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

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對上述存在的技術(shù)問題，在模糊PID控制的基礎(chǔ)上，本發(fā)明提供一種基于模糊前饋與模糊PID控制結(jié)合的變槳控制方法，當(dāng)在額定風(fēng)速以上發(fā)生風(fēng)速變化時(shí)，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(shè)定值。
[0004]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:
[0005]本發(fā)明一種基于模糊前饋與模糊PID控制結(jié)合的變槳控制方法，包括如下步驟:
[0006](I)分別將發(fā)電機(jī)在運(yùn)行過程中的測量轉(zhuǎn)速及發(fā)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速輸入至模糊PID變槳控制器；
[0007](2)判斷測量轉(zhuǎn)速和額定轉(zhuǎn)速間的差值是否大于O，當(dāng)不大于O時(shí)，輸出槳距角為O;大于O時(shí)，將該差值輸入模糊PID變槳控制器；
[0008](3)通過微分器計(jì)算所述差值的微分為差值的變化率，所得轉(zhuǎn)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(shè)定值β?;通過積分器計(jì)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(fēng)速超過額定風(fēng)速時(shí)，啟動(dòng)模糊前饋控制器，將測量的風(fēng)速值及風(fēng)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(jī)構(gòu)。
[0011]進(jìn)一步地，所述模糊PID變槳控制器的控制方法為:取轉(zhuǎn)速差值和差值的變化率的基本論域?yàn)閇0，60rpm]，取輸出量β?的基本論域?yàn)閇-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(jìn)一步地，所述模糊前饋控制器的輸入:風(fēng)速增量Δ V的基本論域?yàn)閇-3 m / s，3 m /8]，其對應(yīng)的模糊論域?yàn)閧-3，-2，-1，0，1，2，3}，模糊子集為{他，匪，呢，20#^3}。
[0013]進(jìn)一步地，在風(fēng)速變化最大(增量△ V)為土 3m/s時(shí)，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(jìn)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(jìn)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(diào)量，縮短調(diào)節(jié)時(shí)間。能有效的在額定風(fēng)速以上的不同風(fēng)速段，根據(jù)風(fēng)速給出不同的適當(dāng)?shù)那梆仒嘟?，?shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)前饋補(bǔ)償，提高控制系統(tǒng)的響應(yīng)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(jié)合，不僅具有良好的控制性能，而且在應(yīng)用于非線性系統(tǒng)時(shí)，不依賴于控制對象的精確模型，可兼顧系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)與靜態(tài)性能的要求，表現(xiàn)出很好的控制品質(zhì)與很強(qiáng)的魯棒性在較大偏差范圍內(nèi)利用模糊推理的方法給出控制量，達(dá)到快速穩(wěn)定的調(diào)節(jié)。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明的控制流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0021 ]實(shí)施例:如圖1所示，本發(fā)明在模糊PID控制的基礎(chǔ)上，提出基于風(fēng)速的模糊前饋方法。當(dāng)在額定風(fēng)速以上發(fā)生風(fēng)速變化時(shí)，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(shè)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(jīng)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(jīng)過近似推理得出結(jié)論，然后被清晰化模塊變換成清晰量，再輸入下一級去調(diào)節(jié)被控對象，使其輸出滿意的結(jié)果。各種模糊控制器的設(shè)計(jì)中，最基本的結(jié)構(gòu)單元是單變量二維模糊控制器，它結(jié)構(gòu)簡單、原理清晰、便于組合、應(yīng)用廣泛，而且極具代表性，可以應(yīng)用于各種復(fù)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(jié)合的變槳控制方法，包括如下步驟:
[0024](I)分別將發(fā)電機(jī)在運(yùn)行過程中的測量轉(zhuǎn)速及發(fā)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速輸入至變槳控制器;轉(zhuǎn)速為高速軸通過接近開關(guān)測量得到的發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速；
[0025](2)判斷測量轉(zhuǎn)速和額定轉(zhuǎn)速間的差值是否大于0，當(dāng)不大于O時(shí)，輸出槳距角為O;大于O時(shí)，將該差值輸入模糊變槳控制器；
