专利名称：风力发电变桨距执行机构的自适应滑模控制方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及风カ发电的变桨距距控制，具体涉及ー种风カ发电变桨距执行机构的自适应滑模控制方法及系统。
背景技术：
随着全球面临的资源枯竭和人类环保意识的增强，风能作为ー种可再生、緑色能源越来越受到人们关注。但是，风能的转换过程实质上是ー个由风速引起的随机过程。并且，风カ发电系统中的參数有些不是精确可知，实际运行过程中还会遇到风速、风向和负载的变化等，如何在參数不能精确可知的情况下使所设计的控制器具有简单的算法和较强的鲁棒性以及具有良好的动态特性，是风カ发电系统的ー个重要难题，同时也是ー个有价值的控制问题。目前，兆瓦级以上风カ发电机组多采用电动变桨距执行机构，通过对变桨距电机的运动控制实现叶片桨距角的变化，以适应风カ发电过程中的诸多不确定因素。在机组运行过程中，变桨距系统受到參数不确定性和外部扰动的影响，例如覆冰现象可引起叶片转动惯量的显著变化，粘滞摩擦系数受制造和装配エ艺的影响不易精确测定，同时还存在非线性摩擦力和时变负载转矩的影响。而目前变桨距执行机构多采用经典PI控制，对模型參数不确定性和外部扰动的鲁棒性较差，不能保证在所有エ况下实现对桨距给定的精确跟踪。自适应滑模控制方法具有不依赖于被控对象的精确參数、对外部扰动具有强鲁棒性、控制输入平滑、实现简单等优点。应用该技术，可使变桨距执行机构的跟踪性能得到提高，从而达到改善能量捕获、功率输出、优化载荷等目的。经初步检索，查找到一些与变桨距控制相关的专利及技术方案，与本案侧重点不一祥，并未发现变桨距执行机构控制相关的资料。
发明内容
本发明目的在于针对风力发电机组变桨距系统存在的转动惯量、粘滞摩擦系数等參数不确定性以及负载转矩扰动，提出一种风カ发电变桨距执行机构的自适应滑模控制方法及系统，利用在线參数估计和非线性控制分别实现对未知參数及外部扰动的鲁棒性，改善风カ发电机组变桨距系统的瞬态和稳态性能，实现桨叶的快速精确定位。本发明采用的技术方案是风カ发电变桨距执行机构的自适应滑模控制方法，其特征在于，至少包括以下步骤步骤一由位置指令信号Θ*和变桨电机实际机械位置角Θ计算位置跟踪误差e和速度跟踪误差 ；步骤ニ设计滑模面S ;步骤三将电磁转矩指令信号7；划分为等价控制项て，非线性控制项て、自适应律で和趋近律7四个部分进行设计；、
步骤四根据电磁转矩指令信号C，由硬件控制模块对变桨距执行机构进行控制。进ー步地，上述步骤一中的位置跟踪误差e和速度跟踪误差 按如下表达式计算
权利要求
1.一种风力发电变桨距执行机构的自适应滑模控制方法，其特征在于，至少包括以下步骤 步骤一由位置指令信号Θ*和变桨电机实际机械位置角Θ计算位置跟踪误差e和速度跟踪误差 ； 步骤二 设计滑模面S ； 步骤三将电磁转矩指令信号Γ:划分为等价控制项t，非线性控制项忘、自适应律7和趋近律7四个部分进行设计； 步骤四根据电磁转矩指令信号C，由硬件控制模块对变桨距执行机构进行控制。
2.根据权利要求I所述的一种风力发电变桨距执行机构的自适应滑模控制方法，其特征在于，步骤一中的位置跟踪误差e和速度跟踪误差 按如下表达式计算\β = θ-θ*\ = θ-θ* ο
3.根据权利要求I所述的一种风力发电变桨距执行机构的自适应滑模控制方法，其特征在于，上述步骤二中的滑模面S按如下方程实现S -e + Xe 式中λ > O为滑模面增益。
4.根据权利要求I所述的一种风力发电变桨距执行机构的自适应滑模控制方法，其特征在于，上述步骤三中的电磁转矩指令信号C、等价控制项C、非线性控制项C、趋近律Γ』和自适应律按如下表达式设计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依次为转动惯量、粘滞摩擦系数、转矩扰动及其它不确定性作用的汇总项j = B, 为ξ的自适应估计值I = R-M A I]' P为f的估计边界，L代表趋近速率(L>0)。P为3X3的时变自适应增益矩阵，I |P| I为P的Frobenius范数，I P Imax为I |P| I的最大值，R> O为可调参数，『=P, Θ, if WdPr:分别为w和疒L-jJeIe经过一阶低通滤波的值，X为时变遗忘速率，Xmax为X的最大值，a Sfal函数中误差e的指数，δ代表fal函数线性区域的宽度，sgn为符号函数，Proj为投影修正函数，Ω ξ为根据先验信息确定的参数闭空间，为Ωξ的边界，g为处的单位法向量。
5.根据权利要求I所述的一种风力发电变桨距执行机构的自适应滑模控制方法，其特征在于，进一步地，上述步骤四中，电磁转矩指令信号C，经过驱动控制板得到相应的驱动信号，通过变频器对变桨电机进行控制，实现桨叶的定位。
6.基于上述自适应滑模控制方法的控制系统，其特征在于，包括编码器、运动控制卡、驱动控制板、变频器和变桨电机，所述编码器用于检测变桨电机实际机械位置角Θ ;所述运动控制卡用于接收整机控制系统发出的位置指令信号Θ %再结合编码器提供的机械位置角Θ，实现自适应滑模控制方法，计算出电磁转矩指令信号Γ:发送到驱动控制板；所述驱动控制板根据Γ:生成驱动信号，通过所述变频器对所述变桨电机进行控制。
7.根据权利要求6所述控制系统，其特征在于，所述编码器电连接所述变桨电机和运动控制卡，所述运动控制卡电连接所述驱动控制板，所述驱动控制板电连接所述变频器，所述变频器电连接所述变桨电机。
全文摘要
本发明公开了一种风力发电变桨距执行机构的自适应滑模控制方法及系统，包括编码器、运动控制卡、驱动控制板、变频器和变桨电机，所述编码器用于检测变桨电机实际机械位置角θ；所述运动控制卡用于接收整机控制系统发出的位置指令信号θ*，再结合编码器提供的机械位置角θ，实现自适应滑模控制方法，计算出电磁转矩指令信号发送到驱动控制板；所述驱动控制板根据生成驱动信号，通过所述变频器对所述变桨电机进行控制。
文档编号G05B13/04GK102662323SQ20121012167
公开日2012年9月12日 申请日期2012年4月23日 优先权日2012年4月23日
发明者万宇宾, 宋建秀, 巫发明, 张劲松, 张玉仕, 徐凤星, 欧阳华, 王立鹏, 罗梅红, 胡婵娟, 臧晓迪, 郭知彼 申请人:南车株洲电力机车研究所有限公司