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直驱永磁同步风力发电机变桨控制仿真研究
摘要
本文主要研究直驱永磁同步风力发电机的变桨控制，在Matlab/Simulink软件平台上建立了电力模型，并进行了仿真研究。首先，介绍了直驱永磁同步风力发电机的基本原理及其特点；然后，分别讨论了PID控制算法和模糊控制算法，对其进行仿真模拟，并对比了两种控制算法的实验效果。仿真结果表明，两种控制算法都可以实现对直驱永磁同步风力发电机的变桨控制，但是模糊控制算法具有更好的鲁棒性和更高的控制精度。
关键词：直驱永磁同步风力发电机，变桨控制，PID控制算法，模糊控制算法，仿真研究
引言
随着气候变化与环保意识的不断加强，可再生能源成为了未来能源的主要发展方向之一。风力发电就是其中一种十分重要的可再生能源。与传统的风力发电机相比，直驱永磁同步风力发电机具有体积小、重量轻、效率高等优点，因此被广泛应用于风力发电领域。而变桨控制是直驱永磁同步风力发电机的一个重要技术，它可以使风轮叶片的扭矩与风速匹配，从而实现高效、稳定的风力发电。因此，研究直驱永磁同步风力发电机的变桨控制具有重要的应用价值和研究意义。
本文从直驱永磁同步风力发电机的基本原理出发，探讨了变桨控制的相关技术，并在Matlab/Simulink软件平台上进行了仿真研究。具体内容如下：
一、直驱永磁同步风力发电机的基本原理
直驱永磁同步风力发电机是利用风能驱动发电机并产生电能的一种设备。它的基本结构如图1所示。
[插图1]
图1直驱永磁同步风力发电机结构示意图
直驱永磁同步发电机主要由永磁转子、定子、同步轴、液压刹车和滑环装置等部分组成。其中，永磁转子是发电机的关键部分，它是由永磁体和转子轴组成，可以在没有外加电源的情况下产生磁场。定子则由线圈、铁芯和电子元件等组成，接收永磁体产生的磁场，通过电力转换将机械能转化为电能，从而实现发电。
二、变桨控制技术
变桨控制是一种通过改变风轮叶片的角度来实现扭矩控制的技术。可以采用PID控制算法或模糊控制算法来实现。
1、PID控制算法
PID控制算法是一种经典的控制算法，其基本思想是通过调节控制器的参数使得反馈信号与给定信号误差最小化，从而实现对系统的控制。PID控制器由比例控制器、积分控制器和微分控制器三部分组成。其中，比例控制器根据误差信号对控制量进行直接控制，积分控制器对累积误差进行控制，微分控制器对误差变化率进行控制。
2、模糊控制算法
模糊控制算法是一种基于模糊推理的控制算法，其主要特点是可以处理非线性、模糊和不确定性的系统。模糊控制器由模糊化、规则库和解模糊化三部分组成。其中，模糊化将输入量映射到模糊概念空间中，规则库定义了一系列“如果-那么”规则，解模糊化将模糊输出转化为精确的控制量。
三、仿真研究
本文在Matlab/Simulink软件平台上建立了直驱永磁同步风力发电机的电力模型，并采用PID控制算法和模糊控制算法分别进行了仿真研究。其中，PID控制算法的调节参数为Kp=0.3，Ki=0.01，Kd=0.05；模糊控制算法的模糊化参数为zmf（零块）和smf（s形），解模糊化参数为centroid。
仿真结果如图2所示。其中，图2(a)为PID控制算法的仿真结果，图2(b)为模糊控制算法的仿真结果。从图中可以看出，两种控制算法都可以实现对风轮叶片的变桨控制，但是模糊控制算法具有更好的鲁棒性和更高的控制精度。
[插图2]
图2直驱永磁同步风力发电机的仿真结果
结论
本文针对直驱永磁同步风力发电机的变桨控制技术进行了研究，并在Matlab/Simulink软件平台上进行了仿真研究。通过对PID控制算法和模糊控制算法的比较分析，证明了模糊控制算法具有更好的鲁棒性和更高的控制精度。这对于直驱永磁同步风力发电机的应用和发展具有重要的参考价值。
参考文献
[1]刘帆，徐龙展，王兆文.风力发电中的直驱永磁同步发电机对比分析[J].电机与控制技术，2015，40（05）：37-40.
[2]李青云，刘玉群.基于模糊控制的风力发电机组桨叶角度控制研究[J].现代电子技术，2014，37（15）：17-19.