[发明专利]一种风力机液压变桨距系统采样频率选择方法

说明书

技术领域

本发明属于风力机液压系统技术领域，涉及基于系统脆弱性原理的风力机液压变桨距系统采样频率选择方法。

背景技术

一类风力机液压控制系统所处的运行环境比较特殊，地理位置偏僻，维修难度高，故障损失大，故客观上要求应具有更高的稳定性。

脆弱性是指系统由于自身固有的弱点或漏洞，在外部环境发生变化时而缺乏必要的适应性及鲁棒性，从而导致系统性能下降甚至失效的后果。通常情况下，系统的稳定性可利用相位裕度判定，系统的脆弱性强弱可以相位裕度为量化指标；相位裕度越大，系统的脆弱性越强，系统性能越好。

风力机液压系统这一类大型控制系统的设计方法，目前的研究主要倾向于高频鲁棒性的设计，往往忽略了中低频特性的设计，导致系统本身丧失了最基本的工作优良特性。对于PLC 采样单元的选择，目前的研究也没有明确的指导性方法，力求尽可能快的采样频率，但孰不知这样会产生不必要的成本增加，甚至于因为采样过快而造成系统无法正常工作。

由于连续控制系统的幅频特性难以直观反映数字控制系统的脆弱性，故有必要寻找一种分析离散数字系统稳定裕度的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于系统脆弱性原理的风力机液压变桨距系统采样频率选择方法，解决风力机变桨距伺服系统极端运行环境下基于系统数字化的稳定性设计问题。

众所周知，连续控制系统转换为数字控制系统必须经过采样环节；因此，当连续控制系统的稳定裕度确定时，只要合理地选择采样频率，数字控制系统的脆弱性即可以与连续控制系统保持一致。

为达到上述目的，本发明的解决方案是：

一种基于系统脆弱性原理的风力机液压变桨距系统采样频率选择方法，包括以下步骤：

步骤(1)：根据动力学、流量连续等方程，描述风力机液压变桨距伺服系统数学关系，确定系统机理模型；

步骤(2)：通过位移传感器、伺服放大器与驱动器、伺服阀和液压缸的性能参数获得风力机液压变桨距伺服系统各功能环节的模型；

步骤(3)：结合步骤(1)中系统的机理模型和步骤(2)中各功能环节模型，得到风力机液压变桨距伺服闭环系统模型参数并确立最终模型结构；

步骤(4)：根据系统稳定裕度中的相位裕度指标定义系统脆弱性模型；

步骤(5)：根据步骤(3)得到的系统模型和步骤(4)得到的系统脆弱性模型验证系统连续时间模拟域稳定性，为后续数字域稳定性设计提供依据；

步骤(6)：在步骤(5)的基础上，借助MATLAB工具，通过最佳相位裕度区间和双线性w变换得到系统数字化的最佳采样频率区间。

进一步：还包括步骤(7)：根据步骤(6)中获得的最佳采样频率范围上下限在双线性w 变换域中验证数字系统稳定性设计，至此完成基于脆弱性原理的数字系统采样频率选择，即确定PLC采样单元性能指标。

考虑到系统的低中频特性，即将脆弱性作为低中频稳定特性设计的性能参量。在保证系统具有足够的鲁棒性的同时，对系统表现为低中频特性的脆弱性进行分析与设计也尤为重要，基于此完成数字系统的采样频率选择。由于该类风力机液压控制系统所处的运行环境比较特殊，地理位置偏僻，维修难度高，故障损失大，应具有更高的稳定性。