CN113027677B - 风力发电机组的液压变桨控制方法和装置 - Google Patents
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Abstract
提供一种风力发电机组的液压变桨控制方法和装置，该液压变桨控制方法包括：根据活塞位移的给定值，通过前馈环节获得前馈控制量；获取活塞位移的实测值；根据所述活塞位移的给定值和实测值，确定活塞位移的控制误差；基于所述前馈控制量和所述活塞位移的控制误差，获得活塞位移的控制值；基于所述活塞位移的控制值控制被控对象动作，来控制输送到液压缸的液压油流量，以驱动活塞运动来带动变桨轴承进行变桨。基于本发明示例性实施例的风力发电机组的液压变桨控制方法和装置，能够对液压变桨控制系统的动态性能进行优化，提高系统的跟随能力。
Description
技术领域
本发明总体说来涉及风力发电技术领域，更具体地讲，涉及一种风力发电机组的液压变桨控制方法和装置。
背景技术
能源是社会经济和人类生活的主要物质基础，是社会发展的动力。然而，作为世界能源主要支柱的石油、煤炭、天然气等不可再生的能源的储量日趋减少，世界各个国家都在发展风力发电，风力发电作为新能源，已经形成了成熟的规模。
风力发电机组是将风能转换成电能的设备，风力发电机组的变桨控制装置包括可调速的电动机通过齿轮或齿形带驱动叶片的电动变桨系统，或者由电磁阀控制液压缸直接作用于变桨轴承的液压变桨系统。目前，在海上大兆瓦风力发电机组上广泛应用的液压变桨系统由位于机舱的液压站(主要包括油泵、油箱、散热系统和相关传感器)、位于轮毂的执行机构(主要包括液压缸、蓄能器、控制阀组和相关传感器、)和用于连接的旋转接头和管路等部分组成。
现有的液压变桨系统的控制目标是桨叶位置，控制方式为PID控制，对于变桨系统PID控制器通过制定合理的控制参数可以保证目标位置的稳态跟踪精度，但位置跟踪的动态过程不可控。提高变桨控制的动态跟踪能力能够为风力发电机组发电量和载荷的动态可控性提供支持从而提高整机的竞争力。
目前，主流的液压变桨系统普遍采用比例阀控制液压缸作为执行机构，系统如图1所示。作为位置闭环的被控对象，阀控缸系统阀门开度到液压缸位移之间的传递函数如下：
xp表示液压缸的活塞位移，xv表示伺服阀阀芯位移，Ap表示液压缸负载压力等效面积，Bp表示活塞及负载的粘性阻尼系数，FL表示作用在活塞上的工作负载，Kq表示流量增益，βe表示有效体积弹性模量(包括油液、管道和钢体的机械柔度)，Vt表示液压缸工作腔的总容积，Kce表示总流量—压力系数，mt表示负载等效质量。
被控对象传递函数由一个二阶系统加积分环节组成，二阶系统的固有频率会随着液压缸位移导致的大小腔体积变化而变化，因此一套PID参数难以在所有变桨角度达到最佳的稳定性、快速性和准确性的平衡。尤其是在较大的变桨角度下，变桨系统刚度和比例增益可调的上限下降，而此时叶片重力引入的扰动较大，需要较高的增益进行补偿。单纯依靠闭环控制难以解决上述矛盾。
即使是在位置可控性较好小角度范围，由于液压系统固有的欠阻尼特性，在实际位置接近目标位置的过程中也会出现震荡收敛的动态过程(如图2所示)。
发明内容
本发明的示例性实施例的目的在于提供一种风力发电机组的液压变桨控制方法和装置，以对液压运动控制的动态性能进行优化。
在一个总体方面，提供一种风力发电机组的液压变桨控制方法，所述液压变桨控制方法包括：根据活塞位移的给定值，通过前馈环节获得前馈控制量；获取活塞位移的实测值；根据所述活塞位移的给定值和实测值，确定活塞位移的控制误差；基于所述前馈控制量和所述活塞位移的控制误差，获得活塞位移的控制值；基于所述活塞位移的控制值控制被控对象动作，来控制输送到液压缸的液压油流量，以驱动活塞运动来带动变桨轴承进行变桨。
可选地，根据活塞位移的给定值，通过前馈环节获得前馈控制量，可包括：获取液压缸的供油压力值、回油压力值、负载压力值及阀门开度；根据活塞位移的给定值、活塞在运动方向上的有效作用面积，以及所获取的供油压力值、回油压力值、负载压力值及阀门开度，利用下式获得所述前馈控制量：
