控制设计总结(最终版).

1、第一部分PI控制原理及参数求解1风力发电机组运行区间分类2Qi矩扭机电发QS2发电机转速在发电机转速小于S1之前，此时发电机无功率输出，当风速大于切入风速时发电机并网，AB段为恒转速阶段，随着风速增大，发电机转矩增大。BC段为最优控制阶段，此时发电机转速随着风速变化保持最佳叶尖速比， 追踪最大功 率点。CD段为转速恒定区，在这个区域内，不再进行最大风能追踪，而是将机 组转速限定在最大允许转速。在 D点时，机组已经达到额定转矩，之后，随着 风速的继续增大，机组恒转矩运行，为了保护机组不受损坏，调整桨距角限制功 率。2.传统PI变桨距控制->r 在各种情况下的控制细节图'外部控制器框

2、图上图描述变桨控制和转矩控制的切换条件、对应输出的计算值。下面将给出 在额定风速以下的控制P让ch controlTinrque Control测屈的发电机转速风速在额定风速以下时，通过控制发电机的转矩使风力发电机尽量获取多的 能量，控制细节图如下。1）能量转换系统2）转矩控制方式通常变速变桨风力发电机组均按是按照二次曲线图进行转矩给定在区域2中，电机转矩TgKoptWg2(opt),其中Kopt最优模态增益Tg为发电机转矩，Wg(Opt )发电机最优转速。3) 启动和过渡区控制框图PIPE；別2拎被控对象发电机转速设s此处PI控制器的输入为电机转速偏差，输出为电机转矩。 在额定风速以上的控制

3、风速在额定风速以上时，通过变桨使发电机输出的功率维持在额定功率附 近。桨距控制此处PI控制器的输出为电机转速偏差，输出为叶片桨距角。 使用C+ Fortran或matlab/simulink语言编写的控制器1）使用fortran语言编写的代码2）使用C+语言编写的代码3）使用matlab/simulink搭建的控制器模型生成动态链接库DLL文件1）在Visual Fortran中新建动态链接库工程，输入工程名（使用FAST调用时名 称必须为DISCON不区分大小写）和文件存放目录（不要有中文路径）。点击ok。Ki £dHbsd tmec 日疋穆 2 ：-：Js 占Pwr JjRp1U

4、lL$E S W THRFftl 1RE«L4甌BHHEM.< 钉t*UE":?T!rP*r"aa tthSjpfe*畀聲n砧®trnlrqHi* r1«M I*, oil ffecivIrditP th# mirrntt thiv m(i “Ml. r>H.>UFdufMJTFJi1first rEPDFbDfMTFgtf1 iisl W4ij4刖itr輛ii1in the rrriwis* j iilnq|lP-|N»l r ！Xe pitch fLE“ch* JKt CJll t* tte C<intr-

5、*IHEM.») = wnkm CM r«CUr«l.rtafMSI Iii PMt/4 t p ibliimij *¥ tfiwriQF). i'rii/1.T FI« 1t1e>I fFS*r>tDr tvrw«. H-i*i9 Cwr«at *Jlw *r iliv-wfihAj* Hut - «rt优LhL u da2）使用默认选项，点击 finish3)点 ok oTv WiaHp.# 寧飢4； ll -理 dRwIllc-i/|9eui F IIfJ EStON.E _| tlHxd

6、HF F IIh« _| HtAUMr FVtAIMEGEB44>.nrrDFtt(i)fe nneoEHH>.rHiEKrriHMTiUMTEN1( MT |rhniEini(iM > INHNI( «IT> DMTENl(lH I:;«vr!tw：2 MJ1FA1L:;kchmfiie(>:5 4VBWI j«|Firstrr,冒DLL4）点击左下方的 FileView，右击 Source Files，点击add files to folders.,找到.F90文件所在目录。打开文件如图。pUI gli&fll

7、diibci3J|l*a Mcmbcn CrEtriE New Clu:f L««l Kirtabln;也dKti-441i miMHETEIHI fKai 1*1. 5*ULRI.i ilpht：3 «DW£> m: 'En i turrwr*re:t (wfll*2 jii K«n1rt Elip*T Cur mt C«*tf l.ClMt lifl tfat f -HMr-tlU# t V44UK »f tw bllt tlEC* Mfl*f p ndhM liiw ?|Me eHf Itill t

