[发明专利]一种考虑执行机构不确定的风机变桨距滑模自适应控制方法

说明书

本发明提出了一种考虑执行机构不确定的风机变桨距滑模自适应控制方法，属于风机控制技术领域。所述方法的步骤为：步骤1：在永磁直驱风电系统中，以风机机械功率原始模型为基础，利用风机传动系统模型获得包含风机模型参数不确定和变桨距执行机构输入不确定风机模型步骤2：针对步骤1获得的包含风机模型参数不确定和变桨距执行机构输入不确定风机模型，以非奇异终端滑模面模型为基础，获得风机滑模自适应控制器的自适应参数模型。本发明提出的控制方法具有控制稳定性高等特点。

技术领域

本发明涉及一种考虑执行机构不确定的风机变桨距滑模自适应控制方法，属于风机控制技术领域。

背景技术

风机在工作在额定风速以上时，为了减少过剩功率对电网的冲击，避免风电系统机械载荷越限以及考虑到变流器容量的限制，需要通过变桨距控制来减少风能转化效率，限制风机捕获的能量，使其捕获功率保持在额定值。

从风机风能利用系数的经验公式可以看出，风机风能利用系数和输入桨距角直接存在高次强耦合的非线性关系，风机变桨距执行机构可以等效为一个大惯性系统，滞后严重，且风机工作环境通常比较恶劣，外界干扰严重。因此，风机模型的参数和变桨距执行机构均存在不确定性。传统的PID控制的控制精度严重依赖于对被控对象的精确建模，在模型参数存在不确定和外界干扰严重的情况下，控制精度受到很大影响。为了达到更好的控制效果，一些智能控制方法被应用于变桨距控制中，如模糊控制。模糊控制不要求被控对象的精确数学模型，对于非线性的时变，滞后系统具有强鲁棒性。然而模糊控制在控制器设计时主要依靠经验和试凑，控制规则设计有时比较困难，且模糊控制器不具有积分环节，控制精度不高。

发明内容

本发明为了解决具有不确定项的风机变桨距执行机构不能得到稳定控制的技术问题，提出了一种具有不确定项的风机变桨距执行机构的滑膜自适应控制方法，所采取的技术方案如下：

一种具有不确定项的风机变桨距执行机构的滑模自适应控制方法，所述方法包括：

步骤1：在永磁直驱风电系统中，以风机机械功率原始模型为基础，利用风机传动系统模型获得包含风机模型参数不确定和变桨距执行机构输入不确定风机模型；其中，ρ为空气密度；R为风力机桨叶半径；v为风速；C_p(β,λ)为风能利用系数；β为风力机桨叶的浆距角；λ为叶尖速比。

叶尖速比λ的表达式为：风能利用系数C_p的表达式为：此式中λ_i的表达式为：

步骤2：针对步骤1获得的包含风机模型参数不确定和变桨距执行机构输入不确定风机模型，以非奇异终端滑模面模型为基础，获得控制器参数在线调整的风机滑模自适应控制器。

进一步地，步骤1所述的包含风机模型参数不确定和变桨距执行机构输入不确定风机模型的获取步骤为：

第一步：风机机械功率原始模型获得风机的机械转矩模型：

第二步：针对第一步所述机械转矩模型的恒功率工作点(ω_o，v_o，β_o)，将所述恒功率工作点的机械转矩模型线性化，获得线性化恒工作点机械转矩模型：T_ω-T_o＝αΔω+ξΔv+γΔβ；其中，Δω＝(ω-ω_o)，Δv＝(v-v_o)，Δβ＝(β-β_o)，T_o＝f(ω_o，v_o，β_o)，α，γ，ξ为常数参数；

第三步：将第二步所述线性化恒工作点机械转矩模型：T_ω-T_o＝αΔω+ξΔv+γΔβ代入步骤1中所述风机传动系统模型中，获得风机在恒功率工作点处的线性模型

第四步：将风机变桨距执行机构等效为一个惯性体统，所述惯性系统的模型为：