[發明專利]基于模糊性能估計器的風能轉換系統反饋控制

無效

• 申請號: 201210164955.1
• 申請日: 2012-05-25
• 公開（公告）號: CN102705158A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 吳定會;王莉;李意揚;沈艷霞;趙芝璞;潘庭龍;紀志成
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: F03D7/00
• 分類號: F03D7/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.基于模糊性能估計器的風能轉換系統反饋控制，其特征是：

第一步：基于模糊性能估計器的風能轉換系統的T-S模糊模型

考慮到上述風能轉換系統的建模過程，并假設風速采用Van?der?Hoven風速模型，則風能轉換系統的狀態方程可以表示為

其中，J_t為高速軸端的轉動慣量，值為?u(t)為電磁轉矩的參考值，ω_o(t)為高斯白噪聲，C＝[1?0]。

由狀態方程中的風力轉矩Γ_wt(Ω_h/i_o，v)和[0?1/T_G]^T可知該模型具有非線性的特點。

令x(t)＝[Ω_h(t)Γ_G(t)]^T，y＝Ω_h(t)則式(1)可簡記為

其中，輸入矩陣為B(x(t))＝[0?1/T_G]^T，系統矩陣為

根據式(1)，定義前提變量：z₁(t)＝Ω_h(t)，z₂(t)＝Γ_G(t)，則式(2)中的系統矩陣A(x(t))可寫成新形式A(z₁(t)，z₂(t))。取Ω_h1≤min(Ω_h(t))，Ω_hm≥max(Ω_h(t))；Γ_G1≤min(Γ_G(t))，Γ_Gn≥max(Γ_G(t))。其中，Ω_h1和Ω_hm分別是轉速的最小值和最大值，Γ_G1和Γ_Gn為發電機電磁轉矩的最小值和最大值。分別在區間[Ω_h1，Ω_hm]，[Γ_G1，Γ_Gn]上再取m-2個點和n-2個點，則形成兩個序列

Z₁＝(Ω_h1，Ω_h2，...，Ω_hp，...Ω_hm)，Z₂＝(Γ_G1，Γ_G2，...，Γ_Gq，...Γ_Gn)，其中，p＝1，2，...，m，q＝1，2，...，n。

將序列Z₁，Z₂中的元素彼此匹配，并代替式(2)中A(z₁(t)，z₂(t))中的z₁(t)，z₂(t)，即可得到一系列常數矩陣A_pq，p＝1，2，...，m，q＝1，2，...，n。定義模糊規則如下?

其中，Rⁱ為第i條模糊規則，規則數L＝m×n，i＝1，2，...，L，i＝m×(p-1)+q，i為p，q的函數，故定義i＝i(p，q)。所以A_i＝A_i(p，q)＝A_pq。

給定輸入對(z(t)，u(t))，采用單點模糊化、乘積推理和平均加權反模糊化，可得模糊系統的整個狀態方程如下

其中，B₁＝B_L＝[0?50]^T，C₁＝C_L＝[1?0]^T，?μ_i(z_t(t))為在第i條模糊規則下前提變量z_t(t)，t＝1，2在其所對應的模糊論域上的隸屬度函數。

根據(3)，(4)可將(2)表達為

其中，ω＝ω_o+ΔA為外部干擾和建模誤差，?為系統的建模誤差。第二步風能轉換系統模糊性能估計器的設計

根據系統的模糊模型(3)，并令系統的輸出為y＝Cx(t)，采用L模糊規則構建模糊性能估計器，

定義模糊性能估計器的模糊規則如下

其中，為模糊性能估計器的狀態變量，?用于消除外部擾動和建模誤差，M_i(i＝1，2...，L)和?分別表示模糊性能估計器的增益和輸出。?

模糊性能的估計器的整體模型為

定義狀態跟蹤誤差

將(6)和(7)式分別帶入(8)式兩邊同時微分可得

下面討論如何設計M_i及v，使系統的狀態跟蹤誤差滿足H_∞性能指標函數

對于任意的線性模型，通過配置A_ij＝A_i-M_iC_j的特征值到期望值，確定M_i；根據定理1計算v。

定理1對于FPE的誤差方程(9)，對于給定的γ＞0，如果存在矩陣Y及正定矩陣P＝P^T＝Q^-1，使得如下矩陣不等式成立

那么對于i，j＝1，2，...，L，式(10)能夠滿足，并且K_v＝YQ^-1。

第三步：風能轉換系統模糊控制器的設計

考慮以下參考模型

其中，x_r(t)＝[Ω_hr(t)Γ_Gr(t)]^T為參考模型的狀態變量，B_r＝[0?50]^T，r為電磁轉矩的參考值?控制目的為跟蹤參考模型的軌跡。定義FPE和參考模型之間的狀態誤差為?

由(7)，(12)，(13)聯立可得

控制律u(t)可描述為

u(t)＝u_f-v+u_r????(15)

其中，u_f表示模糊控制輸入量，v用于消除外部擾動和建模誤差，u_r為跟蹤誤差補償量。v可以通過定理1求得，下面討論u_f和u_r的設計方法：

針對系統(13)，控制器輸入的第i條規則為

THEN?u_if＝-K_icε?i＝1，2，3...L

整體的模糊狀態反饋控制律可表示為

其中，增益K_ic未知。

將式(17)帶入(14)可得

(18)

故u_r的最小二乘解為：

定義誤差

因此，(18)可以寫成

定理2對于式(21)，對于給定的ρ＞0，如果存在矩陣Y_i及正定矩陣，使得如下矩陣不等式成立

那么對于i，j＝1，2，...，L，以下H_∞性能指標函數能夠滿足，并且K_ic＝YQ_δ^-1

。