本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于時(shí)序分析的變槳距風(fēng)機(jī)多模態(tài)運(yùn)行優(yōu)化控制裝置及運(yùn)行方法。

背景技術(shù)：

變槳距風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行過程中存在著許多控制難題。這些難題產(chǎn)生的原因主要是由于被控對(duì)象具有時(shí)滯、非線性、參數(shù)攝動(dòng)、通訊受限等內(nèi)在特性。在實(shí)際的風(fēng)力發(fā)電過程中，針對(duì)上述問題的控制領(lǐng)域新理論和新方法的應(yīng)用卻不盡如人意。其原因一方面是復(fù)雜理論與方法的實(shí)施成本高且與工業(yè)控制設(shè)備的兼容性差；另一方面，針對(duì)被控對(duì)象內(nèi)在特性的研究成果往往只能解決特定工況的局部優(yōu)化控制問題，而變槳距風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中存在的多種運(yùn)行模態(tài)間的隨機(jī)轉(zhuǎn)換是急需解決的全局性控制難題。

在該變槳距風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，最為重要的子系統(tǒng)是變槳系統(tǒng)。在全工況運(yùn)行過程中，變槳系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的變化是系統(tǒng)模態(tài)切換的重要表現(xiàn)。變槳距需要調(diào)節(jié)槳距角這一風(fēng)力機(jī)運(yùn)行過程中重要參數(shù)，以克服定槳距和被動(dòng)失速調(diào)節(jié)的諸多缺點(diǎn)。

變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能隨著模態(tài)切換而變化；其模態(tài)切換往往具有較強(qiáng)的隨機(jī)性。變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)的多模態(tài)過程控制屬于系統(tǒng)層面的全局性控制問題，傳統(tǒng)控制策略由于針對(duì)的是局部對(duì)象的動(dòng)靜態(tài)性能而非系統(tǒng)模態(tài)變換的平穩(wěn)性和快速性，更側(cè)重于偏差的快速消除，而不關(guān)注控制時(shí)序的調(diào)整，因此往往難以滿足控制要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述背景技術(shù)中提到的變槳距風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的多模態(tài)運(yùn)行特性帶來的控制問題，本發(fā)明提供了一種基于時(shí)序分析的變槳距風(fēng)機(jī)多模態(tài)運(yùn)行優(yōu)化控制裝置及運(yùn)行方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種基于時(shí)序分析的變槳距風(fēng)機(jī)多模態(tài)運(yùn)行優(yōu)化控制裝置，包括：人機(jī)接口單元模塊、模態(tài)感知模塊、時(shí)序分析模塊、時(shí)序統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)記錄模塊、變槳系統(tǒng)在線辨識(shí)模塊、控制器參數(shù)優(yōu)化模塊、模糊自整定多模態(tài)PID控制系統(tǒng)模塊和控制性能計(jì)算模塊；

所述人機(jī)接口單元模塊與所述模態(tài)感知模塊、時(shí)序分析模塊和控制性能計(jì)算模塊連接；所述模態(tài)感知模塊與風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)模態(tài)控制器和時(shí)序分析模塊連接；所述時(shí)序分析模塊與變槳系統(tǒng)各組件和時(shí)序統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)記錄模塊連接；所述時(shí)序統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)記錄模塊與變槳系統(tǒng)在線辨識(shí)模塊連接；所述變槳系統(tǒng)在線辨識(shí)模塊和控制器參數(shù)優(yōu)化模塊相連接；所述控制器參數(shù)優(yōu)化模塊與模糊自整定多模態(tài)PID控制系統(tǒng)模塊連接；所述模糊自整定多模態(tài)PID控制系統(tǒng)模塊與變槳控制器連接；所述控制性能計(jì)算模塊與變槳控制器連接；所述人機(jī)接口單元模塊用于數(shù)據(jù)和圖像顯示；所述模態(tài)感知模塊用于獲取所述風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)前模態(tài)信息；所述時(shí)序分析模塊用于分析所述變槳系統(tǒng)各組件時(shí)序表現(xiàn)、獲取所述各組件在模態(tài)切換指導(dǎo)階段和響應(yīng)階段所耗時(shí)間并生成時(shí)序分析圖；所述時(shí)序統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)記錄模塊用于記錄時(shí)序分析模塊產(chǎn)生的變槳系統(tǒng)各組件時(shí)序統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，并計(jì)算出所述變槳系統(tǒng)在模態(tài)切換指導(dǎo)階段和響應(yīng)階段所耗時(shí)間；所述變槳系統(tǒng)在線辨識(shí)模塊用于獲取所述變槳系統(tǒng)在模態(tài)切換過程中的動(dòng)態(tài)特性，并推算出所述變槳系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型；所述控制器參數(shù)優(yōu)化模塊用于計(jì)算出當(dāng)前模態(tài)切換過程中所述變槳控制器最優(yōu)參數(shù)；所述模糊自整定多模態(tài)PID控制系統(tǒng)模塊用于結(jié)合當(dāng)前模態(tài)和其他模態(tài)切換過程中所述變槳控制器最優(yōu)參數(shù)，綜合生成所述變槳控制器參數(shù)；所述控制性能計(jì)算模塊用于計(jì)算所述變槳系統(tǒng)全工況運(yùn)行過程中的性能指標(biāo)；其中，所述風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)包括風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)模態(tài)控制器和變槳系統(tǒng)各組件，所述變槳系統(tǒng)各組件包括變槳控制器、液壓執(zhí)行器和聯(lián)動(dòng)裝置。

進(jìn)一步地，所述模糊自整定多模態(tài)PID控制系統(tǒng)模塊包括：模糊整定器、可變?cè)鲆鎱?shù)K₁和K₂,其中，K₁表示其他模態(tài)切換過程中所述變槳控制器最優(yōu)參數(shù)；K₂表示當(dāng)前模態(tài)切換過程中所述變槳控制器最優(yōu)參數(shù)。

