CN109162867B - 风力发电机组pid控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种风力发电机组PID控制方法及装置，该方法包括：若PID控制器输出的实时给定位置等于PID控制器设定的目标位置，则在控制周期中记录被控系统的预设调整对象的实时实际位置；若被控系统的预设调整对象的实时实际位置等于目标位置，且PID控制器的实时输出速度大于预设阈值，则确定被控系统的预设调整对象超调；根据当前时刻之前预设数量控制周期中预设调整对象的实时实际位置及预设的PID公式，计算整定后的PID参数，PID公式的参数包括目标位置、预设调整对象的实时实际位置及PID参数；根据整定后的PID参数进行PID控制。能够实现PID参数的自整定，并且不会生成振荡信号，不会影响风力发电机组组的正常发电。

Description

风力发电机组PID控制方法及装置

技术领域

本发明实施例涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种风力发电机组PID控制方法及装置。

背景技术

风力发电机组中，最核心的两项控制是转矩控制和桨距角控制。为了提高控制的精度以及模型的简单化，目前最常用的控制方法为PID控制。转矩控制的目的为：使风力发电机组依据当前转速值，执行最合理的转矩值，以实现最大功率跟踪。桨距角控制的目的为：当风速过高时，通过调整桨距角改变气流对叶片攻角，从而改变风力发电机组组获得的空气动力转矩，使功率输出保持稳定。

在转矩控制中，若转矩值超调或响应时间慢，会降低风力发电机组的风能利用系数，降低风力发电机组的发电量。在桨距角控制中，若桨距角位置超调，会使风力发电机组不能吸收最大风能，甚至造成风力发电机组转速不稳定；若桨距角调节响应时间太慢，会使风力发电机组不能及时按控制命令执行变桨，也会使风力发电机组不能吸收最大风能，甚至造成风力发电机组转速过速。由此可见，在PID控制中，选取合理的PID参数，对风力发电机组的稳定运行，以及风力发电机组的发电量，起着关键的作用。

在进行PID控制时，由于设备的模型不同，例如叶片长度不一致，叶片气动性能不一致，顺桨速度不同，变流器类型不同，转速测量模块的测量精度不同等，都有可能影响到PID参数的性能，所以在工程中需要对PID参数进行整定。

目前对PID参数进行整定的方法主要包括：人工整定法、基于继电反馈法、Z-N法及临界比例法。这几种方法均不能进行在线自整定，并且必须进行停机处理，影响风力发电机组的正常发电，而基于继电反馈法、Z-N法及临界比例法均需要生成振荡信号，也会引起系统的振荡。

发明内容

本发明实施例提供一种风力发电机组PID控制方法及装置，解决了现有的PID参数的整定方法均不能进行在线自整定，影响风力发电机组的正常发电的技术问题。

本发明实施例提供一种风力发电机组PID控制方法，包括：

若PID控制器输出的实时给定位置等于PID控制器设定的目标位置，则在控制周期中记录被控系统的预设调整对象的实时实际位置；

若被控系统的预设调整对象的实时实际位置等于所述目标位置，且PID控制器的实时输出速度大于预设阈值，则确定所述被控系统的预设调整对象超调；

根据当前时刻之前预设数量控制周期中预设调整对象的实时实际位置及预设的PID公式，计算整定后的PID参数，所述PID公式的参数包括所述目标位置、预设调整对象的实时实际位置及PID参数；

根据整定后的PID参数进行PID控制。

本发明实施例提供一种风力发电机组PID控制装置，包括：

位置记录单元，用于若PID控制器输出的实时给定位置等于PID控制器设定的目标位置，则在控制周期中记录被控系统的预设调整对象的实时实际位置；

超调确定单元，用于若被控系统的预设调整对象的实时实际位置等于所述目标位置，且PID控制器的实时输出速度大于预设阈值，确定所述被控系统的预设调整对象超调；

第一整定PID参数计算单元，用于根据当前时刻之前预设数量控制周期中预设调整对象的实时实际位置及预设的PID公式，计算整定后的PID参数，所述PID公式的参数包括所述目标位置、预设调整对象的实时实际位置及PID参数；

PID控制单元，用于根据整定后的PID参数进行PID控制。

本发明实施例提供一种风力发电机组PID控制方法及装置，通过若PID控制器输出的实时给定位置等于PID控制器设定的目标位置，则在控制周期中记录被控系统的预设调整对象的实时实际位置；若被控系统的预设调整对象的实时实际位置等于目标位置，且PID控制器的实时输出速度大于预设阈值，则确定被控系统的预设调整对象超调；根据当前时刻之前预设数量控制周期中预设调整对象的实时实际位置及预设的PID公式，计算整定后的PID参数，PID公式的参数包括目标位置、预设调整对象的实时实际位置及PID参数；根据整定后的PID参数进行PID控制。不需要人工进行PID参数的整定，能够实现PID参数的在线自整定，并且不会产生振荡信号，不会影响风力发电机组组的正常发电，可有效处理PID控制过程中的超调问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明风力发电机组PID控制方法实施例一的流程图；

