کنترل تحمل‌پذیر عیب فعال برای سیستم‌های توربین بادی با استفاده از مد لغزشی مبتنی بر رویتگر اغتشاش و تخمین تاخیر زمانی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، مهندسی مکانیک، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران،

2 هیئت علمی/ دانشگاه شهید بهشتی پردیس فنی عباسپور

چکیده

در این مقاله، کنترل تحمل‌پذیر عیب فعال برمبنای تخمین تاخیر زمانی، مد لغزشی و رویتگر اغتشاش غیرخطی برای کنترل زاویه پیچ سیستم توربین بادی در حضور عیب عملگر و سنسور، و عدم‌قطعیت ارائه شده است. تخمین تاخیر زمانی بعنوان الگوریتم تخمین عیب برای تشخیص، ایزوله سازی و جبران اثرات عیب عملگر بکار گرفته شده است. در ادامه، با ترکیب روش مدلغزشی، کنترل تاخیر زمانی و رویتگر غیرخطی اغتشاش یک قانون کنترل مقاوم برای خنثی کردن اثرات عیب و عدم قطعیت طراحی شده است. به منظور کاهش چترینگ در کنترل مدلغزشی معمولی که به علت ترم کنترلی ناپیوسته بوجود می‌آید، یک رویتگر اغتشاش غیرخطی طراحی و با قانون کنترل مد لغزشی و کنترل تاخیر زمانی ترکیب شده است. در ساختار پیشنهادی، بهره کنترلی ترم ناپیوسته به میزان قابل ملاحظه‌ای کاهش یافته درنتیجه پدیده چترینگ به‌طور چشم‌گیری کاهش می‌یابد. تحلیل پایداری برمبنای تئوری لیاپانوف انجام شده است. پروفیل سرعت باد با استفاده از نرم‌افزار توربسیم تولید شده، و قانون کنترل پیشنهادی برمبنای مدل دوجرمی طراحی و به منظور اعتبارسنجی در محیط نرم‌افزار فست پیاده‌سازی شده است. نتایج، برتری کنترل پیشنهادی درمقایسه با کنترل‌کننده‌های خطی‌سازی فیدبک و جدول‌بندی بهره درحضور عدم‌قطعیت و عیب‌های مختلف عملگر ازقبیل نشتی هیدرولیکی، خرابی پمپ و محتوی هوا در روغن هیدرولیک را نشان می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Active Fault Tolerant Control of Wind Turbine Systems using Disturbance Observer-based Sliding Mode and Time Delay Estimation

نویسندگان [English]

  • mahmood mazare 1
  • Mostafa Taghizadeh 2
1 School of Mechanical Engineering, ShahidBeheshtiUniversity, Tehran, Iran.
2 shahid beheshti university
چکیده [English]

In this paper, an Active Fault Tolerant Control (AFTC) based on Time Delay Estimation (TDE), sliding mode and nonlinear disturbance observer is proposed to control the pitch angle of a wind turbine system in the presence of sensor and actuator faults and uncertainties. Time Delay Estimation (TDE) is applied as a fault estimation algorithm for the detection, isolation and compensation of the actuator fault. Then, a robust control law is synthesized to nullify uncertainty and fault effects. using a combination of sliding mode disturbance observer-based and time delay control with novel adaptation laws and a nonlinear disturbance observer. In order to mitigate chattering which comes from the discontinuous control, a nonlinear disturbance observer is designed and combined with sliding mode and time delay control. Through the proposed structure, the discontinuous gain is reduced significantly which leads to chattering reduction. Stability analysis is conducted through Lyapunov Theory. Wind speed profiles are generated using TurbSim, and simulations are performed based on a nonlinear two-mass wind turbine model which is implemented in FAST environment for verification. Finally, simulation results reveal the effectiveness of the proposed controller in the presence of uncertainty and different actuator faults such as hydraulic leakage, pump wear, and high air content in the oil.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Wind turbine
  • Pitch angle control
  • Fault tolerant control
  • Nonlinear disturbance observer
  • Time delay estimation (TDE)