一種基于時(shí)序分析的變槳距風(fēng)機(jī)多模態(tài)運(yùn)行優(yōu)化控制裝置的運(yùn)行方法，包括以下步驟：

步驟1：模態(tài)感知模塊從風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)模態(tài)控制器中獲取當(dāng)前模態(tài)信息；

步驟2：模態(tài)感知模塊將當(dāng)前模態(tài)信息傳輸至?xí)r序分析模塊和人機(jī)接口單元模塊；

步驟3：時(shí)序分析模塊獲取變槳系統(tǒng)各組件時(shí)序信號(hào)；

步驟4：時(shí)序分析模塊根據(jù)當(dāng)前模態(tài)信息和變槳系統(tǒng)各組件時(shí)序信號(hào)，分析變槳系統(tǒng)各組件時(shí)序表現(xiàn)、獲取變槳系統(tǒng)各組件在模態(tài)切換指導(dǎo)階段和響應(yīng)階段所耗時(shí)間并生成時(shí)序分析圖；

步驟5：時(shí)序分析模塊將時(shí)序分析圖傳輸至人機(jī)接口單元模塊，將變槳系統(tǒng)各組件在模態(tài)切換指導(dǎo)階段和響應(yīng)階段所耗時(shí)間傳輸至?xí)r序統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)記錄模塊；

步驟6：時(shí)序統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)記錄模塊記錄時(shí)序分析模塊產(chǎn)生的各組件時(shí)序統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，并根據(jù)變槳系統(tǒng)各組件在模態(tài)切換指導(dǎo)階段和響應(yīng)階段所耗時(shí)間計(jì)算出整個(gè)變槳系統(tǒng)在模態(tài)切換指導(dǎo)階段和響應(yīng)階段所耗時(shí)間；

步驟7：時(shí)序統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)記錄模塊將整個(gè)變槳系統(tǒng)在模態(tài)切換指導(dǎo)階段和響應(yīng)階段所耗時(shí)間傳輸至變槳系統(tǒng)在線辨識(shí)模塊；

步驟8：變槳系統(tǒng)在線辨識(shí)模塊根據(jù)整個(gè)變槳系統(tǒng)在模態(tài)切換指導(dǎo)階段和響應(yīng)階段所耗時(shí)間運(yùn)算出變槳系統(tǒng)廣義對(duì)象在模態(tài)切換過程中的動(dòng)態(tài)特性，并推算出變槳系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型；

步驟9：變槳系統(tǒng)在線辨識(shí)模塊將變槳系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型傳輸至控制器參數(shù)優(yōu)化模塊；

步驟10：控制器參數(shù)優(yōu)化模塊根據(jù)當(dāng)前所述變槳系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型計(jì)算出當(dāng)前模態(tài)切換過程中變槳控制器最優(yōu)參數(shù)；

步驟11：控制器參數(shù)優(yōu)化模塊將當(dāng)前所述變槳控制器最優(yōu)參數(shù)傳輸至模糊自整定多模態(tài)PID控制系統(tǒng)模塊；

步驟12：模糊自整定多模態(tài)PID控制系統(tǒng)模塊結(jié)合上述當(dāng)前模態(tài)和其他模態(tài)切換過程中的變槳控制器最優(yōu)參數(shù)，綜合生成變槳控制器參數(shù)；

步驟13：模糊自整定多模態(tài)PID控制系統(tǒng)模塊將變槳控制器參數(shù)傳輸至變槳控制器，更新變槳控制器參數(shù)；

步驟14：控制性能計(jì)算模塊根據(jù)變槳控制器的槳距角指令和葉片槳距角信號(hào)計(jì)算變槳系統(tǒng)全工況運(yùn)行過程中各項(xiàng)性能指標(biāo)。

進(jìn)一步地，步驟1中所述風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的所述模態(tài)為：停泊模態(tài)、啟動(dòng)模態(tài)、發(fā)電模態(tài)和制動(dòng)模態(tài)，所述風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在任意兩個(gè)模態(tài)之間切換。

進(jìn)一步地，在所述停泊模態(tài)下，所述模態(tài)控制器發(fā)出變槳制動(dòng)信號(hào)和停泊制動(dòng)信號(hào)至所述變槳控制器，所述變槳系統(tǒng)切出；在所述啟動(dòng)模態(tài)下，所述變槳制動(dòng)信號(hào)和停泊制動(dòng)信號(hào)解除，所述變槳控制器根據(jù)風(fēng)速和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算出控制量，將其作用于液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的比例閥，所述比例閥驅(qū)動(dòng)液壓缸活塞位置變化，進(jìn)而改變槳距角；在所述發(fā)電模態(tài)下，變槳控制器通過風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和風(fēng)切入角的偏差計(jì)算其輸出量，利用該輸出量驅(qū)動(dòng)所述液壓缸活塞位置變化以改變槳距角，使風(fēng)機(jī)在風(fēng)速變化過程中將其轉(zhuǎn)速維持在額定轉(zhuǎn)速附近；在所述制動(dòng)模態(tài)下，所述模態(tài)控制器發(fā)出變槳制動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)液壓執(zhí)行器通過所述聯(lián)動(dòng)裝置向風(fēng)機(jī)葉片施加驅(qū)動(dòng)力，使葉片偏轉(zhuǎn)至預(yù)期位置，并通過所述聯(lián)動(dòng)裝置的鎖定使葉片保持其槳距角為-90°。

進(jìn)一步地，步驟4中所述時(shí)序圖包括所有在基于組件的模態(tài)感知模型中出現(xiàn)、且參與模態(tài)切換過程的變槳系統(tǒng)各組件，每個(gè)組件占時(shí)序分析圖的一列；在每一列上，組件的不同行為以不同的填充色表示，并按照時(shí)間順序排列，色塊長度與所述組件行為持續(xù)長度成正比；不同組件之間的通訊信號(hào)以不同顏色的有向線段表示。

