專利名稱：風(fēng)電機(jī)組液壓變槳距系統(tǒng)的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種通過改進(jìn)最小方差控制策略，對風(fēng)電機(jī)組液壓變槳距系統(tǒng)進(jìn)行 調(diào)節(jié)，使槳葉節(jié)距角快速、穩(wěn)定、無偏差的跟蹤設(shè)定值的一種方法。
背景技術(shù)：
風(fēng)電機(jī)組變槳距系統(tǒng)通過槳距調(diào)節(jié)器，完成葉片節(jié)距角的調(diào)節(jié)，在額定風(fēng)速 以下，保證最大風(fēng)能捕獲效率，在高風(fēng)速時，限制功率輸出。液壓變槳距節(jié)距調(diào) 節(jié)器通過比例閥來實現(xiàn)的?？刂破鞲鶕?jù)位置傳感器信號給出一個一10 + 10V的控制電壓，通過比例閥控制器轉(zhuǎn)換成一定范圍的電流信號，控制比例閥輸出流量的 方向和大小。電流信號的大小，正比例決定比例閥閥位開度，調(diào)節(jié)油路流量。電 流信號的正負(fù)，決定了油路的方向。油液到達(dá)液壓缸，按比例閥輸出的方向和流 量推動活塞桿前進(jìn)或者后退，控制槳葉節(jié)距角在一定范圍內(nèi)運(yùn)動。由于風(fēng)速的隨機(jī)性和不確定性，塔影、風(fēng)切變、偏航回轉(zhuǎn)等引起的負(fù)載擾動， 變槳距開關(guān)槳的往復(fù)動作，液壓驅(qū)動大質(zhì)量葉輪負(fù)載的慣性環(huán)節(jié)，使得變槳距控 制系統(tǒng)有參數(shù)非線性、參數(shù)時變性、滯后性等技術(shù)特點。最小方差控制方法對于大滯后系統(tǒng)的控制是十分有益的，同時對于參數(shù)非線 性和時變系統(tǒng)，也有一定的實用價值。傳統(tǒng)最小方差控制方法要求對象必須是最 小相位系統(tǒng)，對靠近單位圓的穩(wěn)定零點非常靈敏。對非最小相位系統(tǒng)，由于含有 不穩(wěn)定零點，導(dǎo)致控制輸入的非有界而無法設(shè)計控制系統(tǒng)。同時，控制作用可能 過大，不準(zhǔn)確的初始條件、延遲時間的不確定等都可能顯著影響最優(yōu)預(yù)測，而使 控制過程發(fā)散。發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提供一種風(fēng)電機(jī)組液壓變槳距系統(tǒng)的控制方法， 用于風(fēng)電機(jī)組液壓變槳距系統(tǒng)，即解決變槳距控制系統(tǒng)參數(shù)非線性、時變性、滯 后性等問題。技術(shù)方案為了克服上述問題，通過采用改進(jìn)的最小方差控制方法，彌補(bǔ)傳 統(tǒng)方法的不足，用于液壓變槳距控制系統(tǒng)，使得系統(tǒng)響應(yīng)速度快，動態(tài)跟蹤性能 好，無調(diào)節(jié)誤差，同時，無需在線辨識對象模型，充分利用控制方法的魯棒性。本發(fā)明的風(fēng)電機(jī)組液壓變槳距系統(tǒng)的控制方法采用最小方差控制，實現(xiàn)步驟 如下步驟l:根據(jù)液壓變槳距系統(tǒng)被控對象的純延遲時間，延長預(yù)測步長，選擇純 延遲時間之后的某一時刻作為預(yù)測步長i，使得丄大于對象純延遲時 間；步驟2:由預(yù)測步長丄和被控對象離散模型的參數(shù)多項式j(luò)(《-"-i+J;《('和丑( 一')-藝6,f, 及關(guān)系式 1 = ￡(9—"j(《—iG(《—1) 和F。-')-五(^)風(fēng)r1)，得到多項式￡(9-') = 1 + 2>^， G(^)-藝g,('，^(,')= S 乂《—'，存入控制器模塊中，用于獲得控制系統(tǒng)的控制量，其中A-l-《-、《—為后移算子，"。，"6分別為對象離散模型參數(shù)多 項式j(luò)(《—1)， 5(《-"的階 夂，。