阅读说明：本技术 基于状态机的变桨系统控制方法、变桨系统以及状态机 (Variable pitch system control method based on state machine, variable pitch system and state machine ) 是由 谢峥 张勋 张利军 崔晓光 位俊雷 李刚 杨东军 林祥礼 赵栋 夏常凯 狄振锋 于 2020-06-29 设计创作，主要内容包括：本发明提供的基于状态机的变桨系统控制方法,应用于变桨系统的状态机,所述控制方法包括：确定所述变桨系统的多个状态机模式,所述状态机模式包括：待机模式、正常工作模式、紧急闭环模式以及紧急开环模式；当所述变桨系统处于任一所述状态机模式下,判断所述变桨系统是否满足状态模式切换条件,若满足,则控制不同所述状态机模式进行切换。该发明基于状态机界定变桨系统的状态机模式,通过变桨系统控制不同状态机模式之间的切换,保证了风电发电机组的安全可靠地运行,简化了逻辑,减少了空间内存的占用,降低了变桨系统的动作响应时间。(The invention provides a variable pitch system control method based on a state machine, which is applied to the state machine of a variable pitch system, and comprises the following steps: determining a plurality of state machine modes of the pitch system, the state machine modes comprising: a standby mode, a normal operating mode, an emergency closed-loop mode and an emergency open-loop mode; and when the variable pitch system is in any one state machine mode, judging whether the variable pitch system meets the state mode switching condition, and if so, controlling different state machine modes to switch. According to the invention, the state machine mode of the pitch system is defined based on the state machine, and the switching between different state machine modes is controlled by the pitch system, so that the safe and reliable operation of the wind power generator set is ensured, the logic is simplified, the occupation of space memory is reduced, and the action response time of the pitch system is reduced.)

基于状态机的变桨系统控制方法、变桨系统以及状态机

技术领域

本发明涉及机车制动控制技术领域，特别涉及一种基于状态机的变桨系统控制方法、变桨系统以及状态机。

背景技术

在风力发电系统中，变桨系统是风力发电机组的重要组成部分，变桨系统通过调节桨叶的节距角，改变气流对桨叶的攻角，进而控制风轮捕获的气动转矩和气动功率，因此，变桨系统的控制技术关系到风力发电机组的安全可靠运行，影响着风电发电机组的寿命。

目前的变桨系统控制方法按照风机发电机组的工作过程，变桨系统顺序控制风机发电机组工作，实现风电发电机组安全可靠地运行。

但是，就现有技术来说，变桨系统控制方法逻辑复杂，占用空间内存大，且一旦变桨系统发生故障，将会由于变桨系统误动作带来安全隐患。

发明内容

为解决现有技术中变桨系统控制方法逻辑复杂、占用空间内存大以及安全性低的技术问题，本发明提供了一种基于状态机的变桨系统控制方法，基于状态机界定变桨系统的状态机模式，通过变桨系统控制不同状态机模式之间的切换，保证了风电发电机组的安全可靠地运行，简化了逻辑，减少了空间内存的占用，降低了变桨系统的动作响应时间。

本发明提供了一种基于状态机的变桨系统控制方法，应用于变桨系统的状态机，所述变桨系统包括控制器、三个轴箱以及与每一个轴箱连接的驱动器、电机、编码器、第一限位开关和第二限位开关，所述第一限位开关和所述第二限位开关互为冗余，其特征在于，所述控制方法包括：

确定所述变桨系统的多个状态机模式，所述状态机模式包括：待机模式、正常工作模式、紧急闭环模式以及紧急开环模式；

当所述变桨系统处于任一所述状态机模式下，判断所述变桨系统是否满足状态模式切换条件，若满足，则控制不同所述状态机模式进行切换。

进一步地，所述状态机模式还包括：手动操作模式。

进一步地，所述变桨系统按照如下步骤对多个所述状态机模式进行切换：

当所述变桨系统处于所述待机模式时，若接收到所述控制器的控制指令，则切换至所述正常工作模式；若检测到第一故障，则切换至所述紧急闭环模式，所述第一故障包括非编码器故障；

当所述变桨系统处于所述正常工作模式时，若检测到所述第一故障，则切换至所述紧急闭环模式；若检测到第二故障，则切换至所述紧急开环模式，所述第二故障包括编码器故障；若未接收到所述控制指令，则切换至所述待机模式；