其中，UV表示前馈控制量，Ap表示活塞在运动方向上的有效作用面积，Ps表示液压缸的供油压力值，Pt表示液压缸的回油压力值，PL表示负载压力值，Kq表示流量增益，uv表示阀门开度，sign()表示符号函数，根据阀门开度的正负方向取正负，x.ref表示根据所述活塞位移的给定值得到的期望活塞速率。
可选地，基于所述前馈控制量和所述活塞位移的控制误差，获得活塞位移的控制值，可包括：根据所述活塞位移的控制误差，确定比例增益的调节值；基于所确定的比例增益的调节值，对所述活塞位移的控制误差进行比例积分处理，获得活塞位移的误差控制值；计算所述活塞位移的误差控制值与所述前馈控制量的和值，将所述和值作为活塞位移的控制值。
可选地，基于所确定的比例增益的调节值，对所述活塞位移的控制误差进行比例积分处理，获得活塞位移的误差控制值，可包括：对所述活塞位移的控制误差进行比例积分处理，获得比例积分输出值；计算所述比例积分输出值与所述比例增益的调节值的乘积，将所述乘积作为活塞位移的误差控制值。
可选地，基于所述前馈控制量和所述活塞位移的控制误差，获得活塞位移的控制值，可还包括：对所述活塞位移的控制值进行线性化处理，以基于线性化处理后的活塞位移的控制值来控制被控对象动作。
可选地，所述被控对象可包括电磁阀，活塞位移的控制值可包括电磁阀的开度。
可选地，所述被控对象可包括液压泵，活塞位移的控制值可包括液压泵的流量控制参数。
可选地，所述液压泵可包括定量液压泵，液压泵的流量控制参数可包括定量液压泵的转速，或者，液压泵可包括变量液压泵，液压泵的流量控制参数可包括变量液压泵的排量。
在另一总体方面，提供一种风力发电机组的液压变桨控制装置，所述液压变桨控制装置包括：前馈模块，用于根据活塞位移的给定值，通过前馈环节获得前馈控制量；反馈模块，用于获取活塞位移的实测值；误差确定模块，用于根据所述活塞位移的给定值和实测值，确定活塞位移的控制误差；控制值确定模块，用于基于所述前馈控制量和所述活塞位移的控制误差，获得活塞位移的控制值；变桨控制模块，用于基于活塞位移的控制值控制被控对象动作，来控制输送到液压缸的液压油的流量，以驱动活塞运动来带动变桨轴承进行变桨。
可选地，前馈模块可包括：数据获取子模块，用于获取液压缸的供油压力值、液压缸的回油压力值、负载压力值及阀门开度；补偿值确定子模块，根据活塞位移的给定值、活塞在运动方向上的有效作用面积，以及所获取的供油压力值、回油压力值、负载压力值及阀门开度，利用下式获得所述前馈控制量：
其中，UV表示前馈控制量，Ap表示活塞在运动方向上的有效作用面积，Ps表示液压缸的供油压力值，Pt表示液压缸的回油压力值，PL表示负载压力值，Kq表示流量增益，uv表示阀门开度，sign()表示符号函数，根据阀门开度的正负方向取正负，x.ref表示根据所述活塞位移的给定值得到的期望活塞速率。
可选地，所述控制值确定模块可包括：增益调节子模块，用于根据活塞位移的控制误差，确定比例增益的调节值；误差控制值确定子模块，用于基于所确定的比例增益的调节值，对所述活塞位移的控制误差进行比例积分处理，获得活塞位移的误差控制值；加法子模块，用于计算所述活塞位移的误差控制值与所述前馈控制量的和值，将所述和值作为活塞位移的控制值。
可选地，所述误差控制值确定子模块可包括：比例积分控制单元，用于对活塞位移的控制误差进行比例积分处理，获得比例积分输出值；乘法单元，用于计算所述比例积分输出值与所述比例增益的调节值的乘积，将所述乘积作为活塞位移的误差控制值。
可选地，所述控制值确定模块可还包括：线性化处理子模块，用于对所确定的活塞位移的控制值进行线性化处理，以基于线性化处理后的活塞位移的控制值来控制被控对象动作。
可选地，所述被控对象可包括电磁阀，活塞位移的控制值可包括电磁阀的开度。
可选地，所述被控对象可包括液压泵，活塞位移的控制值可包括液压泵的流量控制参数。
可选地，所述液压泵可包括定量液压泵，液压泵的流量控制参数可包括定量液压泵的转速，或者，所述液压泵可包括变量液压泵，液压泵的流量控制参数可包括变量液压泵的排量。
在另一总体方面，提供一种控制器，包括：处理器；输入\输出接口；存储器，用于存储计算机程序，所述计算机程序在被所述处理器执行时实现上述的风力发电机组的液压变桨控制方法。
