CN108412691A - 一种基于自助学习技术的智能风机控制系统及其方法 - Google Patents

一种基于自助学习技术的智能风机控制系统及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于自助学习技术的智能风机控制系统及其方法，属于风力发电机技术领域，包括刹车系统、风力发电机、偏航电机和偏航电机编码器，还包括风机接线控制盒，解决了自学习功能学习整个设备的机械功能参数，便于偏航系统的管理和控制的技术问题，本发明的20KW的风机和控制器的连接采用对插的接线方式，现场无信号线操作；本发明的风机偏航系统的控制采用直流减速电机的控制，本发明的风机控制系统的自学习功能的应用，将根据软件计算风机机械偏航控制参数。

Description

一种基于自助学习技术的智能风机控制系统及其方法
技术领域
本发明属于风力发电机技术领域，特别涉及一种基于自助学习技术的智能风机控制系统及其方法。
背景技术
目前市场上的风机主要是以5KW以下的小风机和500KW以上的大风机为主。小风机主要是应用于路灯，边防哨所，离网户用电为主。大风机主要是应用在大型的风电项目，主要是以风力发电为主。随着并网户用发电的越来约普及，10KW至500KW之间的风力发电成了需要户用并网的真空期。目前以2015年至今，以日本市场需求尤为突出。而这种风机控制方式又有别于小型风机和大型风机。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于自助学习技术的智能风机控制系统及其方法，解决了自学习功能学习整个设备的机械功能参数，便于偏航系统的管理和控制的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于自助学习技术的智能风机控制系统，包括刹车系统、风力发电机、偏航电机和偏航电机编码器，还包括风机接线控制盒，风机接线控制盒包括风机控制器、整流模块、载荷控制模块、风机电流信号接口、电流检测电路、风机电压信号接口、电压检测电路、LCD人机模块、时钟芯片、存储芯片、电源模块、温度传感器、风速传感器、风向传感器、数字开入电路、开入信号接口、数字控制电路、数字开出接口、485模块和CAN模块，载荷控制模块、电流检测电路、电压检测电路、LCD人机模块、时钟芯片、存储芯片、电源模块、温度传感器、风速传感器、风向传感器、数字开入电路、数字控制电路、485模块和CAN模块均与风机控制器电连接；
所述刹车系统为串联制动器，串联制动器与风机控制器电连接；
偏航电机连接偏航电机编码器，偏航电机编码器连接风机控制器；
风机电流信号接口连接电流检测电路，风力发电机发出的三相电的电流信号接入风机电流信号接口；
风机电压信号接口连接电压检测电路，风力发电机发出的三相电的电压信号接入风机电压信号接口。
所述偏航电机为直流减速电机，所述偏航电机编码器为直流减速电机编码器。
所述整流模块包括由D1～D6组成的三相滤波电路，所述载荷控制模块包括IGBT管Q1，IGBT管Q1的C极和E极分别连接三相滤波电路的正输出端和负输出端，IGBT管Q1的G极连接所述风机控制器。
所述风机电流信号接口包括S相电流信号接口、R相电流信号接口、T相电流信号接口和母线电流信号接口，所述电流检测电路包括风力发电机R相电流检测电路、风力发电机S相电流检测电路、风力发电机T相电流检测电路和风力发电机母线电流采样电路，R相电流检测电路包括由J-FET双运算放大器U6及其外围电路组成的放大电路，J-FET双运算放大器U6的2脚通过电阻R66连接S相电流信号接口，风力发电机S相电流检测电路和风力发电机T相电流检测电路的电路原理与风力发电机R相电流检测电路的电路原理相同；
所述J-FET双运算放大器U6的型号为TL082；
风力发电机母线电流采样电路包括放大器U18，电阻R96～R99、电容C55、电阻R68和电容C25，电阻R96、电阻R97、电阻R98和电容C55组成了电流采样电路，放大器U18的5脚通过电阻R96连接所述母线电流信号接口；放大器U18的7脚通过电阻R68连接所述风机控制器。
所述风机电压信号接口包括R相电压信号接口、S相电压信号接口和T相电压信号接口，所述电压检测电路包括由放大器U1、放大器U2和放大器U17及其外围电路所组成的电压信号放大电路，放大器U2的6脚通过串联连接的限流电路R41～R45连接R相电压信号接口，放大器U2的5脚和放大器U1的5脚均通过串联连接的限流电阻R33～R37连接S相电压信号接口，放大器U1的6脚通过串联连接的限流电阻R28～R32连接T相电压信号接口；
