CN102251924A - 一种风力机浆叶位置确定系统及变桨距控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种风力机浆叶位置确定系统及变桨距控制系统。其中的风力机浆叶位置确定系统包括：旋变编码器，用于输出表征电机旋转圈数的Z相脉冲信号；冗余编码器，用于输出表征电机在一圈内旋转角度的测量值；以及控制单元，用于实时读取测量值和Z相脉冲信号，判断测量值的公差带是否包含Z相脉冲信号，并根据判断结果驱动电机转动，并在读取到旋变编码器输出的Z相脉冲信号时，查找预存的Z相脉冲信号与桨叶的旋转角度的对应关系表，以确定桨叶的旋转角度。本发明提供的风力机浆叶位置确定系统利用旋变编码器替代现有的绝对值编码器，降低了系统的成本，且发挥了旋变编码器寿命长、抗干扰、抗震动性强等优点，便于大范围推广及应用。

Description

一种风力机浆叶位置确定系统及变桨距控制系统
技术领域
本发明属于风力机控制技术领域，尤其涉及一种风力机浆叶位置确定系统及变桨距控制系统。
背景技术
风能作为一种可再生能源，其越来越受到各国的高度重视。变桨距控制系统作为大型风力机的核心部件之一，对风力机得安全稳定运行起着至关重要的作用。变桨距技术是指借助控制和动力技术，改变安装在大型风力发电机轮毂上的叶片的桨距角大小，从而改变叶片的气动特性，使桨叶和整机的受力状况得到改善。
现有技术提供的变桨距控制系统中，桨叶侧使用绝对值编码器作为冗余编码器，而由于冗余编码器安装精度较低，不能参加电机位置的控制，为此，需在电机侧采用绝对值编码器来确定电机的角度，进而对电机进行位置控制。由于在桨叶侧和电机侧均采用了绝对值编码器，使得系统的成本高，不利于大范围推广应用。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种风力机浆叶位置确定系统，以解决现有技术提供的变桨距控制系统由于在桨叶侧和电机侧均采用了绝对值编码器，使得系统的成本高，不利于大范围推广应用的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种风力机浆叶位置确定系统，所述系统包括：
旋变编码器，用于输出表征电机旋转圈数的Z相脉冲信号；
冗余编码器，用于输出表征所述电机在一圈内旋转角度的测量值；以及
控制单元，用于实时读取所述冗余编码器输出的测量值和所述旋变编码器输出的Z相脉冲信号，判断所述测量值的公差带是否包含Z相脉冲信号，并根据判断结果驱动所述电机转动，并在读取到所述旋变编码器输出的Z相脉冲信号时，查找预存的Z相脉冲信号与桨叶的旋转角度的对应关系表，以确定桨叶的旋转角度。
上述系统中，所述控制单元还可以用于预存所述Z相脉冲信号与桨叶的旋转角度的对应关系表，所述控制单元预存所述Z相脉冲信号与桨叶的旋转角度的对应关系表的步骤包括：
所述控制单元在初始化风力机时驱动所述电机带动所述桨叶反向旋转到物理0°位置，同时设定所述电机角度为0°，所述冗余编码器为0°；
所述控制单元驱动所述电机带动所述桨叶向负向旋转，并当接收到所述旋变编码器输出的Z相脉冲信号时，根据预存的减速比计算所述桨叶的旋转角度，建立并存储所述Z相脉冲信号与桨叶的旋转角度的对应关系表。
进一步地，所述控制单元根据预存的减速比计算所述桨叶的旋转角度，建立并存储所述Z相脉冲信号与桨叶的旋转角度的对应关系表的步骤具体可以为：
所述控制单元计算360°与所述减速比的比值，即为所述电机旋转一周所对应的所述桨叶的旋转角度，从而得出所述Z相脉冲信号与桨叶的旋转角度的对应关系表。
上述系统中，所述控制单元可以包括：
存储模块，用于预存所述Z相脉冲信号与桨叶的旋转角度的对应关系表；
信号读取模块，用于读取所述旋变编码器输出的Z相脉冲信号以及所述冗余编码器输出的测量值；
判断模块，用于判断读取的所述测量值的公差带是否包含Z相脉冲信号；
驱动信号发生模块，用于根据所述判断模块的判断结果驱动所述电机转动，并当所述信号读取模块读取到下一Z相脉冲信后后停止驱动所述电机转动；
查表模块，用于当所述信号读取模块读取到下一Z相脉冲信后，查找所述存储模块预存的所述Z相脉冲信号与桨叶的旋转角度的对应关系表，以确定所述桨叶的旋转角度。
进一步地，当所述判断模块判断读取的所述测量值的公差带不包含Z相脉冲信号时，所述驱动信号发生模块向所述桨叶0°方向驱动所述电机转动，并在所述信号读取模块读取到下一Z相脉冲信后后停止驱动所述电机转动；所述查表模块查找所述存储模块预存的所述Z相脉冲信号与桨叶的旋转角度的对应关系表，即可确定所述桨叶的旋转角度。