[0026](3)通過微分器計(jì)算所述差值的微分為差值的變化率，所得轉(zhuǎn)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(shè)定值β?;通過積分器計(jì)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(fēng)速超過額定風(fēng)速時(shí)，啟動(dòng)模糊前饋控制器，將測量的風(fēng)速值及風(fēng)速的微分值輸入至模糊前饋控制器;風(fēng)速為機(jī)艙上風(fēng)速儀測量得到的風(fēng)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(jī)構(gòu)，對風(fēng)輪進(jìn)行控制，改變?nèi)~片的攻角，從而改變?nèi)~片吸收的風(fēng)能達(dá)到穩(wěn)定風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的作用，保持發(fā)電機(jī)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(zhuǎn)速差值和差值的變化率的基本論域?yàn)閇0，60rpm]，取輸出量β?的基本論域?yàn)閇-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(fēng)電場中風(fēng)速的采樣時(shí)間很短，一般為20ms，因此2次采樣間的風(fēng)速變化一般不會(huì)超過土 3m/s ο所述模糊前饋控制器的輸入:風(fēng)速增量△ V的基本論域?yàn)閇-3m/s，3m/s ]，其對應(yīng)的模糊論域?yàn)閧-3,-2,-1,0,1,2,3},模糊子集為{NB,NM,NS,Z0,PS,PM,PB} ο
[0031]在風(fēng)速變化最大(增量△V)為±3m/s時(shí)，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(quán)項(xiàng)】
1.一種基于模糊前饋與模糊PID控制結(jié)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(jī)在運(yùn)行過程中的測量轉(zhuǎn)速及發(fā)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速輸入至模糊PID變槳控制器； (2)判斷測量轉(zhuǎn)速和額定轉(zhuǎn)速間的差值是否大于O，當(dāng)不大于O時(shí)，輸出槳距角為O;大于O時(shí)，將該差值輸入模糊PID變槳控制器； (3)通過微分器計(jì)算所述差值的微分為差值的變化率，所得轉(zhuǎn)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(shè)定值β?;通過積分器計(jì)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(fēng)速超過額定風(fēng)速時(shí)，啟動(dòng)模糊前饋控制器，將測量的風(fēng)速值及風(fēng)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(jī)構(gòu)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于模糊前饋與模糊PID結(jié)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(zhuǎn)速差值和差值的變化率的基本論域?yàn)閇O，60rpm]，取輸出量β?的基本論域?yàn)閇-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(quán)利要求1所述基于模糊前饋與模糊PID結(jié)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(fēng)速增量△ V的基本論域?yàn)閇_3m/s，3m/s ]，其對應(yīng)的模糊論域?yàn)閧-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(quán)利要求1所述基于模糊前饋與模糊PID結(jié)合的變槳控制方法，其特征在于:在風(fēng)速變化最大(增量Av)為±3m/s時(shí)，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(quán)利要求1所述基于模糊前饋與模糊PID結(jié)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(quán)利要求1所述基于模糊前饋與模糊PID結(jié)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(jié)合的變槳控制方法，屬于風(fēng)電行業(yè)技術(shù)領(lǐng)域。步驟為：發(fā)電機(jī)的測量轉(zhuǎn)速及額定轉(zhuǎn)速的差值不大于0時(shí)，輸出槳距角為0；大于0時(shí)，該差值輸入模糊變槳PID控制器；所得轉(zhuǎn)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(shè)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(fēng)速超過額定風(fēng)速時(shí)，將測量的風(fēng)速值及風(fēng)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(jī)構(gòu)。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)前饋補(bǔ)償，縮短調(diào)節(jié)時(shí)間，提高響應(yīng)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(fēng)能有限公司, 青島華創(chuàng)風(fēng)能有限公司, 通遼華創(chuàng)風(fēng)能有限公司, 寧夏華創(chuàng)風(fēng)能有限公司
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2015年12月14日