專利名稱：一種風(fēng)力機(jī)漿葉位置確定系統(tǒng)及變槳距控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于風(fēng)力機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種風(fēng)力機(jī)漿葉位置確定系統(tǒng)及變槳距控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
風(fēng)能作為一種可再生能源，其越來越受到各國的高度重視。變槳距控制系統(tǒng)作為大型風(fēng)力機(jī)的核心部件之一，對風(fēng)力機(jī)得安全穩(wěn)定運行起著至關(guān)重要的作用。變槳距技術(shù)是指借助控制和動力技術(shù)，改變安裝在大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)輪轂上的葉片的槳距角大小，從而改變?nèi)~片的氣動特性，使槳葉和整機(jī)的受力狀況得到改善。現(xiàn)有技術(shù)提供的變槳距控制系統(tǒng)中，槳葉側(cè)使用絕對值編碼器作為冗余編碼器， 而由于冗余編碼器安裝精度較低，不能參加電機(jī)位置的控制，為此，需在電機(jī)側(cè)采用絕對值編碼器來確定電機(jī)的角度，進(jìn)而對電機(jī)進(jìn)行位置控制。由于在槳葉側(cè)和電機(jī)側(cè)均采用了絕對值編碼器，使得系統(tǒng)的成本高，不利于大范圍推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實施例的目的在于提供一種風(fēng)力機(jī)漿葉位置確定系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)提供的變槳距控制系統(tǒng)由于在槳葉側(cè)和電機(jī)側(cè)均采用了絕對值編碼器，使得系統(tǒng)的成本高， 不利于大范圍推廣應(yīng)用的問題。本發(fā)明實施例是這樣實現(xiàn)的，一種風(fēng)力機(jī)漿葉位置確定系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括旋變編碼器，用于輸出表征電機(jī)旋轉(zhuǎn)圈數(shù)的Z相脈沖信號；冗余編碼器，用于輸出表征所述電機(jī)在一圈內(nèi)旋轉(zhuǎn)角度的測量值；以及控制單元，用于實時讀取所述冗余編碼器輸出的測量值和所述旋變編碼器輸出的 Z相脈沖信號，判斷所述測量值的公差帶是否包含Z相脈沖信號，并根據(jù)判斷結(jié)果驅(qū)動所述電機(jī)轉(zhuǎn)動，并在讀取到所述旋變編碼器輸出的Z相脈沖信號時，查找預(yù)存的Z相脈沖信號與槳葉的旋轉(zhuǎn)角度的對應(yīng)關(guān)系表，以確定槳葉的旋轉(zhuǎn)角度。上述系統(tǒng)中，所述控制單元還可以用于預(yù)存所述Z相脈沖信號與槳葉的旋轉(zhuǎn)角度的對應(yīng)關(guān)系表，所述控制單元預(yù)存所述Z相脈沖信號與槳葉的旋轉(zhuǎn)角度的對應(yīng)關(guān)系表的步驟包括所述控制單元在初始化風(fēng)力機(jī)時驅(qū)動所述電機(jī)帶動所述槳葉反向旋轉(zhuǎn)到物理0° 位置，同時設(shè)定所述電機(jī)角度為0°，所述冗余編碼器為0° ；所述控制單元驅(qū)動所述電機(jī)帶動所述槳葉向負(fù)向旋轉(zhuǎn)，并當(dāng)接收到所述旋變編碼器輸出的Z相脈沖信號時，根據(jù)預(yù)存的減速比計算所述槳葉的旋轉(zhuǎn)角度，建立并存儲所述Z 相脈沖信號與槳葉的旋轉(zhuǎn)角度的對應(yīng)關(guān)系表。進(jìn)一步地，所述控制單元根據(jù)預(yù)存的減速比計算所述槳葉的旋轉(zhuǎn)角度，建立并存儲所述Z相脈沖信號與槳葉的旋轉(zhuǎn)角度的對應(yīng)關(guān)系表的步驟具體可以為所述控制單元計算360°與所述減速比的比值，即為所述電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周所對應(yīng)的所述槳葉的旋轉(zhuǎn)角度，從而得出所述Z相脈沖信號與槳葉的旋轉(zhuǎn)角度的對應(yīng)關(guān)系表。