反之，当所述判断模块判断读取的所述测量值的公差带包含Z相脉冲信号时，所述驱动信号发生模块驱动所述电机转到必要位置后，再当所述信号读取模块读取到下一Z相脉冲信后后停止驱动所述电机转动；所述查表模块查找所述存储模块预存的所述Z相脉冲信号与桨叶的旋转角度的对应关系表，确定所述桨叶的旋转角度。
上述系统中，所述必要位置为所述电机旋转一周所对应的所述桨叶的旋转角度的一半与转动圈数的和。
上述系统中，冗余编码器可以是绝对值编码器。
本发明还提供了一种变桨距控制系统，所述变桨距控制系统包括一如上所述的变桨距控制系统。
本发明提供的风力机浆叶位置确定系统利用旋变编码器替代现有的绝对值编码器，降低了系统的成本，且发挥了旋变编码器寿命长、抗干扰、抗震动性强等优点，便于大范围推广及应用。
附图说明
以下通过附图及具体实施例对本发明进行详细说明。
图1是本发明提供的风力机浆叶位置确定系统的原理图；
图2是图1中控制单元的结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1是本发明提供的风力机浆叶位置确定系统的原理。
一般地，变桨距控制系统中，每一桨叶分别采用一带位移传感器的电机进行单独调节，电机通过主动齿轮与桨叶轮毂内齿轮相连，进而带动桨叶进行转动，在桨叶轮毂内齿轮上，安装有一非接触传感器作为冗余控制参考值。现有技术中，位移传感器和非接触传感器均为绝对值编码器，成本高，为解决此问题，本发明提供的风力机浆叶位置确定系统包括：旋变编码器11，用于输出表征电机旋转圈数的Z相脉冲信号；冗余编码器12，用于输出表征电机在一圈内旋转角度的测量值；以及控制单元13，用于实时读取冗余编码器12输出的测量值和旋变编码器11输出的Z相脉冲信号，判断该测量值的公差带是否包含Z相脉冲信号，并根据判断结果驱动电机转动，并在读取到旋变编码器11输出的Z相脉冲信号时，查找预存的Z相脉冲信号与桨叶的旋转角度的对应关系表，以确定桨叶的旋转角度。
本发明提供的风力机浆叶位置确定系统利用旋变编码器替代现有的绝对值编码器，降低了系统的成本，且发挥了旋变编码器寿命长、抗干扰、抗震动性强等优点，便于大范围推广及应用，其中的冗余编码器12优选为绝对值编码器。
本发明中，控制单元13还可以用于预存Z相脉冲信号与桨叶的旋转角度的对应关系表，具体地，控制单元13预存Z相脉冲信号与桨叶的旋转角度的对应关系表的步骤包括：控制单元13在初始化风力机时驱动电机带动桨叶反向旋转到物理0°位置，同时设定电机角度为0°，冗余编码器12为0°；驱动电机带动桨叶向负向旋转，并当接收到旋变编码器11输出的Z相脉冲信号时，根据预存的减速比计算桨叶的旋转角度，建立并存储Z相脉冲信号与桨叶的旋转角度的对应关系表。
其中，控制单元13根据预存的减速比计算桨叶的旋转角度，建立并存储Z相脉冲信号与桨叶的旋转角度的对应关系表的过程具体为：控制单元13计算360°与减速比的比值，即为电机旋转一周所对应的桨叶的旋转角度，从而得出Z相脉冲信号与桨叶的旋转角度的对应关系表。
图2示出了图1中控制单元13的结构。
控制单元13包括：存储模块135，用于预存Z相脉冲信号与桨叶的旋转角度的对应关系表；信号读取模块131，用于读取旋变编码器11输出的Z相脉冲信号以及冗余编码器12输出的测量值；判断模块132，用于判断读取的测量值的公差带是否包含Z相脉冲信号；驱动信号发生模块133，用于根据判断模块132的判断结果驱动电机转动，并当信号读取模块131读取到下一Z相脉冲信后后停止驱动电机转动；查表模块134，用于当信号读取模块131读取到下一Z相脉冲信后，查找存储模块135预存的Z相脉冲信号与桨叶的旋转角度的对应关系表，以确定桨叶的旋转角度。
当判断模块132判断读取的测量值的公差带不包含Z相脉冲信号时，驱动信号发生模块133向桨叶0°方向驱动电机转动，并在信号读取模块131读取到下一Z相脉冲信后后停止驱动电机转动，查表模块134查找存储模块135预存的Z相脉冲信号与桨叶的旋转角度的对应关系表，即可确定桨叶的旋转角度。
当判断模块132判断读取的测量值的公差带包含Z相脉冲信号时，驱动信号发生模块133驱动电机转到必要位置后，再当信号读取模块131读取到下一Z相脉冲信后后停止驱动电机转动，查表模块134查找存储模块135预存的Z相脉冲信号与桨叶的旋转角度的对应关系表，确定桨叶的旋转角度。
