一種基于模糊前饋與模糊pid控制結合的變槳控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于風電行業(yè)技術領域，特別是涉及一種基于模糊前饋與模糊PID結合的變槳控制器。
【背景技術】
[0002]大型變槳距風電機組在額定風速以上通常采用變槳距控制方式，通過調整槳葉槳距角，改變氣流對葉片的攻角，從而改變風電機組獲得的空氣動力轉矩，使機組輸出功率保持穩(wěn)定。在此工況下風速成為外部擾動。由于風電機組具有強非線性和較大的轉動慣量，導致變槳距系統(tǒng)控制困難。目前國內風電機組大多采用PID控制器完成變槳距控制。但由于風速變化的隨機性和風電機組的強非線性，PID控制算法并不能取得令人滿意的效果。

【發(fā)明內容】

[0003]針對上述存在的技術問題，在模糊PID控制的基礎上，本發(fā)明提供一種基于模糊前饋與模糊PID控制結合的變槳控制方法，當在額定風速以上發(fā)生風速變化時，利用模糊推理，給出合適的槳距角前饋值，與模糊PID控制器的輸出相加作為槳距角變化的設定值。
[0004]本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的:
[0005]本發(fā)明一種基于模糊前饋與模糊PID控制結合的變槳控制方法，包括如下步驟:
[0006](I)分別將發(fā)電機在運行過程中的測量轉速及發(fā)電機的額定轉速輸入至模糊PID變槳控制器；
[0007](2)判斷測量轉速和額定轉速間的差值是否大于O，當不大于O時，輸出槳距角為O;大于O時，將該差值輸入模糊PID變槳控制器；
[0008](3)通過微分器計算所述差值的微分為差值的變化率，所得轉速差值和差值的變化率輸入至模糊變槳控制器，輸出為增量型槳距角設定值β?;通過積分器計算所述差值的積分值為槳距角偏移量β2;β1和β2之和為模糊PID變槳控制器的輸出值；
[0009](4)在風速超過額定風速時，啟動模糊前饋控制器，將測量的風速值及風速的微分值輸入至模糊前饋控制器；
[0010](5)將模糊PID變槳控制器的輸出值和模糊前饋控制器的輸出值之和作為變槳控制器輸出的槳距角，控制變槳執(zhí)行機構。
[0011]進一步地，所述模糊PID變槳控制器的控制方法為:取轉速差值和差值的變化率的基本論域為[0，60rpm]，取輸出量β?的基本論域為[-6° ,6° ];模糊變槳控制器的輸入和輸出的模糊論域均為{-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6}，模糊子集為:{NB，匪，NS，Z0，PS，ΡΜ,ΡΒ}，隸屬函數(shù)采用平滑的高斯型隸屬函數(shù)。
[O 012 ]進一步地，所述模糊前饋控制器的輸入:風速增量Δ V的基本論域為[-3 m / s，3 m /8]，其對應的模糊論域為{-3，-2，-1，0，1，2，3}，模糊子集為{他，匪，呢，20#^3}。
[0013]進一步地，在風速變化最大(增量△ V)為土 3m/s時，槳距角的最大增量變化范圍為[-12°，12° ]，模糊前饋控制器輸出量的模糊論域和模糊子集分別為:{-6，-5，-4，-3，-2，-1，O,I，2，3，4，5，6}和{NB,NM,NS，ZO,PS,PM,PB}。
[0014]進一步地，所述模糊前饋控制器的輸入輸出隸屬度函數(shù)均為三角隸屬函數(shù)。
[0015]進一步地，所述模糊前饋控制器的去模糊化方法采用重心法。
[0016]本發(fā)明的有益效果為:
[0017]1.本發(fā)明能夠有效地減小系統(tǒng)的超調量，縮短調節(jié)時間。能有效的在額定風速以上的不同風速段，根據(jù)風速給出不同的適當?shù)那梆仒嘟?，實現(xiàn)動態(tài)前饋補償，提高控制系統(tǒng)的響應速度。