风力发电机发出的R相电压、S相电压和T相电压分别接入R相电压信号接口、S相电压信号接口和T相电压信号接口。
所述开入信号接口分别接入风机位置信号、刹车片磨损报警信号、停止信号、参数读阅信号、偏航电机编码器信号反馈A和偏航电机编码器信号反馈B，风机位置信号由一个位置传感器或限位开关提供，刹车片磨损报警信号由所述串联制动器提供，停止信号和参数读阅信号均有按键提供，偏航电机编码器信号反馈A和偏航电机编码器信号反馈B均由所述偏航电机编码器提供；
所述数字开入电路包括由光耦PC4、光耦PC5、光耦PC7、光耦PC8、光耦PC9、光耦PC10和光耦PC11及其外围电路组成的光电隔离电路，光耦PC4和光耦PC5分别负责隔离偏航电机编码器信号反馈A和偏航电机编码器信号反馈B，光耦PC7负责隔离风机位置信号，光耦PC8负责隔刹车片磨损报警信号、光耦PC10和光耦PC11分别负责隔离停止信号和参数读阅信号；光电隔离电路的输出端均与风机控制器连接；
数字开出接口包括刹车控制信号输出接口、运行信号输出接口和故障信号输出接口，刹车控制信号输出接口连接串联制动器；
数字控制电路包括光耦PC1与继电器RLY1构成的驱动电路、光耦PC2与继电器RLY3构成的驱动电路和光耦PC3与继电器RLY2构成的驱动电路；光耦PC1与继电器RLY1构成的驱动电路中，光耦PC1的输入端连接所述风机控制器，光耦PC1控制继电器RLY1的线圈端，继电器RLY1的触点组连接刹车控制信号输出接口；
光耦PC2与继电器RLY3构成的驱动电路中，光耦PC2的输入端连接所述风机控制器，光耦PC2控制继电器RLY3的线圈端，继电器RLY3的触点组连接运行信号输出接口；
光耦PC3与继电器RLY2构成的驱动电路中，光耦PC3的输入端连接所述风机控制器，光耦PC3控制继电器RLY2的线圈端，继电器RLY2的触点组连接故障信号输出接口。
所述风机控制器的型号为TMS320F28034；所述存储芯片的型号为24C64；所述时钟芯片的型号为DS1302SN。
一种基于自助学习技术的智能风机控制方法，包括如下步骤：
步骤1：建立所述一种基于自助学习技术的智能风机控制系统；
步骤2：对系统进行初始化操作，即对TMS320F28034芯片进行初始化操作；设立一个1ms的定时标志位；
步骤3：判断1ms定时标志位是否在初始位：是，则执行步骤4；否，则执行步骤18；
步骤4：1ms定时标志位的计数器加1；
步骤5：计数器的数值除以3是否等于0：是，则调用显示程序控制LCD人机模块进行显示，执行步骤:10；否，则执行步骤6；
步骤6：计数器的数值除以3是否等于1：是，则调用键盘程序用于检测是否有按键按下，执行步骤10；否，则执行步骤7；
步骤7：计数器的数值除以3是否等于2：是，则调用ADC滤波程序，对TMS320F28034芯片中的内置ADC模块采集的信号进行处理，并同判断是否有数据读出或存储：是，执行步骤10；否，则执行步骤8；
步骤8：计数器的数值除以3是否等于3：是，则执行风机控制程序，执行步骤9；否，则执行步骤10；
步骤9：风机控制程序包括如下步骤：
步骤S1：根据开关量输入信号判断系统是否启动：是，则执行步骤S2；否，则执行步骤S8；
步骤S2：判断是否有故障、是否有停机按键动作或是否通信停机：是，则系统停机信号置位，并执行步骤S3；否，则执行步骤S3；
步骤S3：判断系统是否停机：是，则执行步骤S4；否，则执行步骤S5；
步骤S4：停机初始化系统控制，对TMS320F28034芯片中的时间计数器和运行状态字进行初始化操作；
步骤S5：刹车控制程序，包括如下步骤：
步骤A1：判断刹车状态是否处于打开状态、低速断开状态或高速断开状态：如果处于打开状态，则采集风速传感器采集的风速信息，并通过公式WP＝0.5×R×V3÷g计算当前风速，设定一个当前风速的阈值，判断如果大于该阈值，则关闭刹车系统，并执行步骤S6；
如果处于低速断开状态，则采集风速传感器采集的风速信息，并通过公式WP＝0.5×R×V3÷g计算当前风速，设定一个启动风速阈值，判断如果大于启动风速阈值，则打开刹车系统，并执行步骤S6；
如果处于高速断开状态，则采集风速传感器采集的风速信息，并通过公式WP＝0.5×R×V3÷g计算当前风速，设定一个高速切出风速阈值，判断如果大于高速切出风速阈值，则打开刹车系统，并执行步骤S6；
步骤S6：偏航系统控制，包括如下步骤：
步骤A2：设置偏航系统标志位，判断系统是否处于关闭或者测试状态：是，则设置偏航系统标志位等于无偏航状态，执行步骤A3；否，执行步骤A3；