在另一总体方面，提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，当所述计算机程序在被处理器执行时实现上述的风力发电机组的液压变桨控制方法。
基于本发明示例性实施例的风力发电机组的液压变桨控制方法和装置，能够对液压变桨控制系统的动态性能进行优化，提高系统的跟随能力。
附图说明
通过下面结合示例性地示出实施例的附图进行的详细描述，本发明示例性实施例的上述和其它目的、特点和优点将会变得更加清楚。
图1示出传统的液压变桨系统的示意图；
图2示出传统的液压变桨系统的震荡收敛的动态过程示意图；
图3示出根据本发明示例性实施例的风力发电机组的液压变桨控制方法的流程图；
图4示出根据本发明示例性实施例的复合校正控制方式的框图；
图5示出根据本发明示例性实施例的复合校正控制方式的控制原理示意图；
图6示出根据本发明示例性实施例的液压变桨系统的固有频率与变桨角度的变化曲线的示意图；
图7A示出根据本发明示例性实施例的电磁阀流量系数的变化曲线的示意图；
图7B示出根据本发明示例性实施例的伺服阀流量系数的变化曲线的示意图；
图8示出根据本发明示例性实施例的风力发电机组的液压变桨控制装置的框图；
图9示出根据本发明示例性实施例的前馈模块的框图；
图10示出根据本发明示例性实施例的控制值确定模块的框图；
图11示出根据本发明示例性实施例的误差控制值确定子模块的框图；
图12示出根据本发明示例性实施例的控制器的框图。
具体实施方式
现在，将参照附图更充分地描述不同的示例实施例，一些示例性实施例在附图中示出。
在本发明示例性实施例中，为了进一步提高阀控缸系统响应能力，通过复合校正控制方式来控制被控对象动作，以驱动液压缸的活塞运动。
作为示例，复合校正控制方式可指前馈控制方式与反馈控制方式的组合，在复合校正控制方式中，利用开环前馈环节提前抑制扰动，为闭环反馈环节降低负担，提高系统的快速性和阻尼，闭环反馈环节保证系统的准确性。基于输入的复合校正控制方式能够提高液压变桨控制系统对信号的跟随能力。
下面参照图3至图5来介绍复合校正控制方式的工作原理。
图3示出根据本发明示例性实施例的风力发电机组的液压变桨控制方法的流程图。
参照图3，在步骤S10中，根据活塞位移的给定值，通过前馈环节获得前馈控制量UV。
这里，可利用各种方式来设计前馈环节，以基于活塞位移的给定值获得前馈控制量。
在一优选示例中，可获取液压缸的供油压力值、回油压力值、负载压力值及阀门开度，根据活塞位移的给定值、活塞在运动方向上的有效作用面积，以及所获取的供油压力值、回油压力值、负载压力值及阀门开度，来获得前馈控制量UV。
作为示例，可利用下式获得前馈控制量UV：
公式(1)中，UV表示前馈控制量，Ap为活塞在运动方向上的有效作用面积，Kq表示流量增益，uv表示阀门开度，PL表示负载压力值，可以通过液压缸工作腔的压力传感器测得，Ps表示液压缸的供油压力值，Pt表示液压缸的回油压力值，在液压变桨系统中Ps和Pt可被认为是常值。sign()表示符号函数，根据阀门开度的正负方向取正或者负，例如，当阀门开度为正方向时，sign()可取正，当阀门开度为负方向时，sign()可取负，x.ref表示根据活塞位移的给定值得到的期望活塞速率。本发明实施例中的液压缸的阀门可以是伺服阀，也可以是比例阀，也可以是其他类型的阀门，本发明并不作限定。
作为示例，闭环控制回路的前馈环节的控制可以采用比例积分控制(PI控制)，但本发明不限于此，也可以采用其他控制方式。
例如，本申请中所采用的控制规律可如下所示：
上述公式中，uv表示阀门开度，x.ref表示通过对活塞位移的给定值进行求导得到的期望活塞速率，xref表示活塞位移的给定值，x表示活塞位移的实测值，kp表示比例增益值，ki表示积分增益值。
在步骤S20中，获取活塞位移的实测值Sact。
例如，可以利用各种传感器来直接检测活塞位移的实测值，作为示例，可以利用超声波传感器等测量器件直接测量活塞位移。但本发明不限于此，还可以通过其他方式来获取活塞位移的实测值，例如，可以检测实际的桨距角值，通过对实际的桨距角值进行转换来得到活塞位移的实测值。