当所述变桨系统处于所述紧急闭环模式，若检测到所述第二故障，则切换至所述紧急开环模式；若排除所述第一故障且接收到所述控制指令，则切换至所述正常工作模式；若排除所述第一故障且未接收到所述控制指令，则切换至所述待机模式；

当所述变桨系统处于所述紧急开环模式时，若排除所述第二故障且接收到所述控制指令，则切换至所述正常工作模式。

进一步地，若所述变桨系统处于所述待机模式、所述正常工作模式、所述紧急闭环模式或所述紧急开环模式时，若所述变桨系统接入所述手操盒，则切换至手动操作模式。

进一步地，所述变桨系统处于所述待机模式时的切换方法包括：

所述变桨系统处于所述待机模式时的切换方法包括：

判断所述变桨系统是否完成上电，若完成上电，则判断所述变桨系统是否完成初始化，若完成初始化，则判断所述变桨系统是否完成自检，若完成自检，则所述变桨系统处于待机模式，判断所述变桨系统是否接入所述手操盒；

若接入所述手操盒，则切换至所述手动操作模式，否则，则判断所述变桨系统是否接收到所述控制指令；

若接收到所述控制指令，则切换至所述正常工作模式，所述控制器控制所述驱动器驱动所述电机运动，否则，判断所述变桨系统是否检测到所述第一故障；

若检测到所述第一故障，则切换至所述紧急闭环模式，所述控制器控制所述驱动器驱动所述电机向第一目标位置运动；否则，则返回判断所述变桨系统是否接入所述手操盒。

进一步地，所述变桨系统处于所述正常工作模式时的切换方法包括：

所述变桨系统处于所述正常工作模式时的切换方法包括：

当所述变桨系统处于所述正常工作模式时，所述控制器给定目标位置和目标速度，所述控制器控制所述驱动器驱动所述电机按照所述目标速度运动至所述目标位置，判断所述变桨系统是否接入所述手操盒；

若接入所述手操盒，则切换至所述手动操作模式，否则，判断所述变桨系统是否检测到所述第一故障；

若检测到所述第一故障，则切换至所述紧急闭环模式，所述控制器控制所述驱动器驱动所述电机向所述第一目标位置运动；否则，判断所述变桨系统是否检测到所述第二故障；

若检测到所述第二故障，则切换至所述紧急开环模式，所述控制器控制所述驱动器驱动所述电机桨顺桨运动，直至桨叶碰到所述第一限位开关到达第二目标位置或碰到所述第二限位开关到达第三目标位置；否则，判断所述变桨系统是否接收到所述控制指令；

若未接收到所述控制指令，则切换至所述待机模式，所述控制器控制所述驱动器驱动所述电机减速运动，直至停止运动，所述电机抱闸，否则，所述变桨系统根据所述控制指令控制所述驱动器驱动所述电机运动，并返回判断所述变桨系统是否接入所述手操盒。

进一步地，所述变桨系统处于所述紧急闭环模式时的切换方法包括：

当所述变桨系统处于所述紧急闭环模式时，所述控制器控制所述驱动器驱动所述电机向所述第一目标位置运动，判断所述变桨系统是否接入所述手操盒；

若接入所述手操盒，切换至所述手动操作模式，否则，判断所述变桨系统是否检测到所述第二故障；

若检测到所述第二故障，则切换至所述紧急开环模式，所述控制器控制所述驱动器驱动所述电机桨顺桨运动，直至桨叶到达所述第二目标位置或所述第三目标位置；否则，判断所述变桨系统是否排除所述第一故障；

若排除所述第一故障且接收到所述控制指令，则切换至所述正常工作模式，所述控制器控制所述驱动器驱动所述电机按照所述目标速度运动至所述目标位置；若排除所述第一故障且未接收到所述控制指令，则切换至所述待机模式，否则，返回判断所述变桨系统是否接入所述手操盒。

进一步地，所述变桨系统处于所述紧急开环模式时的切换方法包括：

当所述变桨系统处于所述紧急开环模式时，所述控制器控制所述驱动器驱动所述电机桨向所述第二目标位置顺桨运动，若所述第一限位开关失效，所述控制器控制所述驱动器驱动所述电机向所述第三目标位置顺桨运动，判断所述变桨系统是否接入所述手操盒；

