[發明專利]一種考慮執行機構不確定的風機變槳距滑模自適應控制方法

有效

• 申請號: 201710422462.6
• 申請日: 2017-06-07
• 公開（公告）號: CN107061164B
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發明（設計）人: 鄭雪梅;宋瑞;李浩昱;陳若博;龐松楠;侯麗君;李鑫
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: F03D7/04
• 分類號: F03D7/04;F03D17/00
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 蔡巖巖

1.一種考慮執行機構不確定的風機變槳距滑模自適應控制方法，其特征在于，所述方法包括：

步驟1：在永磁直驅風電系統中，以風機機械功率原始模型為基礎，利用風機傳動系統模型獲得包含風機模型參數不確定和變槳距執行機構輸入不確定風機模型；其中，P_ω為風機捕獲功率，ρ為空氣密度；R為風力機槳葉半徑；v為風速；C_p(β,λ)為風能利用系數；β為風力機槳葉的漿距角；λ為葉尖速比；J為風電系統轉動慣量，T_e為發電機電磁轉矩，T_ω為風機機械轉矩；ω為風機轉子轉速；

步驟2：針對步驟1獲得的包含風機模型參數不確定和變槳距執行機構輸入不確定風機模型，以非奇異終端滑模面模型為基礎，獲得控制器參數在線調整的風機滑模自適應控制器；

其中，步驟1所述的包含風機模型參數不確定和變槳距執行機構輸入不確定風機模型的獲取步驟為：

第一步：風機機械功率原始模型獲得風機的機械轉矩模型：

第二步：針對第一步所述機械轉矩模型的恒功率工作點(ω_o，v_o，β_o)，將所述恒功率工作點的機械轉矩模型線性化，獲得線性化恒工作點機械轉矩模型：T_ω-T_o＝αΔω+ξΔv+γΔβ；

其中，Δω＝(ω-ω_o)，Δv＝(v-v_o)，Δβ＝(β-β_o)，T_o＝f(ω_o，v_o，β_o)，α，γ，ξ為常數參數；γ表示變槳距執行機構系數；Δω表示轉速增量，Δv表示風速增量，Δβ表示槳距角增量，T_o,ω_o,v_o分別表示恒功率工作點處的風機轉矩，風機轉速，風速，β為風機實時槳距角；

第三步：將第二步所述線性化恒功率工作點機械轉矩模型：T_ω-T_o＝αΔω+ξΔv+γΔβ代入步驟1中所述風機傳動系統模型中，獲得風機在恒功率工作點處的線性模型J為風電系統轉動慣量；

第四步：將風機變槳距執行機構等效為一個慣性系統，所述慣性系統的模型為：τ_β為變槳距執行機構時間常數，β_c為輸入槳距角；

第五步：利用所述常數參數α，ξ，γ獲得帶有常數參數估計值和不確定部分的參數組合式，所述參數組合式：其中，為所述常數參數的估計值，Δα，Δξ，Δγ為所述常數參數的不確定值；

第六步：將第四步所述慣性系統的模型和第五步所述參數組合式帶入第三步所述模型中，獲得步驟1所述獲得包含風機模型參數不確定和變槳距執行機構輸入不確定風機模型；所述風機模型具體為：

其中，表示所述風機模型的常數參數不確定部分和執行機構不確定部分。

2.根據權利要求1所述滑模自適應控制方法，其特征在于，步驟2所述的風機滑模自適應控制器的獲取步驟為：

Step1：取風機轉速誤差和誤差的導數，設計非奇異終端滑模面：其中，p＞q＞0，p,q為滑模面設計參數，并且均為奇數；e＝Δω＝ω-ω_o為風機轉速與風機額定轉速的偏差，s為非奇異終端滑模面，c表示系數，β_c為輸入槳距角；

Step2：所述風機滑模自適應控制器設計需要模型不確定部分的上界；上界用a表示，即

Step3：在風機滑模自適應控制器設計的過程中，風機滑模自適應控制器參數代表a的估計值進而獲得自適應參數模型；所述自適應參數模型為：

β_c＝β_ceq+β_cn

其中，控制器參數代表a的估計值，β_ceq為等效控制，β_cn為切換控制，η和k均為大于零的常數。