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0、引言
　　能源危机的出现和环境保护意识的增强，使人们对新型的无污染的能源有了更加强烈的要求，而风力发电就是在这个大的趋势下逐渐进入人们的视野。从定浆距到变浆距、双馈调速控制方式的引入，无一不是为了提高风能的利用率。人们对风机进行有效控制时，不论是利用经典控制方法还是利用现代控制方法，由于它们均须进行模型的建立，而风速和风向的随机性、空气动力学的不确定性，使风机机舱模型的建立有一定的困难，而机舱的自适应追随风力和风向是增大风电机的效率和功率的前提，在这中前题下智能控制正好避开数学模型的建立，对于多变量非线性的风机的控制有很好的效果。
1、 风力发电机机舱的旋转工作原理
　　现在使用的风力发电机由于控制方式的不同，如双馈调速控制、失速控制等，在进行风能的扑捉时，其调整机舱的机构有着区别，但是其原理是一样的，大家都通过风速仪和风向标把得到的信息从机舱顶部传到风机底部的CPU板上，通过模数量的转化，把数字量输入到中央处理单元，让中央处理单元分析和处理是否进行调整偏航马达的运行，利用动力机构（Zui常用的液压机构）调整发电机机舱的姿态，使风轮叶片始终朝着迎风的方向，以保证风力发电机在运行时能够充分利用已有的风力资源；或者当风速超过额定的Zui大风速时，进行偏航刹车马达的运行、或者直接进行90°偏航，以保证风力发电机能够正常安全的运行；而当风速太小时，为了防止风力发电机发出的电，不如他的转子励磁从电网上吸收的电能，也要进行脱离电网的处理，已节约电网上的电力资源。这种方法需要把风力资源的信息风向和风速反馈到风力发电机的底部信息处理主板上，增加了发电机中央处理单元的负荷，延缓了机舱的旋转时间，出于上述的考虑，我们设计了基于模糊控制的智能风力发电机机舱的设计，让机舱的风能扑捉的机构直接成为风力发电机系统的智能终端，减小系统中央处理单元的负荷。

2、 智能机舱硬件系统的设计
　　智能机舱硬件原理图如下图1所示：

　　由上可知以往的风力发电机是把所采集到的风能的信息交给地面控制台，而本设计使机舱有一定的主动性。其原理是当风速传感器和风向仪采集到风力资源的信息，放大并进行模数转换该信息后，进入到单片机利用模糊控制算法进行智能处理，把得到的结果通过后向通道，驱动液压电机，是机舱旋转至迎风的方向。如果风速和风向稍有变动，则风速传感器和风向标重新进行采集信息，使风力发电机实时的得到控制，充分利用风能。当然如果要进行人为的操作，如检修、维护风力发电机时，可通过中央控制室的人机交互平台发送停机信号之机舱。如果风速小于或者大于额定风速时，单片机发送偏离迎风方向的命令，以防止风力发电机在大风时的破毁和对电网的冲击。
　　系统主机采用单片机模糊控制器80C552，这是由于出于对系统软件要用模糊控制算法的考虑，因为该单片机将模糊逻辑控制理论和单片机技术结合起来，能够起到简化软件的开发；其次80C552内部有8路10位A/D转换器，简化了电路，并且在80C552内部有一个WATCHDOG保护电路，使该系统在现场运行时防止程序飞奔，提高系统的稳定性，由于该单片机内部仅有256byte的RAM且无ROM，因此必须对其进行系统扩展。
　　系统的输出可分为两部分：第一部分由80C552的一个并行口输出给LED数码管，显示当前的风速；第二部分由另一个并口输出给功率放大器，以驱动液压电机。当传感器检测到风速和风向信号的时候，单片机发出驱动信号，由于从单片机出来的信号比较小，只有通过放大电路，才能驱动各种也要电机使机舱达到迎风或者背风的状态。
　　在与风力发电机底部和中央控制式的通信时，因为80C552有着一个全双工异步的串行通信口SIO0，和一个I2C传行总线口SIO2，只要把从单片机的COMS信号换成表准的RS-232信号就可以进行串行通信，不仅仅可以与风力发电机底部主板有着可靠的通信，而且还可以与中央控制室直接进行通信，以便当检修风力发电机时或风力发电机机舱出现毛病时，人们可以可靠的停止风力发电机，到舱顶进行维修。
3、 智能机舱系统软件的实现
　　由于空气动力学的随机、不确定性，很建立一个确定的关于风力和风向的数学关系式，为了达到的控制效果，我们采用了模糊控制算法。其系统控制原理图如下：