步骤A3：判断系统是否处于无偏航状态：是，则依次判断风机是否正对风向、风机是否处于停机状态和风速是否低于偏航风速：如均为否，则执行步骤S7；如有一个为是，则根据零点位置判断当前角度并保存，执行步骤S7；
如判断系统不处于无偏航状态，则执行步骤A4；
步骤A4：分别判断系统是否处于正向偏航状态和反向偏航状态，如果处于正向偏航状态，则根据偏航电机编码器返回的数据判断正向偏航角度是否到达预设值，如果没有到达则执行步骤S7；如果到达，则停止偏航，将偏航系统标志位置于无偏航状态，执行步骤S7；
如果处于反向偏航状态，则根据偏航电机编码器返回的数据判断反向偏航角度是否到达预设值，如果没有到达则执行步骤S7；如果到达，则停止偏航，将偏航系统标志位置于无偏航状态，执行步骤S7；
如果系统均不处于正向偏航状态和反向偏航状态，则执行步骤A5；
步骤A5：判断系统是否处于自学习状态，是，则执行步骤B1；否则执行步骤A6；
步骤B1：判断是正向偏航、反向偏航或无偏航：无偏航，执行步骤B2；反向偏航，执行步骤B3；正向偏航，执行步骤B10；
步骤B2：无偏航：判断是否有1秒的延迟，是，则执行步骤B3；否，则继续执行步骤B2；
步骤B3：反向偏航：判断零点位置是否到达：是，则执行步骤B4；否，则执行步骤A6；
步骤B4：判断到达位置是否置1；是，则执行步骤A6；否，则执行步骤B5；
步骤B5：反向圈数加1；
步骤B6：判断反向圈数是否为2：是，则执行步骤B7；否，则执行步骤A6；
步骤B7：记录反向2圈的脉冲数；
步骤B8：计算偏航减速比，偏航减速比＝(反向脉冲数+正向脉冲数)×5÷编码器分辨率；
步骤B9：学习结束，更新学习过程产生的数据信息；执行步骤A6；
步骤B10：正向偏航：判断零点位置是否到达：是，则执行步骤B11；否，则执行步骤A6；
步骤B11：判断到达标志位是否置1；是，则执行步骤A6；否，则执行步骤B12；
步骤B12：正向圈数加1；
步骤B13：判断反向圈数是否为2：是，则执行步骤B14；否，则执行步骤A6；
步骤B14：记录正向2圈的脉冲数；
步骤B15：设置为无偏航等待状态；执行步骤A6；
步骤A6：判断系统是否处于归零状态，是，则继续判断零点偏航是否到达：是，则停止归零偏航动作，执行步骤S7，否则执行步骤S7；
系统不处于归零状态，则执行步骤S7；
步骤S7：卸荷系统控制，包括如下步骤:
步骤A7：判断状态位，状态位包括偏航系统判断风机是否处于归零状态、刹车信号标志位判断刹车是否打开和判断是否停机，如果有一个状态位为是，则PWM调制比加1，控制卸荷比率；如均为否，则执行步骤A8；
步骤A8：判断风机是否处于偏航状态：是，则风机转速是否小于偏航转速，是，则偏航使能打开，执行步骤S8；否，则PWM调制比加1，控制卸荷比率，执行步骤S8；
如果风机不处于偏航状态，执行步骤A9；
步骤A9：对PWM调制比控制，PWM调制比控制包括限定安全转速的PID调节、限定安全电压的PID调节、限定安全电流的PID调节和限定安全功率的PID调节；
步骤S8：结束。
本发明所述的一种基于自助学习技术的智能风机控制系统及其方法，解决了自学习功能学习整个设备的机械功能参数，便于偏航系统的管理和控制的技术问题，本发明的20KW的风机和控制器的连接采用对插的接线方式，现场无信号线操作；本发明的风机偏航系统的控制采用直流减速电机的控制，本发明的风机控制系统的自学习功能的应用，将根据软件计算风机机械偏航控制参数。
附图说明
图1是本发明的风机接线控制盒的原理图方框图；
图2是本发明的整流模块和载荷控制模块的电路图；
图3是本发明的风力发电机R相电流检测电路的电路图；
图4是本发明的风力发电机母线电流采样电路的电路图；
图5是本发明的电压检测电路的电路图；
图6是本发明的光耦PC7和光耦PC8的开入信号电路图；
图7是本发明的光耦PC9、光耦PC10和PC11的开入信号电路图；
图8是本发明的光耦PC4和光耦PC5的开入信号电路图；
图9是本发明的光耦PC1与继电器RLY1构成的驱动电路和光耦PC2与继电器RLY3构成的驱动电路的电路图；
图10是本发明的光耦PC3与继电器RLY2构成的驱动电路的电路图；
图11是本发明的主流程图；
图12是本发明的风机控制程序的流程图；
图13是本发明的刹车控制程序的流程图；
图14是本发明的偏航系统控制的流程图；
图15是本发明的偏航系统自学习的流程图；
图16是本发明的卸荷控制的流程图。
具体实施方式