上述系統(tǒng)中，所述控制單元可以包括存儲模塊，用于預(yù)存所述Z相脈沖信號與槳葉的旋轉(zhuǎn)角度的對應(yīng)關(guān)系表；信號讀取模塊，用于讀取所述旋變編碼器輸出的Z相脈沖信號以及所述冗余編碼器輸出的測量值；判斷模塊，用于判斷讀取的所述測量值的公差帶是否包含Z相脈沖信號；驅(qū)動信號發(fā)生模塊，用于根據(jù)所述判斷模塊的判斷結(jié)果驅(qū)動所述電機(jī)轉(zhuǎn)動，并當(dāng)所述信號讀取模塊讀取到下一 Z相脈沖信后后停止驅(qū)動所述電機(jī)轉(zhuǎn)動；查表模塊，用于當(dāng)所述信號讀取模塊讀取到下一 Z相脈沖信后，查找所述存儲模塊預(yù)存的所述Z相脈沖信號與槳葉的旋轉(zhuǎn)角度的對應(yīng)關(guān)系表，以確定所述槳葉的旋轉(zhuǎn)角度。進(jìn)一步地，當(dāng)所述判斷模塊判斷讀取的所述測量值的公差帶不包含Z相脈沖信號時，所述驅(qū)動信號發(fā)生模塊向所述槳葉0°方向驅(qū)動所述電機(jī)轉(zhuǎn)動，并在所述信號讀取模塊讀取到下一 Z相脈沖信后后停止驅(qū)動所述電機(jī)轉(zhuǎn)動；所述查表模塊查找所述存儲模塊預(yù)存的所述Z相脈沖信號與槳葉的旋轉(zhuǎn)角度的對應(yīng)關(guān)系表，即可確定所述槳葉的旋轉(zhuǎn)角度。反之，當(dāng)所述判斷模塊判斷讀取的所述測量值的公差帶包含Z相脈沖信號時，所述驅(qū)動信號發(fā)生模塊驅(qū)動所述電機(jī)轉(zhuǎn)到必要位置后，再當(dāng)所述信號讀取模塊讀取到下一 Z 相脈沖信后后停止驅(qū)動所述電機(jī)轉(zhuǎn)動；所述查表模塊查找所述存儲模塊預(yù)存的所述Z相脈沖信號與槳葉的旋轉(zhuǎn)角度的對應(yīng)關(guān)系表，確定所述槳葉的旋轉(zhuǎn)角度。上述系統(tǒng)中，所述必要位置為所述電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周所對應(yīng)的所述槳葉的旋轉(zhuǎn)角度的一半與轉(zhuǎn)動圈數(shù)的和。上述系統(tǒng)中，冗余編碼器可以是絕對值編碼器。本發(fā)明還提供了一種變槳距控制系統(tǒng)，所述變槳距控制系統(tǒng)包括一如上所述的變槳距控制系統(tǒng)。本發(fā)明提供的風(fēng)力機(jī)漿葉位置確定系統(tǒng)利用旋變編碼器替代現(xiàn)有的絕對值編碼器，降低了系統(tǒng)的成本，且發(fā)揮了旋變編碼器壽命長、抗干擾、抗震動性強(qiáng)等優(yōu)點，便于大范圍推廣及應(yīng)用。


以下通過附圖及具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。圖1是本發(fā)明提供的風(fēng)力機(jī)漿葉位置確定系統(tǒng)的原理圖；圖2是圖1中控制單元的結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。圖1是本發(fā)明提供的風(fēng)力機(jī)漿葉位置確定系統(tǒng)的原理。一般地，變槳距控制系統(tǒng)中，每一槳葉分別采用一帶位移傳感器的電機(jī)進(jìn)行單獨調(diào)節(jié)，電機(jī)通過主動齒輪與槳葉輪轂內(nèi)齒輪相連，進(jìn)而帶動槳葉進(jìn)行轉(zhuǎn)動，在槳葉輪轂內(nèi)齒輪上，安裝有一非接觸傳感器作為冗余控制參考值。現(xiàn)有技術(shù)中，位移傳感器和非接觸傳感器均為絕對值編碼器，成本高，為解決此問題，本發(fā)明提供的風(fēng)力機(jī)漿葉位置確定系統(tǒng)包括旋變編碼器11，用于輸出表征電機(jī)旋轉(zhuǎn)圈數(shù)的Z相脈沖信號；冗余編碼器12，用于輸出表征電機(jī)在一圈內(nèi)旋轉(zhuǎn)角度的測量值；以及控制單元13，用于實時讀取冗余編碼器12輸出的測量值和旋變編碼器11輸出的Z相脈沖信號，判斷該測量值的公差帶是否包含Z相脈沖信號，并根據(jù)判斷結(jié)果驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動，并在讀取到旋變編碼器11輸出的Z相脈沖信號時，查找預(yù)存的Z相脈沖信號與槳葉的旋轉(zhuǎn)角度的對應(yīng)關(guān)系表，以確定槳葉的旋轉(zhuǎn)角度。