一种水力测功器的模糊控制方法与流程

本技术涉及水力测功器，尤其是一种水力测功器的模糊控制方法。

背景技术：

1、目前市面上的水力测功器控制系统大部分使用pid控制方法对水力测功器进行阀门控制，该方法原理简单、使用方便。但在应用于水力测功器尤其是高速水力测功器时仍有不足之处，其弊端在于pid控制方法的比例、微分、积分系数需要针对每台水力测功器的阀门和机器特性进行设置，也即存在参数整定过程，而参数整定过程容易产生超调现象，而水力测功器在运行状态下尤其是高功率运行状态下，即使阀门产生极小的波动，也会对其转速控制造成较大影响，从而对整个控制系统的安全性造成冲击。

技术实现思路

1、本技术人针对上述提出的现有水力测功器的控制稳定性差的技术问题及技术需求，提出了一种水力测功器的模糊控制方法，本技术的技术方案如下：

2、一种水力测功器的模糊控制方法，包括：

3、计算水力测功器的目标运行参数的实际值与设定值之间的差异参数，差异参数包括目标运行参数的实际值与设定值之间的差值δs和差值变化率dδs。

4、对差异参数进行数据预处理至预设的论域范围内，得到差异性指标。

5、利用隶属度函数对差异性指标进行模糊化处理，计算差异性指标对各个输入模糊集的隶属度，不同的输入模糊集对应差异性指标的不同取值范围。

6、根据模糊规则确定与差异性指标的隶属度最高的输入模糊集对应的输出模糊集，按照输出模糊集对应的开关阀控制方法对水力测功器的阀门组件进行开关阀控制。

7、其中，模糊规则基于使目标运行参数的实际值逼近设定值的目标建立，模糊规则用于指示不同输入模糊集与不同输出模糊集之间的映射关系，不同的输出模糊集指示对阀门组件的不同开关阀控制方法。

8、其进一步的技术方案为，确定差异性指标的隶属度最高的输入模糊集包括：

9、对目标运行参数的实际值与设定值之间的差值δs进行数据预处理至预设的第一论域范围内，得到差值差异性指标u(δs)，利用第一隶属度函数对差值差异性指标u(δs)进行模糊化处理确定差值差异性指标u(δs)的隶属度最高的输入模糊集e(δs)；不同输入模糊集e(δs)表征目标运行参数的实际值与设定值之间的不同差异程度，差值δs为正且取值越大时对应的输入模糊集e(δs)表征目标运行参数的实际值大于设定值的程度越高，差值δs为负且绝对值越大时对应的输入模糊集e(δs)表征目标运行参数的实际值小于设定值的程度越高。

10、以及，

11、对目标运行参数的实际值与设定值之间的差值变化率dδs进行数据预处理至预设的第二论域范围内，得到差值变化率差异性指标u(dδs)，利用第二隶属度函数对差值变化率差异性指标u(dδs)进行模糊化处理确定差值变化率差异性指标u(dδs)的隶属度最高的输入模糊集e(dδs)；不同输入模糊集e(dδs)表征目标运行参数的实际值与设定值之间的差值的不同变化趋势，差值变化率dδs为正且取值越大时对应的输入模糊集e(dδs)表征目标运行参数的实际值与设定值之间的差值的增大趋势越强，差值变化率dδs为负且绝对值越大时对应的输入模糊集e(dδs)表征目标运行参数的实际值与设定值之间的差值的减小趋势越强。

12、其进一步的技术方案为，

13、当输入模糊集e(δs)指示目标运行参数的实际值小于设定值时，与输入模糊集e(δs)和输入模糊集e(dδs)存在映射关系的输出模糊集对应的开关阀控制方法为关阀操作，关阀操作用于控制目标运行参数的实际值增大，且关阀程度与输入模糊集e(dδs)表征的差值的变化趋势相关。

14、当输入模糊集e(δs)指示目标运行参数的实际值大于设定值时，与输入模糊集e(δs)和输入模糊集e(dδs)存在映射关系的输出模糊集对应的开关阀控制方法为开阀操作，开阀操作用于控制目标运行参数的实际值减小，且开阀程度与输入模糊集e(dδs)表征的差值的变化趋势相关。

15、其进一步的技术方案为，

16、对于指示目标运行参数的实际值小于设定值的同一个输入模糊集e(δs)，当输入模糊集e(dδs)表征的实际值与设定值之间的差值的减小趋势越强时，与输入模糊集e(δs)和输入模糊集e(dδs)存在映射关系的输出模糊集对应的关阀操作的关阀程度越大、目标运行参数的实际值增大的程度越大。