如图1-图10所示的一种基于自助学习技术的智能风机控制系统，包括刹车系统、风力发电机、偏航电机和偏航电机编码器，还包括风机接线控制盒，风机接线控制盒包括风机控制器、整流模块、载荷控制模块、风机电流信号接口、电流检测电路、风机电压信号接口、电压检测电路、LCD人机模块、时钟芯片、存储芯片、电源模块、温度传感器、风速传感器、风向传感器、数字开入电路、开入信号接口、数字控制电路、数字开出接口、485模块和CAN模块，载荷控制模块、电流检测电路、电压检测电路、LCD人机模块、时钟芯片、存储芯片、电源模块、温度传感器、风速传感器、风向传感器、数字开入电路、数字控制电路、485模块和CAN模块均与风机控制器电连接；
所述刹车系统为串联制动器，串联制动器与风机控制器电连接；
偏航电机连接偏航电机编码器，偏航电机编码器连接风机控制器；
风机电流信号接口连接电流检测电路，风力发电机发出的三相电的电流信号接入风机电流信号接口；
风机电压信号接口连接电压检测电路，风力发电机发出的三相电的电压信号接入风机电压信号接口。
所述偏航电机为直流减速电机，所述偏航电机编码器为直流减速电机编码器。
所述整流模块包括由D1～D6组成的三相滤波电路，所述载荷控制模块包括IGBT管Q1，IGBT管Q1的C极和E极分别连接三相滤波电路的正输出端和负输出端，IGBT管Q1的G极连接所述风机控制器。
所述风机电流信号接口包括S相电流信号接口、R相电流信号接口、T相电流信号接口和母线电流信号接口，所述电流检测电路包括风力发电机R相电流检测电路、风力发电机S相电流检测电路、风力发电机T相电流检测电路和风力发电机母线电流采样电路，R相电流检测电路包括由J-FET双运算放大器U6及其外围电路组成的放大电路，J-FET双运算放大器U6的2脚通过电阻R66连接S相电流信号接口，风力发电机S相电流检测电路和风力发电机T相电流检测电路的电路原理与风力发电机R相电流检测电路的电路原理相同；
所述J-FET双运算放大器U6的型号为TL082；
风力发电机母线电流采样电路包括放大器U18，电阻R96～R99、电容C55、电阻R68和电容C25，电阻R96、电阻R97、电阻R98和电容C55组成了电流采样电路，放大器U18的5脚通过电阻R96连接所述母线电流信号接口；放大器U18的7脚通过电阻R68连接所述风机控制器。
所述风机电压信号接口包括R相电压信号接口、S相电压信号接口和T相电压信号接口，所述电压检测电路包括由放大器U1、放大器U2和放大器U17及其外围电路所组成的电压信号放大电路，放大器U2的6脚通过串联连接的限流电路R41～R45连接R相电压信号接口，放大器U2的5脚和放大器U1的5脚均通过串联连接的限流电阻R33～R37连接S相电压信号接口，放大器U1的6脚通过串联连接的限流电阻R28～R32连接T相电压信号接口；
风力发电机发出的R相电压、S相电压和T相电压分别接入R相电压信号接口、S相电压信号接口和T相电压信号接口。
所述开入信号接口分别接入风机位置信号、刹车片磨损报警信号、停止信号、参数读阅信号、偏航电机编码器信号反馈A和偏航电机编码器信号反馈B，风机位置信号由一个位置传感器或限位开关提供，刹车片磨损报警信号由所述串联制动器提供，停止信号和参数读阅信号均有按键提供，偏航电机编码器信号反馈A和偏航电机编码器信号反馈B均由所述偏航电机编码器提供；
所述数字开入电路包括由光耦PC4、光耦PC5、光耦PC7、光耦PC8、光耦PC9、光耦PC10和光耦PC11及其外围电路组成的光电隔离电路，光耦PC4和光耦PC5分别负责隔离偏航电机编码器信号反馈A和偏航电机编码器信号反馈B，光耦PC7负责隔离风机位置信号，光耦PC8负责隔刹车片磨损报警信号、光耦PC10和光耦PC11分别负责隔离停止信号和参数读阅信号；光电隔离电路的输出端均与风机控制器连接；
数字开出接口包括刹车控制信号输出接口、运行信号输出接口和故障信号输出接口，刹车控制信号输出接口连接串联制动器；
数字控制电路包括光耦PC1与继电器RLY1构成的驱动电路、光耦PC2与继电器RLY3构成的驱动电路和光耦PC3与继电器RLY2构成的驱动电路；光耦PC1与继电器RLY1构成的驱动电路中，光耦PC1的输入端连接所述风机控制器，光耦PC1控制继电器RLY1的线圈端，继电器RLY1的触点组连接刹车控制信号输出接口；
光耦PC2与继电器RLY3构成的驱动电路中，光耦PC2的输入端连接所述风机控制器，光耦PC2控制继电器RLY3的线圈端，继电器RLY3的触点组连接运行信号输出接口；
光耦PC3与继电器RLY2构成的驱动电路中，光耦PC3的输入端连接所述风机控制器，光耦PC3控制继电器RLY2的线圈端，继电器RLY2的触点组连接故障信号输出接口。
