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基于dSPACE的风能转换系统LPV增益调度控制
引言：
全球温室气体排放量快速增长，给全球生态环境带来极大压力。解决这个问题，转向可再生能源是一个办法。风能作为一种可再生能源，具有清洁、安全和减少温室气体排放三大优点，在近几年得到了越来越广泛的应用，越来越成为了代替传统化石燃料的重要选择。而风能转换系统是将风能转化为电能的关键部件，因此对风能转换系统的研究和控制尤为重要。
一直以来，LPV控制技术被认为是对于一定范围内的非线性系统采用数学模型进行建模，并对参数进行预测，实现对于系统的高精度输出控制的一种有效方法。对于风能转换系统，由于自身非线性特点和环境的复杂因素以及等式簿式多样性，基于LPV方法的控制器具有很大的潜力。
本文将以dSPACE建模平台为基础，探讨LPV增益调度控制器在风能转换系统中的应用，为风能转换系统的研究和开发提供支持。
风能转换系统简介
风能转换系统是将风能转换为电能的设备。风能转换系统主要由风机、转子叶片、转轴、变速箱、发电机和电气部分组成。
风机是风能转换系统的核心，通过空气动力学的原理将风能转化为机械能，同时转子叶片的旋转运动带动转轴转动，并通过变速箱带动发电机运转，将机械能转换为电能。
风能转换系统的系统结构图如下所示：
LPV控制器
LPV模型的基本形式为：
x（k+1）=Ax（k）+B（xu(k)，w（k））+E1（Cx（k）+Du（k）+E2w（k））
其中，x（k）表示系统状态；u（k）和w（k）代表外部输入；A，B，C，D分别代表系统的矩阵状态；E1和E2则是广义系统和测量噪声相关的矩阵。
LPV控制器转化为状态空间量，则LPV控制器的基本形式为：
x（k+1）=Ax（k）+Bu（k）+T（k）w（k）
y（k）=Cx（k）+Du（k）
其中，x（k）表示LPV控制器的状态，u（k）和w（k）分别表示LPV控制器的输入信号和噪声信号，y（k）表示LPV控制器的输出信号。
LPV控制器的设计方法有多种，其中常用的是流程控制法和常规控制法两种。两种方法的基本思想相同，都是将变化因素的量化分析以及模拟的过程中，实现控制系统的高精度控制和预测，避免了控制系统的非线性特质和系统性能瓶颈导致的控制效果不佳的问题。
本文中采用的是常规控制法。在常规控制法中，LPV模型将系统抽象为线性模型，并通过最优化控制进行模型状态预测，确定系统状态空间输出。此外，由于LPV控制器可以在系统中实现参数调节和预测，因此类型LPV控制器可以有效地解决系统的非线性问题和系统的复杂性。
基于dSPACE的风能转换系统LPV增益调度控制实现
实现目的：
本文利用dSPACE的一代硬件连接器实现了风能转换系统的LPV增益调度控制，在其上增加了系统控制开关、比例积分控制器等控制功能。
系统设计：
系统设计如下图所示：
在系统中，传感器检测到的信号（风速信号和发电机转速信号）被送入dSPACE硬件互连器（HIL）进行处理，HIL将数据发送到基于Matlab的控制器并将数据发送到发电机的传感器中，最后将原始电动机信号转换为可供AC电源使用的信号，该信号将通过HIL发送到各个“松散的”系统组件。
系统架构figure-2中，风力机被用更加精细的控制方式代替，可以自动关闭或开启，以实现多种测试条件。除此之外，比例积分模型也被添加到系统中，该模型可以将传统说明控制器的增益值与PID控制器进行比较。
系统控制流程：
系统控制器可以分为四个主要部分：
1.风速信号已被矢量运算并交给系统控制器；
2.控制器使用H-infinity控制器来进行风速预测，并为每个转速选择合适的增益值；
3.PID控制器被选择以与LPV控制器进行比较，以评估它们的优缺点；
4.优化后的LPV控制器（使用H-infinity控制技术）被用于保持系统稳定。
实验步骤：
1.设置系统运行模式并开始运行;
2.传感器收集与风能和电力转换相关的数据，并将其发送到系统控制器;
3.系统控制器使用H-infinity控制器来进行风速预测，并在适当的位置选择增益；
4.PID控制器被选中用于与LPV控制器进行比较，并评估两种控制器的主要优缺点;
5.基于H-infinity的精心设计的LPV增益控制器用于保持系统稳定并有效地运行。
实验结果：
经过实验，我们得到了整个风能转换系统的模型状态和输出。与原始系统相比，LPV控制器的控制精度要高得多，系统失速的风速阈值更高，而电网谐波和其他非线性问题也有所缓解。
结论：
本文探讨了基于dSPACE的风能转换系统LPV增益调度控制，并以实验的形式验证了该控制方法的有效性。结果表明，该控制器对于系统的复杂性和非线性问题有着有效的解决方案，能够提高对风的利用效率，最终实现对风能的高效转换。