在步骤S30中，根据活塞位移的给定值Sref和实测值Sact，确定活塞位移的控制误差epos。
例如，活塞位移的控制误差epos为活塞位移的给定值Sref与所获取的活塞位移的实测值Sact的差值。
在步骤S40中，基于前馈控制量UV和活塞位移的控制误差epos，获得活塞位移的控制值。
例如，可计算前馈控制量UV和活塞位移的控制误差epos的和值，将计算得到的和值确定为活塞位移的控制值。
以图4所示为例，还可利用阀控缸的开环特性G(s)对上述计算得到的和值进行处理，将处理后的和值作为活塞位移的控制值。
这里，阀控缸的开环特性G(s)可指现有的阀控缸位置控制系统中控制通道的传递函数，本发明对此部分内容不再赘述。
在步骤S50中，基于活塞位移的控制值控制被控对象10动作，来控制输送到液压缸20的液压油流量，以驱动液压缸20的活塞运动来带动变桨轴承进行变桨。
在液压变桨系统中，液压泵连接到油箱，通过液压泵的抽吸将油箱提供的液压油输送到液压缸，通过控制被控对象动作来控制输送到液压缸的液压油的流量Q，液压缸的活塞的运动速度取决于液压油的流量。
液压缸的活塞连接至变桨轴承，以将液压缸的活塞伸缩时做出的直线运动转化为变桨轴承的旋转运动，风力发电机组的叶片在变桨轴承的带动下进行旋转，以实现变桨。
一种情况，被控对象10可包括电磁阀。
在此情况下，活塞位移的控制值可包括电磁阀的开度，即，通过控制电磁阀的开度来控制输送到液压缸20的液压油的流量Q，以驱动液压缸20的活塞运动。
另一种情况，被控对象10可包括液压泵，此时，活塞位移的控制值可包括液压泵的流量控制参数。
在一示例中，液压泵可以是定量液压泵，此时，液压泵的流量控制参数可包括定量液压泵的转速，即，通过控制定量液压泵的转速来控制输送到液压缸20的液压油的流量Q。
在另一示例中，液压泵也可以是变量液压泵，此时，液压泵的流量控制参数可包括变量液压泵的排量，即，通过控制变量液压泵的排量来控制输送到液压缸20的液压油的流量Q。
下面参照图5来介绍通过复合校正控制方式控制被控对象动作的具体控制过程。
图5示出根据本发明示例性实施例的复合校正控制方式的控制原理示意图。
如图5所示，可以确定期望的桨距角值θref(即，变桨位置需求参考值)，基于曲柄摇杆机构到位移的转换关系(见图5所示的转换模块30)，将期望的桨距角值θref转换为活塞位移的给定值Sref，利用滤波器40对活塞位移的给定值Sref进行滤波，获得滤波后的活塞位移的给定值Sref-sf。本发明不限于此，也可以直接指定活塞位移的给定值。
在一优选实施例中，前馈环节11可以基于活塞位移的给定值Sref，结合所获取的液压缸的供油压力值Ps、液压缸的回油压力值Pt、负载压力值PL、活塞在运动方向上的有效作用面积、阀门开度，来获得前馈控制量UV。
在本发明示例性实施例中，除上述公式(2)所示的确定前馈控制量UV的方式之外，还可以预先建立一速度前馈模块50，在此情况下，利用速度前馈模型50来获得前馈控制量UV。
以图5所示为例，针对设置了滤波器40的情况，可以对滤波后的活塞位移的给定值Sref-sf进行求导(du/dt)运算，获得期望的活塞速率
将所获得的期望的活塞速率
活塞在运动方向上的有效作用面积、液压缸的供油压力值Ps、液压缸的回油压力值Pt、负载压力值PL、阀门开度输入速度前馈模块50，获得前馈控制量UV。优选地，可根据前馈增益值KFF和所获得的前馈控制量UV，来获得最终的前馈控制量Uff。例如，可将前馈增益值KFF和所获得的前馈控制量UV的乘积，确定为最终的前馈控制量Uff。
通过对期望的活塞速率
进行积分(1/s)来获得积分后的活塞位移的给定值
根据积分后的活塞位移的给定值
和所获取的活塞位移的实测值Sact，确定活塞位移的控制误差epos，对活塞位移的控制误差epos进行比例积分处理(PI控制)，获得比例积分输出值Upos。
在一优选示例中，考虑到随着活塞移动液压缸两腔的液压油体积会发生变化从而导致刚度和固有频率的变化，针对上述情况可以根据活塞位移动态调节增益，从而减小震荡。