8、87; thf卡rnup*iEj <-» pwiat) Lh ttw rcirsiur». N fftg lyrwrdur |rdil/i Fflcet-M KtS gtMriEiari Gf*M. “dir*- ICiA L|VHPF JlW lOrqtt i. W , tdF tM* 1 >adin crnrrtioi F«ctnr >* Cjrrr5）然后在build下拉菜单中点击编译，看有无错误，没有错误之后生成DLL文件。3基于FAST的变桨PI参数设计(EN) 4二 b01 -lsEoUDoFigure 3.2- Variable-s

9、peed turbine operating regions区域3处的目标就是通过变桨控制来使电机转速保持在设定点在区域中保持恒转矩并通过对叶片进行变桨来控制叶轮转速。可以用式（1）来表示此控制设计的简单线性模型:& ABBd w（1）其中A -，Bd，B1 7 1I rotI rotI rotI rot为总的转动惯量（包括叶轮，齿轮箱，轴，电机等）。QaeroQaeroQaero为叶轮的气动转矩,QaeroW为叶轮转速,为叶片桨距角，w为轮毂高度处穿过叶轮盘的均匀风速扰动成分。标准PID可用式（2）表示心叫。帘（t） K| Ngear （t）dt K d N gear &（t

10、）Ngear为传动比。对式（2）两边进行拉氏变换，得到下面的等式：1（S）KpNgear（s） K _ Ngear （s） KD NgearS （s）S对式（3）进行变换：1B（KpNgear （S）K| - Ngear （S）KpNgearS（S） Bd W（S）s由等式（4）可得传递函数：Tc(s)(s)BdS(1 BKDNgear)s2 ( A BKpNgeJs ( BKi 叫°,由劳斯判据可知, 由此我们可以得到：系统稳定的充要条件就是其特征方程的各项系数均为正1 BKD Ngear0, A BKpNgear 0, BKI N gear0。在区域 3 中选择线性化点： wo

11、18m/s,12.1rpm，o 0.261635rad。使用FAST进行线性化可得：A= -0.5536，B= -1.1865此时可以给出稳定性条件：Ki0,心0.00481，Kd 0.00571。将式（1 BKDNgear）S2 （ A BNge/S （BK|NgeJ 0转为特征方程的一般形式进行分析：S2 2 ws w2 0其中：w2BK|Ngear ,2 w1 BK°NgearA BKp Ngear1BKD N gear则Kp,K|可用下式来表示K|w2(1 BKoNgear)BKpA 2 w(1 BKoNgear)BNgearBNgear在Matlab/simulink 中搭

12、建控制器模型|L1 <103121rLir 钊v 18n/s_LinMfPt£b,变桨控制器的simulink模型（无增益调度）采用阶跃风作为激励，此阶跃风在 60s的时候风速由17m/s变为18m/s。 令Kd 0 , w=0.6rad/s,当取不同的S值时，叶轮的响应会有所不同，其仿真结果从图中可以看出，当S的值为 2.5和0.8时，叶轮转速会出现不同程度的震 荡，当S的值选为1.0时较好。接下来，在靠近区域2.5处的区域3中选择一个线性化点，如W0 12.1m/s，12.1rpm，0 0.0761591 rad。此时，经线性化后可求得：A=-0.3721，B=-0.416

13、4。利用公式(1)可以求得 Ki和 Kp的值。贝U Kp 0.020496，Ki 0.0089128。此时，选择另一个线性化点，使此处的线性化结果中的 B值为 上一个线性化结果中的B值的两倍。经测试，选择的线性化点为 W0 14.9m/s，12.1rpm，00.180737 rad。此时，A=-0.4451，B=-0.8215.接着，对桨距角施加增益调度。其增益校正系数GK 1/(1 /PC_KK)，而PC_KK的值就是第二个线性化点处的桨距角的值，即PC_KK=0.180737，因此 GK 1/ (1 0.180737 / PC _ KK )。仿真结果对比(阶跃风)step wind时间（s

14、）NRELLinear0 5 0 5 02 111 1 1 1 )nor(速Pitch150200时间（s）250300N RELLinearRo tSp eed100 200时间（s）300仿真结果对比（18m/s湍流风）时间（s）NRELLinearRotspeed145X263053速转轮叶5304303030125PitchNRELLin ear630430o s30To30 5 0 5 02 11距桨仿真结果对比（11.5m/s湍流风）时间(s)RotspeedNRELLinear时间(s)6305430302o(S时3014303 2 10 9 1 1 1 1速转轮叶Fast与si

