基于dspace的風(fēng)能轉(zhuǎn)化系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)
吳定會(huì)，紀(jì)志成
(江南大學(xué)，江蘇無錫214122)
摘要：為實(shí)現(xiàn)風(fēng)能轉(zhuǎn)化系統(tǒng)控制器的快速開發(fā)，介紹了一種基于dspace的風(fēng)能轉(zhuǎn)化系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)方法。該方法利用dspace的快速控制原型方式和dspace系統(tǒng)軟硬件環(huán)境，采用madan／snuimk的系統(tǒng)建模方法設(shè)計(jì)了以變速風(fēng)力鼠籠感應(yīng)發(fā)電機(jī)組為例的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)；并對(duì)控制參數(shù)進(jìn)行在線調(diào)整，改善實(shí)際的性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：采用dspace平臺(tái)可以快速完成風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)控制的研究和開發(fā)，縮短控制系統(tǒng)的開發(fā)周期，獲得滿意效果。
關(guān)鍵詞：dspace；快速控制原型；風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)；實(shí)時(shí)控制
申圖分類號(hào)：tm346 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a 文章編號(hào)：1004一7018(2010)01—0048—03
o引 言
隨著全球性的常規(guī)化石能源日益短缺和人類環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，風(fēng)能發(fā)電受到國內(nèi)各大電力公司和電力企業(yè)的關(guān)注。其中風(fēng)電機(jī)組核心控制器設(shè)計(jì)常見解決方案有：多處理器、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、plc+嵌入式等實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)作為開發(fā)平臺(tái)[1-2]。但是風(fēng)能轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)比較復(fù)雜，故障狀態(tài)不確定，且控制算法涉及大量的實(shí)時(shí)計(jì)算，需要編寫大量的程序代碼，這些控制平臺(tái)的開發(fā)周期長。
dspace是一個(gè)可用于在線仿真的系統(tǒng)軟硬件平臺(tái)[3]，從數(shù)據(jù)處理速度、響應(yīng)時(shí)間及數(shù)據(jù)確定性三方面滿足實(shí)時(shí)系統(tǒng)基本需求的同時(shí)，dspace實(shí)時(shí)內(nèi)核采用rms(reservo打m0delig system)調(diào)度策略來滿足實(shí)時(shí)仿真中自動(dòng)生成代碼的需求。借助rtw(re al—time worksh。p)和rti的支持，無需編程，在線模型可以生成實(shí)時(shí)代碼，并自動(dòng)編譯、連接、下載到實(shí)時(shí)硬件中運(yùn)行�；赿space的風(fēng)能轉(zhuǎn)化系統(tǒng)控制器可以
快速解決風(fēng)機(jī)機(jī)電控制系統(tǒng)從設(shè)計(jì)、開發(fā)、試驗(yàn)到定型過程中的重復(fù)工作，加快研制周期，減少資源浪費(fèi)，提升控制系統(tǒng)的研發(fā)能力。
本文根據(jù)風(fēng)能轉(zhuǎn)化系統(tǒng)控制原理，基于dsapce構(gòu)建風(fēng)電機(jī)組控制器硬件開發(fā)平臺(tái)，利用m atlab／simulink建立風(fēng)力機(jī)模擬和風(fēng)能轉(zhuǎn)化系統(tǒng)控制模型，采用rcp方式，在硬件上實(shí)時(shí)運(yùn)行，并且給出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明該控制器可實(shí)現(xiàn)風(fēng)能****捕獲等功能。
1控制器硬件設(shè)計(jì)
基于風(fēng)能轉(zhuǎn)化系統(tǒng)控制器硬件基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)硬件主要有以下五部分組成：pc機(jī)、dspace硬件平臺(tái)、信號(hào)處理板、變頻器與感應(yīng)電機(jī)構(gòu)成風(fēng)力機(jī)、逆變器與感應(yīng)電機(jī)構(gòu)成發(fā)電機(jī)組。平臺(tái)采用dspace aut0box硬件系統(tǒng)，其中處理器板dsl005是m0torola公司的powerpc750，主頻480 hz，通過以太網(wǎng)與pc主機(jī)進(jìn)行通信。i／0板ds2210具有模擬量輸入、輸出和pwm輸出功能，i／o板ds4002具有脈寬捕獲等功能，他們適用于多種i／o插槽，通過32位的phs總線與處理器板dsl005進(jìn)行通信。信號(hào)處理板是標(biāo)準(zhǔn)化與dspace相連的接口信號(hào)，通過信號(hào)調(diào)理電路，使電流電壓變送器、速度的脈沖編碼器等輸入信號(hào)滿足i／o板接
口要求，同時(shí)輸出模擬電壓和pwm信號(hào)。電機(jī)采用極對(duì)數(shù)為4和6的鼠籠感應(yīng)電機(jī)。
該控制器開發(fā)平臺(tái)中具有風(fēng)力機(jī)模擬、變速風(fēng)力鼠籠感應(yīng)發(fā)電機(jī)組的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)、系統(tǒng)監(jiān)控和管理三個(gè)功能。
1.1風(fēng)力機(jī)模擬
采用異步交流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，模擬風(fēng)通過槳葉產(chǎn)生的輸入到發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩。它由異步交流電動(dòng)機(jī)、變頻器和dspace軟硬件平臺(tái)系統(tǒng)構(gòu)成。在dspace實(shí)現(xiàn)風(fēng)力機(jī)模擬，接口ds 2201插件通過信號(hào)處理板，接收交流電機(jī)的相電流、相電壓信號(hào)，在dspace實(shí)現(xiàn)風(fēng)力機(jī)模擬，模擬風(fēng)力機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩te信號(hào)給變頻器，驅(qū)動(dòng)電機(jī)。
1.2發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)
通過控制逆變器pwm來控制發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，它由鼠籠感應(yīng)發(fā)電機(jī)、逆變器和dspace硬件平臺(tái)構(gòu)成。dspace接口ds 2201和ds 4002插件通過信號(hào)處理板接受發(fā)電機(jī)相電流、相電壓和電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)，輸出控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩的pwm信號(hào)．
1.3控制系統(tǒng)監(jiān)控和管理
利用dspace軟件系統(tǒng)controidesk綜合實(shí)驗(yàn)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)實(shí)時(shí)硬件的圖形化管理在管理系統(tǒng)界面上，可以建立用戶虛擬儀表，可視化管理變量和參數(shù)。
2風(fēng)能轉(zhuǎn)化系統(tǒng)建模
2.1風(fēng)力機(jī)模擬
根據(jù)貝茲理論，風(fēng)輪機(jī)產(chǎn)生的機(jī)械功率∽為：
|