图2为本发明风力发电机组PID控制方法实施例一的流程图；

图3为本发明风力发电机组PID控制方法实施例三的流程图；

图4为本发明实施例三中被控系统的预设调整对象超调的曲线示意图；

图5为本发明实施例三中被控系统的预设调整对象未超调的曲线示意图；

图6为本发明风力发电机组PID控制装置实施例一的结构示意图；

图7为本发明风力发电机组PID控制装置实施例二的结构示意图；

图8为本发明风力发电机组PID控制装置实施例三的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。

为了清楚起见，首先说明本发明使用的特定词或短语的定义。

桨距角：在风力发电机组中，如果三个桨叶所在的平面作为一个参考面，那么任何一个叶片与该参考面的夹角就是叶片桨距角。风机上的桨距角指的是叶片顶端翼型弦线与旋转平面的夹角。

PID控制：调节器的控制规律为比例、积分、微分的控制，简称PID控制，又称PID调节。

PID参数整定：通过改变控制单元参数，如比例度、积分时间、微分时间等，改善系统的动态、静态特性，以求取较佳的控制效果的过程。其是PID控制必不可少的步骤。

带PID参数自整定功能的PID控制器：能通过一按键就由控制器自身来完成控制参数的整定，不需要人工干预。它既可用于简单系统投运，也可用于复杂系统的预整定。

图1为本发明风力发电机组PID控制方法实施例一的流程图，本实施例的执行主体为风力发电机组PID控制装置，该风力发电机组PID控制装置可集成在PID控制器中。如图1所示，则本实施例提供的风力发电机组PID控制方法包括以下几个步骤。

步骤101，若PID控制器输出的实时给定位置等于PID控制器设定的目标位置，则在控制周期中记录被控系统的预设调整对象的实时实际位置。

其中，PID控制器可以为增量式PID控制器也可以为位置式PID控制器，增量式PID控制器指数字控制器的输出只是控制量的增量。采用增量式PID控制器时，输出的控制量对应的是每个控制周期的被控系统执行机构的位置的增量，而不是被控系统执行机构的实际位置，因此要求执行机构必须具有对控制量增量的累积功能，才能完成对被控系统的执行机构的控制操作。位置式PID控制器指数字控制器的输出的是每个控制周期的被控系统执行机构的实际位置的控制器。本实施例中，对PID控制器的类型对此不做限定。

其中，PID控制器输出的实时给定位置为PID控制器输出的逐次变化的位置命令中携带的位置。PID控制器设定的目标位置为PID控制器设定的被控系统预设调整对象停止的位置。如被控系统为变桨系统，则PID控制器设定的目标位置为变桨系统的叶片桨距角的停止位置。

具体地，本实施例中，在PID控制器对主控系统的转矩或变桨系统的叶片桨距角进行控制时，对输出的实时给定位置和设定的目标位置进行判断，判断实时给定位置是否等于了设定的目标位置，若实时给定位置等于设定的目标位置，则在控制周期中记录被控系统的预设调整对象的实时实际位置。

其中，被控系统的预设调整对象的实时实际位置为在PID逐次控制执行过程中，被控系统的预设调整对象的实时实际位置。

步骤102，若被控系统的预设调整对象的实时实际位置等于目标位置，且PID控制器的实时输出速度大于预设阈值，则确定被控系统的预设调整对象超调。

其中，被控系统的实时实际位置为在PID逐次控制执行过程中，被控系具体地，本实施例中，根据目标位置、被控系统的预设调整对象的实时实际位置判断被控系统的预设调整对象的实时实际位置是否等于了目标位置，若实时实际位置等于目标位置，则判断此时的PID控制器的实时输出速度大于预设阈值，若PID控制器的实时输出速度大于预设阈值，则说明被控系统的预设调整对象超调，即被控系统实际停止的位置与目标位置不同。

其中，预设阈值为零或接近于零的数值。

其中，预设调整对象超调为在预设调整对象的实时实际位置等于目标位置时，PID控制器的实时输出速度大于预设阈值，导致预设调整对象的实际停止的位置超过了目标停止位置的现象。

步骤103，根据当前时刻之前预设数量控制周期中预设调整对象的实时实际位置及预设的PID公式，计算整定后的PID参数，PID公式的参数包括目标位置、预设调整对象的实时实际位置及PID参数。

具体地，本实施例中，若被控系统的预设调整对象超调，则需要对PID控制器中的PID参数进行整定，计算出整定后的PID参数。在计算整定后的PID参数时，根据当前时刻之前预设数量控制周期的预设调整对象的实时实际位置及预设的PID公式计算。使被控系统的预设调整对象的实时实际位置达到目标位置时，PID控制器的输出速度为预设阈值，以使被控系统的预设调整对象精准达到设定的目标位置，不发生超调。

其中，预设数量的周期可以根据需要整定的PID参数的多少不同而不同。若需要整定的PID参数为一个，则预设数量的周期为一个周期，若需要整定的PID参数为三个，则预设数量的周期为三个周期。

步骤104，根据整定后的PID参数进行PID控制。

具体地，本实施例中，计算出整定后的PID参数后，将整定后的PID参数代入PID公式中，进行PID控制量的计算，按照计算出的PID控制量进行PID控制。

本实施例提供的风力发电机组PID控制方法，通过若PID控制器输出的实时给定位置等于PID控制器设定的目标位置，则在控制周期中记录被控系统的预设调整对象的实时实际位置；若被控系统的预设调整对象的实时实际位置等于目标位置，且PID控制器的实时输出速度大于预设阈值，则确定被控系统的预设调整对象超调；根据当前时刻之前预设数量控制周期的预设调整对象的实时实际位置及预设的PID公式，计算整定后的PID参数，PID公式的参数包括目标位置、预设调整对象的实时实际位置及PID参数；根据整定后的PID参数进行PID控制。不需要人工进行PID参数的整定，能够实现PID参数的在线自整定，并且不会产生振荡信号，不会影响风力发电机组组的正常发电，可有效处理PID控制过程中的超调问题。