15、mulink接口的实现第二部分运行PI统一变桨程序确保所需文件(如风文件等)在同一目录下1. 打开后缀名为.mdl的simulink模型文件。3.将当前目录设为存有文件 Simsetup.m 的根目录It t4< MbmI1 枕* XM邮> 岭4 屮a -J 户寸卜 ¥ r 2 ' aShcncun _£J Ms. -k- JUd 弐 fMhm'dLurm| Fcldar口 施hMcrkapn* 口 JE卜、和wfL. P厠曲*W4TU*? WfllrP 1恫、比归 K &&E1F i-®<I GeflfrjX&#

16、167;张如函押幅曰mN«m *v*W申言网 也DFOfiftTJHL艾 DISODN-JS:>.,4.在命令窗口中输入 Simsetup（即卩M文件Simsetup.m去除后缀名后的名字）。*t _J M 上 町 b ijBi 材 程 CirrvM: htiritf: £jn_Hcrlljahd_Pj nvGdydkmdra±1- -lrf! 严 ,AH-cCl*bi* Jh ClllilH¥丄 bflugpLsidai* PI tcr rrL.Lni -gn * f肩 寸! *卜 L區占詁*«1 匸 haraLoH国比中除昼f 搔 D

17、RAHTDU_ DisciHeffJbrt1 DtSCDNJiH打FimR FMTmp_* FA£ T_5 Fwk j-rwrelj9j箱心幻所hj>Ut*：dpX呼诃£ NFELlMWm# 丽皿卯E勵V>. NFElQfMirw5MWJi二 NRI±OMrfl«lirT«WW_£L- 神衬贰他WjUNRElOr3<irM%M«_Cl_.-® New w MUUJr11 Wvwh Z Vldtfro.Own cm. w eiad Gce j : - 口w*wtwfltnclan :bL】c1

18、71;ke clebE 4ll白一 ZJZ/T/Zl Lil朋 T5. 输入后缀名为.fst 的文件，如 NRELOffshrBsline5MW_Onshore.fst。6. 运行simulink模型点击此按钮程序即运行。7. 每次运行程序时都要重新将步骤走一遍，否则程序将提示错误运行状态空间统一或独立变桨程序1.前5步操作与上面相同，不同的是如果代表状态空间的矩阵表达式没有具体值 时还需要导入一个.mat文件，里面存有矩阵的表达式w? fdH 话員* 仙财hr 阳灯稍*pD Qd 蛊 阪2* 国 1电如'matlab.mat 文件2.剩余步骤也与上面相同第三部分LQR以及LQG勺设计

19、步骤一、LQR程序介绍1. LQR概念及其理论的应用LQR（linearquadraticregulator）即线性二次型调节器，其对象是现代控制理论中以状态空间形式给出的线性系统，而目标函 数为对象状态和控制输入的二次型函数。LQR最优设计指设计是出的状态回馈控制器K要使二次型目标函数 J取最小值，而K由权矩阵Q与R唯一决定,故此Q、R的选择尤为重要。LQR理论是现代控制理论中发展最早也最为成熟的一种状 态空间设计法。特别可贵的是 丄QR可得到状态线性回馈的最优控制规律，易于构成死循环最优控制。而且 Matlab的应用为LQR理论仿真提供了条件，更为我们实现稳、准、快的控 制目标提供了方便。

20、对于线性系统的控制器设计问题，如果其性能指针是状态变量和（或）控制变 量的二次型函数的积分，则这种动态系统的最优化问题称为线性系统二次型性能 指针的最优控制问题，简称为线性二次型最优控制问题或线性二次问题。线性二次型问题的最优解可以写成统一的解析表达式和实现求解过程的规范化，并可简单地采用状态线性回馈控制律构成死循环最优控制系统，能够兼顾多项性能指 针，因此得到特别的重视，为现代控制理论中发展较为成熟的一部分。LQR最优控制利用廉价成本可以使原系统达到较好的性能指针（事实也可以 对不稳定的系统进行镇定），而且方法简单便于实现，同时利用Matlab强 大的功 能体系容易对系统实现仿真。本文利用