所述风机控制器的型号为TMS320F28034；所述存储芯片的型号为24C64；所述时钟芯片的型号为DS1302SN。
实施例2：
如图11-图16所示的实施例2所述的一种基于自助学习技术的智能风机控制方法是在实施例1所述的一种基于自助学习技术的智能风机控制系统的基础上实现的，包括如下步骤：
步骤1：建立所述一种基于自助学习技术的智能风机控制系统；
步骤2：对风机控制系统进行初始化操作，即对TMS320F28034芯片进行初始化操作；设立一个1ms的定时标志位；
步骤3：判断1ms定时标志位是否在初始位：是，则执行步骤4；否，则执行步骤18；
步骤4：1ms定时标志位的计数器加1；
步骤5：计数器的数值除以3是否等于0：是，则调用显示程序控制LCD人机模块进行显示，执行步骤:10；否，则执行步骤6；
步骤6：计数器的数值除以3是否等于1：是，则调用键盘程序用于检测是否有按键按下，执行步骤10；否，则执行步骤7；键盘程序检测开入信号接口接入的键盘的输入信号；
步骤7：计数器的数值除以3是否等于2：是，则调用ADC滤波程序，对TMS320F28034芯片中的内置ADC模块采集的信号进行处理，并同时判断是否有数据读出或存储：是，执行步骤10；否，则执行步骤8；
步骤8：计数器的数值除以3是否等于3：是，则执行风机控制程序，执行步骤9；否，则执行步骤10；
步骤9：风机控制程序包括如下步骤：
步骤S1：根据开关量(系统的开关)输入信号判断系统是否启动：是，则执行步骤S2；否，则执行步骤S8；
步骤S2：判断是否有故障、是否有停机按键动作或是否通信停机：是，则系统停机信号置位，并执行步骤S3；否，则执行步骤S3；
步骤S3：判断系统是否停机：是，则执行步骤S4；否，则执行步骤S5；
步骤S4：停机初始化系统控制，对TMS320F28034芯片中的时间计数器和运行状态字进行初始化操作；
步骤S5：刹车控制程序，包括如下步骤：
步骤A1：判断刹车状态是否处于打开状态、低速断开状态或高速断开状态：如果处于打开状态，则采集风速传感器采集的风速信息，并通过公式WP＝0.5×R×V3÷g计算当前风速，设定一个当前风速的阈值，判断如果大于该阈值，则关闭刹车系统，并执行步骤S6；
刹车状态是通过采集风速，根据风机控制的状态来判断刹车状态的三个状态之间的切换；
如果处于低速断开状态，则采集风速传感器采集的风速信息，并通过公式WP＝0.5×R×V3÷g计算当前风速，设定一个启动风速阈值，判断如果大于启动风速阈值，则打开刹车系统，并执行步骤S6；
如果处于高速断开状态，则采集风速传感器采集的风速信息，并通过公式WP＝0.5×R×V3÷g计算当前风速，设定一个高速切出风速阈值，判断如果大于高速切出风速阈值，则打开刹车系统，并执行步骤S6；
步骤S6：偏航系统控制，包括如下步骤：
步骤A2：设置偏航系统标志位，判断系统是否处于关闭或者测试状态：是，则设置偏航系统标志位等于无偏航状态，执行步骤A3；否，执行步骤A3；系统的状态是根据系统的运行状态来判断，而系统的运行状态又是根据风速、系统的开关信号、当前系统状态、风机的输入电压等数据计算得出。
步骤A3：判断系统是否处于无偏航状态：是，则依次判断风机是否正对风向、风机是否处于停机状态和风速是否低于偏航风速：如均为否，则执行步骤S7；如有一个为是，则根据零点位置判断当前角度并保存，执行步骤S7；
如判断系统不处于无偏航状态，则执行步骤A4；
步骤A4：分别判断系统是否处于正向偏航状态和反向偏航状态，如果处于正向偏航状态，则根据偏航电机编码器返回的数据判断正向偏航角度是否到达预设值，如果没有到达则执行步骤S7；如果到达，则停止偏航，将偏航系统标志位置于无偏航状态，执行步骤S7；
如果处于反向偏航状态，则根据偏航电机编码器返回的数据判断反向偏航角度是否到达预设值，如果没有到达则执行步骤S7；如果到达，则停止偏航，将偏航系统标志位置于无偏航状态，执行步骤S7；
如果系统均不处于正向偏航状态和反向偏航状态，则执行步骤A5；
步骤A5：判断系统是否处于自学习状态，是，则执行步骤B1；否则执行步骤A6；
步骤B1：判断是正向偏航、反向偏航或无偏航：无偏航，执行步骤B2；反向偏航，执行步骤B3；正向偏航，执行步骤B10；
步骤B2：无偏航：判断是否有1秒的延迟，是，则执行步骤B3；否，则继续执行步骤B2；
步骤B3：反向偏航：判断零点位置是否到达：是，则执行步骤B4；否，则执行步骤A6；零点位置是通过位置信号，即用于检测风机偏航位置的接近开关进行判断的。
步骤B4：判断到达位置是否置1；是，则执行步骤A6；否，则执行步骤B5；到达位置同样是通过位置信号，即用于检测风机偏航位置的接近开关进行判断的。
