[发明专利]一种用于风电偏航系统的角度PI控制器整定方法

权利要求书

1.一种用于风电偏航系统的角度PI控制器整定方法，其特征在于，所述风电偏航系统PI控制器整定方法包括以下步骤：

步骤一：建立偏航转速控制系统的线性回归模型；

步骤二：根据步骤一建立的线性回归模型，通过最小二乘递推迭代算法，获得线性回归模型参数，辨识偏航转速控制系统；

步骤三：根据步骤二得到的辨识模型，采用最小平方和优化函数法，得到偏航角度控制误差最小的角度PI控制器参数，完成PI控制器的整定。

2.根据权利要求1所述的一种用于风电偏航系统的角度PI控制器整定方法，其特征在于，所述步骤一中建立偏航传动系统带控制量的线性回归模型的具体过程为：

y(k)＝a₁y(k-1)+a₂y(k-2)+…+a_nay(k-n_a)+b₁u(k-1)+b₂u(k-2)+…+b_nby(k-n_b)(1)

输出量y即为偏航系统实际角频率ω，输入量u即为其参考指令ω*；k,k-1,k-2,…,分别代表当前和过去时间的采样，a＝(a₁，a₂，…，a_na)，b＝(b₁，b₂，…，b_nb)为线性回归模型参数。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于风电偏航系统的角度PI控制器整定方法，其特征在于，所述步骤二中通过最小二乘递推迭代算法，辨识线性回归模型参数的具体过程为：

采用利于计算机在线实现的最小二乘递推辨识算法，将公式(1)写成矩阵形式为：

其中是数据向量，λ是模型参数向量；

λ＝[a₁,...,a_na,b₁,...,b_nb]^T

则递推最小二乘法迭代步骤为：

其中K，P为迭代过程中的中间变量，通过式(3)进行迭代操作，获得公式(1)中的参数a和b，即得到偏航系统的辨识模型。

4.根据权利要求3所述的一种用于风电偏航系统的角度PI控制器整定方法，其特征在于，所述步骤三中得到偏航角度误差最小的PI控制器参数，完成PI控制器的整定的具体过程为：

用辨识模型替代偏航传动系统实际物理模型对PI控制器参数进行优化，优化后的控制器使偏航系统的角度θ与指令角度θ*误差最小，即

f＝∫e²dt(4)

其中，e＝θ*-θ，以θ*为输入，在不同PI参数控制下，将得到不同的输出θ，通过遍历搜索法，找到使式(4)最小的参数；为加快搜索过程，采用信赖域寻优算法；

假设要设计的控制器参数为x＝[Kp Ki]，参数x通过不断迭代实现：

x^k+1＝x^k+d^k (5)

其中控制器参数每次迭代增加的变化量d^k小于当前信赖域半径，

用二次逼近模型q(d)代替f：

$q^k\left(d^k\right)=f\left(x^k\right)+\▿f{\left(x^k\right)}^T{d}^k+1/2{\left(d^k\right)}^T{\▿}^{2}f\left(x^k\right)d^k---\left(6\right)$

如果沿着d^k方向q^k的值减小，则按式(5)更新控制器参数x，同时保留信赖域，否则，不更新参数x，信赖域缩小；

通过不断迭代更新，当相近两次迭代的式(6)值小于设定阈值时，判定为收敛，此时式(4)的值具有最小值，此时x对应的Kp和Ki即为优化的PI参数。