[发明专利]风力发电机额定风速以上鲁棒变桨控制器设计方法

摘要

本发明介绍了一种风力发电机额定风速以上鲁棒变桨控制器设计方法及控制方法。该变桨控制器设计方法首先建立叶片载荷模型，进行矢量变换以实现解耦，并在调度参数凸集的顶点集对解耦模型进行线性化；其次将模型转换为一个LPV系统，并利用H∞理论将模型标准化为包含性能指标的标准化增广控制对象，使用线性矩阵不等式方法分别设计调度参数凸集的顶点集上的控制器，并利用增益调度原理得到全局变桨控制器，最后利用矢量变换的反变换得到实际的控制信号。

主权项

一种风力发电机额定风速以上鲁棒变桨控制器设计方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)建立叶片的机械载荷动力学模型，该动力学模型包括描述模型内部关系的状态方程与描述外部关系的输出方程；(2)对叶片的机械载荷动力学模型进行叶片坐标系B1 B2 B3到塔架坐标系BO BS BC的矢量变换，得到非线性的统一变桨和独立变桨解耦模型，所述叶片坐标系B1 B2 B3的B1、B2、B3方向定义为：叶片1、2、3的中心轴的法向，其两两相差120度，B1 B2 B3坐标系下的分量分别以下标”1”、”2”、”3”表示；叶片坐标系B1 B2 B3的x方向定义为：沿机舱中心轴线并指向机舱尾部的方向；所述塔架坐标系BO BS BC的方向定义为：x方向：与叶片坐标系B1 B2 B3中的x方向定义相同；BO方向：为了使得变换矩阵S1可逆而引入的一个虚拟方向，其实质为标量；BC方向：定义为沿塔架轴线并指向塔顶的方向；BS方向：定义为垂直于X与BC组成平面，X BS BC的正方向满足右手螺旋法则；BO BS BC坐标系下的分量分别以下标”o”、”s”、”c”表示；(3)根据风力机的特性选取由风速v以及节距角β为顶点的调度参数凸集Θ＝{v，β}，并在调度参数凸集的顶点集对非线性的统一变桨和独立变桨解耦模型进行线性化，得到统一变桨控制模型与独立变桨线性化解耦模型；(4)标准化控制对象为关于调度参数的统一变桨控制模型与独立变桨线性化解耦模型，并将其化为线性参数变化LPV系统；设定控制性能指标，确定控制输出量，得到用于风力发电机额定风速以上变桨控制器设计的标准化增广控制对象；(5)利用线性矩阵不等式LMIs方法分别设计调度参数凸集Θ＝{v，β}的各个顶点的独立变桨与统一变桨输出反馈线性控制器；(6)利用增益调度器将各个调度参数凸集Θ＝{v，β}顶点的线性控制器联接起 来，形成整个调度参数凸集Θ＝{v，β}内的全局非线性控制器，即风力发电机额定风速以上变桨控制器，其输出量为每组调度参数对应的变桨控制信号；(7)对以上变桨控制信号进行塔架坐标系BO BS BC到叶片坐标系B1 B2 B3的矢量变换，即矢量变换的逆变换，得到实际的桨距角控制量。