進(jìn)一步地，所述每個(gè)組件在模態(tài)切換過程中的執(zhí)行時(shí)間分為兩個(gè)階段：指導(dǎo)階段和響應(yīng)階段，在指導(dǎo)階段，所述每個(gè)組件接收并處理來自前一組件的指令；在執(zhí)行階段，所述每個(gè)組件進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)行操作并返回當(dāng)前狀態(tài)。

進(jìn)一步地，所述變槳系統(tǒng)各組件在所述模態(tài)切換指導(dǎo)階段和響應(yīng)階段的所耗時(shí)間為：

T_total＝T_top

T_i＝T_gs-i+T_rs-i

T_gs-i＝t_re+t_pr，T_rs-i＝t_pf+t_rt

其中：T_total表示模態(tài)切換過程總時(shí)間，T_top表示頂層組件的執(zhí)行時(shí)間，T_i是第i個(gè)組件的執(zhí)行時(shí)間，T_gs-i表示第i個(gè)組件的指導(dǎo)階段時(shí)間，T_rs-i表示第i個(gè)組件的執(zhí)行階段時(shí)間，t_re表示第i個(gè)組件指令接收時(shí)間，t_pr表示第i個(gè)組件的指令處理時(shí)間，t_pf表示第i個(gè)組件的運(yùn)行時(shí)間，t_rt表示第i個(gè)組件的狀態(tài)返回時(shí)間。

進(jìn)一步地，步驟8中所述變槳系統(tǒng)廣義對(duì)象是由液壓執(zhí)行器、聯(lián)動(dòng)裝置和葉片組成的；所述變槳控制器參數(shù)為所述變槳系統(tǒng)內(nèi)回路控制器參數(shù)。

進(jìn)一步地，所述性能指標(biāo)包括：各模態(tài)切換過程總時(shí)間、絕對(duì)值誤差積分指標(biāo)IAE、時(shí)間與絕對(duì)值乘積積分指標(biāo)ITAE和均方差指標(biāo)MSE；其中：

其中，t₁為開始計(jì)算性能指標(biāo)的時(shí)刻，t₂為結(jié)束計(jì)算性能指標(biāo)的時(shí)刻，t為積分時(shí)間，e(t)為誤差，w_i為加權(quán)系數(shù)，y_i為第i個(gè)參數(shù)值，為n個(gè)參數(shù)值的平均值，n為參數(shù)值總數(shù)。

本發(fā)明的有益技術(shù)效果：本發(fā)明可以有效的縮短模態(tài)切換過渡過程的時(shí)間，并使全工況運(yùn)行過程性能指標(biāo)最優(yōu)。本發(fā)明不僅能夠以系統(tǒng)化、規(guī)范化的建模和分析方法對(duì)變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行分析研究，而且能對(duì)變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)多模態(tài)全工況運(yùn)行過程進(jìn)行實(shí)時(shí)參數(shù)優(yōu)化，以達(dá)到性能指標(biāo)最優(yōu)。

附圖說明

圖1為變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為變槳距風(fēng)力發(fā)電4種運(yùn)行模態(tài)及模態(tài)間相互轉(zhuǎn)換示意圖；

圖3為基于時(shí)序分析的變槳距風(fēng)機(jī)多模態(tài)運(yùn)行優(yōu)化控制裝置系統(tǒng)示意圖；

圖4(a)-(d)為各模態(tài)切換過渡過程時(shí)序分析示意圖；

圖5為變槳系統(tǒng)串級(jí)控制結(jié)構(gòu)圖；

圖6為模糊自整定多模態(tài)PID控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；

圖7為模糊整定器輸入輸出模糊集圖；

圖8(a)-(e)為本發(fā)明優(yōu)化前后的運(yùn)行結(jié)果對(duì)比圖。

其中：圖中灰色有向線段表示模態(tài)切換信號(hào)、黑色虛線型有向線段表示控制/驅(qū)動(dòng)信號(hào)、黑色實(shí)線型有向線段表示反饋信號(hào)。填色方塊表示組件行為。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)描述。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

相反，本發(fā)明涵蓋任何由權(quán)利要求定義的在本發(fā)明的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。進(jìn)一步，為了使公眾對(duì)本發(fā)明有更好的了解，在下文對(duì)本發(fā)明的細(xì)節(jié)描述中，詳盡描述了一些特定的細(xì)節(jié)部分。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說沒有這些細(xì)節(jié)部分的描述也可以完全理解本發(fā)明。下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。

本發(fā)明從系統(tǒng)層面，將變槳距風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中包含的各類設(shè)備按區(qū)域和功能劃分為“組件”，以組件為基本元素建立模態(tài)感知模型；對(duì)模態(tài)感知模型在各個(gè)模態(tài)切換過渡過程進(jìn)行基于組件的時(shí)序分析；通過時(shí)序分析獲得變槳系統(tǒng)在各模態(tài)切換過程中的時(shí)序統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)；利用時(shí)序統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)變槳系統(tǒng)進(jìn)行在線辨識(shí)和控制器參數(shù)優(yōu)化；優(yōu)化后控制參數(shù)由模糊自整定多模態(tài)PID控制系統(tǒng)進(jìn)行綜合，實(shí)現(xiàn)全工況變槳系統(tǒng)性能最優(yōu)。

變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)包含四個(gè)子系統(tǒng)：變槳系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。變槳系統(tǒng)包括變槳控制器、液壓執(zhí)行器、聯(lián)動(dòng)裝置；機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)包括葉片、機(jī)艙、中心軸、齒輪箱；偏航系統(tǒng)包括偏航控制器、四臺(tái)伺服電機(jī)、偏航環(huán)；發(fā)電機(jī)系統(tǒng)包括發(fā)電機(jī)及跳閘裝置。四個(gè)子系統(tǒng)由模態(tài)控制器集中控制。

