统包括：线性、非线性系统；离散、连续及混合系统等。运用这个国际上先进的仿真软件，对水轮机调节系统进行可视化建模与仿真计算，可以大大减少编程工作量，该方法是由模型库辅助用户进行模型拼合，并利用图形功能生成系统的仿真模型[3].

因为目前的仿真计算仍存在一些不足：①编制和调试程序的工作量很大；②仿真程序的移植性较差，很难适应水电站个性强的特点；③缺乏强有力的图形输出支持。当今流行于欧美的这种先进的仿真软件SIMULINK能克服上述弊端。

它的主要特点为：（1）SIMULINK提供了非常丰富的系统模型库。一般在控制系统的分析与设计中遇到的模块几乎都可以从模型库中找到。（2）实现了可视化建模。由于在Windows界面下工作，因此用户可以很方便地利用鼠标器在模型窗口上“画”出所需的控制系统框图，这样使得一个很复杂模型的输入变得相当容易且直观。（3）利用SIMULINK进行数字仿真非常简单方便。它提供了多种数值算法，使用者只需选择合适的算法和有关仿真参数（时间、步长、精度），即可得到仿真结果。（4）SIMULINK实现了与MATLAB、C、FORTRAN以及硬件工作环境间文件的互用和数据交换。并联PID型调速器、液压随动系统死区、开机的速度限制、接力器限幅等非线性环节，这些环节都可以从SIMULINK模型库中方便地调用，不需要编制相应的程序。我们可以运用SIMULINK，利用鼠标器将系统结构框图非常方便快捷地“画”入计算机中，形成很直观的仿真模型。这种建模的方法吸取了模块化设计思想，模型的结构易于修改和重构，重复利用率高，能较好地适应水电站个性强的特点。研究结果表明：

SIMULINK具有卓越的数字计算和图形可视化能力，采用“画中画”技术可以同时输出多个变量的仿真试验结果，这是其他软件所无法比拟的；该仿真模型具有很强的开放性和可移植性，这对水电站的设计、优化控制及危险工况的预测都具有重要意义，是利用计算机对系统的数学模型进行试验研究的一种新方法，仿真技术具有高效、优质、经济的特点，它已成为水电能源理论研究和技术开发的有效手段。

另外罗南华[5]在“MATLAB在水轮机调节系统设计中的应用”一文中介绍了当今先进的科学计算软件MATLAB软件包的特点，并通过实践论述了该软件在水轮机调节系统计算机辅助分析和设计中的应用。仿真结果可以用来指导实际水轮机调节系统的设计。也提到了MATLAB软件中新的控制系统模型图形输入与仿真工具SIMULINK的运用，与康玲[3]的研究成果类似。

2.4智能权函数模糊控制

水轮机调节系统的被控对象是一个复杂的非线性的非最小相位系统，存在并大网运行、空载等多种运行工况。由于被控对象的复杂性和人对控制规则描述的不准确性，采用常规的模糊控制方法难以找出合适的隶属函数和模糊控制规则，难以针对特定的对象实施有效的控制，且存在着对于多条模糊控制规则进行实时运算计算量大的缺点。若采用离线计算的模糊控制表的方式，则由于其规则固定，而不能适应被控对象的变化。一级建造师考试

曹玉胜[4]提出了连续性智能权函数模糊控制算法，并将此算法用于水轮机调节系统的仿真试验，结果表明，该算法具有良好的控制性能。而连续性智能权函数模糊控制算法，无需确定模糊变量的隶属函数和模糊控制规则，其运算量相当于常规的PID控制算法，但性能优于常规的模糊控制系统，为有效控制水轮发电机组提供了一种新的途径。经过研究表明，连续性智能权函数模糊控制的水轮机调节系统开机过渡过程的超调量、反调量和调节时间均较小，开机过渡过程特性明显优于PID控制规律的水轮机调节系统；连续性智能权函数模糊控制水轮机调节系统的频率扰动阶跃响应特性亦明显好于采用PID控制的水轮机调节系统的频率扰动阶跃响应特性，近似于常规模糊控制水轮机调节系统的频率扰动阶跃响应特性。它既做到了水轮机调节系统所要求的对于指令信号的快速响应，又充分保证了系统的稳态性能。其显着的优点是甩负荷的转速峰值小，调节时间短。系统的甩负荷特性亦明显优于PID控制的水轮机调节系统，甚至优于常规模糊控制的水轮机调节系统的甩负荷特性。因此，采用连续性智能权函数模糊控制算法的控制系统具有优越的控制性能。

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