[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

本發明提出了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，屬于風機控制技術領域。所述方法的步驟為：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，獲得風機滑模自適應控制器的自適應參數模型。本發明提出的控制方法具有控制穩定性高等特點。

技術領域

本發明涉及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，屬于風機控制技術領域。

背景技術

風機在工作在額定風速以上時，為了減少過剩功率對電網的沖擊，避免風電系統機械載荷越限以及考慮到變流器容量的限制，需要通過變槳距控制來減少風能轉化效率，限制風機捕獲的能量，使其捕獲功率保持在額定值。

從風機風能利用系數的經驗公式可以看出，風機風能利用系數和輸入槳距角直接存在高次強耦合的非線性關系，風機變槳距執行機構可以等效為一個大慣性系統，滯后嚴重，且風機工作環境通常比較惡劣，外界干擾嚴重。因此，風機模型的參數和變槳距執行機構均存在不確定性。傳統的PID控制的控制精度嚴重依賴于對被控對象的精確建模，在模型參數存在不確定和外界干擾嚴重的情況下，控制精度受到很大影響。為了達到更好的控制效果，一些智能控制方法被應用于變槳距控制中，如模糊控制。模糊控制不要求被控對象的精確數學模型，對于非線性的時變，滯后系統具有強魯棒性。然而模糊控制在控制器設計時主要依靠經驗和試湊，控制規則設計有時比較困難，且模糊控制器不具有積分環節，控制精度不高。

發明內容

本發明為了解決具有不確定項的風機變槳距執行機構不能得到穩定控制的技術問題，提出了一種具有不確定項的風機變槳距執行機構的滑膜自適應控制方法，所采取的技術方案如下：

一種具有不確定項的風機變槳距執行機構的滑模自適應控制方法，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，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。

葉尖速比λ的表達式為：風能利用系數C_p的表達式為：此式中λ_i的表達式為：

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。

進一步地，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；

第三步：將第二步所述線性化恒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

第四步：將風機變槳距執行機構等效為一個慣性體統，所述慣性系統的模型為：