CN113757042A - 一种变桨控制系统速度控制方法 - Google Patents

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肖杨亮
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Abstract

本发明涉及风力发电领域，公开了一种变桨控制系统速度控制方法，根据桨叶的目标位置计算桨叶的给定速度，使得桨叶的实际位置离目标位置较远时变桨速度较快，实际位置离目标位置较近时变桨速度较慢。本发明当实际位置离目标位置较远时，本控制方法使得变桨控制系统能快速响应进而进行很好的跟随，当实际位置离目标位置较近时，本控制方法使得变桨控制系统能平滑的减速进而保持很好的位置控制精度，避免超调，当目标位置受到短暂干扰，出现较大偏差时，本控制方法通过调节给定位置和给定速度使得变桨控制系统具备良好的抗干扰性和鲁棒性。

Description

一种变桨控制系统速度控制方法
技术领域
本发明涉及风力发电领域，特别是涉及一种变桨控制系统速度控制方法。
背景技术
伴随着全球煤矿、石油等有限资源的不断减少，火力发电受到各国的抵制，而水力发电的局限日益变大，故风能、核能、太阳能、潮汐能等新能源将进一步加大应用。火力发电不仅是对地球资源的消耗，同时也会造成空气的污染以及全球气温的升高，而风力发电具有无污染、可再生的特点，受到了广泛的关注。风力发电机组具有清洁高效的优点，广泛应用于发电领域。变桨控制系统在工作时，会存在频繁快速启停或正反转对机械结构的冲击、响应不及时等问题，因此，需要对变桨控制速度用合适的方式进行控制，避免变桨控制超调，让变桨控制系统具备较好的跟随性，并保持较好的鲁棒性。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提供一种变桨控制系统速度控制方法，可以使变桨控制系统保持良好的速度和位置控制精度，避免变桨控制超调。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：
一种变桨控制系统速度控制方法，根据桨叶的目标位置计算桨叶的给定速度，使得桨叶的实际位置离目标位置较远时变桨速度较快，实际位置离目标位置较近时变桨速度较慢，当目标位置受到短暂干扰，出现偏差时，本控制方法可以降低甚至避免干扰数据对系统控制的影响。具体的，根据桨叶的目标位置计算桨叶的给定位置，同时通过周期性的循环执行使给定位置，降低干扰数据带来的影响，并逐渐接近目标位置，并且通过给定位置与桨叶的实际位置计算给定速度，使得实际位置离目标位置较远时变桨速度较快，实际位置离目标位置较近时变桨速度较慢。
作为优化，根据桨叶的目标位置计算桨叶的给定速度的每一周期的具体流程步骤包括：
S1、根据目标位置计算本周期的给定位置的位置给定值X；
S2、根据目标位置与上一周期的给定位置的差距计算第一目标速度Y1；
S3、根据本周期的给定位置和桨叶的实际位置的差距计算第二目标速度Y2；
S4、根据第一目标速度Y1和第二目标速度Y2得到目标速度Yo；
S5、根据目标速度Yo计算给定速度的速度给定值Y。
作为优化，S1中，位置给定值X的计算公式为：
Figure BDA0003280202400000021
X:位置给定值；
X’:上一周期的位置给定值，若本周期为第一周期，则X’＝0；
P:位置控制系数(可根据系统实际惯量进行匹配，推荐值为2～9之间的常数)；
Xo:目标位置。
作为优化，S2中，第一目标速度Y1的计算公式为：
Y1＝|(X0-X′)|×50……②；
且0＜Y1≤Ymax，当计算出的Y1大于Ymax时，Y1会被限制在最大速度值上，即Y1＝Ymax(主要用于加速，获取较大加速度，提升跟随迅速性)；
Ymax：速度最大值；
Xo:目标位置；
X’:上一周期的位置给定值。
作为优化，S3中，第二目标速度Y2的计算公式为：
Y2＝|(X-XS)|×P……③；
且设变桨位置控制精度误差为n，当Xs＞Xo+n或Xs＜Xo-n时，Y2＝0，当Xo-n≤XS≤Xo+n时，公式③生效。
作为优化，S4中，目标速度Yo的计算公式为：
Yo＝Y1+Y2······④；
Y1:第一目标速度；
Y2:第二目标速度。
作为优化，S5中，速度给定值Y的计算公式为：
Figure BDA0003280202400000031
Y’:上一周期速度给定值；若本周期为第一周期，则Y’＝0；
Q:速度控制系数(可根据系统实际加速度进行匹配，推荐值为2～9之间的常数)；
Yo:目标速度。
本发明的有益效果是：
当实际位置离目标位置较远时，本控制方法使得变桨控制系统能快速响应进而进行很好的跟随，当实际位置离目标位置较近时，本控制方法使得变桨控制系统能平滑的减速进而保持很好的位置控制精度，避免超调。
本控制方法可使变桨控制系统保持良好的速度和位置控制精度，既能避免变桨控制超调，又具备较好的跟随性，使变桨控制系统保持较好的鲁棒性。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
一种变桨控制系统速度控制方法，根据桨叶的目标位置计算桨叶的给定速度，使得桨叶的实际位置离目标位置较远时变桨速度较快，实际位置离目标位置较近时变桨速度较慢。具体的，根据桨叶的目标位置计算桨叶的给定位置，同时通过周期性的循环执行使给定位置逐渐接近目标位置，并且通过给定位置与桨叶的实际位置计算给定速度，使得实际位置离目标位置较远时变桨速度较快，实际位置离目标位置较近时变桨速度较慢。直接用目标位置容易超调，抗干扰性不好，所以计算一个给定位置，再通过给定位置去计算速度，达到快速平稳控制的效果。
本实施例中，根据桨叶的目标位置计算桨叶的给定速度的每一周期的具体流程步骤包括：
S1、根据目标位置计算本周期的给定位置的位置给定值X；
S2、根据目标位置与上一周期的给定位置的差距计算第一目标速度Y1；
S3、根据本周期的给定位置和桨叶的实际位置的差距计算第二目标速度Y2；
S4、根据第一目标速度Y1和第二目标速度Y2得到目标速度Yo；
S5、根据目标速度Yo计算给定速度的速度给定值Y。
目标位置、给定位置以及实际位置可以通过计算相互之间的角度来标定，单位为度。速度可以以桨叶的角速度来进行标定。
本实施例中，S1中，位置给定值X的计算公式为：
Figure BDA0003280202400000041
X:位置给定值；
X’:上一周期的位置给定值，若本周期为第一周期，则X’＝0；
P:位置控制系数(可根据系统实际惯量进行匹配，推荐值为2～9之间的常数)；
Xo:目标位置。
本实施例中，S2中，第一目标速度Y1的计算公式为：
Y1＝|(X0-X′)|×50……②；
且0＜Y1≤Ymax，当计算出的Y1大于Ymax时，Y1会被限制在最大速度值上，即Y1＝Ymax(主要用于加速，获取较大加速度，提升跟随迅速性)；
Ymax：速度最大值；
Xo:目标位置；
X’:上一周期的位置给定值。
本实施例中，S3中，第二目标速度Y2的计算公式为：
Y2＝|(X-XS)|×P……③；
且设变桨位置控制精度误差为n，当Xs＞Xo+n或Xs＜Xo-n时，Y2＝0，当Xo-n≤XS≤Xo+n时，公式③生效。
本实施例中，S4中，目标速度Yo的计算公式为：
Yo＝Y1+Y2······④；
Y1:第一目标速度；
Y2:第二目标速度。
本实施例中，S5中，速度给定值Y的计算公式为：
Figure BDA0003280202400000051
Y’:上一周期速度给定值；若本周期为第一周期，则Y’＝0；
Q:速度控制系数(可根据系统实际加速度进行匹配，推荐值为2～9之间的常数)；
Yo:目标速度。
本发明的控制方法适用于但不限于采用PLC、单片机、DSP等控制器或集成了上述控制器的驱动器的变桨控制系统。
最后应说明的是：本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等统计数的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型。

