بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله یک روش طراحی PID مقاوم به منظور کنترل یک توربین بادی سرعت متغیر به منظور دستیابی به اهدافی همچون مقاومت در برابر نامعینی در پارامترها ، ردیابی سریع، حداقل فاز و حداقل بهره ارائه شده است. در روش پیشنهادی بر مبنای الگوریتمی تحت عنوان منطقه اعتماد سیستم ناپایدار سیستم مدنظر کنترل میگردد این در حالی است که روش های کلاسیک طراحی PID قادر به طراحی کنترلکننده مناسب برای این سیستم نیستند. در این مقاله به منظور ارزیابی نتایج کنترلکننده طراحی شده با کنترلکننده مقاوم با روش نظریه فیدبک کمی - QFT - مقایسه شده است.
.1 مقدمه
تأثیر مخرب سوخت فسیلی بر محیط زیست، افزایش گازهای گلخانه-ای و افزایش تقاضای انرژی، موجب افزایش علاقه¬ی جهانی به انرژی های تجدید پذیر مانند انرژی باد شده است.[1] نسل جدید توربین های بادی دارای پره های انعطاف پذیر هستند که می توانند در سرعت های متغیر باد عملکرد مناسبی داشته باشند.[2] توربین های بادی سرعت متغیر نسبت به توربین های بادی سرعت ثابت دارای مزیت هایی همچون افزایش جذب انرژی و افزایش طول عمر توربین را دارا هستند.
برای افزایش کارآمدی و پایداری در زمان های طولانی توربین های بادی نیاز به یک کنترل¬کننده دارند که وظیفه ی مهم این کنترل کننده تغییر سرعت ژنراتور توربین بادی سرعت متغیر در حضور نامعینی ها بر روی پارامتر های آن از حد سرعت پایین به سرعت عملکردی برای تولید هر چه بیشترتوان است.[4] در مرجع [5] از نظریه فیدبک کمی - QFT - برای کنترل توربین های بادی سرعت متغیر استفاده شده است QFT .یک روش طراحی کنترل مقاوم در حوزه فرکانس است که البته نسبت به کنترل کننده های PID ، پیچیدگی های بیشتری دار است و عملا ابتدا نیاز به طراحی یک پیش فیلتر خواهیم داشت.
در میان کنترل¬کننده های صنعتی مرسوم کنترل¬کننده تناسبی انتگرالی مشتقی - PID - به صورت گسترده در حدود 90 درصد حلقه های کنترلی در صنعت مورد استفاده قرار گرفته است و هنوز هم از جذابیت برخوردار است. این درحالی است که در سیستم های ناپایدار روش های کلاسیک تنظیم پارامترهای PID قادر به طراحی کنترل کننده PID برای یک عملکرد مناسب نیستند. در این مقاله یک روش برای طراحی کنترل¬کننده PID به منظور رفع این مشکلات و دستیابی به اهدافی همچون مقاومت در برابر تغییرات پارامتر ها، ردیابی سریع، حداقل فاز و حداقل بهره برای یک توربین بادی سرعت متغیر ارائه شده است.
در این مقاله ایده طراحی کنترل کننده PID برای کنترل سرعت توربین های بادی سرعت متغیر در حضور نامعینی در این سیستم در پنج بخش، به ترتیب زیر ارائه شده است. در بخش دوم به توصیف مدل توربین بادی سرعت متغیر پرداخته شده است. در بخش سوم به ارائه روشی برای تنظیم کنترل کننده PID بر مبنای الگوریتمی تحت عنوان منطقه اعتماد با هدف مقاومت در برابر تغییرات سیستم و نامعینی ها پرداخته شده است. دربخش چهارم به آنالیز و مقایسه عملکرد کنترل کننده طراحی شده با QFT با استفاده از مجموعه ای از شبیه سازی ها در محیطMATLAB تحت عنوان های دنبال کردن ورودی مرجع، مقاوم بودن در برابر تغییرات ورودی و پارامتر های سیستم و آنالیز حوزه ی فرکانس پرداخته شده است.
.2 شرح سیستم
معمولا توربین های بادی در سه سرعت کار می کنند. حد سرعت پایین، که در آن توربین شروع به تولید توان میکند. سرعت عملکردی، که توربین با توجه به طراحی شروع به تولید توان میکند. حد سرعت بالا، که درآن توربین با توجه مسائل امنیتی از تولید توان باز می ایستد.[4]
.3 طراحی کنترلکننده
سیستم شرح داده شده در بخش دوم، سیستمی با دینامیک ناپایدار و دارای نامعینی است. در این مقاله طراحی کنترلگر به گونهای که توربین بادی سرعت متغیر با در نظر گرفتن نامعینی ها با حداکثر سرعت از حد سرعت پایین به سرعت عملکردی برسد و سیستم حلقه بسته پایدار باقی بماند، مورد نظر میباشد. برای دستیابی به این اهدف روشی برای بدست آوردن کنترل کننده تناسبی انتگرالی مشتقی - PID - ارائه شده است و در بخش های بعد با کنترل کننده طراح شده با روش QFT مقایسه شده است.
رابطه - 11 - تابع انتقال عمومی یک کنترل کننده PID را نشان می دهد. که Kp، Ki و Kd به ترتیب بهره های تناسبی، انتگرال و مشتق نامیده می شوند. موفقیت کنترل کننده PID بستگی به یک انتخاب مناسب از بهره های PID دارد. در روش های کلاسیک تعیین پارامتر های این کنترل کننده به گونه ای تعیین می شوند که با تغییرات مدل سیستم کنترل کننده عملکرد مناسبی از خود نشان نمیدهد هدف از این مقاله ارائه روشی برای بدست آوردن پارامتر های کنترل کننده PID برای توربین های بادی سرعت متغیر به گونه ای است که با تغییرات در مدل سیستم در یک بازه ی مشخص کنترل کننده PID عملکرد مناسبی از خود نشان دهد.