图2为本发明风力发电机组PID控制方法实施例二的流程图，如图2所示，本实施例提供的风力发电机组PID控制方法，是在本发明风力发电机组PID控制方法实施例一的基础上，对步骤102-步骤103的进一步细化，而且包括了缩短被控系统响应时间的PID参数的整定的步骤，并且还包括了对整定后的PID参数进行校验的步骤，则本实施例提供的风力发电机组PID控制方法包括以下步骤。

步骤201，若PID控制器输出的实时给定位置等于PID控制器设定的目标位置，则在控制周期中记录被控系统的预设调整对象的实时实际位置。

进一步地，本实施例中，PID控制器为增量式PID控制器。

步骤202，若被控系统的预设调整对象的实时实际位置等于目标位置，则判断PID控制器的实时输出速度是否大于预设阈值，若是，则执行步骤203，否则执行步骤204。

步骤203，确定被控系统的预设调整对象超调。

执行完步骤203后，执行步骤205。

步骤204，确定被控系统的预设调整对象未超调。

执行完步骤204后，执行步骤206。

结合步骤202-步骤204进行说明。进一步地，首先判断被控系统的预设调整对象的实时实际位置是否等于目标位置。其次若实时实际位置等于目标位置，则判断PID控制器的实时输出速度是否大于预设阈值。若实时输出速度大于预设阈值，则确定被控系统的预设调整对象超调，否则确定被控系统的预设调整对象未超调。

具体地，本实施例中，在PID控制器逐次输出控制指令的过程中，PID控制器输出的实时给定位置不断接近PID控制器设定的目标位置，同时被控系统的实时实际位置也不断接近目标位置，在每个控制周期判断被控系统的实时实际位置是否等于目标位置，若被控系统的实时实际位置等于目标位置，则判断此时的PID控制器的实时输出速度是否大于预设阈值，若PID控制器的实时输出速度不大于预设阈值，则说明被控系统的预设调整对象实时实际位置达到目标位置时，被控系统停止或接近停止，被控系统的预设调整对象准确达到目标位置，若PID控制器的实时输出速度大于预设阈值，则说明PID控制器在被控系统的预设调整对象实时实际位置达到目标位置后，继续进行了PID控制，使被控系统的预设调整对象实际停止位置超过了目标位置，造成了被控系统的预设调整对象超调。

步骤205，根据当前时刻之前预设数量控制周期的预设调整对象的实时实际位置及预设的PID公式计算整定后的PID参数，PID公式的参数包括目标位置、预设调整对象的实时实际位置及PID参数。

进一步地，本实施例中，若PID控制器为增量式PID控制器且整定后的PID参数包括比例参数，积分参数及微分参数，则当前时刻之前预设数量控制周期包括以当前时刻依次往前的第一控制周期、第二控制周期和第三控制周期，根据当前时刻之前预设数量控制周期的预设调整对象的实时实际位置及预设的PID公式计算整定后的PID参数，具体包括：

首先，将第一控制周期中获取的预设调整对象的实时实际位置与目标位置之间的差值、以PID控制器的实时输出速度为预设阈值，代入预设的第一PID公式，形成第一目标PID方程。

其中，第一PID公式为式(1)所示。

u(k)＝Kp(e(k)-e(k-1))+Ki(e(k)+Kd(e(k)-2e(k-1)+e(k-2)) (1)

其中，e(k)为被控系统的预设调整对象的实际位置与目标位置在当前控制周期的差值，e(k-1)为被控系统的预设调整对象的实际位置与目标位置的第一控制周期的差值，e(k-2)为被控系统的预设调整对象的实际位置与目标位置的第二控制周期的差值，u(k)为PID控制器的当前控制周期的输出速度。

需要说明的是，在式(1)中，Kp、Ki和Kd分别为PID参数。其中，Kp为比例参数，Ki为积分参数，Kd为微分参数。

本实施例中，第一目标PID方程可表示为式(2)所示：

u0(k)＝Kp(e1(k)-e1(k-1))+Ki(e1(k)+Kd(e1(k)-2e1(k-1)+e1(k-2)) (2)

其中，第一控制周期中获取的预设调整对象的实时实际位置与目标位置之间的差值分别为e1(k)、e1(k-1)、e1(k-2)。u0(k)＝0k。k为预设阈值。

其次，将第二控制周期中获取的预设调整对象的实时实际位置与目标位置之间的差值及第一控制周期中获取的实时输出速度值，代入第一PID公式，形成第二目标PID方程。

本实施例中，第二目标PID方程可表示为式(3)所示：

u1(k)＝Kp(e2(k)-e2(k-1))+Ki(e2(k)+Kd(e2(k)-2e2(k-1)+e2(k-2)) (3)

其中，第二控制周期中获取的预设调整对象的实时实际位置与目标位置之间的差值分别为e2(k)、e2(k-1)、e2(k-2)。u1(k)为第一控制周期中获取的实时输出速度值。

