재생 가능한 자원으로서 수자원은 국가와 지역의 장기적인 발전을 위해 없어서는 안 될 천연자원이 되었다. 현재 수자원의 활용에 있어 터빈의 안정적이고 효율적인 운영을 보장하는 것은 농업 관개 및 발전량을 절약하는 데 필수적이다. 수자원의 활용에 많은 비중을 차지하는 하이드로 터빈은 종합적인 유압, 기계 및 전기 비선형 시스템이다. 하이드로 터빈의 복잡한 구조, 내재된 동적 행동, 다양한 에너지 전환, 그리고 외부의 영향을 받기 쉬운 특성으로 인해 하이드로 터빈의 시스템은 불확실성을 가진다. 이러한 하이드로 터빈의 제어를 위해 컨트롤이 단순하며 높은 강건성의 장점을 가진 기존의 PID 제어 방법이 널리 사용되고 있다. 하이드로 터빈 조절 시스템(HTGS)의 비선형 특성에 대해서는 PID 제어가 규정된 목표를 달성할 수 있지만, 이 방법은 편차가 크고 제어 효과가 제한적이어서 고효율 제어 요건을 충족할 수 없다. 시스템 불확실성을 전제로 간섭을 제거하고 시스템의 안정성과 견고성을 보장하는 것은 항상 퍼지 이론의 고유한 장점이었다. 따라서 복잡한 시스템의 조정에서 좋은 제어 효과를 얻기 위해 퍼지 이론과 기존의 PID 제어 방법의 조합으로 퍼지 이론과 PID 제어의 장점을 모두 얻을 수 있다.본 논문에서는 HTGS의 구성을 별도로 분석하고, 단순화된 수학적 모델을 확립한다. 그런 다음 타입-1 퍼지 세트(T1 FS)와 구간 타입-2 퍼지 세트(IT2 FS)의 이론적 근거와 퍼지 PID 컨트롤러의 구조에 대해 논의한다. 둘째, 본 논문의 주요 내용으로써 구간 타입-2 퍼지 논리 시스템(IT2 FLS)의 연산 효율의 향상과 하이드로 터빈의 성능을 향상시키기 위해 Karnik-Mendel(KM) 알고리즘에 기초한 IT2 FS의 중심부에 대한 단순 연산을 제안한다. 마지막으로, 3가지 대표적인 작업 조건(스텝, 무부하, 부하 차폐), 기존 PID 컨트롤러, 타입-1 퍼지 PID(T1 FPID) 컨트롤러, 제안 알고리즘에 기초한 구간 타입-2 퍼지 PID(IT2 FPID) 컨트롤러를 비교한다. 시뮬레이션 결과는 제안된 방법이 만족스러운 성능을 보일 수 있음을 보여준다.
As a renewable resource, water resources have become an indispensable natural resource for the long-term development of countries and regions. At present, ensuring the reliable and efficient operation of turbines in the utilization of water resources is essential for saving agricultural irrigation and power generation. The hydro turbine is a comprehensive hydraulic, mechanical, and electrical nonlinear system. Its complex structure, inherent dynamic behavior, various energy conversions, and the characteristic that are susceptible to external influences make it a system full of uncertainties. In order to realize the control of the hydro turbine, in the actual application, the conventional PID control strategy is still widely used due to its advantages in simple operation and strong robustness. For the nonlinear characteristics of the hydro turbine governing system (HTGS), PID control can achieve the purpose of the regulation, but this method has a large deviation and limited control effect, which can not meet the high-efficiency control requirements.Under the premise of system uncertainty, eliminating interference and ensuring the stability and robustness of the system has always been a unique advantage of the fuzzy theory. Therefore, in order to obtain a good control effect in the adjustment of complex systems, the combination of fuzzy theory and conventional PID control strategy can thoroughly combine the advantages of fuzzy theory and PID control.In the paper, analyzing the composition of the HTGS separately, and establishing the simplified mathematical models. Then the theoretical basis of type-1 fuzzy sets (T1 FSs) and interval type-2 fuzzy sets (IT2 FSs) and the structure of the fuzzy PID controller are discussed. The subsequent content is the key to this paper, which aims to improve the computational burden of the interval type-2 fuzzy logic systems (IT2 FLSs), the simplified computation for centroid of the IT2 FSs based on the Karnik-Mendel (KM) algorithm is proposed to improve the performance of the hydro turbine. Finally, under three typical working conditions (step, no-load, load shedding), the conventional PID controller, type-1 fuzzy PID (T1 FPID) controller, and the interval type-2 fuzzy PID (IT2 FPID) controller based on the proposed algorithm are carried compared. The simulation results demonstrate that the proposed method can exhibit satisfactory performance.