風(fēng)機(jī)的變槳系統(tǒng)共有四個(gè)主要功能為：風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，增大葉片槳距角，以獲得較大的啟動(dòng)力矩；風(fēng)速低于額定風(fēng)速時(shí)，為達(dá)到最大風(fēng)能利用率，對(duì)槳距角的調(diào)節(jié)一般很?。伙L(fēng)速超過額定風(fēng)速時(shí)，調(diào)節(jié)槳距角時(shí)系統(tǒng)輸出功率維持在額定功率附近；風(fēng)機(jī)制動(dòng)時(shí)，為獲得最大制動(dòng)力矩，將槳距角調(diào)整至-90°。

對(duì)于變槳距風(fēng)機(jī)，當(dāng)風(fēng)力機(jī)啟動(dòng)時(shí)，較大的正槳距角可以使風(fēng)機(jī)獲得較大的啟動(dòng)力矩；風(fēng)機(jī)剎車制動(dòng)時(shí)，-90°的槳距角可以使風(fēng)機(jī)獲得最大制動(dòng)力矩，使空轉(zhuǎn)速度最小。當(dāng)風(fēng)速小于額定風(fēng)速時(shí)，為了盡可能多的捕獲風(fēng)能，槳距角的變化一般較小，此時(shí)空氣動(dòng)力載荷較小，一般不通過變槳距調(diào)節(jié)載荷；當(dāng)風(fēng)速超過額定風(fēng)速，葉片槳距角在液壓系統(tǒng)的推動(dòng)下迅速變化，由此控制葉片升力，進(jìn)而調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到使風(fēng)機(jī)功率維持在額定功率附近的目的。

變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能隨著模態(tài)切換而變化；其模態(tài)切換往往具有較強(qiáng)的隨機(jī)性。變槳距風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，其模態(tài)切換控制策略如圖2所示。

如圖3所示，一種基于時(shí)序分析的變槳距風(fēng)機(jī)多模態(tài)運(yùn)行優(yōu)化控制裝置，包括：人機(jī)接口單元模塊、模態(tài)感知模塊、時(shí)序分析模塊、時(shí)序統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)記錄模塊、變槳系統(tǒng)在線辨識(shí)模塊、控制器參數(shù)優(yōu)化模塊、模糊自整定多模態(tài)PID控制系統(tǒng)模塊和控制性能計(jì)算模塊；

所述人機(jī)接口單元模塊與所述模態(tài)感知模塊、時(shí)序分析模塊和控制性能計(jì)算模塊連接；所述模態(tài)感知模塊與風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)模態(tài)控制器和時(shí)序分析模塊連接；所述時(shí)序分析模塊與變槳系統(tǒng)各組件和時(shí)序統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)記錄模塊連接；所述時(shí)序統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)記錄模塊與變槳系統(tǒng)在線辨識(shí)模塊連接；所述變槳系統(tǒng)在線辨識(shí)模塊和控制器參數(shù)優(yōu)化模塊相連接；所述控制器參數(shù)優(yōu)化模塊與模糊自整定多模態(tài)PID控制系統(tǒng)模塊連接；所述模糊自整定多模態(tài)PID控制系統(tǒng)模塊與變槳控制器連接；所述控制性能計(jì)算模塊與變槳控制器連接；所述人機(jī)接口單元模塊用于數(shù)據(jù)和圖像顯示；所述模態(tài)感知模塊用于獲取所述風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)前模態(tài)信息；所述時(shí)序分析模塊用于分析所述變槳系統(tǒng)各組件時(shí)序表現(xiàn)、獲取所述各組件在模態(tài)切換指導(dǎo)階段和響應(yīng)階段所耗時(shí)間并生成時(shí)序分析圖；所述時(shí)序統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)記錄模塊用于記錄時(shí)序分析模塊產(chǎn)生的變槳系統(tǒng)各組件時(shí)序統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，并計(jì)算出所述變槳系統(tǒng)在模態(tài)切換指導(dǎo)階段和響應(yīng)階段所耗時(shí)間；所述變槳系統(tǒng)在線辨識(shí)模塊用于獲取所述變槳系統(tǒng)在模態(tài)切換過程中的動(dòng)態(tài)特性，并推算出所述變槳系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型；所述控制器參數(shù)優(yōu)化模塊用于計(jì)算出當(dāng)前模態(tài)切換過程中所述變槳控制器最優(yōu)參數(shù)；所述模糊自整定多模態(tài)PID控制系統(tǒng)模塊用于結(jié)合當(dāng)前模態(tài)和其他模態(tài)切換過程中所述變槳控制器最優(yōu)參數(shù)，綜合生成所述變槳控制器參數(shù)；所述控制性能計(jì)算模塊用于計(jì)算所述變槳系統(tǒng)全工況運(yùn)行過程中的性能指標(biāo)；其中，所述風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)包括風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)模態(tài)控制器和變槳系統(tǒng)各組件，所述變槳系統(tǒng)各組件包括變槳控制器、液壓執(zhí)行器和聯(lián)動(dòng)裝置。

一種基于時(shí)序分析的變槳距風(fēng)機(jī)多模態(tài)運(yùn)行優(yōu)化控制裝置，其實(shí)施方式包括以下步驟：

(1)建立變槳距風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)與多模態(tài)運(yùn)行優(yōu)化控制裝置的硬件連接。

基于時(shí)序分析的變槳距風(fēng)機(jī)多模態(tài)運(yùn)行優(yōu)化控制裝置的運(yùn)行需依托于嵌入式工業(yè)控制系統(tǒng)，嵌入式系統(tǒng)具有較高的安全可靠性，可以長時(shí)間不間斷運(yùn)行，具有良好的可開發(fā)性，同時(shí)提供友好的用戶界面。本發(fā)明所需的嵌入式系統(tǒng)除應(yīng)包含通常的硬件配置、數(shù)據(jù)采集接口、嵌入式操作系統(tǒng)、嵌入式數(shù)據(jù)庫、完整的圖形屏幕、軟件開發(fā)工具(包括編譯器、連接器、調(diào)試器等)外還應(yīng)具有一定的內(nèi)部自檢功能(如系統(tǒng)自檢、外圍設(shè)備檢測(cè)、電源檢查、通信檢查等)。

