模糊滑模控制技术在风电机组中的应用研究

结合模糊控制和滑模控制的优点,在对变桨距风电机组建模基础上,设计模糊滑模控制器对变桨距系统桨距角进行控制,具有良好的动态和静态特性。     

变速变桨距风力发电机的模糊滑模变结构控制

针对现代风力发电机组的主力机型变速风力发电机组,建立了机理模型,对额定风速以上的机组变桨距控制,提出了模糊滑模变结构控制方案。该控制方案不仅可以在额定风速以上保持风力发电机组输出功率的稳定,还能有效提高系统运行的柔性。经仿真验证,模型和控制方案是合理有效的,系统具有较强的鲁棒性。     

多重滑模鲁棒励磁控制器设计

多重滑模控制对于不满足匹配条件的不确定性具有较好的抑制作用。对于电力系统鲁棒励磁控制模型,文中基于多重滑模控制思想设计了励磁控制器。为了获得快速且鲁棒性能较好的动态响应,将励磁控制分为鲁棒控制分量和快速响应分量,它们分别由多重滑模控制器和PID控制器产生。基于电力系统分析综合程序（PSASP）的小干扰稳定和暂态稳定仿真表明了此方法在电力系统励磁控制中的有效性。     

大型风力发电机组变桨距控制系统设计与仿真

随着风力发电机组单机容量的大型化,变桨距风力发电机已成为风力发电机组的主要研究和发展方向.基于变速恒频风力发电系统,对变桨距控制系统的设计方法进行研究.对风力机的结构和基本工作原理进行了探讨,并分析了风力发电机组的控制过程,分别设计了低于额定转速的PI控制器及高于额定风速的变桨距控制器,通过对控制系统的机理模型仿真,验...     

大型风电机组变速变桨距协调控制技术研究

随着风电机组单机容量增大,人们对于机组运行稳定性的关注也越来越高。变速变桨距协调控制技术被认为是变速恒频风力发电系统理想的控制方案。在欠负荷运行区域,为应对极端风况,引入变桨加速度控制器;在满负荷运行区域,引入了基于转矩和功率的混合控制算法,保证了机组的转速和功率的平滑性。利用风力发电仿真软件——GH Bladed对控制算法进行了仿真验证。将控制策略应用在某风力发电场的双馈风力发电机组上,控制效果良好。     

风电机组变桨距系统的反推滑模控制

传统的变桨距控制器在风速快速变化的情况下难以达到良好的效果,为改善系统的动态性能并实现恒功率输出,提出了基于精确反馈线性化(EFBL)的风电机组变桨距系统反推滑模控制方案。该方案首先将原非线性系统模型进行全局线性化处理,再将滑模控制和反推控制结合设计出反推滑模控制器(BSMC)。该控制器既保证了风机在高风速下具有良好的稳定性,又避免了单独使用传统反推设计方法带来的计算过程复杂的问题。仿真结果表明,通过与传统滑模控制器(SMC)进行对比,该方案有效地改善了风电机组变桨距系统的控制性能,能够很好地稳定风电机组的输出功率。     

基于最优模糊推理的风电机组变桨距二维模糊PID控制器设计

风力发电系统已成为可再生能源利用中必不可少的一部分,它具有多变量、非线性以及不确定等特点,其变桨距功率调节技术逐渐成为主流技术。PID控制技术虽然能满足一般控制要求,但控制效果不很理想。在变桨距功率控制的基础上应用模糊PID控制,其中模糊PID控制器采用二维线性规则库和标准三角型隶属度函数的结构,通过MATLAB/Simulink仿真平台,验证模糊PID控制的合理性和优越性。     