步骤B5：反向圈数加1；
步骤B6：判断反向圈数是否为2：是，则执行步骤B7；否，则执行步骤A6；
步骤B7：记录反向2圈的脉冲数；
步骤B8：计算偏航减速比，偏航减速比＝(反向脉冲数+正向脉冲数)×5÷编码器分辨率；
步骤B9：学习结束，更新学习过程产生的数据信息；执行步骤A6；
步骤B10：正向偏航：判断零点位置是否到达：是，则执行步骤B11；否，则执行步骤A6；
步骤B11：判断到达位置是否置1；是，则执行步骤A6；否，则执行步骤B12；
步骤B12：正向圈数加1；
步骤B13：判断反向圈数是否为2：是，则执行步骤B14；否，则执行步骤A6；
步骤B14：记录正向2圈的脉冲数；
步骤B15：设置为无偏航等待状态；执行步骤A6；
步骤A6：判断系统是否处于归零状态，是，则继续判断零点偏航是否到达：是，则停止归零偏航动作，执行步骤S7，否则执行步骤S7；
系统不处于归零状态，则执行步骤S7；
步骤S7：卸荷系统控制，包括如下步骤:
步骤A7：判断状态位，状态位包括偏航系统判断风机是否处于归零状态、刹车信号标志位判断刹车是否打开和判断是否停机，如果有一个状态位为是，则PWM调制比加1，控制卸荷比率；如均为否，则执行步骤A8；
步骤A8：判断风机是否处于偏航状态：是，则风机转速是否小于偏航转速，是，则偏航使能打开，执行步骤S8；否，则PWM调制比加1，控制卸荷比率，执行步骤S8；
如果风机不处于偏航状态，执行步骤A9；
步骤A9：对PWM调制比控制，PWM调制比控制包括限定安全转速的PID调节、限定安全电压的PID调节、限定安全电流的PID调节和限定安全功率的PID调节；
步骤S8：结束并执行步骤10；
步骤10：系统启动标志位的判断处理；
步骤11：EPROM数据判断处理；
步骤12：通信数据判断处理；
步骤13：判断系统是否启动，是，则执行步骤14；否，则执行步骤17；
步骤14：故障检测处理，数据的故障检测是根据采样的电压，电流，风速风向等一系列的数据，然后根据系统设定的参数进行比较判断相应的控制或是元件是否存在问题；
步骤15：输入输出控制处理，即控制继电器的输出；
步骤16：风扇控制处理；
步骤17：读1302芯片的时间；
步骤18：结束。
本发明所述的一种基于自助学习技术的智能风机控制系统及其方法，解决了自学习功能学习整个设备的机械功能参数，便于偏航系统的管理和控制的技术问题，本发明的20KW的风机和控制器的连接采用对插的接线方式，现场无信号线操作；本发明的风机偏航系统的控制采用直流减速电机的控制，本发明的风机控制系统的自学习功能的应用，将根据软件计算风机机械偏航控制参数。

Claims (8)

1.一种基于自助学习技术的智能风机控制系统，包括刹车系统、风力发电机、偏航电机和偏航电机编码器，其特征在于：还包括风机接线控制盒，风机接线控制盒包括风机控制器、整流模块、载荷控制模块、风机电流信号接口、电流检测电路、风机电压信号接口、电压检测电路、LCD人机模块、时钟芯片、存储芯片、电源模块、温度传感器、风速传感器、风向传感器、数字开入电路、开入信号接口、数字控制电路、数字开出接口、485模块和CAN模块，载荷控制模块、电流检测电路、电压检测电路、LCD人机模块、时钟芯片、存储芯片、电源模块、温度传感器、风速传感器、风向传感器、数字开入电路、数字控制电路、485模块和CAN模块均与风机控制器电连接；
所述刹车系统为串联制动器，串联制动器与风机控制器电连接；
偏航电机连接偏航电机编码器，偏航电机编码器连接风机控制器；
风机电流信号接口连接电流检测电路，风力发电机发出的三相电的电流信号接入风机电流信号接口；
风机电压信号接口连接电压检测电路，风力发电机发出的三相电的电压信号接入风机电压信号接口。
2.如权利要求1所述的一种基于自助学习技术的智能风机控制系统，其特征在于:所述偏航电机为直流减速电机，所述偏航电机编码器为直流减速电机编码器。
3.如权利要求1所述的一种基于自助学习技术的智能风机控制系统，其特征在于:所述整流模块包括由D1～D6组成的三相滤波电路，所述载荷控制模块包括IGBT管Q1，IGBT管Q1的C极和E极分别连接三相滤波电路的正输出端和负输出端，IGBT管Q1的G极连接所述风机控制器。
4.如权利要求1所述的一种基于自助学习技术的智能风机控制系统，其特征在于:所述风机电流信号接口包括S相电流信号接口、R相电流信号接口、T相电流信号接口和母线电流信号接口，所述电流检测电路包括风力发电机R相电流检测电路、风力发电机S相电流检测电路、风力发电机T相电流检测电路和风力发电机母线电流采样电路，R相电流检测电路包括由J-FET双运算放大器U6及其外围电路组成的放大电路，J-FET双运算放大器U6的2脚通过电阻R66连接S相电流信号接口，风力发电机S相电流检测电路和风力发电机T相电流检测电路的电路原理与风力发电机R相电流检测电路的电路原理相同；
