專利名稱：風(fēng)力發(fā)電變槳距執(zhí)行機(jī)構(gòu)的自適應(yīng)滑?？刂品椒跋到y(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)カ發(fā)電的變槳距距控制，具體涉及ー種風(fēng)カ發(fā)電變槳距執(zhí)行機(jī)構(gòu)的自適應(yīng)滑?？刂品椒跋到y(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著全球面臨的資源枯竭和人類環(huán)保意識的增強(qiáng)，風(fēng)能作為ー種可再生、緑色能源越來越受到人們關(guān)注。但是，風(fēng)能的轉(zhuǎn)換過程實(shí)質(zhì)上是ー個由風(fēng)速引起的隨機(jī)過程。并且，風(fēng)カ發(fā)電系統(tǒng)中的參數(shù)有些不是精確可知，實(shí)際運(yùn)行過程中還會遇到風(fēng)速、風(fēng)向和負(fù)載的變化等，如何在參數(shù)不能精確可知的情況下使所設(shè)計(jì)的控制器具有簡單的算法和較強(qiáng)的魯棒性以及具有良好的動態(tài)特性，是風(fēng)カ發(fā)電系統(tǒng)的ー個重要難題，同時也是ー個有價值的控制問題。目前，兆瓦級以上風(fēng)カ發(fā)電機(jī)組多采用電動變槳距執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過對變槳距電機(jī)的運(yùn)動控制實(shí)現(xiàn)葉片槳距角的變化，以適應(yīng)風(fēng)カ發(fā)電過程中的諸多不確定因素。在機(jī)組運(yùn)行過程中，變槳距系統(tǒng)受到參數(shù)不確定性和外部擾動的影響，例如覆冰現(xiàn)象可引起葉片轉(zhuǎn)動慣量的顯著變化，粘滯摩擦系數(shù)受制造和裝配エ藝的影響不易精確測定，同時還存在非線性摩擦力和時變負(fù)載轉(zhuǎn)矩的影響。而目前變槳距執(zhí)行機(jī)構(gòu)多采用經(jīng)典PI控制，對模型參數(shù)不確定性和外部擾動的魯棒性較差，不能保證在所有エ況下實(shí)現(xiàn)對槳距給定的精確跟蹤。自適應(yīng)滑?？刂品椒ň哂胁灰蕾囉诒豢貙ο蟮木_參數(shù)、對外部擾動具有強(qiáng)魯棒性、控制輸入平滑、實(shí)現(xiàn)簡單等優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)用該技術(shù)，可使變槳距執(zhí)行機(jī)構(gòu)的跟蹤性能得到提高，從而達(dá)到改善能量捕獲、功率輸出、優(yōu)化載荷等目的。經(jīng)初步檢索，查找到一些與變槳距控制相關(guān)的專利及技術(shù)方案，與本案側(cè)重點(diǎn)不一祥，并未發(fā)現(xiàn)變槳距執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制相關(guān)的資料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于針對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳距系統(tǒng)存在的轉(zhuǎn)動慣量、粘滯摩擦系數(shù)等參數(shù)不確定性以及負(fù)載轉(zhuǎn)矩?cái)_動，提出一種風(fēng)カ發(fā)電變槳距執(zhí)行機(jī)構(gòu)的自適應(yīng)滑?？刂品椒跋到y(tǒng)，利用在線參數(shù)估計(jì)和非線性控制分別實(shí)現(xiàn)對未知參數(shù)及外部擾動的魯棒性，改善風(fēng)カ發(fā)電機(jī)組變槳距系統(tǒng)的瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能，實(shí)現(xiàn)槳葉的快速精確定位。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是風(fēng)カ發(fā)電變槳距執(zhí)行機(jī)構(gòu)的自適應(yīng)滑?？刂品椒?，其特征在于，至少包括以下步驟步驟一由位置指令信號Θ*和變槳電機(jī)實(shí)際機(jī)械位置角Θ計(jì)算位置跟蹤誤差e和速度跟蹤誤差 ；步驟ニ設(shè)計(jì)滑模面S ;步驟三將電磁轉(zhuǎn)矩指令信號7；劃分為等價控制項(xiàng)て，非線性控制項(xiàng)て、自適應(yīng)律で和趨近律7四個部分進(jìn)行設(shè)計(jì)；、
步驟四根據(jù)電磁轉(zhuǎn)矩指令信號C，由硬件控制模塊對變槳距執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。進(jìn)ー步地，上述步驟一中的位置跟蹤誤差e和速度跟蹤誤差 按如下表達(dá)式計(jì)算
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)力發(fā)電變槳距執(zhí)行機(jī)構(gòu)的自適應(yīng)滑?？刂品椒?，其特征在于，至少包括以下步驟 步驟一由位置指令信號Θ*和變槳電機(jī)實(shí)際機(jī)械位置角Θ計(jì)算位置跟蹤誤差e和速度跟蹤誤差 ； 步驟二 設(shè)計(jì)滑模面S ； 步驟三將電磁轉(zhuǎn)矩指令信號Γ:劃分為等價控制項(xiàng)t，非線性控制項(xiàng)忘、自適應(yīng)律7和趨近律7四個部分進(jìn)行設(shè)計(jì)； 步驟四根據(jù)電磁轉(zhuǎn)矩指令信號C，由硬件控制模塊對變槳距執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種風(fēng)力發(fā)電變槳距執(zhí)行機(jī)構(gòu)的自適應(yīng)滑?？刂品椒ǎ涮卣髟谟?，步驟一中的位置跟蹤誤差e和速度跟蹤誤差 按如下表達(dá)式計(jì)算\β = θ-θ*\ = θ-θ* ο