若接入所述手操盒，切换至所述手动操作模式，否则，判断所述变桨系统是否排除所述第二故障；

若排除所述第二故障且接收到所述控制指令，则切换至所述正常工作模式，所述控制器控制所述驱动器驱动所述电机按照所述目标速度运动至所述目标位置；否则，返回判断所述变桨系统是否接入所述手操盒。

本发明还提供一种变桨系统，包括状态机，所述状态机用于执行如上所述的方法。

本发明还提供一种应用于变桨系统的状态机，包括：

确定所述变桨系统的多个状态机模式，所述状态机模式包括：待机模式、正常工作模式、紧急闭环模式以及紧急开环模式；

当所述变桨系统处于任一所述状态机模式下，判断所述变桨系统是否满足状态模式切换条件，若满足，则控制不同所述状态机模式进行切换。

本发明的技术效果或优点：

(1)本发明提供的基于状态机的变桨系统控制方法，确定变桨系统的多个状态机模式，根据状态模式切换条件，控制不同状态机模式进行切换。该方法基于状态机界定变桨系统的状态机模式，通过变桨系统控制不同状态机模式之间的切换，保证了风电发电机组的安全可靠地运行，简化了逻辑，减少了空间内存的占用，降低了变桨系统的动作响应时间。

(2)本发明提供的基于状态机的变桨系统控制方法，状态机模式还包括手动操作模式，手动操作模式的优先级高于其他状态机模式，且安全性能更高，可以其他状态机模式切换至手动操作模式，进一步保证了风电发电机组的安全可靠地运行。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一个基于状态机的变桨系统控制方法的示意图；

图2为本发明实施例提供的变桨系统在待机模式时状态机控制方法的示意图；

图3为本发明实施例提供的变桨系统在正常工作模式时状态机控制方法的示意图；

图4为本发明实施例提供的变桨系统在紧急闭环模式时状态机控制方法的示意图；

图5为本发明实施例提供的变桨系统在紧急开环模式时状态机控制方法的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本领域应该理解的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为解决现有技术中变桨系统控制方法逻辑复杂、占用空间内存大以及安全性低的技术问题，本发明提供了一种基于状态机的变桨系统控制方法，基于状态机界定变桨系统的状态机模式，通过变桨系统控制不同状态机模式之间的切换，保证了风电发电机组的安全可靠地运行，简化了逻辑，减少了空间内存的占用，降低了变桨系统的动作响应时间。

下面结合具体实施例及说明书附图，对本发明的技术方案作详细说明。

参考图1，本发明实施例提供的基于状态机的变桨系统控制方法，应用于变桨系统的状态机，变桨系统包括控制器、三个轴箱以及与每一个轴箱连接的驱动器、电机、编码器、第一限位开关和第二限位开关，第一限位开关和第二限位开关互为冗余，控制方法包括：

确定变桨系统的多个状态机模式，状态机模式包括：待机模式、正常工作模式、紧急闭环模式以及紧急开环模式；

当变桨系统处于任一状态机模式下，判断变桨系统是否满足状态模式切换条件，若满足，则控制不同状态机模式进行切换。

本发明实施例提供的基于状态机的变桨系统控制方法，基于状态机界定变桨系统的状态机模式，通过变桨系统控制不同状态机模式之间的切换，保证了风电发电机组的安全可靠地运行，简化了逻辑，减少了空间内存的占用，降低了变桨系统的动作响应时间。

简单介绍一下变桨系统，变桨系统主要包括控制器、三个轴箱以及与每一个轴箱连接的驱动器、电机、编码器、第一限位开关和第二限位开关，其中第一限位开关和第二限位开关互为冗余，控制器与轴箱中的控制器相连接，轴箱中的控制器分别与驱动器、电机以及编码器相连接，驱动器与电机相连接，电机与编码器相连接，根据预设目标位置指令，控制器控制驱动器驱动电机运动，直至电机达到目标位置。需要说明的是，每个轴箱分别控制一个桨叶，并接收控制器的控制指令。本发明实施例提供的基于状态及的变桨系统控制方法，针对一个轴箱而言，其余轴箱与之相同。本实施中第一限位开关为92°限位开关，第二限位开关为100°限位开关，可根据实际需求，修改第一限位开关和第二限位开关的位置，其中第一限位开关的位置为第二目标位置，第二限位开关的位置为第三目标位置。