17、对于指示目标运行参数的实际值大于设定值的同一个输入模糊集e(δs)，当输入模糊集e(dδs)表征的实际值与设定值之间的差值的增大趋势越强时，与输入模糊集e(δs)和输入模糊集e(dδs)存在映射关系的输出模糊集对应的开阀操作的开阀程度越大、目标运行参数的实际值减小的程度越大。

18、其进一步的技术方案为，

19、对于表征的实际值与设定值之间的差值的变化趋势相同的同一个输入模糊集e(dδs)，当输入模糊集e(δs)指示的目标运行参数的实际值小于设定值的程度越高时，与输入模糊集e(δs)和输入模糊集e(dδs)存在映射关系的输出模糊集对应的关阀操作的关阀程度越大、目标运行参数的实际值增大的程度越大。

20、对于表征的实际值与设定值之间的差值的变化趋势相同的同一个输入模糊集e(dδs)，当输入模糊集e(δs)指示的目标运行参数的实际值大于设定值的程度越高时，与输入模糊集e(δs)和输入模糊集e(dδs)存在映射关系的输出模糊集对应的开阀操作的开阀程度越大、目标运行参数的实际值减小的程度越大。

21、其进一步的技术方案为，得到差值差异性指标u(δs)和差值变化率差异性指标u(dδs)包括：

22、将差值δs进行数据预处理至预设的第一论域范围[-a，a]内，得到差值差异性指标其中，δsmax为设定的差值最大值。

23、将差值变化率dδs进行数据预处理至预设的第二论域范围[-b，b]内，得到差值变化率差异性指标其中，dδsmax为设定的差值变化率最大值。

24、其进一步的技术方案为，按照输出模糊集对应的开关阀控制方法对水力测功器的阀门组件进行开关阀控制包括：

25、当输出模糊子集对应的开关阀控制方法为关阀操作时，控制水力测功器的进水阀门的开度增大以增加进水量，和/或，控制水力测功器的排水阀门的开度减小以减小排水量。

26、当输出模糊子集对应的开关阀控制方法为开阀操作时，控制水力测功器的进水阀门的开度减小以减小进水量，和/或，控制水力测功器的排水阀门的开度增大以增大排水量。

27、其进一步的技术方案为，按照输出模糊集对应的开关阀控制方法对水力测功器的阀门组件进行开关阀控制还包括：

28、当输出模糊子集对应的开关阀控制方法为关阀操作时，控制水力测功器的进水阀门的开度增大进水开度变化量k1*g并控制水力测功器的排水阀门的开度减小排水开度变化量k1*g。

29、当输出模糊子集对应的开关阀控制方法为开阀操作时，控制水力测功器的进水阀门的开度减小进水开度变化量k2*g并控制水力测功器的排水阀门的开度增大排水开度变化量k2*g。

30、其中，g为与控制精度要求匹配的固定开度值，控制精度要求越高、固定开度值g越小；k1和k2分别为开度系数，关阀程度越大则k1的取值越大；开阀程度越大则k2的取值越大。

31、其进一步的技术方案为，按照输出模糊集对应的开关阀控制方法对水力测功器的阀门组件进行开关阀控制还包括：

32、当水力测功器的目标运行参数的实际值与设定值之间的差异参数达到差异阈值时执行对差异参数进行数据预处理至预设的论域范围内的步骤。

33、其进一步的技术方案为，该模糊控制方法还包括：

34、当确定当前采用的闭环控制模式为转速跟随模式时，确定水力测功器的转速作为水力测功器的目标运行参数。

35、当确定当前采用的闭环控制模式为扭矩跟随模式时，以水力测功器扭矩作为水力测功器的目标运行参数。

36、当确定当前采用的闭环控制模式为功率跟随模式时，以水力测功器功率作为水力测功器的目标运行参数。

37、本技术的有益技术效果是：

38、本技术的水力测功器的模糊控制方法，基于水力测功器的目标运行参数的实际值与设定值的差值和差值变化率分别确定对应的输入模糊集，并根据预设的模糊规则确定这两类输入模糊集对应的输出模糊集，按照该输出模糊集对应的开关阀控制方法对水力测功器的阀门组件进行开关阀控制。这一模糊控制方法增强了水力测功器控制系统的鲁棒性，能够更加准确地对阀门组件的开度进行控制，有效提高了水力测功器的控制精度和安全性。

39、本技术还结合水力测功器的工作原理设计了合理的模糊规则，使得目标运行参数的实际值能够更快逼近设定值，有效提高了模糊控制效果。