,(i = l...wa )， A( ! = (). . )，e,.(/ = l."i — l)， g,. (/ = 0..."。)， / (/ = 0-.."6+￡-1)分別為對應(yīng)多項式的系數(shù)； 步驟3:控制系統(tǒng)在線實時記錄到當(dāng)前采樣時刻&為止控制器所有的控制信 號{"(fc-1)，"(fc-2),…)和變槳距系統(tǒng)輸出的槳距角觀測數(shù)據(jù) p(A0，e(A-1),."}，同時記錄控制量的增量(A"(A-l),A"(" 2)，"'}，并 接收風(fēng)電機(jī)組主控制器給出的期望槳距角信號6{ 的，利用控制模塊中 存儲的多項式G(《力和F。-^，按以下關(guān)系式得到控制系統(tǒng)的控制量當(dāng)前時刻控制輸出較前一時刻控制輸出的控制增量，《為任意正常 數(shù)；步驟4:控制系統(tǒng)的控制量"(0，輸出后轉(zhuǎn)化為一個一10 + 10V范圍內(nèi)的控制電壓信號，通過比例閥控制器轉(zhuǎn)換成一定范圍的電流信號，該電流 信號按正負(fù)極性控制比例閥接通不同的回路，并由電流大小正比例確 定閥門閥位開度大小，控制壓力油的流量，使壓力油由接通回路流入液壓缸的前端或后端，從而推動液壓缸活塞向后或向前運(yùn)動，操縱槳 距角在確定范圍內(nèi)變化，跟蹤期望的槳距角信號。 預(yù)測步長i可在純延遲時間之后到穩(wěn)態(tài)時刻之間的任意時刻進(jìn)行預(yù)測。 控制增量A"(/t)計算中，采用時變限幅策略，S卩，在控制初期取較大cr/。值，限制控制幅度，在控制后期逐漸減小《/。值，加快收斂的時變"/。的設(shè)計方法。選擇純延遲時間之后的某一時刻作為預(yù)測步長丄時，還可以在純延遲時間之 后到穩(wěn)態(tài)時刻之間選擇預(yù)測步長^和A,使得^:^A，其中^靠近對象純延遲時間后的響應(yīng)階段，Z2靠近對象穩(wěn)態(tài)階段，對這兩個預(yù)測步長得到的控制量",(/t)和"2("進(jìn)行加權(quán)折衷w(W = (l-+yffM2W， /ff為輸入柔化系數(shù)，且0^〃S1，得到的再作為控制系統(tǒng)的控制量輸出。有益效果通過延長預(yù)測步長、采用時變限幅策略和柔化控制作用等方法對 傳統(tǒng)最小方差控制進(jìn)行改進(jìn)，用于風(fēng)電機(jī)組液壓變槳距控制系統(tǒng)，使得系統(tǒng)響應(yīng) 迅速，無動態(tài)偏差。同時，對于對象模型的時變性，充分利用該方法的魯棒性， 無需在線辨識對象模型，仍能獲得良好的控制效果。


圖1是風(fēng)電機(jī)組液壓變槳距控制系統(tǒng)的示意圖。
具體實施方式
本發(fā)明的風(fēng)電機(jī)組液壓變槳距系統(tǒng)的控制方法采用最小方差控制，控制器在 線實時記錄到當(dāng)前采樣時刻^為止被控對象所有的輸入控制信號 1),"("2),…)和輸出的槳距角觀測數(shù)據(jù)^(",^-1)，…)，并根據(jù)期望的槳距角信號，按照如下關(guān)系式得到控制系統(tǒng)的控制量"(/t):"/o '=0 '=1控制器輸出控制量"(it)轉(zhuǎn)化為一個一10 + 10V范圍內(nèi)的控制電壓信號，通過比例閥控制器轉(zhuǎn)換成一定范圍的電流信號，該電流信號按正負(fù)極性控制比例閾接 通不同的回路，并由電流大小正比例確定閥門閥位開度大小，控制壓力油的流量， 使壓力油由接通回路流入液壓缸的前端或后端，從而推動液壓缸活塞向后或向前運(yùn)動，操縱槳距角在一定范圍內(nèi)變化，跟蹤期望的槳距角信號。預(yù)測步長丄可在純延遲時間之后到穩(wěn)態(tài)時刻之間的任意時刻進(jìn)行預(yù)測。 控制增量A"(/t)計算中，采用時變限幅策略，即，在控制初期取較大《/。值，限制控制幅度，在控制后期逐漸減小a/。值，加快收斂的時變a/。的設(shè)計方法。