[0018]2.本發(fā)明模糊PID控制器是模糊控制與PID控制器的結合，不僅具有良好的控制性能，而且在應用于非線性系統(tǒng)時，不依賴于控制對象的精確模型，可兼顧系統(tǒng)的動態(tài)與靜態(tài)性能的要求，表現(xiàn)出很好的控制品質與很強的魯棒性在較大偏差范圍內利用模糊推理的方法給出控制量，達到快速穩(wěn)定的調節(jié)。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明的控制流程圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細描述。
[0021 ]實施例:如圖1所示，本發(fā)明在模糊PID控制的基礎上，提出基于風速的模糊前饋方法。當在額定風速以上發(fā)生風速變化時，利用模糊推理，給出合適的槳距角前饋值，與模糊PID控制器的輸出相加作為槳距角變化的設定值。
[0022]模糊控制器工作的基本原理，是將輸入的數(shù)字信號經過模糊化變成模糊量，送入含有模糊規(guī)則的模糊推理模塊，經過近似推理得出結論，然后被清晰化模塊變換成清晰量，再輸入下一級去調節(jié)被控對象，使其輸出滿意的結果。各種模糊控制器的設計中，最基本的結構單元是單變量二維模糊控制器，它結構簡單、原理清晰、便于組合、應用廣泛，而且極具代表性，可以應用于各種復雜情況的模糊控制。
[0023]本發(fā)明一種基于模糊前饋與模糊PID控制結合的變槳控制方法，包括如下步驟:
[0024](I)分別將發(fā)電機在運行過程中的測量轉速及發(fā)電機的額定轉速輸入至變槳控制器;轉速為高速軸通過接近開關測量得到的發(fā)電機的轉速；
[0025](2)判斷測量轉速和額定轉速間的差值是否大于0，當不大于O時，輸出槳距角為O;大于O時，將該差值輸入模糊變槳控制器；
[0026](3)通過微分器計算所述差值的微分為差值的變化率，所得轉速差值和差值的變化率輸入至模糊變槳控制器，輸出為增量型槳距角設定值β?;通過積分器計算所述差值的積分值為槳距角偏移量β2;β1和β2之和為模糊PID變槳控制器的輸出值；
[0027](4)在風速超過額定風速時，啟動模糊前饋控制器，將測量的風速值及風速的微分值輸入至模糊前饋控制器;風速為機艙上風速儀測量得到的風速值；
[0028](5)將模糊PID變槳控制器的輸出值和模糊前饋控制器的輸出值之和作為變槳控制器輸出的槳距角，控制變槳執(zhí)行機構，對風輪進行控制，改變葉片的攻角，從而改變葉片吸收的風能達到穩(wěn)定風輪轉速的作用，保持發(fā)電機輸出功率恒定。
[0029]所述模糊PID變槳控制器的控制方法為:取轉速差值和差值的變化率的基本論域為[0，60rpm]，取輸出量β?的基本論域為[-6° ,6° ];模糊控制器的輸入和輸出的模糊論域均為{-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6}，模糊子集為:{咄，匪，略，20少5，？1，卩8}，隸屬函數(shù)采用平滑的高斯型隸屬函數(shù)。
[0030]由于風電場中風速的采樣時間很短，一般為20ms，因此2次采樣間的風速變化一般不會超過土 3m/s ο所述模糊前饋控制器的輸入:風速增量△ V的基本論域為[-3m/s，3m/s ]，其對應的模糊論域為{-3,-2,-1,0,1,2,3},模糊子集為{NB,NM,NS,Z0,PS,PM,PB} ο
[0031]在風速變化最大(增量△V)為±3m/s時，槳距角的最大增量變化范圍為[-12°，12°]，模糊前饋控制器輸出量的模糊論域和模糊子集分別為:{-6，-5，-4，-3，-2，-1，O，I，2，3，4，5，6}和{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}。所述模糊前饋控制器的輸入輸出隸屬度函數(shù)均為三角隸屬函數(shù)。所述模糊前饋控制器的去模糊化方法采用重心法。