本發(fā)明提供的風(fēng)力機(jī)漿葉位置確定系統(tǒng)利用旋變編碼器替代現(xiàn)有的絕對值編碼器，降低了系統(tǒng)的成本，且發(fā)揮了旋變編碼器壽命長、抗干擾、抗震動性強(qiáng)等優(yōu)點，便于大范圍推廣及應(yīng)用，其中的冗余編碼器12優(yōu)選為絕對值編碼器。本發(fā)明中，控制單元13還可以用于預(yù)存Z相脈沖信號與槳葉的旋轉(zhuǎn)角度的對應(yīng)關(guān)系表，具體地，控制單元13預(yù)存Z相脈沖信號與槳葉的旋轉(zhuǎn)角度的對應(yīng)關(guān)系表的步驟包括 控制單元13在初始化風(fēng)力機(jī)時驅(qū)動電機(jī)帶動槳葉反向旋轉(zhuǎn)到物理0°位置，同時設(shè)定電機(jī)角度為0°，冗余編碼器12為0° ；驅(qū)動電機(jī)帶動槳葉向負(fù)向旋轉(zhuǎn)，并當(dāng)接收到旋變編碼器 11輸出的Z相脈沖信號時，根據(jù)預(yù)存的減速比計算槳葉的旋轉(zhuǎn)角度，建立并存儲Z相脈沖信號與槳葉的旋轉(zhuǎn)角度的對應(yīng)關(guān)系表。其中，控制單元13根據(jù)預(yù)存的減速比計算槳葉的旋轉(zhuǎn)角度，建立并存儲Z相脈沖信號與槳葉的旋轉(zhuǎn)角度的對應(yīng)關(guān)系表的過程具體為控制單元13計算360°與減速比的比值，即為電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周所對應(yīng)的槳葉的旋轉(zhuǎn)角度，從而得出Z相脈沖信號與槳葉的旋轉(zhuǎn)角度的對應(yīng)關(guān)系表。圖2示出了圖1中控制單元13的結(jié)構(gòu)。控制單元13包括存儲模塊135，用于預(yù)存Z相脈沖信號與槳葉的旋轉(zhuǎn)角度的對應(yīng)關(guān)系表；信號讀取模塊131，用于讀取旋變編碼器11輸出的Z相脈沖信號以及冗余編碼器12輸出的測量值；判斷模塊132，用于判斷讀取的測量值的公差帶是否包含Z相脈沖信號；驅(qū)動信號發(fā)生模塊133，用于根據(jù)判斷模塊132的判斷結(jié)果驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動，并當(dāng)信號讀取模塊131讀取到下一 Z相脈沖信后后停止驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動；查表模塊134，用于當(dāng)信號讀取模塊131讀取到下一 Z相脈沖信后，查找存儲模塊135預(yù)存的Z相脈沖信號與槳葉的旋轉(zhuǎn)角度的對應(yīng)關(guān)系表，以確定槳葉的旋轉(zhuǎn)角度。當(dāng)判斷模塊132判斷讀取的測量值的公差帶不包含Z相脈沖信號時，驅(qū)動信號發(fā)生模塊133向槳葉0°方向驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動，并在信號讀取模塊131讀取到下一 Z相脈沖信后后停止驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動，查表模塊134查找存儲模塊135預(yù)存的Z相脈沖信號與槳葉的旋轉(zhuǎn)角度的對應(yīng)關(guān)系表，即可確定槳葉的旋轉(zhuǎn)角度。當(dāng)判斷模塊132判斷讀取的測量值的公差帶包含Z相脈沖信號時，驅(qū)動信號發(fā)生模塊133驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)到必要位置后，再當(dāng)信號讀取模塊131讀取到下一 Z相脈沖信后后停止驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動，查表模塊134查找存儲模塊135預(yù)存的Z相脈沖信號與槳葉的旋轉(zhuǎn)角度的對應(yīng)關(guān)系表，確定槳葉的旋轉(zhuǎn)角度。