圖3中所示模態(tài)感知模塊、時(shí)序分析模塊、時(shí)序統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)記錄模塊、變槳系統(tǒng)在線辨識(shí)模塊、控制器參數(shù)優(yōu)化模塊、模糊自整定多模態(tài)PID控制系統(tǒng)模塊和控制性能計(jì)算模塊均在工業(yè)控制計(jì)算機(jī)中編程實(shí)現(xiàn)。變槳距風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)與多模態(tài)運(yùn)行優(yōu)化控制裝置，通過無線通信網(wǎng)絡(luò)相連接。

變槳系統(tǒng)中，需要采集變槳控制器的槳距角控制指令、液壓執(zhí)行器的出力信號(hào)、聯(lián)動(dòng)裝置的位移信號(hào)和槳距角的實(shí)際值。此外還需采集風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)模態(tài)控制器的當(dāng)前模態(tài)信號(hào)。

以上信號(hào)通過RS232接口與無線數(shù)傳電臺(tái)模塊相連接；無線數(shù)傳電臺(tái)模塊相應(yīng)具有收發(fā)一體功能、傳輸距離為3-7km，需采用CRC檢驗(yàn)，且具有組網(wǎng)通信模式，便于點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信。無線數(shù)傳電臺(tái)接收模塊先通過LAN或USB與數(shù)據(jù)采集記錄儀相連接，數(shù)據(jù)采集記錄儀應(yīng)是高速多通道的，測(cè)量部分采用ΔΣ型和A/D變壓器，各通道需經(jīng)光電隔離。數(shù)據(jù)采集記錄儀的輸出信號(hào)通過OPC協(xié)議或者Vi sa協(xié)議傳輸至工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。

(2)模態(tài)感知模塊的初始化。

通過人機(jī)界面，將各預(yù)設(shè)模態(tài)信息及模態(tài)切換關(guān)系輸入模態(tài)感知模塊，形成完整的模態(tài)判斷規(guī)則。將圖2中變槳距風(fēng)機(jī)的四種模態(tài)信息及模態(tài)切換關(guān)系輸入模態(tài)信息庫單元：

模態(tài)1：停泊模態(tài)：模態(tài)控制器給出變槳制動(dòng)信號(hào)和停泊制動(dòng)信號(hào)至變槳控制器，變槳子系統(tǒng)切出系統(tǒng)，因此，變槳系統(tǒng)不工作，偏航系統(tǒng)不工作，發(fā)電機(jī)系統(tǒng)也不工作；

模態(tài)2：?jiǎn)?dòng)模態(tài)：變槳制動(dòng)信號(hào)和停泊制動(dòng)信號(hào)解除，變槳系統(tǒng)和偏航系統(tǒng)開始工作；變槳控制器根據(jù)風(fēng)速和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算出控制量，作用于液壓變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)的比例閥，比例閥驅(qū)動(dòng)液壓缸活塞位置變化，進(jìn)而改變?nèi)~片槳距角。此時(shí)槳距角被調(diào)節(jié)至較大值以獲得較大啟動(dòng)力矩，即變槳系統(tǒng)切入系統(tǒng)，調(diào)節(jié)槳距角以獲得較大啟動(dòng)力矩；偏航系統(tǒng)正常工作，快速平穩(wěn)地對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向以快速啟動(dòng)；發(fā)電機(jī)系統(tǒng)不工作。

模態(tài)3：發(fā)電模態(tài)：變槳控制器通過風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和風(fēng)切入角的偏差計(jì)算控制器輸出，驅(qū)動(dòng)液壓缸活塞位置變化以改變槳距角，使風(fēng)機(jī)在風(fēng)速變化過程中仍然能將轉(zhuǎn)速維持在額定轉(zhuǎn)速附近，即變槳系統(tǒng)調(diào)節(jié)槳距角，使風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速維持在額定轉(zhuǎn)速附近；偏航系統(tǒng)正常工作，快速平穩(wěn)地對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向以捕獲最大風(fēng)功率；發(fā)電機(jī)系統(tǒng)正常工作。

模態(tài)4：制動(dòng)模態(tài)：為了獲得快速制動(dòng)的空氣動(dòng)力學(xué)特性，變槳系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)葉片使槳距角為-90°；由于模態(tài)控制器發(fā)出了變槳制動(dòng)信號(hào)，在變槳控制器的控制作用下，液壓執(zhí)行器通過聯(lián)動(dòng)裝置向葉片施加驅(qū)動(dòng)力，使葉片偏轉(zhuǎn)至預(yù)期位置，并通過聯(lián)動(dòng)裝置的鎖定使葉片保持此槳距角一段時(shí)間。即變槳系統(tǒng)調(diào)節(jié)槳距角至-90°，使風(fēng)機(jī)獲得最大制動(dòng)力矩，以快速剎車；偏航系統(tǒng)正常工作，對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向；發(fā)電機(jī)系統(tǒng)發(fā)電機(jī)跳閘切出，不工作。

模態(tài)切換條件：

切換條件1：風(fēng)速<切出風(fēng)速且風(fēng)速>切入風(fēng)速；

切換條件2：風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速>切入轉(zhuǎn)速；

切換條件3：風(fēng)速<切入風(fēng)速下限或風(fēng)速>切出風(fēng)速或風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速>切出轉(zhuǎn)速或風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速<切入轉(zhuǎn)速×0.9；