21、Matlab对实例进行LQR最优控制设计， 比较Q R变化对系统动态性能的影响，说明LQF系统设计的简单而 可行性及Q R变化对系统性能影响的重要性。我们主要以 NREL 文献中Advaneed Control Design for Wind TurbinesPart I: Control Design，Implementation，and Initial Tests和modern control design for flexible wind turbine 为参考， 使用NREL开发的FAST软件线性化风机，生成线性化输出文件 in，提炼出状态空间方程 矩阵A，B，C，D。调LQR程序生

22、成合理的增益矩阵Gbar，使用Simulink输出要求的控制变量。2.统一变桨LQR采用 6states LQR 统一变桨控制，6 状态分别是 drive train torsional deflection ， rotor first symmetric flap mode displacement ，generator rotational speed ，drive train torsional velocity . rotor first symmetric flap mode velocity ， wind disturbanee2.1线性化风机模型Ar = A Ax +Az/ fA

23、j* = Oy + DM + Q詁血匕 *X为状态向量 u为控制变量Ud为扰动变数y控制输出A状态矩阵，B输入矩阵，C输出矩阵，D控制量输出矩阵，Bd扰动输入矩阵,Dd扰动输出矩阵为了计算上式中矩阵，采用 FAST 线性化风机模型，这里以NRELOffshrBsli ne5MW_0 nshore 模型为例子，线性化风机模型。 设置 FAST 主文件 NRELOffshrBsline5MW_0nshore.fst2 WIodt - kialysis imde 1:血巴 rinnnarching sinilatianj 2: creale a periodic linnrized crodel 将

24、AnalMode设为.2,计算线性化0qcoc cc1YCModfi-Yew control mode D： none, 1: us er-de fined from routine ITYCOn-Time to enable active 卩网 control ksj tinused 円hen YCodeFCM uclt-Pitch cotitrul mode D: rionej 1: us er-de fined from rcnilhitTPCCln-Time + enablf active pitch control 1.5.1 unused hen PCMrVSCmtrl-Varia

25、bLe-spesd control mode (0: none, 1: sirnplt YS, 2: u<YCMode=0，不用偏航PCmode=0,不用变桨距角控制VSCo ntrol=1，采用内置转矩控制1VSContrl - Varfahle&ed tflntrfll rrcde 0: non巳 1: sltiple VS, 2: user-deflm1161. 96 VS_RtCrn - Rated gereratr st>&ed fcr sintpl t varislclt-speed aeneratar contra 43628. S3VS JhTq-

26、Rated generatar tarque/canstant general or torque in Regicn 3 fta0.025&73VEJlgn2i- Generator torque constant in Region 2 for single variable-speedID VS_SlPc - Rated jciniTater slip pertuirt啓匕 in Region 2 1/2 for simple ariable-sj 若 VSControl=1，下面的 VS_RtGnSp, VS_RtTq，VS_Rgn2K 既可以按实际控制9 参数设置，也可以全部

27、设置为9999.9,两者之间差别并不大。True TrueGenTLStr- M&thcd to start th匕 generator T: tinei using TimGenDn,GenTiStp- Method to 3top The generator T: timed using TinGenOf,GenTiStr=true , GenTiStp=true12.1Rot Speed - Initial ar fizcd rotor speed (rpm)RotSpeed是风机线性化的转速点，尽量设置靠近控制转速点。FalseFLapDOFlFalseFLapDOF2Fals

28、eEdgeDOFFalseTeetDOFTrueDrTrDOFTrueGenTOFFalseYawDOFFalseTwFADOTlFlseTwFAPnFFalseTwSSXFlFalseT吨SD0F2True匚口mpfteroFalse匚口mpNoise-First flapwise blade mode DOF (flag)-Second flapwise blade mode DOF (flag)-First edgewise blade mode DOF (flag)-Rutcr-teeter DOF (fla吕) unused for 3 blades- Drivetrain rota

29、tional-flexibility DOF (flag)-Genera-tor DOF (flag)-Yaw DOF (flag)-First fare-aft tower bending mo de DOF (fl ag)- Second for'aft tocneT hendiEOF (flag)-First si detDside tower bending-mode LOF (flag)-Second side-to-side tower bending-mode DOF (flag) -二onute aerodynamic forces (flag)-Confute aer

30、odynarnic noise .flag)上图为自由度开关，False不计算，True表示计算。根据自己需要选择计算所需 自由度，CompAero 必须为 true。这里 5 状态：FlapDOF1，DrTrDOF，GenDOF, CompAero 为 true，其余为 FalsaUutList - Lhe next linecontains a list a:*HSShftV*END of FAST input fiLe Cthe word "END" must appear in the fi:输出选择自己需要的输出变量，没必要多输出。具体输出变量参考FAST用户手

