论文部分内容阅读
风力机变桨距控制系统提高了风力发电系统的效率和电能质量,是大型风力机控制的关键技术之一。然而,风力机变桨距电液控制机构铰链处存在的间隙,使得变桨过程中超调量增大,桨叶拍打震荡加剧,引发变桨冲击和振动。针对以上问题,分析了变桨距机构铰链处间隙的形成机理,建立了含间隙非线性的风力机变桨距电液控制系统AMESim模型,在常规PID控制器的环境下对系统进行了仿真,分析了间隙对风力机变桨距系统的变桨性能的影响。针对铰链处的间隙非线性,提出了补偿控制策略:在常规PID基础上,引入模糊控制,构成模糊自整定PID。分析了间隙处的运动特点,得出了风力机变桨距在间隙处的工作规律:在当变桨误差处于间隙期间时,(1)当桨距角误差变化率较大时,为保持变桨稳定,适当减小比例增益;增大积分增益;为保证活塞杆迅速的越过间隙且减小超调,适当增大微分增益。(2)当桨距角误差变化率较小时,为保证变桨响应速度,适当增大比例增益,为保持变桨的稳定性且不产生超调,取适中的积分增益和微分增益。根据该规律,制定了考虑间隙的模糊规则库,实现对风力机变桨距PID控制器参数的在线自整定。利用AMESim软件与LabVIEW软件联合仿真的方法,对含间隙的风力机变桨距电液控制系统进行了仿真,并与常规PID进行了比较,仿真分析结果表明:随着间隙的增大,变桨过程的超调量越大,震荡次数也越多;相比常规PID控制,模糊自整定PID控制算法使得超调量降低,变桨冲击次数减少,有效地削弱了间隙的影响,使变桨更加平稳,提高了变桨距控制系统的品质。最后,基于含间隙的风力机变桨距电液控制系统实验台,研究了桨距角反馈编码器的测量方法,在间隙分别为0mm、0.2mm、0.4mm、0.6mm和0.8mm时和空载条件下,对模糊自整定PID和常规PID控制系统进行了实验研究,结果表明:随着间隙的增大,系统超调量增大;在间隙小于0.2mm时,模糊自整定PID超调为0,常规PID超调为15%;在间隙等于0.4mm时模糊自整定PID出现超调,超调量为10%,此时常规PID超调量为20%;当间隙为0.6mm和0.8mm时,常规PID在调节过程中出现了剧烈的小幅震荡,调节时间变长,且调节后期在目标位置处持续震荡,而模糊自整定PID则控制平缓,无明显震荡冲击。由此可见,相比常规PID控制器,模糊自整定PID对间隙具有很好的补偿效果。