切換條件4：風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速≤停泊轉(zhuǎn)速；

切換條件5：風(fēng)速>切入風(fēng)速下限且風(fēng)速<切入風(fēng)速上限；

切換條件6：風(fēng)速<切入風(fēng)速下限；

相關(guān)參數(shù)：

切入風(fēng)速下限4.0m/s；

切入風(fēng)速上限18.0m/s；

切出風(fēng)速20.0m/s；

切入轉(zhuǎn)速1200rpm；

切出轉(zhuǎn)速2200rpm；

停泊轉(zhuǎn)速5.0rpm。

(3)模糊自整定多模態(tài)PID控制系統(tǒng)模塊的初始化。

模糊自整定多模態(tài)PID的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)圖5所示變槳串級(jí)控制系統(tǒng)內(nèi)回路的優(yōu)化，其控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖6所示。

模糊整定器根據(jù)槳距角指令和槳距角偏差值判斷系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)改變系數(shù)K1、K2的值，總的控制作用輸出是兩組控制器參數(shù)對(duì)應(yīng)控制作用之和。模糊整定器的輸入輸出有對(duì)應(yīng)的模糊集，在模糊集中，槳距角指令和誤差被對(duì)應(yīng)為正大(PB)、正(P)、零(Z)、負(fù)(N)、負(fù)大(NB)五個(gè)等級(jí)，輸出系數(shù)K₂被分為小(S)、中(M)、大(B)三個(gè)等級(jí)。

模糊整定器輸入輸出的模糊集如圖7所示。輸入輸出對(duì)應(yīng)關(guān)系由下表所示的模糊規(guī)則矩陣決定：

模糊集和模糊規(guī)則矩陣通過人機(jī)界面輸入模糊自整定多模態(tài)PID控制系統(tǒng)模塊。

(4)基于時(shí)序分析的變槳距風(fēng)機(jī)多模態(tài)運(yùn)行優(yōu)化控制裝置的運(yùn)行。

一種基于時(shí)序分析的變槳距風(fēng)機(jī)多模態(tài)運(yùn)行優(yōu)化控制裝置，其運(yùn)行方法包括以下步驟：

步驟1：模態(tài)感知模塊獲取從風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)模態(tài)控制器中系統(tǒng)當(dāng)前模態(tài)信息；

步驟2：模態(tài)感知模塊將系統(tǒng)當(dāng)前模態(tài)信息傳輸至?xí)r序分析模塊和人機(jī)接口單元模塊；

步驟3：時(shí)序分析模塊獲取變槳系統(tǒng)各組件時(shí)序信號(hào)；

步驟4：時(shí)序分析模塊根據(jù)當(dāng)前模態(tài)信息和變槳系統(tǒng)各組件時(shí)序信號(hào)，分析變槳系統(tǒng)各組件時(shí)序表現(xiàn)、獲取各組件在模態(tài)切換指導(dǎo)階段和響應(yīng)階段所耗時(shí)間并生成時(shí)序分析圖；

步驟5：時(shí)序分析模塊將時(shí)序分析圖傳輸至人機(jī)接口單元模塊，將變槳系統(tǒng)各組件在模態(tài)切換指導(dǎo)階段和響應(yīng)階段所耗時(shí)間傳輸至?xí)r序統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)記錄模塊；

步驟6：時(shí)序統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)記錄模塊記錄時(shí)序分析模塊產(chǎn)生的各組件時(shí)序統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，并根據(jù)變槳系統(tǒng)各組件在模態(tài)切換指導(dǎo)階段和響應(yīng)階段所耗時(shí)間計(jì)算出整個(gè)變槳系統(tǒng)在模態(tài)切換指導(dǎo)階段和響應(yīng)階段所耗時(shí)間；

步驟7：時(shí)序統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)記錄模塊將整個(gè)變槳系統(tǒng)在模態(tài)切換指導(dǎo)階段和響應(yīng)階段所耗時(shí)間傳輸至變槳系統(tǒng)在線辨識(shí)模塊；

步驟8：變槳系統(tǒng)在線辨識(shí)模塊根據(jù)整個(gè)變槳系統(tǒng)在模態(tài)切換指導(dǎo)階段和響應(yīng)階段所耗時(shí)間運(yùn)算出變槳系統(tǒng)廣義對(duì)象在模態(tài)切換過程中的動(dòng)態(tài)特性，并推算出變槳系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型；

步驟9：變槳系統(tǒng)在線辨識(shí)模塊將變槳系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型傳輸至控制器參數(shù)優(yōu)化模塊；

步驟10：控制器參數(shù)優(yōu)化模塊根據(jù)變槳系統(tǒng)當(dāng)前模態(tài)切換過程動(dòng)態(tài)模型計(jì)算出當(dāng)前模態(tài)切換過程中變槳控制器最優(yōu)參數(shù)；

步驟11：控制器參數(shù)優(yōu)化模塊將當(dāng)前模態(tài)切換過程中變槳控制器最優(yōu)參數(shù)傳輸至模糊自整定多模態(tài)PID控制系統(tǒng)模塊；

步驟12：模糊自整定多模態(tài)PID控制系統(tǒng)模塊結(jié)合當(dāng)前模態(tài)和其他模態(tài)切換過程中變槳控制器最優(yōu)參數(shù)，綜合生成變槳控制器參數(shù)；

步驟13：模糊自整定多模態(tài)PID控制系統(tǒng)模塊將變槳控制器參數(shù)傳輸至變槳控制器，更新變槳控制器參數(shù)；

步驟14：控制性能計(jì)算模塊根據(jù)變槳控制器的槳距角指令和葉片槳距角信號(hào)計(jì)算變槳系統(tǒng)全工況運(yùn)行過程中各項(xiàng)性能指標(biāo)。

其中：所述步驟1中風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)模態(tài)為：停泊模態(tài)、啟動(dòng)模態(tài)、發(fā)電模態(tài)和制動(dòng)模態(tài)。在滿足一定切換條件時(shí)，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)會(huì)在兩個(gè)相鄰模態(tài)之間切換。