基于模糊滑模变结构的直流伺服系统控制器设计

针对直流伺服系统中参数时变性和外部扰动等造成的电机模型变化,设计了一种采用滑模变结构控制策略来控制直流伺服电机的方法,并且对系统稳定性进行了分析。为了削弱抖振,采用模糊控制方法将切换控制模糊化。对所设计的模糊滑模变结构控制系统进行仿真表明,采用模糊控制能大大削弱系统抖振,另外对具有电机参数大范围摄动的系统,滑模变结构控制系统具有较强的鲁棒性和快速性。     

大型风电机组的模糊增益调度PI控制器设计

当风速超出额定风速时,大型风电机组通常采用变桨距的控制方式,通过调整叶片桨距角,改变气流对叶片的攻角,从而改变风电机组获得的空气动力转矩,实现对额定功率的稳定追踪。结合模糊控制与PI（比例-积分）控制,分别设计了模糊PI与模糊增益调度PI 2种变桨距控制器,并在Simulink软件环境下,利用Fast软件提供的5 MW陆基风力发电机模型进行仿真实验。仿真表明,新的控制器能有效缩短调节时间,减小系统超调量,具有较好的控制效果。     

风速前馈与变论域模糊结合的变桨距控制

针对传统PID变桨距控制难以在大惯性、强耦合的风力发电机组中取得较好的控制效果,提出了一种风速前馈的变论域模糊变桨距控制方法。根据功率误差及其变化率,通过模糊推理得到输入与输出论域的伸缩因子,避免了确定伸缩因子函数模型及其参数的困难;又采用风速前馈的方式实现桨距角的动态补偿,提高了系统的响应速度。仿真结果表明:当风速超过额定风速时,所提方法能使风力发电机组的转速更加稳定、输出功率更加平稳。     

基于CAN总线通讯的变桨距风力发电控制系统

变桨距控制器用于实现功率调节和桨角控制,介绍了液压驱动和电控驱动两种桨距控制系统的不同,然后讨论了CAN总线在风力发电机组桨距控制中应用的可行性.并介绍了一个基于CAN总线设计的液压驱动桨距控制系统的硬件设计、软件流程和功能实现.最后总结了CAN总线在该系统应用的优点.     

变桨风力发电机组控制器优化设计

风速的随机性和风电机组控制系统的非线性导致难以获取风电机组精确的数学模型.鉴于实际的风电工程通常采用简单的比例-积分-微分(proportional integral differential,PID)控制器或比例-积分(proportional integral,PI)控制器达到输出恒定功率的控制目标,不涉及复杂的智能控制算法,在风速高于额定风速时,提出了一种基于加性分解原理的方法来规范风力发电机组变桨控制器的设计参数,将风力发电机组变桨控制问题分解为2个简单的子问题,即线性时不变主系统的追踪问题和辅系统的镇定问题.基于该原理,设计出了简单的PI控制器,并在此基础上进行了控制器优化设计,而且通过理论推导给出了该控制器的稳定性证明,最后通过仿真验证优化后的控制器能够大大增加输出功率的平稳性.这将为今后设计风力发电机组变桨控制器设计提供一定的准则.     

Field-programmable Gate Array Based Fuzzy Sliding-mode Controller for a Permanent Magnet Synchronous Motor Drive

Abstract—In this article, a field-programmable gate array based fuzzy sliding-mode controller is proposed to control a permanent magnet synchronous motor drive. First, the dynamics of a permanent magnet synchronous motor is derived, and the vector control scheme is introduced in the current loop. Next, to improve the performance of the permanent magnet synchronous motor drive, a fuzzy sliding-mode controller with an integral-operation switching surface is proposed and applied to the speed loop, in which a fuzzy inference mechanism is adopted to generate the reaching control signal. Further, an integrated hardware design method is developed to implement the field-oriented vector current controller and the proposed fuzzy sliding-mode speed controller on a single field programmable gate array chip. Finally, a prototyping platform based on an Altera field-programmable gate array is established to evaluate the ability of the proposed fully integrated solution in terms of control quality and time/area performances. The preferable performance of the proposed field-programmable gate array-based fuzzy sliding-mode control approach for permanent magnet synchronous motor drive is verified by the experimental results compared with the conventional proportional-integral control and sliding mode control schemes.     