再次，将第三控制周期中获取的预设调整对象的实时实际位置与目标位置之间的差值及第二控制周期中获取的实时输出速度值，代入第一PID公式，形成第三目标PID方程。

本实施例中，第三目标PID方程可表示为式(4)所示：

u2(k)＝Kp(e3(k)-e3(k-1))+Ki(e3(k)+Kd(e3(k)-2e3(k-1)+e3(k-2)) (4)

其中，第三控制周期中获取的预设调整对象的实时实际位置与目标位置之间的差值分别为e3(k)、e3(k-1)、e3(k-2)。u2(k)为第二控制周期中获取的实时输出速度值。

最后，求解由第一目标PID方程、第二目标PID方程、第三目标PID方程形成的方程组的解，得到整定后的比例参数，积分参数及微分参数。

本实施例中，在第一目标PID方程、第二目标PID方程、第三目标PID方程形成的方程组中，只有Kp、Ki、Kd三个PID参数是未知的，通过求解方程组，计算Kp、Ki、Kd三个PID参数，得到整定后的PID参数。

具体地，本实施例中，首先对PID控制器中的PID参数设置初始值，进行PID控制，在控制过程中，当实时实际位置等于目标位置并且实时输出速度大于预设阈值，确定被控系统的预设调整对象超调后，获取之前控制周期的预设调整对象的实时实际位置的数值，进行反推。具体地，PID控制的目标是当实时实际位置等于目标位置时，实时输出速度为预设阈值，若当实时实际位置等于目标位置时的第一控制周期的预设调整对象的实时实际位置与目标位置的差值分别为e1(k)、e1(k-1)、e1(k-2)、实时输出速度值u1(k)。则为了使被控系统不超调，则当前控制周期的PID控制器的输出速度值应为预设阈值。第一控制周期的PID控制器的输出速度值应为u1(k)，第二控制周期的PID控制器的输出速度值应为u2(k)。所以，联合第一目标PID方程、第二目标PID方程、第三目标PID方程对PID参数进行求解，求出的PID参数能够使下次进行PID控制时，当实时实际位置等于目标位置时，实时输出速度为预设阈值。所以，联合第一目标PID方程、第二目标PID方程、第三目标PID方程求解出的PID参数为整定后的PID参数，根据该整定后的PID参数进行控制，能够使被控系统能够准确地到达目标位置。

可选地，本实施例中，若PID控制器为增量式PID控制器且整定后的PID参数包括比例参数，则当前时刻之前预设数量控制周期包括以当前时刻往前的第一控制周期，根据当前时刻之前预设数量控制周期的预设调整对象的实时实际位置及预设的PID公式计算整定后的PID参数，具体包括：

首先，将第一控制周期中获取的预设调整对象的实时实际位置与目标位置之间的差值、以PID控制器的实时输出速度为预设阈值，代入预设的第二PID公式，形成第四目标PID方程。

其次，求解第四目标PID方程的解，以计算出整定后的比例参数。

具体地，本实施例中，由于在增量式PID控制器中，PID公式中的

e(k)-2e(k-1)+e(k-2)数值较小，所以Kd参数不起关键作用，所以可将Kd设置为常量，不对Kd参数进行整定。同时为了减小超调量，一般去掉Ki参数的积分作用，所以，增量式PID控制器的PID公式可简化为式(5)所示：

u(k)＝Kp(e(k)-e(k-1))+Kd(e(k)-2e(k-1)+e(k-2) (5)

其中，式(5)为第二PID公式。

由于Kd参数是常量，将第一控制周期中获取的预设调整对象的实时实际位置与目标位置之间的差值、以PID控制器的实时输出速度为预设阈值代入第二PID公式，形成第四目标PID方程，可求解出整定后的Kp参数。

本实施例中，形成的第四目标PID方程可表示为式(6)所示。

u0(k)＝Kp(e1(k)-e1(k-1))+Kd(e1(k)-2e1(k-1)+e1(k-2) (6)

其中，第一控制周期中获取的预设调整对象的实时实际位置与目标位置之间的差值分别为e1(k)、e1(k-1)、e1(k-2)。u0(k)＝0k。k为预设阈值。

需要说明的是，执行完步骤205后执行步骤209。

步骤206，计算实时给定位置达到目标位置的时刻与实时实际位置达到目标位置的时刻之间的时间差值。

步骤207，判断时间差值是否大于预设时间差值，若是，则执行步骤208，否则，结束。

步骤208，计算时间差值与预设时间差值的比值，作为PID参数的增大比例系数，按照PID参数的增大比例系数增大PID参数，形成整定后的PID参数。

结合步骤206-步骤208进行说明。进一步地，本实施例中，若被控系统的预设调整对象未超调，则对被控系统的预设调整对象的响应时间的进行判断，计算实时给定位置达到目标位置的时刻与实时实际位置达到目标位置的时刻之间的时间差值，若时间差值大于预设时间差值，则说明被控系统的预设调整对象响应时间变慢，则计算时间差值与预设时间差值的比值，作为PID参数的增大比例系数；按照PID参数的增大比例系数增大PID参数，形成整定后的PID参数，按照整定后的PID参数进行PID控制后，会加快被控系统的响应时间，提高被控系统的响应速度。

具体地，本实施例中，由于增量式PID控制器输出的是实时速度，若响应时间变慢，表示每次控制后输出的实时速度小，为了加大每次控制的实时输出速度，同比例增大PID参数。具体增大的比例系数表示为式(7)所示。

a＝t1/t2 (7)