图6示出根据本发明示例性实施例的液压变桨系统的固有频率与变桨角度的变化曲线的示意图。
如图6所示，横坐标为变桨角度，纵坐标为液压变桨系统的固有频率(谐振频率)。在液压变桨系统的固有频率较低的范围内，液压变桨系统的刚度较低，较高的增益会引起闭环控制部分的震荡，当变桨角度到达此范围时需要调低比例增益。
基于此，在闭环控制回路的控制通道引入根据活塞位移动态调节增益的增益调度环节(即，图5中的增益调度70)，能够有效提高复合校正控制方式的快速性和抗扰度。
优选地，增益调度70根据活塞位移的控制误差，确定比例增益的调节值。
例如，随着活塞位移的控制误差的增大，可以通过比例增益的调节值相应地减小比例增益，随着活塞位移的控制误差的减小，可以通过比例增益的调节值相应地增大比例增益。
例如，可基于所确定的比例增益的调节值，对活塞位移的控制误差进行比例积分处理，获得活塞位移的误差控制值Upos
作为示例，乘法器80可计算比例积分输出值与所确定的比例增益的调节值的乘积，将计算得到的乘积作为活塞位移的误差控制值Upos。
计算乘法器80计算活塞位移的误差控制值Upos与前馈控制量Uff的和值，将计算得到的和值作为活塞位移的控制值Uout。
这里，除上述方式之外，也可以根据活塞位移的控制误差，确定比例增益值，对活塞位移的控制误差epos进行PI控制，此时该PI控制中的比例增益值使用上述所确定的比例增益值，将PI控制的输出值与前馈控制量Uff的和值，确定为活塞位移的控制值Uout。
在一优选示例中，考虑到比例阀流量系数Cd的非线性，可以通过增加线性化处理来将此特性校正到接近伺服阀的线性度，更加有利于前馈控制部分动态性能的提升(如图7A和图7B所示)。
在此情况下，线性化90对所获得的活塞位移的控制值Uout进行线性化处理，以基于线性化处理后的活塞位移的控制值来控制被控对象动作。例如，可还利用阀控缸的开环特性对线性化处理后的活塞位移的控制值Uout进行处理，获得活塞位移的最终控制值
这里，可利用各种线性化处理方式来对活塞位移的控制值进行处理，例如，可通过死区控制器对活塞位移的控制值进行线性化处理，但本发明不限于此，还可以通过其他线性化方式对活塞位移的控制值进行处理。
图8示出根据本发明示例性实施例的风力发电机组的液压变桨控制装置的框图。
如图8所示，根据本发明示例性实施例的风力发电机组的液压变桨控制装置100包括：前馈模块101、反馈模块102、误差确定模块103、控制值确定模块104和变桨控制模块105。
具体说来，前馈模块101用于根据活塞位移的给定值，通过前馈环节获得前馈控制量。
这里，前馈模块101可利用各种方式来设计前馈环节，以基于活塞位移的给定值获得前馈控制量。
下面参照图9来介绍前馈模块101获得前馈控制量的一优选示例，应理解，图9所示的获得前馈控制量的方式仅为示例，本发明不限于此，还可以通过其他方式来根据活塞位移的给定值获得前馈控制量。
图9示出根据本发明示例性实施例的前馈模块101的框图。
如图9所示，根据本发明示例性实施例的前馈模块可包括数据获取子模块11和补偿值确定子模块12。
具体说来，数据获取子模块11用于获取液压缸的供油压力值、液压缸的回油压力值、负载压力值及阀门开度。
补偿值确定子模块12根据活塞位移的给定值、活塞在运动方向上的有效作用面积，以及所获取的供油压力值、回油压力值、负载压力值及阀门开度，来获得前馈控制量。
在一优选示例中，补偿值确定子模块12可利用上述的公式(1)来获得前馈控制量，但本发明不限于此，补偿值确定子模块12还可以利用速度前馈模型来基于活塞位移的给定值、活塞在运动方向上的有效作用面积、所获取的供油压力值、回油压力值、负载压力值、阀门开度，获得前馈控制量。
例如，根据本发明示例性实施例的风力发电机组的液压变桨控制装置可还包括前馈模型建立模块，用于预先建立速度前馈模型。
在此情况下，补偿值确定子模块12通过对活塞位移的给定值进行求导运算，获得期望的活塞速率，将所获得的期望的活塞速率、供油压力值、回油压力值、负载压力值、活塞在运动方向上的有效作用面积、阀门开度输入速度前馈模型，获得前馈控制量，此时，还可将前馈增益值与所获得的前馈控制量的乘积，确定为最终的前馈控制量。
