[發明專利]基于風向預測的新型偏航控制方法

在審

• 申請號: 202010532346.1
• 申請日: 2020-06-11
• 公開（公告）號: CN111878307A
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 封焯文;戴秋華;宋英龍;顏舍予;朱世平;肖玥
• 申請（專利權）人: 中國能源建設集團湖南省電力設計院有限公司
• 主分類號: F03D7/04
• 分類號: F03D7/04
• 代理公司: 長沙星耀專利事務所(普通合伙) 43205
• 代理人: 寧星耀;趙靜華

1.一種基于風向預測的新型偏航控制方法，其特征在于：包括以下步驟：

(1)建立預測風向的ARIMA-KF預測模型；

(2)基于有限控制集的MPC進行偏航控制。

2.如權利要求1所述的基于風向預測的新型偏航控制方法，其特征在于：步驟(1)中，建立預測風向的ARIMA-KF預測模型，具體包括以下步驟：

(1-1)選擇三種不同平均周期的原始風向數據系列；

(1-2)使用三種不同平均周期的原始風向數據系列來訓練ARIMA預測模型；

(1-3)設計基于KF的預測模型；

(1-4)輸出一步預測值。

3.如權利要求2所述的基于風向預測的新型偏航控制方法，其特征在于：步驟(1-1)中，選擇10s，30s和60s三種不同平均周期的原始風向數據系列。

4.如權利要求2所述的基于風向預測的新型偏航控制方法，其特征在于：步驟(1-3)中，設計基于KF的預測模型的具體方法如下：通過重構ARIMA預測模型創建系統狀態方程，并根據測量變量和系統狀態變量的關系定義測量方程；最后，通過使用KF迭代算法獲得新預測的值。

5.如權利要求1所述的基于風向預測的新型偏航控制方法，其特征在于：步驟(2)中，基于有限控制集的MPC進行偏航控制，具體包括以下步驟：

(2-1)定義質量函數QF；

(2-2)建立目標系統偏航速度的模型及其可能的控制集；

(2-3)建立用于預測的受控變量模型；

(2-4)評估每個對照組的預測值，并選擇具有最小QF值的那個。

6.如權利要求5所述的基于風向預測的新型偏航控制方法，其特征在于：步驟(2-1)中，定義質量函數QF的具體步驟如下：

(2-1-1)選擇質量函數的第一部分QF(1)，

QF(1)＝w₁[θ_ye(k+1|k)]² (1)；

其中，w₁,w₂,w₃表示被調整的加權因子，k表示第k取樣周期，k+1表示第k+1取樣周期；θ_ye(k+1|k)表示第k取樣周期時計算的第k+1取樣周期中的偏航誤差。

(2-1-2)選擇質量函數的第二部分QF(2)，

其中，w₁,w₂,w₃表示被調整的加權因子，表示允許偏航速度，T_c表示控制周期，表示第k取樣周期內的偏航速度，表示第k-1取樣周期內的偏航速度。

將式(1)帶入到式(2)，得到QF表達式如下

7.如權利要求5所述的基于風向預測的新型偏航控制方法，其特征在于：步驟(2-2)中，建立目標系統偏航速度的模型及其可能的控制集采用允許偏航速度表示：

式中V_yaw表示偏航速度，單位為deg/s；j表示上一時刻偏航速度對應的記號，0對應著-V_yaw，1對應著V_yaw，2對應著0。

8.如權利要求5所述的基于風向預測的新型偏航控制方法，其特征在于：步驟(2-3)中，建立用于預測的受控變量模型具體步驟為：

選擇偏航誤差作為預測變量，用于預測的受控變量模型表示如下：

式中T_c表示控制周期，表示允許偏航速度，θ_np(k)表示第k取樣周期時測量機艙位置，θ_ye(k+1|k)表示第k取樣周期時計算的第k+1周期中的偏航誤差；θ_wd(k+1|k)表示第k取樣周期時預測的第k+1周期中的風向值。