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種風(fēng)力發(fā)電變槳距執(zhí)行機(jī)構(gòu)的自適應(yīng)滑?？刂品椒ǎ涮卣髟谟?，上述步驟二中的滑模面S按如下方程實(shí)現(xiàn)S -e + Xe 式中λ > O為滑模面增益。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種風(fēng)力發(fā)電變槳距執(zhí)行機(jī)構(gòu)的自適應(yīng)滑?？刂品椒ǎ涮卣髟谟?，上述步驟三中的電磁轉(zhuǎn)矩指令信號C、等價控制項(xiàng)C、非線性控制項(xiàng)C、趨近律?！缓妥赃m應(yīng)律按如下表達(dá)式設(shè)計(jì)τ = τ+τ + τΤ = ξφTc=-pfal(S,a,S)Τ = -LSI = ProjiI-P^S+RWfEf]]P = χΡ-PWfWj PrIIi3II ) ocr'^maxI Ii尸LJ f -Tisr-Tisr rjI ~ lef 1Cf Χξ r (伽「哪⑷,H >5 /αΙ{ε,α,δ) = \δ>0 ε/δι-\\ε\<δ,Υτe Ω^| e Ω°,(Γτ)Γ ^ < OΡνο]ξ{Ττ) = \ rggMrr式中I = [J，B，f]T，J、B、f依次為轉(zhuǎn)動慣量、粘滯摩擦系數(shù)、轉(zhuǎn)矩?cái)_動及其它不確定性作用的匯總項(xiàng)j = B, 為ξ的自適應(yīng)估計(jì)值I = R-M A I]' P為f的估計(jì)邊界，L代表趨近速率(L>0)。P為3X3的時變自適應(yīng)增益矩陣，I |P| I為P的Frobenius范數(shù)，I P Imax為I |P| I的最大值，R> O為可調(diào)參數(shù)，『=P, Θ, if WdPr:分別為w和疒L-jJeIe經(jīng)過一階低通濾波的值，X為時變遺忘速率，Xmax為X的最大值，a Sfal函數(shù)中誤差e的指數(shù)，δ代表fal函數(shù)線性區(qū)域的寬度，sgn為符號函數(shù)，Proj為投影修正函數(shù)，Ω ξ為根據(jù)先驗(yàn)信息確定的參數(shù)閉空間，為Ωξ的邊界，g為處的單位法向量。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種風(fēng)力發(fā)電變槳距執(zhí)行機(jī)構(gòu)的自適應(yīng)滑?？刂品椒?，其特征在于，進(jìn)一步地，上述步驟四中，電磁轉(zhuǎn)矩指令信號C，經(jīng)過驅(qū)動控制板得到相應(yīng)的驅(qū)動信號，通過變頻器對變槳電機(jī)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)槳葉的定位。
6.基于上述自適應(yīng)滑?？刂品椒ǖ目刂葡到y(tǒng)，其特征在于，包括編碼器、運(yùn)動控制卡、驅(qū)動控制板、變頻器和變槳電機(jī)，所述編碼器用于檢測變槳電機(jī)實(shí)際機(jī)械位置角Θ ;所述運(yùn)動控制卡用于接收整機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)出的位置指令信號Θ %再結(jié)合編碼器提供的機(jī)械位置角Θ，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)滑?？刂品椒?，計(jì)算出電磁轉(zhuǎn)矩指令信號Γ:發(fā)送到驅(qū)動控制板；所述驅(qū)動控制板根據(jù)Γ:生成驅(qū)動信號，通過所述變頻器對所述變槳電機(jī)進(jìn)行控制。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述控制系統(tǒng)，其特征在于，所述編碼器電連接所述變槳電機(jī)和運(yùn)動控制卡，所述運(yùn)動控制卡電連接所述驅(qū)動控制板，所述驅(qū)動控制板電連接所述變頻器，所述變頻器電連接所述變槳電機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種風(fēng)力發(fā)電變槳距執(zhí)行機(jī)構(gòu)的自適應(yīng)滑?？刂品椒跋到y(tǒng)，包括編碼器、運(yùn)動控制卡、驅(qū)動控制板、變頻器和變槳電機(jī)，所述編碼器用于檢測變槳電機(jī)實(shí)際機(jī)械位置角θ；所述運(yùn)動控制卡用于接收整機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)出的位置指令信號θ*，再結(jié)合編碼器提供的機(jī)械位置角θ，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)滑?？刂品椒?，計(jì)算出電磁轉(zhuǎn)矩指令信號發(fā)送到驅(qū)動控制板；所述驅(qū)動控制板根據(jù)生成驅(qū)動信號，通過所述變頻器對所述變槳電機(jī)進(jìn)行控制。
文檔編號G05B13/04GK102662323SQ20121012167
公開日2012年9月12日 申請日期2012年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月23日
發(fā)明者萬宇賓, 宋建秀, 巫發(fā)明, 張勁松, 張玉仕, 徐鳳星, 歐陽華, 王立鵬, 羅梅紅, 胡嬋娟, 臧曉迪, 郭知彼 申請人:南車株洲電力機(jī)車研究所有限公司