其中，a为增大的比例系数，t1为实时给定位置等于目标位置与实时实际位置等于目标位置的时间差值，t2为预设时间差值。

本实施例中，预设时间差值可根据预期的控制效果进行设定。

步骤209，对整定后的PID参数进行校验。

步骤210，判断整定后的PID参数是否通过校验，若通过，则执行步骤211，否则，则结束。

步骤211，根据整定后的PID参数进行PID控制的操作。

进一步地，本实施例中，对整定后的PID参数进行校验的方法具体包括：

判断整定后的PID参数的幅值是否在对应PID参数的预设幅值范围内；若整定后的PID参数的幅值在对应PID参数的预设幅值范围内，则确定整定后的PID参数通过校验；若整定后的PID参数的幅值不在对应PID参数的预设幅值范围内，则确定整定后的PID参数未通过校验。

具体地，本实施例中，对于每个PID参数均有一个预设幅值范围，在该预设幅值范围内的的PID参数幅值为正常的幅值，否则为异常的幅值。所以判断整定后的PID参数的幅值是否在对应PID参数的预设幅值范围内，若在，则校验通过，否则校验不通过。

例如：比例参数Kp的预设幅值范围为0.2～1之间，若整定后的比例参数Kp的数值大于1，则认为该比例参数Kp为异常数值，校验不通过。

本实施例中，在整定后的PID参数通过校验后，根据整定后的PID参数进行PID控制的操作，若整定后的PID参数未通过校验，则不执行此次的结果，按照原有的PID参数继续进行PID控制的操作。

可以理解的是，本实施例中，若被控系统的预设调整对象超调，则根据整定后的PID参数进行PID控制，能够使被控系统的预设调整对象准确到达目标位置。若被控系统的预设调整对象不超调，被控系统能够准确到达目标位置，则根据整定后的PID参数进行PID控制，能够加快被控系统的响应时间，提高被控系统的响应速度。

本实施例提供的风力发电机组PID控制方法，若PID控制器输出的实时给定位置等于PID控制器设定的目标位置，则在控制周期中记录被控系统的预设调整对象的实时实际位置，在被控系统的预设调整对象的实时实际位置等于目标位置时，判断PID控制器的实时输出速度是否大于预设阈值，若是，则确定被控系统的预设调整对象超调，否则确定被控系统的预设调整对象未超调，在确定被控系统的预设调整对象超调后，根据当前时刻之前预设数量控制周期的预设调整对象的实时实际位置及预设的PID公式计算整定后的PID参数，PID公式的参数包括目标位置、预设调整对象的实时实际位置及PID参数，在确定被控系统的预设调整对象未超调后，则计算实时给定位置达到目标位置的时刻与实时实际位置达到目标位置的时刻之间的时间差值，判断时间差值是否大于预设时间差值，若是，则计算时间差值与预设时间差值的比值，作为PID参数的增大比例系数，按照PID参数的增大比例系数增大PID参数，形成整定后的PID参数，然后对整定后的PID参数进行校验，判断整定后的PID参数是否通过校验，若通过，则根据整定后的PID参数进行PID控制的操作，不仅能够实现PID参数的在线自整定，而且能够使被控系统精确到达目标位置，加快被控系统的响应时间，提高被控系统的响应速度。

本实施例提供的风力发电机组PID控制方法，在计算出整定后的PID参数后，对整定后的PID参数进行校验；若整定后的PID参数通过校验，则执行根据整定后的PID参数进行PID控制的操作，能够排除异常的整定后的PID参数，进一步保证了风力发电机组的稳定运行。

图3为本发明风力发电机组PID控制方法实施例三的流程图，本实施例提供的风力发电机组PID控制方法用于PID控制器进行变桨系统的叶片桨距角的控制场景中，则本实施例提供的风力发电机组PID控制方法，在本发明风力发电机组PID控制方法实施例二的基础上，还包括了判断风力发电机组是否处于变桨状态的步骤，则本实施例提供的风力发电机组PID控制方法包括以下步骤。

步骤301，判断风力发电机组是否处于变桨状态，若是，则执行步骤302，否则，结束。

进一步地，本实施例中，判断风力发电机组是否处于变桨状态具体为：判断风力发电机组是否处于启动状态或停机状态，若风力发电机组处于启动状态或停机状态，则说明风力发电机组处于变桨状态。

若风力发电机组处于启动状态，则PID控制器设定的目标位置为桨距角为45度角的位置，即将在桨距角为45度的位置时停止变桨系统变桨，以确认风速值是否满足启动条件。若风力发电机组处于停机状态时，则PID控制器设定的目标位置为预设桨距角的位置，如预设桨距角为89度，即将在桨距角处于预设桨距角的位置时进行停止。

步骤302，判断PID控制器输出的实时给定位置是否等于PID控制器设定的目标位置，若是，则执行步骤303，否则，继续执行步骤302。

进一步地，本实施例中，若风力发电机组处于变桨状态，则PID控制器控制变桨系统变桨，逐次发出控制指令，控制指令中携带有实时给定位置，并且实时给定位置不断变大，在每个控制周期判断实时给定位置是否等于PID控制器设定的目标位置，若等于，则获取实时给定位置等于目标位置的前预设控制周期中的预设调整对象的实时实际位置，若不等于，在下个控制周期继续进行实时给定位置是否等于目标位置的判断。

