变桨系统模糊滑模控制技术探究

【摘 要】随着社会经济的不断发展，能源问题已经成为如今人类面临的一个紧迫问题。在人们不断需找新的可再生资源中，风力发电具有无污染、可再生的特点，因此这种技术成为了能源技术领域中的研究重点。而变桨系统模糊滑模控制技术是整个风力发电系统中的关键技术，本文主要在变桨距风电机组建模的基础上，通过分析模糊控制与滑模控制技术的特点，对变桨系统模糊滑模控制技术进行探究。

【关键词】变桨系统 模糊控制 滑模控制

0引言

在人类不断发展与进步的过程中，虽然已经取得了很大成就，但同时也消耗了大量的自然资源，其中大部分的资源都属于不可早生能源。风能属于可再生能源的一种，同时这种能源不会对生态环境造成任何的污染与破坏，因此风能逐渐成为了人类利用的主要能源之一。据相关的调查资料表明，到2020年全球的电力需求将会达到每年25.578亿千瓦时，而全球的风能资源却达到每年53亿千瓦时[1]。从中可以了解到，风力发电技术对我国经济发展的重要性，而在风力发电系统中，变桨系统模糊滑模控制技术是其中的关键技术。因此对变桨系统模糊滑模控制技术进行探究有很重要的意义。

1变桨距风电机组建模

通常情况下，变桨距机组的建模主要可以分为风速模型、风力模型、传动模型以及发电机模型这几种类型，而要想研究变桨系统的模糊控制与滑模控制技术，就必须要先了解这几种变桨距机组模型。

1.1风速模型

通常情况下，变桨距风电机组中的风速有4种情况，分别是基本风速、随机风速、渐变风速以及阵风风速等。首先基本风速主的要参考公式是，其中的A是尺度参数、K是形状参数以及是伽马函数。其次随机风速的主要参考公式是，其中KN是表面扩张系数、F是紊流尺度因子，而u是相对高度平均风速。还有是渐变风速的主要参考公式是

其中t1g是风的开始时间，Tg是周期。通过结合各种风速情况下的风速公式，最终可以得到的风速模型是v=vb+vn+vr+vg。

1.2传动机构模型

通常传动机构的模型主要可以用来表示，其中Jr表示风轮的转动惯量、γ表示增速比、Jg表示发电机的转动惯量、Tr表示风轮的气动转矩、Td表示低速轴阻力距、Tc表示发电机的反力矩。

1.3风力机模型

风力机模型的主要可以用来表示，其中Pt表示风力机的吸收功率，Tt表示风力机的气动转矩，Cp表示风能的利用系数，ρ表示空气密度，而β表示桨距角。

2模糊控制

在变桨系统中的模糊控制技术主要包含了模糊化、知识库以及模糊推理这三个部分，因此要了解模糊控制技术，主要就是对这四个部分进行探究。

2.1模糊化。模糊控制中的模糊化主要就是将系统系统中所传来的精确量转换成模糊量，之后经过相应的处理而变成模糊控制中所对应的输入量。同时还需要将其中的尺度转换到相应的论域范围内进行模糊处理，最终将原有的精确量都转换成模糊量。

2.2知识库。知识库是整个模糊控制应用领域中的知识与控制的目标，主要是由数据库以及模糊控制规则库这两个部分所组成的。其中的数据库就是语言变量的尺度转换因子以及模糊空间分级等，而另外一个规则库则是表示模糊语言变量的控制规则。

2.3模糊推理。通常模糊推理的最终推理结果是用一个模糊集合表示，但是在实际的操作中一般都需要有一个确定的值，这样才能够去控制与驱动执行机构。因此一般都是在模糊推理的集合中取一个最佳的推理结果来表示。

3模糊滑块控制

模糊滑块控制技术是整个风力发电系统中的重要技术，通常在设计模糊滑块控制器的过程中，一般都需要采用x=Ax+B?。而当系统近日到滑动模态时，会得到x=Ax+B?eq。而通常为了保证在空间的任意位置运动点在有限的时间内都能够到达切换面，本次的探究过程采用的是趋近律加等效控制的方法来改善趋近运动动态品质。通常这种方法的总控制律可以用来表示，同时在趋近律加等效控制的基础上，本次探究还采用的极点配置方法来设计控制器，这样就能够保证滑模运动阶段的品质。

4仿真结果与分析

从本次探究的主要结果中可看出，一般风速在1m/s的情况下，模糊滑模控制的风力发电系统中，其桨距角变化幅度比较下，这样就能够让控制系统以最快的速度进入的控制位置，从而节约了大量的调节时间。而在模糊滑模控制的过程中，整个系统中的桨距角变化幅度一般都比较小，因此具有很好的动态性能，这样就能够在很大程度上减小变桨距机构与变桨电动机所造成的冲击。另外，在模糊滑模控制系统中，整个风电机组的转速输出都非常的平稳，这样能够让系统的输出功率更加的平稳，这样也就能够输出较高质量的电能。通过以上这几种图的变化情况可以得到，变桨系统中的模糊滑模控制技术不仅能够让风力发电机在各种风力情况下进行稳定输出，让桨距角的变化减小，同时还能够提高控制性能。

5结果

通过本文对变桨系统模糊滑模控制技术的探究可以了解到，模糊滑模控制技术在风电产业中有非常重要的应用价值，通过模糊滑模控制技术能够将让风力发电系统的输出功率更加的平稳，其转换效率也能够得到提高。同时随着我国能源紧缺以及环境污染问题的逐渐加剧，风能作为一种无污染、可再生的清洁能源，将这种能源利用起来对我国未来的发展有非常重要，因此加强模糊滑模控制技术的应用同样意义重大。

参考文献：

[1]王立军.变速变桨距风力发电机组的滑模变结构控制技术研究[D].上海：华东理工大学，2012（08）.

[2]耿华，杨耕.变速变桨距风电系统的功率水平控制[J].中国电机工程学报，2011（12）.