具体地，参考图1，本发明实施例提供的基于状态机的变桨系统控制方法，应用于变桨系统的状态机，控制方法包括：

确定所述变桨系统的多个状态机模式，状态机模式包括：待机模式、正常工作模式、紧急闭环模式以及紧急开环模式，为进一步地保证风机发电组的安全可地运行，状态机模式还包括手动操作模式，手动操作模式的优先级和安全性高于待机模式、正常工作模式、紧急闭环模式以及紧急开环模式。

当变桨系统处于任一状态机模式下，判断变桨系统是否满足状态模式切换条件，若满足，则控制不同状态机模式进行切换。

更具体的说，变桨系统按照如下步骤对多个状态机模式进行切换：

当变桨系统处于待机模式时，若接收到控制器的控制指令，则切换至正常工作模式；若检测到第一故障，则切换至紧急闭环模式，第一故障包括非编码器故障，其中非编码器故障包括但不限于安全链故障以及紧急工况；

当变桨系统处于正常工作模式时，若检测到第一故障，则切换至紧急闭环模式；若检测到第二故障，则切换至紧急开环模式，第二故障包括编码器故障；若未接收到控制指令，则切换至待机模式，其中控制指令包括控制电机运动的指令、复位指令、启动指令以及清除指令；

当变桨系统处于紧急闭环模式，若检测到第二故障，则切换至紧急开环模式；若排除第一故障且接收到控制指令，则切换至正常工作模式；若排除第一故障且未接收到控制指令，则切换至待机模式；

当变桨系统处于紧急开环模式时，若排除第二故障且接收到控制指令，则切换至正常工作模式。

需要说明的是，若变桨系统处于待机模式、正常工作模式、紧急闭环模式或紧急开环模式时，若变桨系统接入手操盒，则切换至手动操作模式。手操盒为本领域技术人员的公知常识，本领域技术人员应知的是，可根据手操盒上的不同功能按钮，控制变桨系统。当变桨系统处于手动操作模式时，断开手操盒的接入，为保证变桨系统的安全性，切换至紧急闭环模式，按照变桨系统处于紧急闭环模式时的切换方法，将变桨系统由紧急闭环模式切换至紧急开环模式，或者由紧急闭环模式切换至正常工作模式，或者由紧急闭环模式切换至待机模式。

参考图2，变桨系统处于待机模式时的切换方法包括：

判断变桨系统是否完成上电，若完成上电，则判断变桨系统是否完成初始化，若完成初始化，则判断变桨系统是否完成自检，若完成自检，则变桨系统处于待机模式，判断变桨系统是否接入手操盒；

若接入手操盒，则切换至手动操作模式，否则，则判断变桨系统是否接收到控制指令；

若接收到控制指令，则切换至正常工作模式，控制器控制驱动器驱动电机运动，否则，判断变桨系统是否检测到第一故障；

若检测到第一故障，则切换至紧急闭环模式，所述控制器控制驱动器驱动所述电机向第一目标位置运动；否则，则返回判断变桨系统是否接入手操盒。其中第一目标位置为89°位置。

需要说明的是，当变桨系统处于紧急闭环模式时，由于编码器正常，控制器控制驱动器驱动电机按照5°/s的速度向89°位置运行。

参考图3，变桨系统处于正常工作模式时的切换方法包括：

当变桨系统处于正常工作模式时，控制器给定目标位置和目标速度，控制器控制驱动器驱动电机按照目标速度运动至目标位置，判断变桨系统是否接入手操盒；

若接入手操盒，则切换至手动操作模式，否则，判断变桨系统是否检测到第一故障；

若检测到第一故障，则切换至紧急闭环模式，控制器控制驱动器驱动电机向第一目标位置运动；否则，判断变桨系统是否检测到第二故障；

若检测到第二故障，则切换至紧急开环模式，控制器控制驱动器驱动电机桨顺桨运动，直至桨叶碰到第一限位开关到达第二目标位置或碰到第三限位开关到达第三目标位置；否则，判断变桨系统是否接收到控制指令；