变桨距风力发电机特殊运行状态的仿真实验

关注国内研究较少的风力发电机的特殊状态，基于FAST平台选择了特定的变桨距风力发电机模型，对于风力发电机的启动、关机和故障过程3大类中的7个特殊状态进行了仿真实验。将所得结果在MATLAB中绘图，得到了风力发电机风轮转速和发电机电磁功率在各个特殊状态下随时间变化的曲线，并对各个过程进行了简要的分析。     

基于鲸鱼优化算法的风力发电机组变桨模糊控制策略

由于风的变化性、随机性等因素,风电机组的输出功率处于不稳定的状态。当风速超过额定风速时,通过精确地调节桨距角,保证风电机组输出功率的稳定性。针对该问题,基于Matlab/Simulink仿真软件,搭建出风电机组变桨控制模型,设计了基于鲸鱼算法优化的模糊PID控制器。然而,模糊控制参数繁多,仅靠专家经验进行整定比较困难。因此,通过鲸鱼算法对模糊参数进行在线最优整定,很好地解决了风电机组的大滞后和非线性问题。通过对比分析PID控制器和模糊PID控制器的性能,仿真结果表明后者可以使功率快速趋于额定值,提高了系统的动态响应,并且可以精确调整桨距角。此外,模糊PID控制器最大限度减轻了变桨机构的疲劳,增加了风机的寿命。     

模糊前馈与模糊PID结合的风力发电机组变桨距控制

大型变桨距风电机组在额定风速以上通常采用PID控制器调节机组桨距角以达到功率恒定的目的,但由于从额定风速到切出风速之间的风速变化范围很大,一组固定的PID参数难以在不同风速下均有好的控制效果。该文在分析PID变桨距控制器缺点的基础上,提出模糊前馈与模糊PID结合的新型变桨距控制方法。模糊PID控制器能够保证在不同风速下均有较好的控制结果,而模糊前馈控制器则能够根据风电机组的桨叶气动特性,在额定风速以上的不同风速段,根据风速给出不同的适当的前馈桨距角,实现动态前馈补偿,提高控制系统的响应速度。对一个300kW的变桨距风电机组的仿真表明,该方法在额定风速以上的不同风速段都能够有效地减小系统的超调量,缩短调节时间,具有较为满意的控制效果。     

基于功率变化和模糊控制的风力发电机组变速变桨距控制

由于风速测量的不准确性以及很难获得风力发电系统的精确模型,故采用传统的PID控制器难以在风速快速变化的情况下实现良好的控制效果.文中提出将风力发电机组输出功率变化情况作为变桨距执行机构工作的判断依据和控制策略,并根据该策略,进一步提出了基于模糊控制的变速变桨运行控制方法.通过构建仿真模型,按照基于功率变化判断的控制策略分别对变速变桨与工程上常规的匀速变桨进行了仿真比较研究.仿真结果表明,所提出的不依赖于风速测量和精确系统数学模型的控制策略,可以很好地稳定风电机组输出功率,且相对于匀速变桨控制,变速变桨控制方法一方面更好地将机组输出功牢稳定在额定值,另一方面可以减轻变桨距执行机构的疲劳度,减少部件间的磨损,这对于延长变桨执行机构的工作寿命、降低其故障发生率以及维持整个风电机组安全稳定运行具有重要意义.     

面向目标的水轮发电机组智能模糊控制

本文提出将一种新型的控制策略──面向目标的智能模糊控制，用于水轮机调节领域。它以受控系统的动、静态性能最优为目标，以人工智能和模糊控制为基础，对现有水轮机调速器的控制器和液压伺服机构从系统结构、工作原理几方面进行了全面的改造。仿真结果表明该控制策略具有良好的性能。