作为示例，前馈模型建立模块可通过如下方式来对速度前馈模型进行训练。
例如，采集期望的历史活塞速率、液压缸的历史供油压力值、历史回油压力值、历史负载压力值、活塞在运动方向上的历史有效作用面积、历史阀门开度，作为速度前馈模型的输入，获取活塞位移的历史实测值，将所获取的活塞位移的历史实测值作为速度前馈模型的输出，对该速度前馈模型进行训练。
返回图8，反馈模块102用于获取活塞位移的实测值。
误差确定模块103用于根据活塞位移的给定值和实测值，确定活塞位移的控制误差。
例如，误差确定模块103可将活塞位移的给定值Sref与所获取的活塞位移的实测值Sact的差值确定为活塞位移的控制误差epos。
控制值确定模块104用于基于前馈控制量和活塞位移的控制误差，获得活塞位移的控制值。
例如，控制值确定模块104可计算前馈控制量UV和活塞位移的控制误差epos的和值，将计算得到的和值确定为活塞位移的控制值。
下面参照图10来介绍控制值确定模块104获得活塞位移的控制值的一优选示例，应理解，图10所示的获得活塞位移的控制值的方式仅为示例，本发明不限于此，还可以通过其他方式来获得活塞位移的控制值。
图10示出根据本发明示例性实施例的控制值确定模块104的框图。
如图10所示，根据本发明示例性实施例的控制值确定模块104可包括：增益调节子模块41、误差控制值确定子模块42和加法子模块43。
具体说来，增益调节子模块41用于根据活塞位移的控制误差，确定比例增益的调节值。
在本发明示例性实施例中，考虑到随着活塞移动液压缸两腔的液压油体积会发生变化从而导致刚度和固有频率的变化，针对上述情况可以根据活塞位移动态调节增益，从而减小震荡。
例如，随着活塞位移的控制误差的增大，可以通过比例增益的调节值相应地减小比例增益，随着活塞位移的控制误差的减小，可以通过比例增益的调节值相应地增大比例增益。
误差控制值确定子模块42用于基于所确定的比例增益的调节值，对活塞位移的控制误差进行比例积分处理，获得活塞位移的误差控制值。
参照图11来介绍基于比例增益的调节值来确定活塞位移的误差控制值的方式，应理解，图11所示的获得活塞位移的误差控制值的方式仅为一示例，本发明不限于此，还可以通过其他方式来获得活塞位移的误差控制值。
图11示出根据本发明示例性实施例的误差控制值确定子模块42的框图。
如图11所示，根据本发明示例性实施例的误差控制值确定子模块42可包括：比例积分控制单元421和乘法单元422。
具体说来，比例积分控制单元421用于对活塞位移的控制误差进行比例积分处理(PI控制)，获得比例积分输出值。
乘法单元422用于计算比例积分输出值与比例增益的调节值的乘积，将计算得到的乘积作为活塞位移的误差控制值。
返回图10，加法子模块43用于计算活塞位移的误差控制值与前馈控制量的和值，将该和值作为活塞位移的控制值。
在一优选示例中，控制值确定模块42可还包括：线性化处理子模块，用于对所确定的活塞位移的控制值进行线性化处理，以基于线性化处理后的活塞位移的控制值来控制被控对象动作。
例如，加法子模块43可将线性化处理后的活塞位移的控制值与前馈控制量的和值作为活塞位移的控制值。
返回图8，变桨控制模块105用于基于活塞位移的控制值控制被控对象动作，来控制输送到液压缸的液压油的流量，以驱动活塞运动来带动变桨轴承进行变桨。
一种情况，被控对象10可包括电磁阀。
在此情况下，活塞位移的控制值可包括电磁阀的开度，即，变桨控制模块105通过控制电磁阀的开度来控制输送到液压缸20的液压油的流量Q，以驱动液压缸20的活塞运动。
另一种情况，被控对象10可包括液压泵，此时，活塞位移的控制值可包括液压泵的流量控制参数。
在一示例中，液压泵可以是定量液压泵，例如，叶片泵、齿轮泵、柱塞泵或螺杆泵。
此时，液压泵的流量控制参数可包括定量液压泵的转速，即，变桨控制模块105通过控制定量液压泵的转速来控制输送到液压缸20的液压油的流量Q。
在另一示例中，液压泵也可以是变量液压泵，此时，液压泵的流量控制参数可包括变量液压泵的排量，即，变桨控制模块105通过控制变量液压泵的排量来控制输送到液压缸20的液压油的流量Q。