若未接收到控制指令，则切换至待机模式，控制器控制驱动器驱动电机减速运动，直至停止运动，电机抱闸，否则，变桨系统根据控制指令控制驱动器驱动电机运动，并返回判断变桨系统是否接入手操盒。

需要说明的是，其中，控制器可按照给定目标位置和目标速度以速度控制模式或位置控制模式进行控制，当控制器以位置控制模式控制变桨系统运行时，驱动器控制电机以目标速度向目标位置运行，当控制器以速度控制模式控制变桨系统运行时，驱动器控制电机按照目标速度运行，以达到目标位置。当变桨系统由正常工作模式切换至待机模式时，控制器控制驱动器，使驱动器驱动电机减速并停止运动，电机抱闸。当变桨系统处于紧急开环模式时，编码器故障，控制器控制驱动器驱动电机按照最大允许速度顺桨运行，直至桨叶碰到第一限位开关，当第一限位开关失效时，直至桨叶碰到第二限位开关。

参考图4，变桨系统处于紧急闭环模式时的切换方法包括：

当变桨系统处于紧急闭环模式时，控制器控制驱动器驱动电机向第一目标位置运动，判断变桨系统是否接入手操盒；

若接入手操盒，切换至手动操作模式，否则，判断变桨系统是否检测到第二故障；

若检测到第二故障，则切换至紧急开环模式，控制器控制驱动器驱动电机桨顺桨运动，直至桨叶到达第二目标位置或第三目标位置；否则，判断变桨系统是否排除第一故障；

若排除第一故障且接收到控制指令，则切换至正常工作模式，控制器控制驱动器驱动电机按照目标速度运动至目标位置；若排除第一故障且未接收到控制指令，则切换至待机模式，否则，返回判断变桨系统是否接入手操盒。

需要说明的是，若排除第一故障且接收到复位命令或清除命令，切换至正常模式，控制器发送控制电机运动的指令，驱动器根据控制电机运动的指令驱动电机运动；若排除第一故障且未接收到控制电机运动的指令、复位指令、清除指令和启动指令，则切换至待机模式。当桨叶到达第二目标位置时，若排除第一故障且接收到控制指令，切换至正常工作模式；当桨叶到达第三目标位置时，变桨系统接入手操盒，切换至手动操作模式，将桨叶操作至0°～90°之间的某一位置，断开手操盒的接入，切换变桨系统处于紧急闭环模式，根据紧急闭环模式向正常工作模式的切换方法，切换至正常工作模式。

参考图5，变桨系统处于紧急开环模式时的切换方法包括：

当变桨系统处于紧急开环模式时，控制器控制驱动器驱动电机桨向第二目标位置顺桨运动，若第一限位开关失效，控制器控制驱动器驱动电机向第三目标位置顺桨运动，判断变桨系统是否接入手操盒；

若接入手操盒，切换至手动操作模式，否则，判断变桨系统是否排除第二故障；

若排除第二故障且接收到控制指令，则切换至正常工作模式，控制器控制驱动器驱动电机按照目标速度运动至目标位置；否则，返回判断变桨系统是否接入手操盒。

需要说明的是，在正常工作模式和紧急闭环模式工作的任一时刻，当满足向紧急开环模式的切换条件时，都可自动切换至紧急开环模式，驱动器驱动电机运动，带动桨叶顺桨运动，直至到达第二目标位置或第三目标位置，停止运动。

本发明实施例提供的基于状态机的变桨系统控制方法，基于状态机界定变桨系统的状态机模式，通过变桨系统控制不同状态机模式之间的切换，保证了风电发电机组的安全可靠地运行，简化了逻辑，减少了空间内存的占用，降低了变桨系统的动作响应时间。

本发明实施例还提供一种变桨系统，包括状态机，状态机用于执行如上所述的方法。

本发明实施例还提供一种应用于变桨系统的状态机，包括：

确定变桨系统的多个状态机模式，状态机模式包括：待机模式、正常工作模式、紧急闭环模式以及紧急开环模式；

当变桨系统处于任一状态机模式下，判断变桨系统是否满足状态模式切换条件，若满足，则控制不同状态机模式进行切换。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。