所述步驟3中變槳系統(tǒng)在不同模態(tài)下有以下特征：在停泊模態(tài)下，由于模態(tài)控制器給出變槳制動(dòng)信號(hào)和停泊制動(dòng)信號(hào)至變槳控制器，變槳子系統(tǒng)切出系統(tǒng)；在啟動(dòng)模態(tài)下，變槳制動(dòng)信號(hào)和停泊制動(dòng)信號(hào)解除，變槳系統(tǒng)和偏航系統(tǒng)開始工作。變槳控制器根據(jù)風(fēng)速和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算出控制量，作用于液壓變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)的比例閥，比例閥驅(qū)動(dòng)液壓缸活塞位置變化，進(jìn)而改變?nèi)~片槳距角。此時(shí)槳距角被調(diào)節(jié)至較大值以獲得較大啟動(dòng)力矩；在發(fā)電模態(tài)下，變槳控制器通過風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和風(fēng)切入角的偏差計(jì)算控制器輸出，驅(qū)動(dòng)液壓缸活塞位置變化以改變槳距角，使風(fēng)機(jī)在風(fēng)速變化過程中仍然能將轉(zhuǎn)速維持在額定轉(zhuǎn)速附近；制動(dòng)模態(tài)下，為了獲得快速制動(dòng)的空氣動(dòng)力學(xué)特性，變槳系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)葉片使槳距角為-90°。由于模態(tài)控制器發(fā)出了變槳制動(dòng)信號(hào)，在變槳控制器的控制作用下，液壓執(zhí)行器通過聯(lián)動(dòng)裝置向葉片施加驅(qū)動(dòng)力，使葉片偏轉(zhuǎn)至預(yù)期位置，并通過聯(lián)動(dòng)裝置的鎖定使葉片保持此槳距角一段時(shí)間。

所述步驟4中時(shí)序分析圖有以下特征：所述時(shí)序圖包括所有在基于組件的模態(tài)感知模型中出現(xiàn)、且參與模態(tài)切換過程的變槳系統(tǒng)各組件，每個(gè)組件占據(jù)時(shí)序分析圖中的一列；在代表組件的每一列上，組件的行為以不同的填充色塊表示，按照時(shí)間順序排列；色塊長度與組件行為持續(xù)長度成正比；不同組件之間的通訊信號(hào)以不同顏色的有向線段表示；從功能角度，基礎(chǔ)組件可被劃分為兩種類型：數(shù)據(jù)處理類和物理運(yùn)行類。數(shù)據(jù)處理類組件主要包括控制器、傳感器、存儲(chǔ)器等，這類組件的執(zhí)行時(shí)間主要花費(fèi)在信號(hào)接收、信息存儲(chǔ)和發(fā)布指令上。物理運(yùn)行類組件主要指多種執(zhí)行機(jī)構(gòu)和設(shè)備，這類組件的執(zhí)行時(shí)間主要花費(fèi)在指令接收、等待過程、運(yùn)行和狀態(tài)返回上；通常而言，層級(jí)關(guān)系中頂層組件在模態(tài)切換過程中消耗時(shí)間即是整個(gè)系統(tǒng)模態(tài)切換時(shí)間；因此，將頂層組件放置在時(shí)序分析圖的最左列；在基于組件的模態(tài)感知模型中出現(xiàn)、且未參與模態(tài)切換過程的組件在時(shí)序分析圖中一般放置在最右列或者省略；通常，每個(gè)組件在模態(tài)切換過程中的執(zhí)行時(shí)間可以分為兩個(gè)階段：指導(dǎo)階段和響應(yīng)階段。在指導(dǎo)階段，組件接收并處理來自前一組件的指令；在執(zhí)行階段，組件進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)行操作并返回當(dāng)前狀態(tài)。

所述步驟4中各組件在模態(tài)切換指導(dǎo)階段和響應(yīng)階段所耗時(shí)間由以下公式?jīng)Q定：

T_total＝T_top

T_i＝T_gs-i+T_rs-i

T_gs-i＝t_re+t_pr，T_rs-i＝t_pf+t_rt

以上公式中相關(guān)參數(shù)定義如下：T_total表示模態(tài)切換過程總時(shí)間，T_top表示頂層組件的執(zhí)行時(shí)間，T_i是第i個(gè)組件的執(zhí)行時(shí)間，T_gs-i表示第i個(gè)組件的指導(dǎo)階段時(shí)間，T_rs-i表示第i個(gè)組件的執(zhí)行階段時(shí)間，t_re表示第i個(gè)組件指令接收時(shí)間，t_pr表示第i個(gè)組件的指令處理時(shí)間，t_pf表示第i個(gè)組件的運(yùn)行時(shí)間，t_rt表示第i個(gè)組件的狀態(tài)返回時(shí)間。

所述步驟8變槳系統(tǒng)廣義對(duì)象是指液壓執(zhí)行器、聯(lián)動(dòng)裝置和葉片組成的廣義對(duì)象；

所述步驟10變槳控制器參數(shù)是指變槳系統(tǒng)內(nèi)回路控制器參數(shù)。變槳控制系統(tǒng)具有典型的串級(jí)控制結(jié)構(gòu)，其外回路的控制目標(biāo)是使風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速維持穩(wěn)定，內(nèi)回路主要是來控制槳距角。本發(fā)明研究對(duì)象主要為變槳系統(tǒng)內(nèi)回路。變槳控制系統(tǒng)內(nèi)回路控制器為PI控制器；