31、册，这里输出只要转速，所以只有输出 HSShftV，高速轴转速。其它参数按照 FAST 般计算时设置，如有不清楚地方可以参考 FAST用户手册P39-44页, 里面有具体设置参数方法。设置 NRELOffshrBsline5MW Linear.dat 文件NREL 5* 0 NW offshore b：True30.00010.0010CalcSt-i/TriEiCasE DispToLVelTol36NAzinEtep1KdlOrdeFET LINEARISATION C0HTR01 FILEiseline line ar is at ion input preperti e s.PERIO

32、DIC STEADY STATE SOLUTIDtJ- Calculate periodic steady state candiiion Palse： Lineerj-ze atoi-Trin case LI : £ind nacelle yew, 2: find gEneratDr tcrquEj 3: firCanvEigence toleiance for tliE 5-narni of displaCBnente in the jei Ccnvfergente lcj_erance for tliE 2-norm of *eLooi.ties 注 the i'ei

33、ITOEL LIKEARI2ATI01J；;广 - Nurtfcer c£ equally-spced azimuth stets in periodic lineeriEed me-Order of oulput lineBrized ncdel 1 ： 1st order A, Bd, C3 D, I1411NlnputsCntrllnptHDisturbaDiaturbncIN?ITTE AND LI STUBBA1OS-Nmiber af comrol Lnputg LO (norie) or 1 to l+Numfll(-)-Liat of cantrol inputs L

34、 NInpvtsJ 1； nacelLe arglej 2： na< -Nurtber af wind disturbances 0 (ridne； or 1 to 7(.-)-Lictaf input wind 'iistijrbcncer 1 io THEmturbn (1： harizon!-:CalcStdy=trueTrimCase=3,计算统一变桨角。NAzimStep=36,线性化 36 个点。MdlOrder=1，计算一阶。Nln puts=1，统一变桨只有一个桨距角输入，只有一个控制量。同样道理，转矩 LQR也只有一个，而独立变桨有 3个桨距角，则Nlnputs

35、=3.Cn trlI npt=4，表示选择统一桨距角作为控制输入。NDisturbs=1Disturb nc=1，表示1个轮毂高度的水平风速扰动其它方法设置可参考 FAST用户手册P43页的Table 5和Table 6.风文件线性化只能在稳态下计算，做风檔时不要风剪Tirw Ni 拥 Spnd l =c)(n/=J0.0004Q.ODO&30.000Wind VerticalEfcriii rW Lw Lin.Wert,ixiwlDirSpredShuar Vert, ShorShearSpwdl(de-gj(W=)(ms/a)1&. 0000. oooa DOOo. ooo

36、16. oodn. oooa oooo.ooois. oooo. cooa dooo-flooJ n .D.O00a Qo.t.OQO r. QQQ tlcioDOgM.u n .D. 山G九NRELOffshrBsline5MW_AeroDyn.dat 文件中 StallMod=steadySTEADY Stalled - Dynamic stall included BEDDOES or STEADYFAST其它参数按照一般计算时设置运行FAST计算生成NRELOfshrBsline5MW_0nshore.lin 文件，线性化完成。2.2调节LQR程序我们已经有了调节好的6states L

37、QR程序，只需要在它基础改就可以了。以6 states 为例：在MATLA中运行 LQR.r程序，命令窗口输入 NRELOffshrBsline5MW_0nshore.lin(注：.lin檔最好放在和LQR.r檔一个檔夹，MATLA的工作文件夹路径设置成该 文件夹路径)，MATLA的工作空间会计算出AvgAMa等一系列矩阵，是因为LQRi 序调用了 GetMats子程序，GetMats是计算.lin生成矩阵的平均值的。AvgAMa是个10X10勺矩阵，是个10状态矩阵，这10个状态分别如下图所示(在.lin 檔中可以找到)。Order of States H Lioearixed Stale

38、Matrices;Rnw/colLLfiri 1 - Variable speed genera*nr DOF (internal DOF indev 一Row/colunri 2 = Drive train rotalional-fleitibili-tv W (internal DOF inder = DOF _DrTr)Raw/colum3=lg*fLarwigebending-modeJCf of 打 Lade1(intemaLDOI1index =Raw/colum4=Lr:flspwicebending-nodeDQf of bLade2(internalDDFindsx -1)R

