[發(fā)明專利]基于綜合關(guān)聯(lián)改進(jìn)型DE算法的風(fēng)力機(jī)翼型最優(yōu)LQR控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811523715.X
• 申請(qǐng)日: 2018-12-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109695540B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-06-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李迺璐;楊華;朱衛(wèi)軍;蔣偉;張繼勇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 揚(yáng)州大學(xué)
• 主分類號(hào): F03D7/04
• 分類號(hào): F03D7/04
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 孟睿

本發(fā)明涉及一種基于綜合關(guān)聯(lián)改進(jìn)型DE算法的風(fēng)力機(jī)翼型最優(yōu)LQR控制方法。首先將水平風(fēng)力機(jī)翼型非線性系統(tǒng)的微分方程轉(zhuǎn)換成狀態(tài)空間方程的表達(dá)形式，便于應(yīng)用LQR控制方法，然后利用最優(yōu)LQR控制方法，將風(fēng)力機(jī)翼型多自由度振動(dòng)控制最大化和驅(qū)動(dòng)量最小化問(wèn)題等價(jià)成二次型性能指標(biāo)加權(quán)項(xiàng)的優(yōu)化整定問(wèn)題，最后基于相似性和相關(guān)性概念創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)出綜合關(guān)聯(lián)改進(jìn)型DE算法，用于自適應(yīng)整定LQR控制器最佳加權(quán)項(xiàng)，實(shí)現(xiàn)多種風(fēng)況下風(fēng)力機(jī)翼型最優(yōu)LQR控制的快速性、有效性和魯棒性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及風(fēng)能控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于綜合關(guān)聯(lián)改進(jìn)型DE算法的風(fēng)力機(jī)翼型最優(yōu)LQR控制方法。

背景技術(shù)

線性二次型控制技術(shù)(Linear quadratic regulator,LQR)是目前風(fēng)力機(jī)翼型振動(dòng)控制中最常應(yīng)用的方法之一。LQR控制技術(shù)的有效實(shí)施在于二次型性能指標(biāo)的加權(quán)項(xiàng)整定問(wèn)題。針對(duì)風(fēng)力機(jī)翼型振動(dòng)系統(tǒng)，傳統(tǒng)LQR控制器均采取經(jīng)驗(yàn)值法或試湊法來(lái)確定加權(quán)項(xiàng)。然而，這些方法難以獲取最佳加權(quán)項(xiàng)，從而無(wú)法以最小驅(qū)動(dòng)量獲取最優(yōu)振動(dòng)控制效果。因此，需要對(duì)風(fēng)力機(jī)翼型的LQR控制器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

基于生物進(jìn)化思想的進(jìn)化算法(Evolutionary algorithm,EA)是一種成熟的全局優(yōu)化方法，能夠根據(jù)系統(tǒng)性能指標(biāo)采用優(yōu)化迭代的方式不斷搜尋最優(yōu)結(jié)果。基于EA算法的最優(yōu)LQR控制方法已經(jīng)在地震、航天飛行、電力系統(tǒng)、樓宇等多個(gè)工程領(lǐng)域取得了良好的應(yīng)用效果。已有最優(yōu)LQR控制方法主要利用了以下幾種進(jìn)化算法：遺傳算法(Geneticalgorithm,GA)、粒子群算法(Particle Swarm Optimization,PSO)和蜜蜂算法(Beesalgorithm,BA)。雖然這些算法都在不同程度上優(yōu)化了LQR控制效果，但是仍存在如下問(wèn)題：1)在降低驅(qū)動(dòng)量的同時(shí)往往容易犧牲系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性，導(dǎo)致閉環(huán)振動(dòng)控制效果不理想；2)針對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)或環(huán)境變化，最優(yōu)LQR控制的魯棒性不夠理想；3)這些基于EA的最優(yōu)LQR控制方法還未應(yīng)用于風(fēng)力機(jī)翼型系統(tǒng)，其效果還有待檢驗(yàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出一種基于綜合關(guān)聯(lián)改進(jìn)型DE算法(combined correlated baseddifferential evolution,CC-DE)的風(fēng)力機(jī)翼型最優(yōu)LQR控制方法。本發(fā)明方法能夠針對(duì)風(fēng)力機(jī)翼型振動(dòng)系統(tǒng)，在多種風(fēng)況下有效調(diào)節(jié)LQR控制器的最佳加權(quán)項(xiàng)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)力機(jī)翼型多自由度振動(dòng)量的快速抑制，同時(shí)有效降低驅(qū)動(dòng)量損耗。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于綜合關(guān)聯(lián)改進(jìn)型DE算法的風(fēng)力機(jī)翼型最優(yōu)LQR控制方法，首先將水平風(fēng)力機(jī)翼型非線性系統(tǒng)的微分方程轉(zhuǎn)換成狀態(tài)空間方程的表達(dá)形式，便于應(yīng)用LQR控制方法，然后利用最優(yōu)LQR控制方法，將風(fēng)力機(jī)翼型多自由度振動(dòng)控制最大化和驅(qū)動(dòng)量最小化問(wèn)題等價(jià)成二次型性能指標(biāo)加權(quán)項(xiàng)的優(yōu)化整定問(wèn)題，最后基于“相似性”和“相關(guān)性”概念創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)出綜合關(guān)聯(lián)改進(jìn)型DE算法，用于自適應(yīng)整定LQR控制器最佳加權(quán)項(xiàng)，實(shí)現(xiàn)多種風(fēng)況下風(fēng)力機(jī)翼型最優(yōu)LQR控制的快速性、有效性和魯棒性。具體包括以下步驟：

第一步：利用風(fēng)力機(jī)翼型氣動(dòng)彈性模型和風(fēng)力機(jī)變槳驅(qū)動(dòng)模型，聯(lián)合建立風(fēng)力機(jī)翼型的非線性氣動(dòng)伺服彈性模型；

第二步：將第一步得到的風(fēng)力機(jī)翼型非線性系統(tǒng)進(jìn)行線性化處理，并轉(zhuǎn)換成狀態(tài)空間方程的表達(dá)形式；

第三步：根據(jù)第二步得到的狀態(tài)空間方程，基于二次型性能指標(biāo)J_lqr設(shè)計(jì)LQR控制器；

第四步：利用綜合關(guān)聯(lián)改進(jìn)型DE算法優(yōu)化第三步中二次型性能指標(biāo)J_lqr的權(quán)參數(shù)，從而給出最優(yōu)LQR控制器。其中，綜合關(guān)聯(lián)改進(jìn)型DE算法(CC-DE算法)是本發(fā)明基于“相似性”和“相關(guān)性”提出的一種新型自適應(yīng)DE算法，具體在于，更新變異因子和交叉因子的方法。

所述第三步中，LQR控制器的形式如下：

β_ref＝-K_lqrX