例如，假設(shè)系統(tǒng)上電后，冗余編碼器輸出的測量值為X，測量值χ對應(yīng)的公差帶為 y，電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周所對應(yīng)的槳葉的旋轉(zhuǎn)角度為360° /減速比=360° /1321 = 0.27°，當(dāng)當(dāng)判斷模塊132判斷讀取的測量值的公差帶包含Z相脈沖信號時，不能直接找下一 Z 相脈沖信號，存在差一圈的可能，此時，需要先驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動到必要位置，該必要位置為 n+0. 27/2，η為轉(zhuǎn)動圈數(shù)，之后再找下一 Z相脈沖信號。本發(fā)明中，為了唯一確定Z相脈沖信號，需滿足測量值的公差帶小于電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周所對應(yīng)的槳葉的旋轉(zhuǎn)角度，即槳葉角度誤差小于電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周所對應(yīng)的槳葉的旋轉(zhuǎn)角度，因此需在安裝過程中壓緊內(nèi)齒輪，以減小內(nèi)齒輪的反向間隙到要求的精度。本發(fā)明還提供了一種變槳距控制系統(tǒng)，包括一如上所述的風(fēng)力機(jī)漿葉位置確定系統(tǒng)。本發(fā)明提供的風(fēng)力機(jī)漿葉位置確定系統(tǒng)利用旋變編碼器替代現(xiàn)有的絕對值編碼器，降低了系統(tǒng)的成本，且發(fā)揮了旋變編碼器壽命長、抗干擾、抗震動性強(qiáng)等優(yōu)點，便于大范圍推廣及應(yīng)用。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)力機(jī)漿葉位置確定系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括旋變編碼器，用于輸出表征電機(jī)旋轉(zhuǎn)圈數(shù)的Z相脈沖信號；冗余編碼器，用于輸出表征所述電機(jī)在一圈內(nèi)旋轉(zhuǎn)角度的測量值；以及控制單元，用于實時讀取所述冗余編碼器輸出的測量值和所述旋變編碼器輸出的Z相脈沖信號，判斷所述測量值的公差帶是否包含Z相脈沖信號，并根據(jù)判斷結(jié)果驅(qū)動所述電機(jī)轉(zhuǎn)動，并在讀取到所述旋變編碼器輸出的Z相脈沖信號時，查找預(yù)存的Z相脈沖信號與槳葉的旋轉(zhuǎn)角度的對應(yīng)關(guān)系表，以確定槳葉的旋轉(zhuǎn)角度。
2.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)力機(jī)漿葉位置確定系統(tǒng)，其特征在于，所述控制單元還用于預(yù)存所述Z相脈沖信號與槳葉的旋轉(zhuǎn)角度的對應(yīng)關(guān)系表，所述控制單元預(yù)存所述Z相脈沖信號與槳葉的旋轉(zhuǎn)角度的對應(yīng)關(guān)系表的步驟包括所述控制單元在初始化風(fēng)力機(jī)時驅(qū)動所述電機(jī)帶動所述槳葉反向旋轉(zhuǎn)到物理0°位置，同時設(shè)定所述電機(jī)角度為0°，所述冗余編碼器為0° ；所述控制單元驅(qū)動所述電機(jī)帶動所述槳葉向負(fù)向旋轉(zhuǎn)，并當(dāng)接收到所述旋變編碼器輸出的Z相脈沖信號時，根據(jù)預(yù)存的減速比計算所述槳葉的旋轉(zhuǎn)角度，建立并存儲所述Z相脈沖信號與槳葉的旋轉(zhuǎn)角度的對應(yīng)關(guān)系表。
3.如權(quán)利要求2所述的風(fēng)力機(jī)漿葉位置確定系統(tǒng)，其特征在于，所述控制單元根據(jù)預(yù)存的減速比計算所述槳葉的旋轉(zhuǎn)角度，建立并存儲所述Z相脈沖信號與槳葉的旋轉(zhuǎn)角度的對應(yīng)關(guān)系表的步驟具體為所述控制單元計算360°與所述減速比的比值，即為所述電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周所對應(yīng)的所述槳葉的旋轉(zhuǎn)角度，從而得出所述Z相脈沖信號與槳葉的旋轉(zhuǎn)角度的對應(yīng)關(guān)系表。
