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3.2 状态空间模型最小实现
系统最小实现是一种非常重要的实现方式,属于现代控制理论中的概念[11]。由于单个系统可以写成多个不同状态空间表达形式(即实现),而如果系统的实现既可控又可观测,则称为系统的最小实现。所以,既可控又可观的系统的实现就是最小实现。不过,最小实现并不是唯一的。
利用MATLAB控制系统工具箱提供的minreal()函数可以直接求出给定状态空间模型的最小实现,该函数的调用形式为[12]:
其中A,B,C,D为系统模型的状态方程矩阵,tol为用户任意指定的误差限制,如果省略此参数,则默认为最小值(eps)。调用此函数后,就会自动地返回一个最小实现的状态方程模型Am,Bm,Cm,Dm。
然后再调用其他相关函数,就可构建系统的开环和闭环传递函数,对转矩及变桨距控制器参数进行整定。
4 仿真运算
本文研究对象为某公司设计的双馈型风电机组模型。其额定功率为1.5MW,发电机额定转速为1770 r/min,外部载荷仿真运行环境选择20 m/s的湍流风,其变化规律如下图所示。
图6 20m/s湍流风
4.1 算法实现
图7 转矩控制器
图8 变桨距控制器
根据前面介绍的基本控制策略,利用MATLAB /Simulink中的仿真模块实现风电机组的控制算法设计。MATLAB软件拥有强大的数值计算功能,利用VC与MATLAB接口可以充分发挥其数值计算功能,把复杂的数据处理交给MATLAB去完成,并且可以不依赖MATLAB软件运行。还可利用MATLAB自带的编译工具将mdl文件方便的编译成动态连接库文件(dll),并可直接供BLADED软件调用。转矩控制器和变桨距控制器的基本框图分别如图7、8所示。
在图7中可看出,风力发电机组运行区域的判断是通过真值表来完成的,根据电机转速、电机转矩和桨距角三者之间的逻辑关系就可以区分出。转速-转矩运行曲线中的AB段和CD段都是利用转矩PI控
制器来调整转矩给定,从而控制风轮转速保持在期望值,BC段是使用最优模态增益获得转矩给定值,实现风机的变速运行。
由图8中可知,变桨控制器是否执行变桨控制也是根据电机转速、电机转矩和桨距角三者之间的逻辑关系,利用真值表实现的。变桨距PI控制器的增益表是通过把MATLAB中拟合好的离散数据导入到Simulink中的查找表,这样就可使得增益系数 根据桨距角的变化而变化。
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