1 问题的提出
随着我国水电事业的蓬勃发展，水能资源的充分利用，对调速器的鲁棒性要求越来越高。由于水轮机运行工况变化较大，常规pid调节器固化的一组参数难以满足其调节品质的要求，客观上要求调速器具有一定的鲁棒性。特别是贯流式水轮发电机组的开发与使用愈来愈多，常规pid调节器难以满足其调节品质的要求，客观上也要求调速器具有一定的鲁棒性。自80年代以来，国内微机调速器得到了迅速的发展，为进一步提高调速器的鲁棒性，提供了硬件基础。但是国内微机调速器至今基本上沿用pid控制规律，控制规律并没有进一步的发展，微机调速器的硬件资源并没有得到充分的利用。
2 增量型模糊控制水轮机调节器研究
由于模糊控制是建立在人的经验基础上的，并不依赖被控对象的精确数学模型，因此只要在合理地总结和归纳人的经验和智慧的基础上，模糊控制规律对被控对象参数变化应有较强的适应性，即具有一定的鲁棒性。
增量型模糊控制是指，模糊控制器根据偏差e和偏差的变化率de以及语言规则推理出来的控制输出是增量△u，而不是全量输出u（即我们常说的位置型输出u），这样只有通过积分环节将△u积分才能得到实际控制量u。增量型模糊控制是根据人类对周围事物的一种渐进认识过程而设计的，是控制系统中一种高层次的“精细型”控制，也是一种具有较强智能性的人工智能控制方式。它是对人类模糊控制思想的更真实的模拟。至于积分作用，可以在模糊控制中引入积分环节来实现，也可以由某些执行元件自身来实现(如步进电机)。在国内外水轮机调速器中，已出现一些以步进电机、力矩电机为电液转换元件的水轮机调速器，因此，研究运用增量型模糊控制规律的调速器具有十分现实的意义 。
增量型模糊控制的优点在于能够很好的消除调节过程中的稳态误差，可接近无差控制。但系统受增量型模糊控制输出以及积分环节的影响，系统响应较慢，且超调量较大 ，其动态调节品质较差。应将增量型模糊控制与位置型模糊控制结合起来运用，或将增量型模糊控制与比例控制结合起来运用，这样，即保持了系统良好的动态性能，又实现了无差控制。
图1、图2分别为增量型模糊控制水轮机调节器系统仿真框图和频率扰动响应图。
其中，水轮机模型设为理想水轮机模型，如下式：
其中水流惯性常数tw＝1．707s，随动系统及发电机模型分别为一价惯性环节，其中随动系统惯性时间常数为ty＝0．2s，发电机惯性时间常数为ta＝22．457s。频率扰动响应，频率扰动量为10%。由图2增量型模糊控制水轮机调节系统单位阶跃响应图可以看出增量型模糊控制调节器的系统响应较慢，应加以改进。
根据自动控制原理，采用比例控制可以改善调节系统响应速度。采用比例控制时,误差一旦产生，控制器立即就有控制作用，使被控制量朝着减小误差方向变化，控制作用的强弱取决于比例系数kp。采用比例控制和增量型模糊控制并联的控制方式将会使控制系统的性能得到改善。在控制对象水轮发电机组模型不变的情况下，采用比例控制和增量型模糊控制并联的控制规律的水轮机调节系统仿真框图和频率扰动响应图如图3、图4所示。图4改进后的增量型模糊控制水轮机调节系统阶跃响应图表明，增量型模糊控制与比例控制简单的并联就表现出良好的调节品质，系统响应较快，且接近无差控制。
为考核模糊控制器和pi并联型调节器的鲁棒性，将水轮机调节系统中水流惯性常数tw＝5s，随动系统及发电机模型不变，频率扰动响应，频率扰动量为10%。
图5改进后的增量型模糊控制水轮机调节系统单位阶跃响应图表明，增量型模糊控制与比例控制的简单并联组成的控制器就表现出了良好的鲁棒性，即该控制调节器在调节系统参数改变的情况下，其调节的动、静态品质表现出了不敏感性。为进一步考核由增量型模糊控制与比例控制的简单并联组成的水轮机调节控制器，甩100%负荷响应如图6
所示。
3 结 论
由增量型模糊控制与比例控制的简单并联组成的水轮机调节控制系统甩100%负荷响应图6可以看出，模糊控制器与并联构成的控制器具有良好的调节品质，最高转速为67hz ，且调节时间短，该运行模式在水轮机调节系统中有着一定的运用前景。
由于水轮机调节系统存在非最小相位环节、模型参数随工况变化而变化以及过程控制的快速性要求，常规的pid调节器采用固定的参数难以保证系统在任何工况下始终具有良好性能。由于模糊控制具有对被控对象参数变化不敏感性，它不依赖于参考模型和对被控对象精确的数学模型，而是根据系统的模糊信息，用典型“if…then…”模糊条件语句编写模糊控制规则，求出比较适合的控制作用，在水轮机所有工况下一般都可以得到稳定的控制，因此采用由增量型模糊控制与比例控制的简单并联组成的水轮机调节控制系统由于具有较强的鲁棒性，具有被广泛推广实用的价值，为模糊控制在水轮机调节中的应用打下理论上的基础。
参考文献
1 沈祖诒．水轮机调节．北京：中国水电出版社，1998年5月
2 诸静．模糊控制原理及运用．北京：机械工业出版社，1998．4