步骤303，在控制周期中记录被控系统的预设调整对象的实时实际位置。

本实施例中，步骤303的实现方式与本发明风力发电机组PID控制方法实施例二中的步骤201的实现方式相同，在此不再一一赘述。

步骤304，若被控系统的预设调整对象的实时实际位置等于目标位置，则判断PID控制器的实时输出速度是否大于预设阈值，若是，则执行步骤305，否则执行步骤306。

本实施例中，步骤304的实现方式与本发明风力发电机组PID控制方法实施例二中的步骤202的实现方式相同，在此不再一一赘述。

进一步地，本实施例中，图4为本发明实施例三中被控系统的预设调整对象超调的曲线示意图；图5为本发明实施例三中被控系统的预设调整对象未超调的曲线示意图，其中，图4中的虚线401表示PID控制器设定的目标位置，实线402表示变桨系统的预设调整对象实时实际位置，实线403表示PID控制器输出的实时给定位置，图4中的实线404表示PID控制器的实时输出速度，该实时输出速度为变桨速度。如图4所示，在被控系统的实时实际位置等于目标位置时为t3时刻，在t3时刻的PID控制器的实时输出速度不为零，则确定被控系统超调。如图5所示，图5中的虚线501表示PID控制器设定的目标位置，实线502表示变桨系统的预设调整对象的实时实际位置，实线503表示PID控制器输出的实时给定位置，图5中的实线504表示PID控制器的实时输出速度，该实时输出速度为变桨速度。在被控系统的预设调整对象的实时实际位置等于目标位置时为t4时刻，在t4时刻的PID控制器的实时输出速度为零，则确定被控系统不超调。

步骤305，确定被控系统的预设调整对象超调。

执行完步骤305后，执行步骤307。

步骤306，确定被控系统的预设调整对象未超调。

执行完步骤306后，执行步骤308。

步骤307，根据当前时刻之前预设数量控制周期的预设调整对象的实时实际位置及预设的PID公式计算整定后的PID参数，PID公式的参数包括目标位置、预设调整对象的实时实际位置及PID参数。

执行完步骤307后执行步骤311。

步骤308，计算实时给定位置达到目标位置的时刻与实时实际位置达到目标位置的时刻之间的时间差值

步骤309，判断时间差值是否大于预设时间差值，若是，则执行步骤310，否则，结束。

步骤310，计算时间差值与预设时间差值的比值，作为PID参数的增大比例系数，按照PID参数的增大比例系数增大PID参数，形成整定后的PID参数。

步骤311，对整定后的PID参数进行校验。

步骤312，判断整定后的PID参数是否通过校验，若通过，则执行步骤313，否则，则结束。

步骤313，根据整定后的PID参数进行PID控制的操作。

本实施例中，步骤304-步骤313的实现方式与本发明风力发电机组PID控制方法实施例二中的步骤202-步骤211的实现方式相同，在此不再一一赘述。

本实施例提供的风力发电机组PID控制方法，将风力发电机组PID控制方法用于PID控制器进行变桨系统的叶片桨距角的控制场景中，能够保证变桨系统在PID控制器的控制下的变桨过程中精确到达目标位置，并提高了变桨系统的响应速度。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

图6为本发明风力发电机组PID控制装置实施例一的结构示意图，如图6所示，本实施例提供的风力发电机组PID控制装置包括：位置记录单元61，超调确定单元62，第一整定PID参数计算单元63及PID控制单元64。

其中，位置记录单元61，用于若PID控制器输出的实时给定位置等于PID控制器设定的目标位置，则在控制周期中记录被控系统的预设调整对象的实时实际位置。超调确定单元62，用于若被控系统的预设调整对象的实时实际位置等于所述目标位置，且PID控制器的实时输出速度大于预设阈值，确定所述被控系统的预设调整对象超调。第一整定PID参数计算单元63，用于根据当前时刻之前预设数量控制周期中预设调整对象的实时实际位置及预设的PID公式，计算整定后的PID参数，所述PID公式的参数包括所述目标位置、预设调整对象的实时实际位置及PID参数。PID控制单元64，用于根据整定后的PID参数进行PID控制。

本实施例提供的风力发电机组PID控制装置可以执行图1所示方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

图7为本发明风力发电机组PID控制装置实施例二的结构示意图，如图7所示，本实施例提供的风力发电机组PID控制装置在本发明风力发电机组PID控制装置实施例一的基础上，进一步地，还包括：未超调确定单元71，时间差值计算单元72，增大比例系数计算单元73，第二整定PID参数计算单元74，整定PID参数校验单元75。

进一步地，未超调确定单元71，用于若被控系统的预设调整对象的实时实际位置等于所述目标位置，且PID控制器的实时输出速度小于等于预设阈值，则确定所述被控系统的预设调整对象未超调。时间差值计算单元72，用于计算实时给定位置达到目标位置的时刻与实时实际位置达到目标位置的时刻之间的时间差值。增大比例系数计算单元73，用于若时间差值大于预设时间差值，计算时间差值与预设时间差值的比值，作为PID参数的增大比例系数。第二整定PID参数计算单元74，用于按照PID参数的增大比例系数增大PID参数，形成整定后的PID参数，以进行PID控制。

进一步地，PID控制器为增量式PID控制器且PID参数包括比例参数，积分参数及微分参数，当前时刻之前预设数量控制周期包括以当前时刻依次往前的第一控制周期、第二控制周期和第三控制周期。