39、aw/coluumE-Is'bendi呷nodsDOF of bLade3(internalDOFindex -1)RtjwAxjluutr6to 10- Firs!dETiivts of rcw/cclum1to 5*后5种是前5种的微分。而我们要的是 5 状态(风扰动除外)是 drive train torsional deflection , rotor first symmetric flap mode displacement ， generator rotational speed， drive train torsional velocity ， rotor first

40、symmetric flap mode velocity，分别对应 2, 3,6,7,8 状态。则不难发现 Amod 矩阵是 AvgAMat 矩阵的2，3，6，7，8行和列。俎梓AvfAlat '2,2h 即诩ht 必 Jh 容脸：5 冋呵；-Art Mat 2: ：AvEAfat U Avg/Iit 订,引,M訓茁(1 勺：拠Abt 4 工准册t ) 3 ?堰Ml世；21.加7刽kt: c, 31.却记验.6.:.仙勿览讥，(r, 2)j 加e血t 7j 3)+AvjAfct4)林YfMlst (7,5几的gWb穴(7, i),Avdtat 馮 血Mkt(7j 8) +AffJX&l

41、t;7,9) +)Avilflat 1Q) Avcffatt:2h 鼬酒t Sj 3)(8川-AviMt (£, 5) S 职闵册 8,:;,即Jht:S/：r ')qgAFit £3 如皆Jk：(空)10>)Bmod， Bdmod， Cmod一样对应 AvgBMat(2,1) ，AvgBdMat ，AvgCMat 的 2， 3， 6， 7， 8行在确定这些矩阵之后就是调节Q矩阵Q=0- 0001, Q 0> 0,0OjO, OOlj 0, 0000, S, 0, 0Oj 0, 4 0. L 00J 0, 0, Q3 0. 00001；匾5,E二Iqir

42、QLoB-qQK) 匸QK算法丨求出墙益矩阵KE,GwK:调节对角阵Q,观察输出的极点阵 E中值（本模型实部值在-10到-1之间）。计算所得k是 LQR的增益。LQR.m程序后半部分是 DAC状态观测器程序，已经是现成的程序，只要计算出的结果Aeon,Bcon，Gbar矩阵。具体的理论知识请参考 modern control design for flexible wind turbine 中附录关于DAC观测器的理论知识介绍，比较详尽。2.3 FAST-Simuli nk 程序在MATLA啲 Simulink 中搭建控制程序平台，可以参考 Advanced Control Design fo

43、r Wind Turbines Part I: Control Design, Implementation, and Initial Tests 中 P 49 页 Figure4.2 形式， 只需将LQR.m计算所得Acon，Bcon，Gbar带入模型，C阵是单位阵，D是0阵，全状态回 馈LQR统一变桨就做好了。A=Acon, B=Bcon, C是单位阵，D是 0 阵。K=Gbar。 输入y是高速轴转速差，输出pitch是桨距角女口 AdvaneedControlDesign for Wind Turbines Part I: Control Design,Implementation, a

44、nd Initial Tests 中P 49页Figure4.2中所示的LQR计算的桨距角加上线 性化的桨距角u_op的和为控制桨距角，在非线性化点风速时控制会有偏移，不具备增益调 度功能。将u_op换成PI输出的桨距角，就能有增益调度的功能了。3.转矩LQR3.1线性化转矩LQR的线性化和变桨LQR线性化相似，只需要设置NRELOffshrBsline5MW_Linear.dat檔中CntrlInpt=3，自由度的控制调成自己所需 的自由度。-3.2调节LQR程序LQR程序调节与前面一样。3.3 Simuli nk与统一变桨LQR一样，参考P56 Figure4.54独立变桨LQR独立变桨是

45、在统一变桨的基础之上，根据DAC状态观测的叶片摆振情况计算 出相应的桨距角，对统一变桨的PI桨距角进行修正，输出三个不同的桨距角。状 态变量：Blade3 1st flapdeflection, generator rotational speed, Bladelstst1 flap velocity, Blade21 flapststBladel 1 flap deflectio n, Blade2 1 flap deflectio n.stvelocity, Blade3 1 flap velocity4.1线性化FAST主文件设置：由于要测量叶片摆振情况，增加"TipDxc1&