選擇純延遲時間之后的某一時刻作為預(yù)測步長￡時，還可以在純延遲時間之 后到穩(wěn)態(tài)時刻之間選擇預(yù)測步長A和Z2，使得Z2〉A(chǔ)，其中^靠近對象純延遲時 間后的響應(yīng)階段，^靠近對象穩(wěn)態(tài)階段，對這兩個預(yù)測步長得到的控制量",(/t)和 "2(/t)進(jìn)行加權(quán)折衷w(W = (l-釣"K/t) + P"2(/t)， / 為輸入柔化系數(shù)，且0S"SI，得 到的"(/t)再作為控制系統(tǒng)的控制量輸出。本發(fā)明是一種針對風(fēng)電機(jī)組液壓變槳距系統(tǒng)參數(shù)非線性、時變性、滯后性特 點，采用一種改進(jìn)的最小方差控制方法，使得控制系統(tǒng)響應(yīng)迅速，無動態(tài)偏差， 無需在線辨識對象模型。改進(jìn)的最小方差控制方法具體實現(xiàn)過程如下1、 離線辨識被控對象模型，選擇釆樣時間，將對象模型離散化，采用受控自回歸積分滑動平均模型^Votx^(r')"w+ffi描述被控對象，&為采樣時厶刻，0(/fc)為fc時刻槳距角信號，w(W為&時刻控制器輸出控制信號、《W為液壓 系統(tǒng)在fc時刻受到的擾動信號，d為被控對象的純延遲。由傳統(tǒng)最小方差控制控制律可知，當(dāng)前的輸入控制作用要在^的下一采樣時 刻產(chǎn)生作用，對有^步延遲的對象做未來rf步的最優(yōu)預(yù)測存在較大誤差，可能會使 控制作用幅度過大。針對這種情況，根據(jù)對象純延遲么適當(dāng)延長預(yù)測步長，取^步和i2步作為預(yù)測步長，其中A步靠近對象純延遲^后的響應(yīng)階段，^步靠近對 象穩(wěn)態(tài)階段。2、 由預(yù)測步長和被控對象離散模型的參數(shù)多項式，求解丟番圖方程 1 = ￡。-'M(《-+《—^(9—^及關(guān)系式F(r1) = b5(《—1)，從而得到A步和Zj步對應(yīng) 的多項式/^(^)、 "和i^(《-1)、 G^(r1)。3、 在線實時記錄到當(dāng)前采樣時刻;fc為止控制器所有的控制信號 - - 2),'"}和變槳距系統(tǒng)輸出的槳距角觀測數(shù)據(jù){6(*)，^(*-，同時記錄控制量的增量(A"(" 2),…)，并接收風(fēng)電機(jī)組主控制器給出的期望槳距角信號&(fc)，利用第二步中得到的^(9—')、 ')和&(一)、 G^(9-')，由如下關(guān)系式:A<formula>formula see original document page 8</formula>分別得到A步和i2步對應(yīng)的控制量""/t)和A0t)。在控制收斂過程中，《/。的大小直接影響控制動作的大小，進(jìn)而影響收斂速度 的快慢。通常情況下，最大控制幅度往往出現(xiàn)在突變過程的初期，因此采用時變a/。 的設(shè)計方法，在控制初期限制控制幅度，在控制后期加快收斂。為限制控制作用大幅變化，同時加快收斂速度，將控制作用在",(/t)和^Ot)之 間進(jìn)行折衷m(W = (1-+/ m2(A:)， y3為輸入柔化系數(shù),且O^P5:i。 "(A:)即作為 控制器的輸出。4、控制系統(tǒng)的控制量"(it)，輸出后轉(zhuǎn)化為一個一10 + 10V范圍內(nèi)的控制電 壓信號，通過比例閥控制器轉(zhuǎn)換成一定范圍的電流信號，該電流信號按正負(fù)極性 控制比例閥接通不同的回路，并由電流大小正比例確定閥門閥位開度大小，控制 壓力油的流量，使壓力油由接通回路流入液壓缸的前端或后端，從而推動液壓缸 活塞向后或向前運(yùn)動，操縱槳距角在確定范圍內(nèi)變化，跟蹤期望的槳距角信號。
權(quán)利要求