【主權項】
1.一種基于模糊前饋與模糊PID控制結合的變槳控制方法，其特征在于:包括如下步驟: (1)分別將發(fā)電機在運行過程中的測量轉速及發(fā)電機的額定轉速輸入至模糊PID變槳控制器； (2)判斷測量轉速和額定轉速間的差值是否大于O，當不大于O時，輸出槳距角為O;大于O時，將該差值輸入模糊PID變槳控制器； (3)通過微分器計算所述差值的微分為差值的變化率，所得轉速差值和差值的變化率輸入至模糊變槳控制器，輸出為增量型槳距角設定值β?;通過積分器計算所述差值的積分值為槳距角偏移量β2;β1和β2之和為模糊PID變槳控制器的輸出值； (4)在風速超過額定風速時，啟動模糊前饋控制器，將測量的風速值及風速的微分值輸入至模糊前饋控制器； (5)將模糊PID變槳控制器的輸出值和模糊前饋控制器的輸出值之和作為變槳控制器輸出的槳距角，控制變槳執(zhí)行機構。2.根據(jù)權利要求1所述基于模糊前饋與模糊PID結合的變槳控制方法，其特征在于:所述模糊PID變槳控制器的控制方法為:取轉速差值和差值的變化率的基本論域為[O，60rpm]，取輸出量β?的基本論域為[-6° ,6° ];模糊變槳控制器的輸入和輸出的模糊論域均為{-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6}，模糊子集為:{咄，匪，略，20少5，？1，卩8}，隸屬函數(shù)采用平滑的高斯型隸屬函數(shù)。3.根據(jù)權利要求1所述基于模糊前饋與模糊PID結合的變槳控制方法，其特征在于:所述模糊前饋控制器的輸入:風速增量△ V的基本論域為[_3m/s，3m/s ]，其對應的模糊論域為{-3，-2，-1，0，1，2，3}，模糊子集為{陬，匪，呢，20少5，卩1少8}。4.根據(jù)權利要求1所述基于模糊前饋與模糊PID結合的變槳控制方法，其特征在于:在風速變化最大(增量Av)為±3m/s時，槳距角的最大增量變化范圍為[-12°，12°]，模糊前饋控制器輸出量的模糊論域和模糊子集分別為:{-6，-5，-4，-3，-2，-1，O，I，2，3，4，5，6}和{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}。5.根據(jù)權利要求1所述基于模糊前饋與模糊PID結合的變槳控制方法，其特征在于:所述模糊前饋控制器的輸入輸出隸屬度函數(shù)均為三角隸屬函數(shù)。6.根據(jù)權利要求1所述基于模糊前饋與模糊PID結合的變槳控制方法，其特征在于:所述模糊前饋控制器的去模糊化方法采用重心法。
【專利摘要】一種基于模糊前饋與模糊PID控制結合的變槳控制方法，屬于風電行業(yè)技術領域。步驟為：發(fā)電機的測量轉速及額定轉速的差值不大于0時，輸出槳距角為0；大于0時，該差值輸入模糊變槳PID控制器；所得轉速差值和差值的變化率輸入至模糊變槳控制器，輸出為增量型槳距角設定值β1；所述差值的積分值為槳距角偏移量β2；β1和β2之和為模糊PID變槳控制器的輸出值；在風速超過額定風速時，將測量的風速值及風速的微分值輸入至模糊前饋控制器；將模糊PID變槳控制器的輸出值β1、β2和模糊前饋控制器的輸出值之和作為變槳控制器輸出的槳距角，控制變槳執(zhí)行機構。本發(fā)明能夠實現(xiàn)動態(tài)前饋補償，縮短調節(jié)時間，提高響應速度。
【IPC分類】F03D7/00
【公開號】CN105508135
【申請?zhí)枴緾N201510937029
【發(fā)明人】張耀軍, 于超光, 蔡曉峰, 王仕林, 姜斌
【申請人】沈陽華創(chuàng)風能有限公司, 青島華創(chuàng)風能有限公司, 通遼華創(chuàng)風能有限公司, 寧夏華創(chuàng)風能有限公司
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2015年12月14日