第一整定PID参数计算单元63，具体包括：第一目标PID方程确定模块631，第二目标PID方程确定模块632，第三目标PID方程确定模块633，方程组求解模块634，或者第一整定PID参数计算单元63包括：第四目标PID方程确定模块635，第四目标PID方程求解模块636。

其中，第一目标PID方程确定模块631，用于将第一控制周期中获取的预设调整对象的实时实际位置与目标位置之间的差值、以PID控制器的实时输出速度为预设阈值，代入预设的第一PID公式，形成第一目标PID方程。第二目标PID方程确定模块632，用于将第二控制周期中获取的预设调整对象的实时实际位置与目标位置之间的差值及第一控制周期中获取的实时输出速度值，代入第一PID公式，形成第二目标PID方程。第三目标PID方程确定模块633，用于将第三控制周期中获取的预设调整对象的实时实际位置与目标位置之间的差值及第二控制周期中获取的实时输出速度值，代入第一PID公式，形成第三目标PID方程。方程组求解模块634，用于求解由第一目标PID方程、第二目标PID方程、第三目标PID方程形成的方程组的解，得到整定后的比例参数，积分参数及微分参数。

可选地，PID控制器为增量式PID控制器且整定后的PID参数包括比例参数，当前时刻之前预设数量控制周期包括以当前时刻往前的第一控制周期。

第一整定PID参数计算单元63，具体包括：第四目标PID方程确定模块635，第四目标PID方程求解模块636。

其中，第四目标PID方程确定模块635，用于将第一控制周期中获取的预设调整对象的实时实际位置与目标位置之间的差值、以PID控制器的实时输出速度为预设阈值，代入预设的第二PID公式，形成第四目标PID方程。第四目标PID方程求解模块636，用于求解第四目标PID方程的解，以计算出整定后的比例参数。

进一步地，整定PID参数校验单元75，用于对整定后的PID参数进行校验。PID控制单元64，还用于若整定后的PID参数通过校验，则执行根据整定后的PID参数进行PID控制的操作。

进一步地，整定PID参数校验单元75具体包括：整定PID参数幅值判断模块751，整定PID参数校验通过模块752，整定PID参数校验未通过模块753。

其中，整定PID参数幅值判断模块751，用于判断整定后的PID参数的幅值是否在对应PID参数的预设幅值范围内。整定PID参数校验通过模块752，用于若整定后的PID参数的幅值在对应PID参数的预设幅值范围内，则确定整定后的PID参数通过校验。整定PID参数校验未通过模块753，若整定后的PID参数的幅值不在对应PID参数的预设幅值范围内，则确定整定后的PID参数未通过校验。

本实施例提供的风力发电机组PID控制装置可以执行图2所示方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

图8为本发明风力发电机组PID控制装置实施例三的结构示意图，如图8所示，本发明实施例提供的风力发电机组PID控制装置在本发明风力发电机组PID控制装置实施例二的基础上，进一步地，被控系统为变桨系统，则本实施例提供的风力发电机组PID控制装置还包括：变桨状态判断单元81及分别与变桨状态判断单元81及位置记录单元61连接的位置判断单元82。

进一步地，变桨状态判断单元81，用于判断风力发电机组是否处于变桨状态。位置判断单元82，用于若风力发电机组处于变桨状态，则判断PID控制器输出的实时给定位置是否等于PID控制器设定的目标位置。

本实施例提供的风力发电机组PID控制装置可以执行图3所示方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (11)

1.一种风力发电机组PID控制方法，其特征在于，包括：

若PID控制器输出的实时给定位置等于PID控制器设定的目标位置，则在控制周期中记录被控系统的预设调整对象的实时实际位置；

若被控系统的预设调整对象的实时实际位置等于所述目标位置，且PID控制器的实时输出速度大于预设阈值，则确定所述被控系统的预设调整对象超调；

根据当前时刻之前预设数量控制周期中预设调整对象的实时实际位置及预设的PID公式，计算整定后的PID参数，所述PID公式的参数包括所述目标位置、预设调整对象的实时实际位置及PID参数；

根据整定后的PID参数进行PID控制。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在控制周期中记录被控系统的预设调整对象的实时实际位置之后还包括：

若被控系统的预设调整对象的实时实际位置等于所述目标位置，且PID控制器的实时输出速度小于等于预设阈值，则确定所述被控系统的预设调整对象未超调；

计算所述实时给定位置达到所述目标位置的时刻与所述实时实际位置达到所述目标位置的时刻之间的时间差值；

若所述时间差值大于预设时间差值，计算所述时间差值与所述预设时间差值的比值，作为PID参数的增大比例系数；

按照所述PID参数的增大比例系数增大PID参数，形成整定后的PID参数，以进行PID控制。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，若所述PID控制器为增量式PID控制器，且PID参数包括比例参数，积分参数及微分参数，则所述根据当前时刻之前预设数量控制周期中预设调整对象的实时实际位置及预设的PID公式，计算整定后的PID参数，具体包括：

所述当前时刻之前预设数量控制周期包括以当前时刻依次往前的第一控制周期、第二控制周期和第三控制周期；

将所述第一控制周期中获取的预设调整对象的实时实际位置与目标位置之间的差值、以所述PID控制器的实时输出速度为所述预设阈值，代入预设的第一PID公式，形成第一目标PID方程；