4.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)力機(jī)漿葉位置確定系統(tǒng)，其特征在于，所述控制單元包括存儲模塊，用于預(yù)存所述Z相脈沖信號與槳葉的旋轉(zhuǎn)角度的對應(yīng)關(guān)系表；信號讀取模塊，用于讀取所述旋變編碼器輸出的Z相脈沖信號以及所述冗余編碼器輸出的測量值；判斷模塊，用于判斷讀取的所述測量值的公差帶是否包含Z相脈沖信號；驅(qū)動信號發(fā)生模塊，用于根據(jù)所述判斷模塊的判斷結(jié)果驅(qū)動所述電機(jī)轉(zhuǎn)動，并當(dāng)所述信號讀取模塊讀取到下一 Z相脈沖信后后停止驅(qū)動所述電機(jī)轉(zhuǎn)動；查表模塊，用于當(dāng)所述信號讀取模塊讀取到下一 Z相脈沖信后，查找所述存儲模塊預(yù)存的所述Z相脈沖信號與槳葉的旋轉(zhuǎn)角度的對應(yīng)關(guān)系表，以確定所述槳葉的旋轉(zhuǎn)角度。
5.如權(quán)利要求4所述的風(fēng)力機(jī)漿葉位置確定系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述判斷模塊判斷讀取的所述測量值的公差帶不包含Z相脈沖信號時，所述驅(qū)動信號發(fā)生模塊向所述槳葉 0°方向驅(qū)動所述電機(jī)轉(zhuǎn)動，并在所述信號讀取模塊讀取到下一 Z相脈沖信后后停止驅(qū)動所述電機(jī)轉(zhuǎn)動；所述查表模塊查找所述存儲模塊預(yù)存的所述Z相脈沖信號與槳葉的旋轉(zhuǎn)角度的對應(yīng)關(guān)系表，即可確定所述槳葉的旋轉(zhuǎn)角度。
6.如權(quán)利要求4所述的風(fēng)力機(jī)漿葉位置確定系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述判斷模塊判斷讀取的所述測量值的公差帶包含Z相脈沖信號時，所述驅(qū)動信號發(fā)生模塊驅(qū)動所述電機(jī)轉(zhuǎn)到必要位置后，再當(dāng)所述信號讀取模塊讀取到下一 Z相脈沖信后后停止驅(qū)動所述電機(jī)轉(zhuǎn)動；所述查表模塊查找所述存儲模塊預(yù)存的所述Z相脈沖信號與槳葉的旋轉(zhuǎn)角度的對應(yīng)關(guān)系表，確定所述槳葉的旋轉(zhuǎn)角度。
7.如權(quán)利要求6所述的風(fēng)力機(jī)漿葉位置確定系統(tǒng)，其特征在于，所述必要位置為所述電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周所對應(yīng)的所述槳葉的旋轉(zhuǎn)角度的一半與轉(zhuǎn)動圈數(shù)的和。
8.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)力機(jī)漿葉位置確定系統(tǒng)，其特征在于，所述冗余編碼器是絕對值編碼器。
9.一種變槳距控制系統(tǒng)，其特征在于，所述變槳距控制系統(tǒng)包括一如權(quán)利要求1至7任一項所述的變槳距控制系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種風(fēng)力機(jī)漿葉位置確定系統(tǒng)及變槳距控制系統(tǒng)。其中的風(fēng)力機(jī)漿葉位置確定系統(tǒng)包括旋變編碼器，用于輸出表征電機(jī)旋轉(zhuǎn)圈數(shù)的Z相脈沖信號；冗余編碼器，用于輸出表征電機(jī)在一圈內(nèi)旋轉(zhuǎn)角度的測量值；以及控制單元，用于實時讀取測量值和Z相脈沖信號，判斷測量值的公差帶是否包含Z相脈沖信號，并根據(jù)判斷結(jié)果驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動，并在讀取到旋變編碼器輸出的Z相脈沖信號時，查找預(yù)存的Z相脈沖信號與槳葉的旋轉(zhuǎn)角度的對應(yīng)關(guān)系表，以確定槳葉的旋轉(zhuǎn)角度。本發(fā)明提供的風(fēng)力機(jī)漿葉位置確定系統(tǒng)利用旋變編碼器替代現(xiàn)有的絕對值編碼器，降低了系統(tǒng)的成本，且發(fā)揮了旋變編碼器壽命長、抗干擾、抗震動性強(qiáng)等優(yōu)點，便于大范圍推廣及應(yīng)用。
文檔編號F03D7/00GK102251924SQ20111016509
公開日2011年11月23日 申請日期2011年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月17日
發(fā)明者吳志敢, 李光友 申請人:大連尚能科技發(fā)展有限公司