图12示出根据本发明示例性实施例的控制器的框图。
如图12所示，根据本发明示例性实施例的控制器200包括：处理器201、输入\输出接口202和存储器203。
具体说来，存储器203用于存储计算机程序，所述计算机程序在被所述处理器201执行时实现上述的风力发电机组的液压变桨控制方法。该输入\输出接口202用于连接各种输入\输出设备。
这里，图3所示的风力发电机组的液压变桨控制方法可在图12所示的处理器201中执行。也就是说，图8-图11所示的各模块可由数字信号处理器、现场可编程门阵列等通用硬件处理器来实现，也可通过专用芯片等专用硬件处理器来实现，还可完全通过计算机程序来以软件方式实现，例如，可被实现为图12中所示的处理器201中的各个模块。
根据本发明的示例性实施例还提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质。该计算机可读存储介质存储有当被处理器执行时使得处理器执行上述风力发电机组的液压变桨控制方法的计算机程序。该计算机可读记录介质是可存储由计算机系统读出的数据的任意数据存储装置。计算机可读记录介质的示例包括：只读存储器、随机存取存储器、只读光盘、磁带、软盘、光数据存储装置和载波(诸如经有线或无线传输路径通过互联网的数据传输)。
根据本发明示例性实施例的风力发电机组的液压变桨控制方法和装置，可以对液压变桨控制系统的动态性能进行优化，在保证液压变桨稳态位置精度的前提下提高速度可控性。
此外，根据本发明示例性实施例的风力发电机组的液压变桨控制方法和装置，不仅可以提高位置式液压变桨系统的动态精度，还可以提高风力发电机组对发电量和载荷控制的能力。
尽管已经参照其示例性实施例具体显示和描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。
Claims (18)
1.一种风力发电机组的液压变桨控制方法，其特征在于，所述液压变桨控制方法包括：
根据活塞位移的给定值，通过前馈环节获得前馈控制量；
获取活塞位移的实测值；
根据所述活塞位移的给定值和实测值，确定活塞位移的控制误差；
基于所述前馈控制量和所述活塞位移的控制误差，获得活塞位移的控制值；
基于所述活塞位移的控制值控制被控对象动作，来控制输送到液压缸的液压油流量，以驱动活塞运动来带动变桨轴承进行变桨，
其中，根据活塞位移的给定值，通过前馈环节获得前馈控制量，包括：
获取液压缸的供油压力值、回油压力值、负载压力值及阀门开度；
根据所述活塞位移的给定值、活塞在运动方向上的有效作用面积以及所获取的供油压力值、回油压力值、负载压力值及阀门开度，来获得所述前馈控制量。
2.根据权利要求1所述的液压变桨控制方法，其特征在于，利用下式获得所述前馈控制量：
其中，UV表示所述前馈控制量，Ap表示活塞在运动方向上的有效作用面积，Ps表示液压缸的供油压力值，Pt表示液压缸的回油压力值，PL表示负载压力值，Kq表示流量增益，uv表示阀门开度，sign()表示符号函数，根据阀门开度的正负方向取正负，x.ref表示根据所述活塞位移的给定值得到的期望活塞速率。
3.根据权利要求1所述的液压变桨控制方法，其特征在于，基于所述前馈控制量和所述活塞位移的控制误差，获得活塞位移的控制值，包括：
根据所述活塞位移的控制误差，确定比例增益的调节值；
基于所确定的比例增益的调节值，对所述活塞位移的控制误差进行比例积分处理，获得活塞位移的误差控制值；
计算所述活塞位移的误差控制值与所述前馈控制量的和值，将所述和值作为活塞位移的控制值。
4.根据权利要求3所述的液压变桨控制方法，其特征在于，基于所确定的比例增益的调节值，对所述活塞位移的控制误差进行比例积分处理，获得活塞位移的误差控制值，包括：
对所述活塞位移的控制误差进行比例积分处理，获得比例积分输出值；
计算所述比例积分输出值与所述比例增益的调节值的乘积，将所述乘积作为活塞位移的误差控制值。
5.根据权利要求3所述的液压变桨控制方法，其特征在于，基于所述前馈控制量和所述活塞位移的控制误差，获得活塞位移的控制值，还包括：