将所述第二控制周期中获取的预设调整对象的实时实际位置与目标位置之间的差值及第一控制周期中获取的实时输出速度值，代入所述第一PID公式，形成第二目标PID方程；

将所述第三控制周期中获取的预设调整对象的实时实际位置与目标位置之间的差值及第二控制周期中获取的实时输出速度值，代入所述第一PID公式，形成第三目标PID方程；

求解由所述第一目标PID方程、所述第二目标PID方程、所述第三目标PID方程形成的方程组的解，得到整定后的比例参数，积分参数及微分参数。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，若所述PID控制器为增量式PID控制器，且所述整定后的PID参数包括比例参数，则所述根据当前时刻之前预设数量控制周期中预设调整对象的实时实际位置及预设的PID公式，计算整定后的PID参数，具体包括：

所述当前时刻之前预设数量控制周期包括以当前时刻往前的第一控制周期；

将所述第一控制周期中获取的预设调整对象的实时实际位置与目标位置之间的差值、以所述PID控制器的实时输出速度为所述预设阈值，代入预设的第二PID公式，形成第四目标PID方程；

求解所述第四目标PID方程的解，以计算出整定后的比例参数。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述根据整定后的PID参数进行PID控制之前，还包括：

判断所述整定后的PID参数的幅值是否在对应PID参数的预设幅值范围内；

若所述整定后的PID参数的幅值在对应PID参数的预设幅值范围内，确定整定后的PID参数通过校验，则执行所述根据整定后的PID参数进行PID控制的操作；

若所述整定后的PID参数的幅值不在对应PID参数的预设幅值范围内，则确定整定后的PID参数未通过校验。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述被控系统为变桨系统；所述在控制周期中记录被控系统的预设调整对象的实时实际位置之前，还包括：

判断风力发电机组是否处于变桨状态；

若所述风力发电机组处于变桨状态，则判断所述PID控制器输出的实时给定位置是否等于PID控制器设定的目标位置。

7.一种风力发电机组PID控制装置，其特征在于，包括：

位置记录单元，用于若PID控制器输出的实时给定位置等于PID控制器设定的目标位置，则在控制周期中记录被控系统的预设调整对象的实时实际位置；

超调确定单元，用于若被控系统的预设调整对象的实时实际位置等于所述目标位置，且PID控制器的实时输出速度大于预设阈值，确定所述被控系统的预设调整对象超调；

第一整定PID参数计算单元，用于根据当前时刻之前预设数量控制周期中预设调整对象的实时实际位置及预设的PID公式，计算整定后的PID参数，所述PID公式的参数包括所述目标位置、预设调整对象的实时实际位置及PID参数；

PID控制单元，用于根据整定后的PID参数进行PID控制。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括：

未超调确定单元，用于若被控系统的预设调整对象的实时实际位置等于所述目标位置，且PID控制器的实时输出速度小于等于预设阈值，则确定所述被控系统的预设调整对象未超调；

时间差值计算单元，用于计算所述实时给定位置达到所述目标位置的时刻与所述实时实际位置达到所述目标位置的时刻之间的时间差值；

增大比例系数计算单元，用于若所述时间差值大于预设时间差值，计算所述时间差值与所述预设时间差值的比值，作为PID参数的增大比例系数；

第二整定PID参数计算单元，用于按照所述PID参数的增大比例系数增大PID参数，形成整定后的PID参数，以进行PID控制。

9.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于所述PID控制器为增量式PID控制器且PID参数包括比例参数，积分参数及微分参数，所述当前时刻之前预设数量控制周期包括以当前时刻依次往前的第一控制周期、第二控制周期和第三控制周期；

所述第一整定PID参数计算单元，具体包括：

第一目标PID方程确定模块，用于将所述第一控制周期中获取的预设调整对象的实时实际位置与目标位置之间的差值、以所述PID控制器的实时输出速度为所述预设阈值，代入预设的第一PID公式，形成第一目标PID方程；

第二目标PID方程确定模块，用于将所述第二控制周期中获取的预设调整对象的实时实际位置与目标位置之间的差值及第一控制周期中获取的实时输出速度值，代入所述第一PID公式，形成第二目标PID方程；

第三目标PID方程确定模块，用于将所述第三控制周期中获取的预设调整对象的实时实际位置与目标位置之间的差值及第二控制周期中获取的实时输出速度值，代入所述第一PID公式，形成第三目标PID方程；

方程组求解模块，用于求解由所述第一目标PID方程、所述第二目标PID方程、所述第三目标PID方程形成的方程组的解，得到整定后的比例参数，积分参数及微分参数。

10.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述PID控制器为增量式PID控制器且所述整定后的PID参数包括比例参数，所述当前时刻之前预设数量控制周期包括以当前时刻往前的第一控制周期；

所述第一整定PID参数计算单元，具体包括：

第四目标PID方程确定模块，用于将所述第一控制周期中获取的预设调整对象的实时实际位置与目标位置之间的差值、以所述PID控制器的实时输出速度为所述预设阈值，代入预设的第二PID公式，形成第四目标PID方程；

第四目标PID方程求解模块，用于求解所述第四目标PID方程的解，以计算出整定后的比例参数。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述被控系统为变桨系统；所述装置还包括：

变桨状态判断单元，用于判断风力发电机组是否处于变桨状态；

分别与所述变桨状态判断单元及所述位置记录单元连接的位置判断单元，用于若所述风力发电机组处于变桨状态，则判断所述PID控制器输出的实时给定位置是否等于PID控制器设定的目标位置。