[发明专利]一种基于漂浮式风机的容错自适应PID控制方法

说明书

本发明公开了一种基于漂浮式风机的容错自适应PID控制方法，其包括对风机桨叶机械结构进行分析，建立了描述桨距角调整动态过程的动力学方程；建立变桨系统非线性模型后，引入系统执行器故障；基于桨距角跟踪，引入速率函数，获得转换误差，从而设计控制器；用设计的控制器控制风力发电机变桨系统。本发明采用PID控制器方法，通过建立包含扰动与系统不确定性的变桨系统模型，引入速率函数，所设计的控制器增益自动自适应更新，可以有效地处理未知的执行器故障、建模不确定性和外部干扰，而不需要进行故障检测和隔离过程，消除执行器故障的影响，能保证在各种工况下降低风机载荷，维持风机功率稳定。

技术领域

本发明涉及漂浮式风机发电技术领域，特别涉及一种漂浮式风机的容错控制方法。

背景技术

在实际工程中，大型海上风力发电机在恶劣环境中运行，会遇到高度变化的随机载荷，子系统故障的发生是不可避免的，虽然现有技术有了一些漂浮式风机容错控制的方法，但是还是存在以下三个问题，第一个问题是容错控制方案在控制结构和控制参数的设计上不够简单，传统容错控制方法需要基于故障检测补偿，严重依赖准确的故障信息，实际工程中存在较大误差；第二个问题是在增益参数确定的过程中，传统PID控制方法实现起来困难；第三个问题是漂浮式风机模型是时变非线性的，传统控制方法无法实现时变参数自适应，导致实际跟踪效果没有达到预期。

因此，迫切需要新的漂浮式风机容错控制方法来实现漂浮式风机功率的稳定，消除风机故障的影响。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于漂浮式风机的容错自适应PID控制方法，以实现消除执行器故障的影响，解决现有漂浮式风机容错控制方法存在的问题。

本发明基于漂浮式风机的容错自适应PID控制方法，其包括以下步骤：

1)对风机桨叶机械结构进行分析，建立描述桨距角调整动态过程的基本微分方程：

式中，J_Li为空气质量的惯性矩；J_BLi表示与加速空气引起的质量惯性相等的值；k_DBi表示阻尼系数；k_RLi表示轴承的摩擦系数；β_i表示第i个叶片的桨距角，M_DRi表示第i个叶片变桨执行器的定位驱动扭矩，i＝1,2,3；表示每个转子叶片的角速度,M_BLi表示叶片沿纵轴定位时的负载扭矩，M_BLi包括螺旋桨力矩、气动部件以及由于叶片偏转和转子摇摆而产生的力矩；M_BLi的具体形式如下：

M_BLi＝M_Pi+M_Lifi+M_Ti+M_bendi+M_TRi+φ_i(β₁,β₂,β₃) (2)

式中M_Pi是螺旋桨力矩；M_Lifi是由于叶片上的升力而产生的力矩；M_Ti是由于气流方向上的气动扭矩而产生的扭转力矩；M_bendi是叶片的弯矩；M_TRi是转向力矩；φ_i(β₁,β₂,β₃)描述的是由于气动干扰对转子叶片产生的不平衡载荷；

变桨系统模型进一步表示为：

/

上式中：是β的一阶导数，/是β的二阶导数，这里的

和

d_i＝M_BLi