所述步驟12模糊自整定多模態(tài)PID控制系統(tǒng)模塊有以下特征：模糊自整定多模態(tài)PID控制系統(tǒng)模塊包含模糊整定器、可變?cè)鲆鎱?shù)K₁和K₂。K₁對(duì)應(yīng)于其他模態(tài)切換過程中變槳控制器最優(yōu)參數(shù)，K₂對(duì)應(yīng)于當(dāng)前模態(tài)切換過程中變槳控制器最優(yōu)參數(shù)。為了綜合系統(tǒng)在兩組控制器參數(shù)下的表現(xiàn)，保證系統(tǒng)在模態(tài)切換時(shí)控制作用的平滑輸出，模糊整定器根據(jù)槳距角指令和槳距角偏差值判斷系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)改變系數(shù)K₁、K₂的值，總的控制作用輸出是兩組控制器參數(shù)對(duì)應(yīng)控制作用之和。模糊整定器的輸入輸出有對(duì)應(yīng)的模糊集，在模糊集中，槳距角指令和誤差被對(duì)應(yīng)為正大(PB)、正(P)、零(Z)、負(fù)(N)、負(fù)大(NB)五個(gè)等級(jí)，輸出系數(shù)K₂被分為小(S)、中(M)、大(B)三個(gè)等級(jí)。模糊整定器的工作分為三個(gè)階段：(1)輸入變量(槳距角指令和槳距角誤差的值)的模糊化；(2)根據(jù)模糊規(guī)則確定系數(shù)K₂的模糊化輸出，模糊化輸出根據(jù)模糊規(guī)則矩陣運(yùn)算得到；(3)輸出量系數(shù)K₂的反模糊化，得到系數(shù)K₂后，K₁可以按照K₁＝1-K₂的規(guī)則得到。

步驟14中所述性能指標(biāo)包括：各模態(tài)切換過程總時(shí)間、絕對(duì)值誤差積分指標(biāo)IAE(Integration of Absolute Error)、時(shí)間與絕對(duì)值乘積積分指標(biāo)ITAE(Integration of Time and Absolute Error)和均方差指標(biāo)MSE(Mean Squared Error)；其中：

其中，t₁為開始計(jì)算性能指標(biāo)的時(shí)刻，t₂為結(jié)束計(jì)算性能指標(biāo)的時(shí)刻，t為積分時(shí)間，e(t)為誤差，w_i為加權(quán)系數(shù)，y_i為第i個(gè)參數(shù)值，為n個(gè)參數(shù)值的平均值，n為參數(shù)值總數(shù)。

(5)優(yōu)化結(jié)果輸出

基于時(shí)序分析的變槳距風(fēng)機(jī)多模態(tài)運(yùn)行優(yōu)化控制裝置通過人機(jī)界面輸出以下圖像及數(shù)據(jù)：

1)變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)模態(tài)切換過程時(shí)序分析圖(如圖4所示)；

2)各個(gè)模態(tài)切換過程的變槳系統(tǒng)在模態(tài)切換指導(dǎo)階段和響應(yīng)階段所耗時(shí)間；

3)運(yùn)行過程中槳距角指令及實(shí)際值曲線；

4)運(yùn)行過程中液壓執(zhí)行器出力曲線；

5)各個(gè)模態(tài)切換過程及運(yùn)行全過程的各項(xiàng)性能指標(biāo)。

實(shí)施例：針對(duì)一套1.5MW變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，采用基于時(shí)序分析的變槳距風(fēng)機(jī)多模態(tài)運(yùn)行優(yōu)化控制裝置。在典型風(fēng)速曲線下(如圖8a所示)，該機(jī)組全工況運(yùn)行過程經(jīng)歷了停泊模態(tài)→啟動(dòng)模態(tài)→發(fā)電模態(tài)→制動(dòng)模態(tài)→停泊模態(tài)的過程，全程150s。停泊模態(tài)→啟動(dòng)模態(tài)過渡過程耗時(shí)4.32s，啟動(dòng)模態(tài)→發(fā)電模態(tài)過渡過程耗時(shí)3.075s，發(fā)電模態(tài)→制動(dòng)模態(tài)過渡過程耗時(shí)22.04s，制動(dòng)模態(tài)→停泊模態(tài)過渡過程耗時(shí)2.91s。優(yōu)化裝置采用前，槳距角和液壓執(zhí)行器出力曲線如圖8b、c所示。

采用基于時(shí)序分析的變槳距風(fēng)機(jī)多模態(tài)運(yùn)行優(yōu)化控制裝置之后，該控制裝置通過時(shí)序分析得出，發(fā)電模態(tài)→制動(dòng)模態(tài)過渡過程優(yōu)化潛力最大，針對(duì)該過渡過程對(duì)變槳系統(tǒng)的廣義對(duì)象進(jìn)行在線辨識(shí)，并對(duì)辨識(shí)出的對(duì)象計(jì)算出最優(yōu)控制器參數(shù)。為了變槳系統(tǒng)在全工況運(yùn)行的各個(gè)模態(tài)切換過程的平穩(wěn)快速響應(yīng)，該控制裝置通過模糊自整定多模態(tài)PID控制系統(tǒng)模塊將發(fā)電模態(tài)→制動(dòng)模態(tài)過渡過程最優(yōu)參數(shù)(K_p2＝90509，K_i2＝38.97)與原控制參數(shù)(K_p1＝100000、K_i1＝10)進(jìn)行模糊化綜合輸出，改變?cè)儤刂破鱌I參數(shù)值。優(yōu)化裝置采用后，槳距角和液壓執(zhí)行器出力曲線如圖8d、e所示。

通過采用基于時(shí)序分析的變槳距風(fēng)機(jī)多模態(tài)運(yùn)行優(yōu)化控制裝置，變槳系統(tǒng)的各性能指標(biāo)均得到大幅改善。首先，發(fā)電模態(tài)→制動(dòng)模態(tài)過渡過程耗時(shí)由22.04s縮短至5.06s；其次，IAE指標(biāo)由669.24降至598.75，降幅10.5％；ITAE指標(biāo)由54314.372降低至51052.123，降幅6.0％；MSE指標(biāo)由4.7226降低至4.1253，降幅12.6％。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)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)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。