　　当风速或风向低于（或高于）或偏离设定值Vmin（或Vmax）时，风力发电机进行自动停机并使风力机在脱离电网状态（甚至旋转机舱在背风的方向）。当传感器检测到的信息在设定值之间时，微机系统将本次所得到的风速与风向的信息与上次所得到的信进行比较，得出风速和风向的误差值，并设定论域为：
　　X=[-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4 ]
　　Y=[-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4 ]
　　其中风速偏差e的论域为X，风向偏差变化q的论域为Y。这两个语言变量模糊化后分别用E和Q表示，控制器的输出为u，模糊后用U表示。将e和q的在[-4，4]之间分为5当：{NB（负大），NS（负小），ZE（零），PS（正小），（PB正大）}，U的论域也为[-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4]。
　　由于该系统的输入是两个变量的，故模糊算法的控制语言采用如下：
　　IF E AND Q THEN U
　　其中E代表风速，Q代表风向，可得到控制表(略)。
　　如果检测到的信息不是上述的定点，取三角形函数为隶属度函数、利用单值隶属度法进行数值的模糊化。在数值的反模糊化时，利用重心算法得出控制量进行机舱的旋转，以Zui大程度的扑捉风力资源。
　　对上述模糊语句进行MATLAB仿真得到信号响应曲线如下：

　　由上面的系统响应曲线图可知，虽然本设计有着超调量，但其比例不是很大，且能够在较短的时间里使系统达到较稳定的输出。由于机舱在高空中旋转，如果响应太快的话对机舱本身来说也不是一件太好的事，那样会使机舱本身不稳定的，因此在系统控制机舱旋转时，这个反应时间因该说是较快的控制反应时间，所以从上面的分析来看，本设计有着较好的总体性能。
4、 结论与展望
　　该系统得中央处理单片机通过调整系数并结合控制表，不仅仅减轻了风机底座中央处理单元的的负荷，而且对风力发电机的机舱做了实时的控制，以保证风力发电机充分的利用风力资源，这对能源的危机已一定的改善作用。

