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变桨系统模糊滑模控制技术研究

高艳红  
【摘要】:随着社会的不断发展,能源和环境逐渐成为人类面临的紧迫问题。风力发电可再生无污染的特点使其成为能源技术领域研究的热点。变桨距控制技术是风力发电的关键技术之一。开展变桨距控制技术的研究具有重要的现实意义。 模糊控制最大的优点是不依赖精确数学模型,但是模糊控制规则的选取存在较大的主观性且易受参数变化的影响。而滑模变结构控制对外界摄动和参数变化具有不变性,由此可见,模糊控制和滑模变结构控制之间有互补性的存在。研究这种互补性并设计控制器是本文研究的主要内容。具体所做的工作如下: 首先,为了有效描述风力发电系统的动态行为,对变桨距风力发电机组各个部分进行了建模。模型的建立为后续模糊滑模控制器的设计提供依据。为了对比分析和比较不同控制作用对系统产生的不同控制效果,采用经典控制PID算法,对系统进行仿真研究。 其次,针对风电系统强非线性以及难以建立精确数学模型的特征,本文设计了模糊控制器。模糊控制主要从专家或经验中采集知识,不依赖对象精确数学模型。本文将设计的模糊控制器应用于变桨系统中,对系统进行仿真。仿真结果表明,模糊控制增强了控制系统的适应能力,使系统具备良好的动态特性。 然后,为了解决风电系统时变、强耦合,而且易受参数变化和外部干扰影响的特点,文中引入滑模变结构控制方法将模糊控制和滑模变结构控制相结合设计模糊滑模控制器。该控制器不仅保留了模糊控制不依赖数学模型的优点,还保持了滑模变结构控制能够降低系统阶次、简化控制系统复杂度的优点。同时,模糊控制代替滑模控制符号函数,使模糊滑模控制大大减轻了单独采取滑模控制方法所出现的抖振现象。 最后,利用MATLAB工具对风力发电系统进行仿真。通过仿真,对比、分析和比较PID控制、模糊控制、模糊滑模控制三种不同控制方法在变桨系统中的控制效果。PID控制和模糊控制对变桨系统具有一定的控制作用,但从控制效果来看,模糊滑模控制可以更好满足风力发电机组在高风速风况下功率输出稳定的要求,具有更好的动态性能。


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