所述J-FET双运算放大器U6的型号为TL082；
风力发电机母线电流采样电路包括放大器U18，电阻R96～R99、电容C55、电阻R68和电容C25，电阻R96、电阻R97、电阻R98和电容C55组成了电流采样电路，放大器U18的5脚通过电阻R96连接所述母线电流信号接口；放大器U18的7脚通过电阻R68连接所述风机控制器。
5.如权利要求1所述的一种基于自助学习技术的智能风机控制系统，其特征在于:所述风机电压信号接口包括R相电压信号接口、S相电压信号接口和T相电压信号接口，所述电压检测电路包括由放大器U1、放大器U2和放大器U17及其外围电路所组成的电压信号放大电路，放大器U2的6脚通过串联连接的限流电路R41～R45连接R相电压信号接口，放大器U2的5脚和放大器U1的5脚均通过串联连接的限流电阻R33～R37连接S相电压信号接口，放大器U1的6脚通过串联连接的限流电阻R28～R32连接T相电压信号接口；
风力发电机发出的R相电压、S相电压和T相电压分别接入R相电压信号接口、S相电压信号接口和T相电压信号接口。
6.如权利要求1所述的一种基于自助学习技术的智能风机控制系统，其特征在于:所述开入信号接口分别接入风机位置信号、刹车片磨损报警信号、停止信号、参数读阅信号、偏航电机编码器信号反馈A和偏航电机编码器信号反馈B，风机位置信号由一个位置传感器或限位开关提供，刹车片磨损报警信号由所述串联制动器提供，停止信号和参数读阅信号均有按键提供，偏航电机编码器信号反馈A和偏航电机编码器信号反馈B均由所述偏航电机编码器提供；
所述数字开入电路包括由光耦PC4、光耦PC5、光耦PC7、光耦PC8、光耦PC9、光耦PC10和光耦PC11及其外围电路组成的光电隔离电路，光耦PC4和光耦PC5分别负责隔离偏航电机编码器信号反馈A和偏航电机编码器信号反馈B，光耦PC7负责隔离风机位置信号，光耦PC8负责隔刹车片磨损报警信号、光耦PC10和光耦PC11分别负责隔离停止信号和参数读阅信号；光电隔离电路的输出端均与风机控制器连接；
数字开出接口包括刹车控制信号输出接口、运行信号输出接口和故障信号输出接口，刹车控制信号输出接口连接串联制动器；
数字控制电路包括光耦PC1与继电器RLY1构成的驱动电路、光耦PC2与继电器RLY3构成的驱动电路和光耦PC3与继电器RLY2构成的驱动电路；光耦PC1与继电器RLY1构成的驱动电路中，光耦PC1的输入端连接所述风机控制器，光耦PC1控制继电器RLY1的线圈端，继电器RLY1的触点组连接刹车控制信号输出接口；
光耦PC2与继电器RLY3构成的驱动电路中，光耦PC2的输入端连接所述风机控制器，光耦PC2控制继电器RLY3的线圈端，继电器RLY3的触点组连接运行信号输出接口；
光耦PC3与继电器RLY2构成的驱动电路中，光耦PC3的输入端连接所述风机控制器，光耦PC3控制继电器RLY2的线圈端，继电器RLY2的触点组连接故障信号输出接口。
7.如权利要求1所述的一种基于自助学习技术的智能风机控制系统，其特征在于:所述风机控制器的型号为TMS320F28034；所述存储芯片的型号为24C64；所述时钟芯片的型号为DS1302SN。
8.一种基于自助学习技术的智能风机控制方法，其特征在于:包括如下步骤：
步骤1：建立所述一种基于自助学习技术的智能风机控制系统；
步骤2：对系统进行初始化操作，即对TMS320F28034芯片进行初始化操作；设立一个1ms的定时标志位；
步骤3：判断1ms定时标志位是否在初始位：是，则执行步骤4；否，则执行步骤18；
步骤4：1ms定时标志位的计数器加1；
步骤5：计数器的数值除以3是否等于0：是，则调用显示程序控制LCD人机模块进行显示，执行步骤:10；否，则执行步骤6；
步骤6：计数器的数值除以3是否等于1：是，则调用键盘程序用于检测是否有按键按下，执行步骤10；否，则执行步骤7；
步骤7：计数器的数值除以3是否等于2：是，则调用ADC滤波程序，对TMS320F28034芯片中的内置ADC模块采集的信号进行处理，并同时判断是否有数据读出或存储：是，执行步骤10；否，则执行步骤8；
步骤8：计数器的数值除以3是否等于3：是，则执行风机控制程序，执行步骤9；否，则执行步骤10；
步骤9：风机控制程序包括如下步骤：