46、quot; "TipDxc2" "TipDxc3"三个叶尖位移输出WIGages BldGagNd OutList一 Kumber of blac-List of blade-The n&Kt lin&("Hsshftr"TipD輕严TipExc2"END of FAST iiyput file the wurd "END" n设置 NRELOffshrBsline5MW_Linear.dat文件：Nlnputs=3，三个控制输入变量Cn trlI npt=5 6 7，三个桨距角其余设置与

47、前面线性化一样。4.2调节LQR程序已经有调好的LQR_indepPitch.m程序，也可以参考Advaneed Control Design for Wind Turbines Part I: Control Design, Implementation, and Initial Tests中附录 B-7 LQR_design_i ndepPitch8states.mAmod与前面确定的方法一样，Bmod注意是个3列的矩阵Bdmod要参考 Mitigationof Wind Turbine/VortexInteractionUsingDisturba neeAccommodat ingCon

48、 trolP41-59的方法000000000300Bd modb00Avg BdMatb1b-0.866 bb1b0.866 bCmod Dmoc与程序一样。调节LQR的方法与统一变桨LQR方法是一样的，最后得出Acon,Bcon,Gbar.4.3 Simuli nk参考Advaneed Control Design for Wind Turbines Part I: Control Design, Implementation, and Initial TestsP63 Figure4.9搭好 simulink 平台，但要做出修改。 该图是两叶片的，要扩展为三叶片&9S&

49、menLHElrt®"*!3-了沁*: II# 却 , >- «»i l£h ACBkdtCKlSubsystemARealizable Con trollerA=Acon, B=Bcon, C是单位阵，D是 0 阵，K=Gba。Baseline输出的pitch是PI变桨值。调节LQR_depPitch.m中Qe阵，使Simulink输出的桨距角在常风下是三条 相位相差120度的正弦曲线。、LQG程序介绍1. LQG原理介绍LQG（线性二次高斯）与LQR类似，只是状态估计使用Kalman滤波器作为状 态观测器。利用Kalman滤波器估算出

50、风机状态，乘以 LQR增益就可以得到控制 变量。LQG controllerMeasu rernentnoise LQG controlseparation principle > LQ + Kalman离散Kalman滤波器观测状态公式：xk + 1)x(ki +rw(Aj + v(Ajy(k) Cx(k) + e(k)V（k）是系统噪声，e（k）是测量噪声。表L 1：离散卡尔曼滤波器时间更新方程耳Arfc_| + Bujt-i(L9)施=APk-i + Q(1.10)请再次注意表屮的时间史新方程怎样将状态佔计. 作 从力一 1时刻向前推算到k时刻A和E来自式1九 波器的初始条件在早先

51、的引用中讨论过-%和协方矣佔计Q来自式13滤表14：离散卡尔曼滤波器状态更新方程Kk = PkHr(HP-Hr + R)"(Z)坯二瓦+ K*（社一 H耳）(1,12)m-心i“p匸_- 一 -L -_(1.13)日寸闻一韭需Fr皿测< 1门勺附推态变鼻乞-=入仇十斤7W）向前矗算谀整盼方建计箕:卡尔曼增益+ R）-1 <2）由M见瀬）变绘 电剜估l|mSl, = Kk-+ Kb (X! H(里新溟左的7/妾I糾1-y：賢加埜猖诚器I作盼也备lr r+1闫1-1题崔LJ 轻民】亠结舍側別Kalman滤波器结构2.统一变桨2.1线性化与统一变桨LQR的线性化是一样的，生成.

52、lin文件。2.2 LQG程序调节LQR.m程序只要前半部分，不要程序后半部分的DAC犬态观测器。调节LQG.m 程序，算出增益Gx,Q=0. 0001,0, 0, 0, 00, 0, 001, 0> 4 0g Oj % Oj 00, 0, J 0+ L 0o,o,0,0, o. aoooi；Kj Sj E = Lqr (A_Cj B_c3 R) LES 法.求出增益拒 B 辍町由于我们使用的是离散的Kalman滤波器，需要将A_c,B_c,C_c, D_c离散化:Belta_t=0. 0125;Al, BbCl,Dl = c2dJH'：A_c,S_c? C_c,D_c; Delta_t):Delta t=0.0125，0.125是FAST的积分步长2.3 Simuli nk搭好Simulink平台LQG modelP, Q是对角阵，调节Q阵可以改善控制效果。y是高速轴转速输入，单位rad/s , u是控制桨距角输入。X是kalman估测状态输出。调节主要调节Kalman滤波器中Q阵和LQF计算所得的Gx可得