例如，假设系统上电后，冗余编码器输出的测量值为x，测量值x对应的公差带为y，电机旋转一周所对应的桨叶的旋转角度为：360°/减速比＝360°/1321＝0.27°，当当判断模块132判断读取的测量值的公差带包含Z相脉冲信号时，不能直接找下一Z相脉冲信号，存在差一圈的可能，此时，需要先驱动电机转动到必要位置，该必要位置为n+0.27/2，n为转动圈数，之后再找下一Z相脉冲信号。
本发明中，为了唯一确定Z相脉冲信号，需满足测量值的公差带小于电机旋转一周所对应的桨叶的旋转角度，即桨叶角度误差小于电机旋转一周所对应的桨叶的旋转角度，因此需在安装过程中压紧内齿轮，以减小内齿轮的反向间隙到要求的精度。
本发明还提供了一种变桨距控制系统，包括一如上所述的风力机浆叶位置确定系统。
本发明提供的风力机浆叶位置确定系统利用旋变编码器替代现有的绝对值编码器，降低了系统的成本，且发挥了旋变编码器寿命长、抗干扰、抗震动性强等优点，便于大范围推广及应用。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种风力机浆叶位置确定系统，其特征在于，所述系统包括：
旋变编码器，用于输出表征电机旋转圈数的Z相脉冲信号；
冗余编码器，用于输出表征所述电机在一圈内旋转角度的测量值；以及
控制单元，用于实时读取所述冗余编码器输出的测量值和所述旋变编码器输出的Z相脉冲信号，判断所述测量值的公差带是否包含Z相脉冲信号，并根据判断结果驱动所述电机转动，并在读取到所述旋变编码器输出的Z相脉冲信号时，查找预存的Z相脉冲信号与桨叶的旋转角度的对应关系表，以确定桨叶的旋转角度。
2.如权利要求1所述的风力机浆叶位置确定系统，其特征在于，所述控制单元还用于预存所述Z相脉冲信号与桨叶的旋转角度的对应关系表，所述控制单元预存所述Z相脉冲信号与桨叶的旋转角度的对应关系表的步骤包括：
所述控制单元在初始化风力机时驱动所述电机带动所述桨叶反向旋转到物理0°位置，同时设定所述电机角度为0°，所述冗余编码器为0°；
所述控制单元驱动所述电机带动所述桨叶向负向旋转，并当接收到所述旋变编码器输出的Z相脉冲信号时，根据预存的减速比计算所述桨叶的旋转角度，建立并存储所述Z相脉冲信号与桨叶的旋转角度的对应关系表。
3.如权利要求2所述的风力机浆叶位置确定系统，其特征在于，所述控制单元根据预存的减速比计算所述桨叶的旋转角度，建立并存储所述Z相脉冲信号与桨叶的旋转角度的对应关系表的步骤具体为：
所述控制单元计算360°与所述减速比的比值，即为所述电机旋转一周所对应的所述桨叶的旋转角度，从而得出所述Z相脉冲信号与桨叶的旋转角度的对应关系表。
4.如权利要求1所述的风力机浆叶位置确定系统，其特征在于，所述控制单元包括：
存储模块，用于预存所述Z相脉冲信号与桨叶的旋转角度的对应关系表；
信号读取模块，用于读取所述旋变编码器输出的Z相脉冲信号以及所述冗余编码器输出的测量值；
判断模块，用于判断读取的所述测量值的公差带是否包含Z相脉冲信号；
驱动信号发生模块，用于根据所述判断模块的判断结果驱动所述电机转动，并当所述信号读取模块读取到下一Z相脉冲信后后停止驱动所述电机转动；
查表模块，用于当所述信号读取模块读取到下一Z相脉冲信后，查找所述存储模块预存的所述Z相脉冲信号与桨叶的旋转角度的对应关系表，以确定所述桨叶的旋转角度。
5.如权利要求4所述的风力机浆叶位置确定系统，其特征在于，当所述判断模块判断读取的所述测量值的公差带不包含Z相脉冲信号时，所述驱动信号发生模块向所述桨叶0°方向驱动所述电机转动，并在所述信号读取模块读取到下一Z相脉冲信后后停止驱动所述电机转动；所述查表模块查找所述存储模块预存的所述Z相脉冲信号与桨叶的旋转角度的对应关系表，即可确定所述桨叶的旋转角度。
6.如权利要求4所述的风力机浆叶位置确定系统，其特征在于，当所述判断模块判断读取的所述测量值的公差带包含Z相脉冲信号时，所述驱动信号发生模块驱动所述电机转到必要位置后，再当所述信号读取模块读取到下一Z相脉冲信后后停止驱动所述电机转动；所述查表模块查找所述存储模块预存的所述Z相脉冲信号与桨叶的旋转角度的对应关系表，确定所述桨叶的旋转角度。
7.如权利要求6所述的风力机浆叶位置确定系统，其特征在于，所述必要位置为所述电机旋转一周所对应的所述桨叶的旋转角度的一半与转动圈数的和。
8.如权利要求1所述的风力机浆叶位置确定系统，其特征在于，所述冗余编码器是绝对值编码器。
9.一种变桨距控制系统，其特征在于，所述变桨距控制系统包括一如权利要求1至7任一项所述的变桨距控制系统。
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