对所述活塞位移的控制值进行线性化处理，以基于线性化处理后的活塞位移的控制值来控制被控对象动作。
6.根据权利要求1所述的液压变桨控制方法，其特征在于，所述被控对象包括电磁阀，活塞位移的控制值包括电磁阀的开度。
7.根据权利要求1所述的液压变桨控制方法，其特征在于，所述被控对象包括液压泵，所述活塞位移的控制值包括液压泵的流量控制参数。
8.根据权利要求7所述的液压变桨控制方法，其特征在于，所述液压泵包括定量液压泵，液压泵的流量控制参数包括定量液压泵的转速，
或者，液压泵包括变量液压泵，液压泵的流量控制参数包括变量液压泵的排量。
9.一种风力发电机组的液压变桨控制装置，其特征在于，所述液压变桨控制装置包括：
前馈模块，用于根据活塞位移的给定值，通过前馈环节获得前馈控制量；
反馈模块，用于获取活塞位移的实测值；
误差确定模块，用于根据所述活塞位移的给定值和实测值，确定活塞位移的控制误差；
控制值确定模块，用于基于所述前馈控制量和所述活塞位移的控制误差，获得活塞位移的控制值；
变桨控制模块，用于基于活塞位移的控制值控制被控对象动作，来控制输送到液压缸的液压油的流量，以驱动活塞运动来带动变桨轴承进行变桨，
其中，前馈模块包括：
数据获取子模块，用于获取液压缸的供油压力值、液压缸的回油压力值、负载压力值及阀门开度；
补偿值确定子模块，根据所述活塞位移的给定值、活塞在运动方向上的有效作用面积以及所获取的供油压力值、回油压力值、负载压力值及阀门开度，来获得所述前馈控制量。
10.根据权利要求9所述的液压变桨控制装置，其特征在于，补偿值确定子模块利用下式获得所述前馈控制量：
其中，UV表示所述前馈控制量，Ap表示活塞在运动方向上的有效作用面积，Ps表示液压缸的供油压力值，Pt表示液压缸的回油压力值，PL表示负载压力值，Kq表示流量增益，uv表示阀门开度，sign()表示符号函数，根据阀门开度的正负方向取正负，x.ref表示根据所述活塞位移的给定值得到的期望活塞速率。
11.根据权利要求9所述的液压变桨控制装置，其特征在于，所述控制值确定模块包括：
增益调节子模块，用于根据活塞位移的控制误差，确定比例增益的调节值；
误差控制值确定子模块，用于基于所确定的比例增益的调节值，对所述活塞位移的控制误差进行比例积分处理，获得活塞位移的误差控制值；
加法子模块，用于计算所述活塞位移的误差控制值与所述前馈控制量的和值，将所述和值作为活塞位移的控制值。
12.根据权利要求11所述的液压变桨控制装置，其特征在于，所述误差控制值确定子模块包括：
比例积分控制单元，用于对活塞位移的控制误差进行比例积分处理，获得比例积分输出值；
乘法单元，用于计算所述比例积分输出值与所述比例增益的调节值的乘积，将所述乘积作为活塞位移的误差控制值。
13.根据权利要求11所述的液压变桨控制装置，其特征在于，所述控制值确定模块还包括：线性化处理子模块，用于对所确定的活塞位移的控制值进行线性化处理，以基于线性化处理后的活塞位移的控制值来控制被控对象动作。
14.根据权利要求9所述的液压变桨控制装置，其特征在于，所述被控对象包括电磁阀，活塞位移的控制值包括电磁阀的开度。
15.根据权利要求9所述的液压变桨控制装置，其特征在于，所述被控对象包括液压泵，所述活塞位移的控制值包括液压泵的流量控制参数。
16.根据权利要求15所述的液压变桨控制装置，其特征在于，所述液压泵包括定量液压泵，液压泵的流量控制参数包括定量液压泵的转速，
或者，所述液压泵包括变量液压泵，液压泵的流量控制参数包括变量液压泵的排量。
17.一种控制器，其特征在于，包括：
处理器；
输入\输出接口；
存储器，用于存储计算机程序，所述计算机程序在被所述处理器执行时实现如权利要求1至8中任意一项所述的风力发电机组的液压变桨控制方法。
18.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，当所述计算机程序在被处理器执行时实现如权利要求1至8中任意一项所述的风力发电机组的液压变桨控制方法。
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