Claims (7)

1.一种变桨控制系统速度控制方法，其特征在于，根据桨叶的目标位置计算桨叶的给定速度，使得桨叶的实际位置离目标位置较远时变桨速度较快，实际位置离目标位置较近时变桨速度较慢。
2.根据权利要求1所述的一种变桨控制系统速度控制方法，其特征在于，根据桨叶的目标位置计算桨叶的给定速度的每一周期的具体流程步骤包括：
S1、根据目标位置计算本周期的给定位置的位置给定值X；
S2、根据目标位置与上一周期的给定位置的差距计算第一目标速度Y1；
S3、根据本周期的给定位置和桨叶的实际位置的差距计算第二目标速度Y2；
S4、根据第一目标速度Y1和第二目标速度Y2得到目标速度Yo；
S5、根据目标速度Yo计算给定速度的速度给定值Y。
3.根据权利要求1所述的一种变桨控制系统速度控制方法，其特征在于，S1中，位置给定值X的计算公式为：
Figure FDA0003280202390000011
X:位置给定值；
X’:上一周期的位置给定值，若本周期为第一周期，则X’＝0；
P:位置控制系数；
Xo:目标位置。
4.根据权利要求1所述的一种变桨控制系统速度控制方法，其特征在于，S2中，第一目标速度Y1的计算公式为：
Y1＝|(X0-X′)|×50……②；
且0＜Y1≤Ymax；
Ymax：速度最大值；
Xo:目标位置；
X’:上一周期的位置给定值。
5.根据权利要求1所述的一种变桨控制系统速度控制方法，其特征在于，S3中，第二目标速度Y2的计算公式为：
Y2＝|(X-XS)|×P……③；
且设变桨位置控制精度误差为n，当Xs＞Xo+n或Xs＜Xo-n时，Y2＝0，当Xo-n≤XS≤Xo+n时，公式③生效。
6.根据权利要求1所述的一种变桨控制系统速度控制方法，其特征在于，S4中，目标速度Yo的计算公式为：
Yo＝Y1+Y2……④；
Y1:第一目标速度；
Y2:第二目标速度。
7.根据权利要求1所述的一种变桨控制系统速度控制方法，其特征在于，S5中，速度给定值Y的计算公式为：
Figure FDA0003280202390000021
Y’:上一周期速度给定值；若本周期为第一周期，则Y’＝0；
Q:速度控制系数；
Yo:目标速度。
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