分析模糊自适应pid液压变桨距控制

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1、机械设计与制造第2期204Machineq~Design&Manufacture2010年2月文章编号：1001—3997(2010)02—0204—02模糊自适应PID液压变桨距控制周基祥张君君陈俊强刘轩(江苏大学机械工程学院，镇江212013)Fuzzyself-adaptivePIDcontrolinhydraulicvariable-pitchsystemZHOUJi—xiang，ZHANGJun-jun，CHENJun—qiang，LIUXuan(SchoolofMechanicalEngineering，JiangsuUniversity，Zhe~iang2120

2、13，China)中图分类号：TH16，TP273文献标识码：A1引言电机的功率信号控制叶片桨距角，其工作原理为：发电机的输出功率反馈值与额定功率进行比较，进而调节叶片桨距角使其输出随着空气动力学、新材料、电力电子和计算机控制技术的发功率维持在额定功率上，当输出功率发生变化时，控制器输出的展，风力发电技术迅速发展，风力发电机组由最初的定桨距发展桨距角指令信号经D／A转换后变成电压信号控制比例阀(或电液到变桨距型『1_。由于风速的随机性、塔影、风切变、偏航回转等引起伺服阀)，驱动液压缸活塞，推动变桨距机构，使叶片桨距角相应负载的扰动，液压驱动大质量叶轮负载的惯性环节，使得变桨距

3、变化。液压缸活塞的位移反馈信号由位移传感器测量，经转换后控制系统有参数非线性、参数时变性、外界负载干扰大、滞后性等输入控制器，控制器根据指令值与反馈值之间的差值，按照设计技术特点，导致了变桨距控制的困难日。大量的理论研究和工程实的控制算法完成桨距角的闭环控制。践证明，常规PID控制对非线性、时变性系统都没有良好的控制效果，而将模糊控制和PID控制器两者结合起来，既具有模糊控3模糊自适应PID制灵活、鲁棒性好自适应性强的优点，又具有PID控制精度高、结3．1常规PlD常规PID控制一般是基于线性理论设计，只能在一个特征运构简单、工作稳定等优点日。根据变桨距机组的控制策略及液压变

4、桨距控制原理设计了行点或有限的范围内得到较好的控制，需要准确的数学模型。常规数字式PID可以用如下函数表示：液压变桨距试验系统，在所设计试验平台上进行控制仿真试验，完成了对桨距角的控制。“()=e()e)+Kde()(1)2变桨距控制策略及原理J=0式中：e()～系统误差()一系统误差变化率；～比例系数；变桨距控制技术简单来说就是通过调节桨叶的节距角，来改K一积分系数；K厂微分系数。变气流对桨叶的攻角，进而控制风轮捕获的气动转矩和气动功率。3．2模糊自适应PID控制器设计其控制策略为：低于额定风速时，风力机按优化叶片桨距角定桨距模糊自适应PID控制器是在常规PID控制器的基础

5、上，以误运行，由发电机控制系统调节发电机转速，调节风力机叶尖速比，来差E和误差变化率EC作为输入，利用模糊控制规则对PID参数跟踪最佳功率曲线，以捕获最大风能；高于额定风速时，采用变桨距、K和进行在线自整定，以满足不同的E和肌对控制器参技术调节叶片桨距角来改变风能系数，使得发电机的输出功率保持数的不同要求，而使被控对象具有良好的动、静态性能。在额定功率上，既保持功率的恒定输出，又防止发电机过载损坏。因风力发电机的变桨距模糊自适应PID控制，如图1所示。给此，高于额定风速时的变桨距控制成为风力发电系统的关键。定值与实际响应的测量值进行比较，得到误差e和误差变化率ec，在风速达到

6、或高于额定风速时，液压变桨距控制系统根据发由模糊控制器在线对PID参数进行调整，以满足不同时刻e和★来稿日期：2009—04—11第2期周基祥等：模糊自适应PID液压变桨距控制205CC对PID参数的要求，从而使风力机的桨距角变化得到最佳调整。GA一150型高精度位移传感器。PCI2006是一款基于PCI总线的数据采集卡，它具有32路14位的A／D模拟输入通道和两路12位的D／A模拟输出通道，并提供了基于labView的驱动软件接口模块，与LabView软件平台完全兼容。AK_4型压力传感器，压力测量范围：(0--20)MPa，线性度小于0．40％，额定信号输出为(o-5)V

7、。GA一150型高精度位移传感图1变桨距模糊自适应PID控制原理器的测量范围是(+150)mm，额定输出的电压信号为(±5)v，线性度首先定义输入变量e，ec和输出变量勋，Ki，Kd在模糊集上小于0．30％。QDY型电液伺服阀将小功率的电信号转换为大功率的论域，将其分为7个等级：e，ec=卜6，一4，一2，0，2，4，6}；Kp=卜9，一的液压输出，具有控制精度高，响应速度快，灵敏度高，零漂小，频6，一3，0，3，6，9}；={一0．3，一0．2，一0．1，0，0．1，0．2，0．3}；Kd={-3，一