1、一種風(fēng)電機(jī)組液壓變槳距系統(tǒng)的控制方法，其特征在于該系統(tǒng)控制方法采用最小方差控制，實現(xiàn)步驟如下步驟1根據(jù)液壓變槳距系統(tǒng)被控對象的純延遲時間，延長預(yù)測步長，選擇純延遲時間之后的某一時刻作為預(yù)測步長L，使得L大于對象純延遲時間；步驟2由預(yù)測步長L和被控對象離散模型的參數(shù)多項式<math-cwu><![CDATA[<math> <mrow><mi>A</mi><mrow> <mo>(</mo> <msup><mi>q</mi><mrow> <mo>-</mo> <mn>1</mn></mrow> </msup> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><munderover> <mi>&Sigma;</mi> <mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <msub><mi>n</mi><mi>a</mi> </msub></munderover><msub> <mi>a</mi> <mi>i</mi></msub><msup> <mi>q</mi> <mrow><mo>-</mo><mi>i</mi> </mrow></msup> </mrow></math>]]></math-cwu><!--img id="icf0001" file="S2008100197866C00011.gif" wi="29" he="9" top= "79" left = "146" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="no"/-->和
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電機(jī)組液壓變槳距系統(tǒng)的控制方法，其特征在于 預(yù)測步長Z可在純延遲時間之后到穩(wěn)態(tài)時刻之間的任意時刻進(jìn)行預(yù)測。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電機(jī)組液壓變槳距系統(tǒng)的控制方法，其特征在于 控制增量A"(W計算中，采用時變限幅策略，即，在控制初期取較大"/。值，限制 控制幅度，在控制后期逐漸減小《/。值，加快收斂的時變a/。的設(shè)計方法。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)電機(jī)組液壓變槳距系統(tǒng)的控制方法，其特征在于 選擇純延遲時間之后的某一時刻作為預(yù)測步長i時，還可以在純延遲時間之后到 穩(wěn)態(tài)時刻之間選擇預(yù)測步長A和i2，使得i2〉4，其中^靠近對象純延遲時間后的響應(yīng)階段，^靠近對象穩(wěn)態(tài)階段，對這兩個預(yù)測步長得到的控制量K,(W和"2(W 進(jìn)行加權(quán)折衷"W = (l-+A2W， 〃為輸入柔化系數(shù)，且0^/^1，得到的 再作為控制系統(tǒng)的控制量輸出。
全文摘要
風(fēng)電機(jī)組液壓變槳距系統(tǒng)的控制方法針對傳統(tǒng)最小方差控制方法的不足，提出一種延長預(yù)測步長，并與時變限幅策略和柔化控制作用相結(jié)合的改進(jìn)最小方差控制方法，解決了傳統(tǒng)最小方差控制方法對非最小相位系統(tǒng)和具有靠近單位圓的穩(wěn)定零點的系統(tǒng)控制輸入非有界，控制作用過大等問題。該系統(tǒng)控制方法采用最小方差控制，控制器在線實時記錄到當(dāng)前采樣時刻k為止被控對象所有的輸入控制信號{u(k-1)，u(k-2)，…}和輸出的槳距角觀測數(shù)據(jù){θ(k)，θ(k-1)，…}，并根據(jù)期望的槳距角信號θ_m(k)，得到控制系統(tǒng)的控制量u(k)。
文檔編號F03D7/00GK101240775SQ20081001978
公開日2008年8月13日 申請日期2008年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月14日
發(fā)明者呂劍虹, 科 吳, 亮 趙 申請人:東南大學(xué)