　　环境保护技术和装备是环境保护特别是环境污染防治的技术和物质基础。20多年来，我国环境保护技术和装备的研究开发已经形成了多层次、全方位的发展态势。以“强调生态环境和资源利用结合，末端控制与过程控制结合，环境保护技术与环境管理结合，环境技术开发与市场结合”为重点，通过环境科技攻关计划、环境保护技术装备国产化和产业化工作，使我国环保产业的技术装备水平在市场经济条件下不断提高，为解决我国的环境问题，保障社会经济可持续发展做出了较大贡献。但由于我国目前的经济增长仍建立在高消耗、高污染的传统发展模式上，我国环境形势依然十分严峻。污染负荷高，排放强度大，主要污染物排放量远远超过环境容量；新的环境问题开始显现，发达国家上百年工业化过程中分阶段出现的环境问题，在我国20多年来集中出现。我国已进入污染事故多发期和矛盾凸现期。
　　一、我国环保产业面临重大压力
　　（一）全国废水排放总量逐年增加，污染负荷加重。
　　我国水环境形势仍然严峻，水环境恶化的趋势并未得到有效遏制。2005年全国废水排放量达到524亿吨，比2000年增加了26%.主要污染物排放量具高不下，2005年化学需氧量排放达到1414万吨，超过环境容量800万吨的76%。全国有近三分之一的监测断面印染为劣五类水质，失去了使用功能。
　　我国的水污染类型属于复合型污染，在尚未解决传统有机物污染（BOD，COD）问题的同时，氮、磷的污染问题也已经出现并且正变得越来越严重，水体出现富营养化现象并呈现恶化趋势，赤潮频发，且出现几率日益增加。与此同时，微量污染物和痕量污染物的问题也日益突出。这些污染物包括重金属、环境激素等等，给水质安全带来严重威胁。
　　另外，我国的水体污染正呈现出区域性污染的特点。随着城市化进程的加快，区域城市化导致区域内河流被污染的现象十分普遍。在我国农村，由于大面积使用农药、化肥导致农业面源污染也日趋严重。畜禽养殖、水产养殖和农作物秸杆造成的面源污染问题也不容忽视。当前，我国正面临着水生生态系统全面退化，饮水安全受到威胁等问题。
　　（二）大气环境处于严重污染水平。
　　近年来，虽然部分城市空气质量有所改善，但大气污染状况并没有根本好转，仍有40%的城市空气质量劣于国家二级标准，存在着不同程度的污染，其中主要污染物是二氧化硫和可吸入颗粒物。2005年，二氧化硫排放量达到2549万吨，超过了环境容量的一倍以上。二氧化硫排放主要来自燃煤电厂和炼焦厂。据统计，全国燃煤电厂简称脱硫设施的装机容量只有5300千瓦，仅占燃煤电厂装机容量总量的14%。而在山西省的炼焦企业中，仅有10%的企业办理了环保审批手续。大量二氧化硫的排放导致了酸雨污染，我国是世界三大酸雨区之一，酸雨区面积约占国土面积的三分之一。可吸入颗粒物是影响人体健康的主要空气污染物，也是影响我国城市空气质量的首要污染物。2005年，全国可吸入颗粒物劣于二级标准的城市比例为35.8%。可吸入颗粒物与烟尘和工业粉尘的排放关系密切。2005年，全国烟尘排放量达到1182万吨，工业粉尘排放量达到991万吨。
　　近年来，随着煤炭消耗量和汽车尾气排放量的增加，我国酸雨污染由型向型和硝酸混合型转变。氮氧化物除了形成酸雨，破坏生态环境，还能形成光化学烟雾，直接危害人类健康。随着“十一五”期间新建设的1.5～2亿千瓦火电站投产，如果不采取有效的脱硫脱硝措施，到2020年，我国二氧化硫、氮氧化物的排放将分别达到4000万吨和3500万吨。我国燃煤烟气污染的形势十分严峻。
　　2004年，我国CO2排放量已超越美国，居一位。据预测，我国能源消费总量到2030年将约为2000年的一倍；我国的人均能源消费将从现在约为美国的1/10逐步增加，到2030年虽然还将只是约为美国的1/5；但由于我国人口众多，能源消费总量有可能大幅度超过美国而居一位，届时国际上必将要求我国对减排CO2做出更多贡献。
　　（三）固体废物环境污染负荷仍在继续增大。
　　“十五”期间，工业固体废物综合利用得到加强。2005年全国工业固体废物综合利用量7.7亿吨，比2000年增加了105%；处置量达到3.1亿吨，比2000年增加了242%；排放量1654万吨，比2000年减少了48%。工业固体废物综合利用率达到了56.1%，比2000年提高了4.3个百分点。但是，工业固体废物的减量化工作进展迟缓，产生量呈逐年上升趋势，当年产生量大大高于当年综合利用量和处置量，排放量虽有减少，而堆存量越来越多。2005年产生量达到13.4亿吨，比2000年增加了64%。当前累积的固体废物堆存量已高达73亿吨，占用和损毁土地达到200万亩以上，对土壤和水体造成了严重污染。
　　生活垃圾无害化处理率比较低。2005年，全国城市生活垃圾集中处理率虽然达到52%，但从有关部门的调查数据看，实际上经过无害化处理的还不足20%。随意堆放、简单填埋的处理垃圾，致使垃圾产生的废气、渗滤液、淋溶水严重污染地下水，危害人体健康。危险废物和医疗废物处置工作进展缓慢。医疗废物是危害Zui大的一种危险废物，年产生量62万吨，安全处置水平很低。SARS事件给医疗废物的处理处置敲响了警种。危险废物具有潜在危害性，目前，持久性有毒有害化学品和危险废物污染的危害已开始显现，对生态与环境安全及人民健康造成极大的威胁。废旧电子产品污染问题日益突出。随着我国电子工业的快速发展，废旧电子产品特别是废旧家电的污染逐步进入高峰期。而对废旧电子产品的处理方式十分落后，对周边环境产生了严重污染，并危害到人体健康。