[发明专利]一种风力发电变桨鲁棒容错控制方法

权利要求书

1.一种新的风力发电变桨鲁棒容错控制方法，其特征在于在无故障或无扰动时，主控制器进行系统控制，在存在故障或扰动时，通过状态观测器的估计值，补偿器给与一定的控制补偿，控制系统设计分为主控制器的设计和基于状态观测器-补偿器的设计：

(1)主控制器的设计

采用了广泛使用的PID控制器为主控制器

无故障时，主控制器进行系统控制，根据给定值r(t)与实际输出值y(t)构成偏差：e(t)＝r(t)-y(t)。将偏差的比例(P)、积分(I)和微分(D)通过线性组合构成控制量，对受控对象进行控制其控制规律为：

其中u_PID(t)是调节器的输出信号；K_P比例系数；T_I积分时间；T_D微分时间，u₀控制常量；

(2)、基于状态观测器的补偿器设计

通过分析非线性系统，设计状态观测器以及补偿器的算法

风力发电风能转换系统非线性模型为：

其中

B_V(ξ)＝[0 k_r,v(ξ) 0]^T C＝[0 1 0],为参考向量，动态状态向量x＝[θ_r w_r ρ]^T,θ_r为转子扭转角，β为桨距角，w_r为转子转速，ρ为空气密度，输入控制变量u＝[β_r]，β_r为变桨控制器决定的变桨距角，J包含风机的全部转动惯量，K_t为传动链的刚度和，B_r为传动链的阻尼，τ为时间常量，T_a为电机风轮驱动转矩，为参考桨距角，v为风速，为参考风速，为参考转子转速，w(t)为未知扰动，y为转子转速的输出；

这个系统可以扩展为：

其中x₁为系统的扩展状态，x₂(t)为w(t)的扩展状态，Q(t)是x₂(t)的负导数，y₁为扩展状态的输出；

将w(t)作为状态，状态观察可以写成：

其中z₁为系统状态估计，z₂为w(t)的扰动估计，ρ₁和ρ₂是待定参数，y是系统输出

g₁(ε)和g₂(ε)被定义为如下

g₁(ε)＝ε (5)

α和δ为待定参数，sign(ε)为符号函数

则补偿器的输出为

u_cf＝-b₀^-1z₂ (7)

其中b₀为待定参数

系统控制的输出为

u＝u₁+u_cf (8)

其中

1运行如下：当无故障时，用主控制器PID控制，通过给定的风轮转速r与检测到的输出风轮转速y构成偏差，通过将偏差的比例(P)、积分(I)和微分(D)通过线性组合构成控制量u_PID，对控制系统进行控制；

当系统检测到有故障和扰动时，主控制器和无故障时一样运行，此时，状态观测器运行，对扰动和故障进行估计，得到偏差ε与状态及扰动估计z₁、z₂，补偿器通过状态观测器给的扰动估计进行扰动补偿，给出补偿控制量u_cf，最后主控器PID给的控制量u_PID与状态观测-补偿器给出的补偿量u_cf构成总的控制量u，对控制系统进行控制。