本發(fā)明涉及變槳距系統(tǒng)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于模糊前饋和模糊-PI的變槳距控制方法。

背景技術(shù)：

由于控制靈活、承受的機(jī)械力小等優(yōu)點(diǎn)，變槳距控制方式在大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，得到了廣泛的應(yīng)用，且多用于額定風(fēng)速以上的情形。所述控制方式通過調(diào)節(jié)槳葉節(jié)距角(槳距角)，改變風(fēng)能利用系數(shù)，從而改變風(fēng)電機(jī)組從空氣中吸收的風(fēng)能，使機(jī)組實(shí)現(xiàn)恒功率輸出。

但是，風(fēng)電機(jī)組是一個(gè)多變量、強(qiáng)耦合的高階非線性系統(tǒng)，并且額定風(fēng)速到切出風(fēng)速之間還有相當(dāng)大的范圍，這大大增加了變槳距系統(tǒng)的控制難度?；诰€性化風(fēng)機(jī)模型而設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)PID控制方式，很難滿足大范圍風(fēng)速變化下的控制要求。當(dāng)風(fēng)機(jī)偏離其線性化運(yùn)行點(diǎn)時(shí)，控制器的性能會(huì)嚴(yán)重降低。

模糊控制無需精確數(shù)學(xué)模型、強(qiáng)魯棒性等優(yōu)點(diǎn)，使得其在非線性系統(tǒng)控制領(lǐng)域得到了研究人員的青睞。目前，在變槳距控制方法的理論研究中，模糊控制及其與其他傳統(tǒng)線性控制方式相結(jié)合的控制方式，已被廣泛使用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于模糊前饋和模糊-PI的變槳距控制方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種基于模糊前饋和模糊-PI的變槳距控制方法，包括以下步驟：

首先，先介紹一下本發(fā)明所述模糊前饋控制。本發(fā)明所述模糊前饋控制可以有效的抑制風(fēng)速變化對(duì)風(fēng)電機(jī)組的影響，對(duì)風(fēng)速的擾動(dòng)給出合適的前饋補(bǔ)償角，與模糊-PI控制的輸出槳距角相加，作為槳距角的參考值。當(dāng)風(fēng)速增大時(shí)，模糊前饋控制輸出為正，使槳距角增大，減小風(fēng)輪吸收的風(fēng)能；反之，輸出為負(fù)，使風(fēng)輪吸收的能量增大，從而維持功率的恒定。

接著，再介紹一下本發(fā)明所述模糊-PI控制。本發(fā)明所述模糊-PI控制是由模糊控制和PI控制組成的雙?？刂疲琍I控制是為了彌補(bǔ)模糊控制在盲區(qū)(一般為額定功率的1％)時(shí)控制效果不佳的缺點(diǎn)而設(shè)計(jì)的。簡(jiǎn)而言之，即功率變化的范圍較大時(shí)采用模糊控制，而較小時(shí)，則通過下述函數(shù)平滑地切換為PI控制。

β_u＝α(e)β_F+(1-α(e))β_PI (1)

其中

式(2)中x1為風(fēng)力發(fā)電機(jī)額定功率的1％，x2為風(fēng)力發(fā)電機(jī)額定功率的1.23％，P為過渡區(qū)域切換系數(shù)，P越小，隨著誤差增大模糊控制的作用緩慢增大。

附圖說明

圖1為模糊前饋控制規(guī)則表；

圖2為模糊-PI控制規(guī)則表；

圖3為基于本發(fā)明所述方法設(shè)計(jì)的風(fēng)電系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：e功率變化、ec功率變化率、β_PI PI控制輸出的槳距角、β_F模糊控制輸出的槳距角、β_u模糊-PI控制輸出的槳距角、Δβ前庫(kù)補(bǔ)償角、β_d槳距角參考值、β槳葉實(shí)際變化的槳距角。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例；基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請(qǐng)參閱圖1-3，本發(fā)明提供一種技術(shù)方案：一種基于模糊前饋和模糊-PI的變槳距控制方法，包括模糊前饋控制，模糊前饋控制以上一時(shí)刻的風(fēng)速v(k-1)為輸入量1，模糊子集為{LH(Little High),RH(Relative High),H(High),VH(Very High),SH(Super High)}，以風(fēng)速增量ΔV為輸入量2，模糊子集為{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}，以前饋補(bǔ)償角Δβ為輸出量，模糊子集為{BNB,SNB,BNM,SNM,BNS,SNS,ZO,SPS,BPS,SPM,BPM,SPB,BPB}，輸入/輸出量的隸屬度函數(shù)均采用三角函數(shù)，解模糊方法為重心法，模糊前饋控制可以有效的抑制風(fēng)速變化對(duì)風(fēng)電機(jī)組的影響，對(duì)風(fēng)速的擾動(dòng)給出合適的前饋補(bǔ)償角Δβ，并與模糊-PI控制的輸出槳距角βu相加，作為槳距角的參考值βd，當(dāng)風(fēng)速增大時(shí)，模糊前饋控制輸出為正，使槳距角增大，減小風(fēng)輪吸收的風(fēng)能，反之，輸出為負(fù)，使風(fēng)輪吸收的能量增大，從而維持功率的恒定；模糊-PI控制，本發(fā)明所述模糊-PI控制器是由模糊和PI組成的雙?？刂破?，以功率變化e和功率變化率ec為輸入量，以槳距角βu為輸出量，輸入/輸出量模糊子為{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}，隸屬度函數(shù)均采用平滑的高斯函數(shù)，解模糊方法仍選擇重心法，模糊-PI控制結(jié)合了模糊控制魯棒性好、抗干擾能力強(qiáng)、無需精確的數(shù)學(xué)模型和PI控制穩(wěn)態(tài)精度高、能快速消除穩(wěn)態(tài)誤差的特點(diǎn)，兩者形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，提高了系統(tǒng)的控制精度，PI控制器是為了彌補(bǔ)模糊控制器在盲區(qū)(一般為額定功率的1％)時(shí)控制效果不佳的缺點(diǎn)而設(shè)計(jì)的。簡(jiǎn)而言之，即功率變化的范圍較大時(shí)采用模糊控制，而較小時(shí)，則通過下述函數(shù)平滑地切換為PI控制。

β_u＝α(e)β_F+(1-α(e))β_PI (1)

其中

式(2)中x1為風(fēng)力發(fā)電機(jī)額定功率的1％，x2為風(fēng)力發(fā)電機(jī)額定功率的1.23％，p為過渡區(qū)域切換系數(shù)，P越小，隨著誤差增大模糊控制的作用緩慢增大。

對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明；因此，無論從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)，不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求；

此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。