步骤S1：根据开关量输入信号判断系统是否启动：是，则执行步骤S2；否，则执行步骤S8；
步骤S2：判断是否有故障、是否有停机按键动作或是否通信停机：是，则系统停机信号置位，并执行步骤S3；否，则执行步骤S3；
步骤S3：判断系统是否停机：是，则执行步骤S4；否，则执行步骤S5；
步骤S4：停机初始化系统控制，对TMS320F28034芯片中的时间计数器和运行状态字进行初始化操作；
步骤S5：刹车控制程序，包括如下步骤：
步骤A1：判断刹车状态是否处于打开状态、低速断开状态或高速断开状态：如果处于打开状态，则采集风速传感器采集的风速信息，并通过公式WP＝0.5×R×V3÷g计算当前风速，设定一个当前风速的阈值，判断如果大于该阈值，则关闭刹车系统，并执行步骤S6；
如果处于低速断开状态，则采集风速传感器采集的风速信息，并通过公式WP＝0.5×R×V3÷g计算当前风速，设定一个启动风速阈值，判断如果大于启动风速阈值，则打开刹车系统，并执行步骤S6；
如果处于高速断开状态，则采集风速传感器采集的风速信息，并通过公式WP＝0.5×R×V3÷g计算当前风速，设定一个高速切出风速阈值，判断如果大于高速切出风速阈值，则打开刹车系统，并执行步骤S6；
步骤S6：偏航系统控制，包括如下步骤：
步骤A2：设置偏航系统标志位，判断系统是否处于关闭或者测试状态：是，则设置偏航系统标志位等于无偏航状态，执行步骤A3；否，执行步骤A3；
步骤A3：判断系统是否处于无偏航状态：是，则依次判断风机是否正对风向、风机是否处于停机状态和风速是否低于偏航风速：如均为否，则执行步骤S7；如有一个为是，则根据零点位置判断当前角度并保存，执行步骤S7；
如判断系统不处于无偏航状态，则执行步骤A4；
步骤A4：分别判断系统是否处于正向偏航状态和反向偏航状态，如果处于正向偏航状态，则根据偏航电机编码器返回的数据判断正向偏航角度是否到达预设值，如果没有到达则执行步骤S7；如果到达，则停止偏航，将偏航系统标志位置于无偏航状态，执行步骤S7；
如果处于反向偏航状态，则根据偏航电机编码器返回的数据判断反向偏航角度是否到达预设值，如果没有到达则执行步骤S7；如果到达，则停止偏航，将偏航系统标志位置于无偏航状态，执行步骤S7；
如果系统均不处于正向偏航状态和反向偏航状态，则执行步骤A5；
步骤A5：判断系统是否处于自学习状态，是，则执行步骤B1；否则执行步骤A6；
步骤B1：判断是正向偏航、反向偏航或无偏航：无偏航，执行步骤B2；反向偏航，执行步骤B3；正向偏航，执行步骤B10；
步骤B2：无偏航：判断是否有1秒的延迟，是，则执行步骤B3；否，则继续执行步骤B2；
步骤B3：反向偏航：判断零点位置是否到达：是，则执行步骤B4；否，则执行步骤A6；
步骤B4：判断到达标志位是否置1；是，则执行步骤A6；否，则执行步骤B5；
步骤B5：反向圈数加1；
步骤B6：判断反向圈数是否为2：是，则执行步骤B7；否，则执行步骤A6；
步骤B7：记录反向2圈的脉冲数；
步骤B8：计算偏航减速比，偏航减速比＝(反向脉冲数+正向脉冲数)×5÷编码器分辨率；
步骤B9：学习结束，更新学习过程产生的数据信息；执行步骤A6；
步骤B10：正向偏航：判断零点位置是否到达：是，则执行步骤B11；否，则执行步骤A6；
步骤B11：判断到达标志位是否置1；是，则执行步骤A6；否，则执行步骤B12；
步骤B12：正向圈数加1；
步骤B13：判断反向圈数是否为2：是，则执行步骤B14；否，则执行步骤A6；
步骤B14：记录正向2圈的脉冲数；
步骤B15：设置为无偏航等待状态；执行步骤A6；
步骤A6：判断系统是否处于归零状态，是，则继续判断零点偏航是否到达：是，则停止归零偏航动作，执行步骤S7，否则执行步骤S7；
系统不处于归零状态，则执行步骤S7；
步骤S7：卸荷系统控制，包括如下步骤:
步骤A7：判断状态位，状态位包括偏航系统判断风机是否处于归零状态、刹车信号标志位判断刹车是否打开和判断是否停机，如果有一个状态位为是，则PWM调制比加1，控制卸荷比率；如均为否，则执行步骤A8；
步骤A8：判断风机是否处于偏航状态：是，则风机转速是否小于偏航转速，是，则偏航使能打开，执行步骤S8；否，则PWM调制比加1，控制卸荷比率，执行步骤S8；
如果风机不处于偏航状态，执行步骤A9；
步骤A9：对PWM调制比控制，PWM调制比控制包括限定安全转速的PID调节、限定安全电压的PID调节、限定安全电流的PID调节和限定安全功率的PID调节；
步骤S8：结束。
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