[發明專利]一種基于橢圓焦半徑改進型海鷗算法的風力機葉片振動控制器設計方法

有效

• 申請號: 202110377197.0
• 申請日: 2021-04-08
• 公開（公告）號: CN113110024B
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發明（設計）人: 李迺璐;曹智廣;徐文濤;顧陳洋;于蓓蓓;朱麗穎;張晗
• 申請（專利權）人: 揚州大學
• 主分類號: G05B11/42
• 分類號: G05B11/42
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 張弛

本發明涉及一種基于橢圓焦半徑改進型海鷗算法的風力機葉片振動控制器設計方法。針對葉片振動系統存在的多自由度振動、系統非線性和和驅動飽和問題，結合傳統PID和分數階理論設計葉片分數階PID振動控制器。同時，設計了基于橢圓焦半徑原理的改進型海鷗(EFR?SOA)算法，用來搜索最優的分數階振動控制參數。EFR?SOA算法是在傳統海鷗算法的基礎上，引入幾何學的橢圓焦半徑原理，用來動態調節海鷗螺旋移動的路徑和速度，從而提高全局尋優精度、加快收斂速度并降低計算成本。與傳統最優PID控制相比，本發明方法能夠顯著改善葉片多自由振動抑制的動態特性、提升抗驅動飽和性能并縮短控制參數的優化計算時間。

技術領域

本發明屬于風力機葉片振動控制技術，具體為一種基于橢圓焦半徑改進型海鷗算法的風力機葉片振動控制器設計方法。

背景技術

PID控制器是工業應用最為廣泛的控制器，具有結構簡單、魯棒性強等優點。PID控制器也是風力機葉片振動系統的傳統控制器之一，然而在實際應用中還存在如下問題有待改善：1)葉片多自由度振動抑制的動態特性不夠理想；2)驅動飽和問題會惡化葉片振動控制效果；3)PID振動控制參數難以整定，多采用經驗法和試湊法。近年，有研究采用智能優化算法對葉片振動控制參數進行整定，雖然控制效果有所改善，但是這些算法并非針對葉片振動控制問題而設計，難以獲取全局最優值。

隨著分數階理論的發展，人們認識到很多實際工業系統都存在分數階特性，相比傳統整數階PID控制器，分數階PID控制器增加了兩個分數階控制參數，即分數階次λ和μ，具有更好的靈活度、可進一步提高系統穩定性、動態性能和抗飽和性能。分數階PID控制器的參數整定包括多種方法：基于給定幅值裕量和相位裕量的方法、基于Z-N的控制參數整定方法、基于內模原理的整定方法和基于智能優化算法的整定方法等。其中，基于智能優化算法的方法，具有效率高、效果好、智能化程度高和非基于模型等優點，但是由于分數階PID的待整定參數較多，在面對復雜系統對象時，控制參數的計算整定難度也較大，需要具有高性能、高適用性的先進智能優化算法來尋找全局最優、提高整定效果。

海鷗算法是一種新興的智能優化算法，由Gaurav Dhiman和Vijay Kumar于2019年提出，主要通過模擬海鷗的遷徙運動和攻擊運動來進行全局搜索和局部搜索，利用群體經驗和個體經驗來逼近全局最優。目前，海鷗算法已應用于工業設計、特征提取與分類等領域。

發明內容

發明目的：為了解決現有技術缺陷，針對風力機葉片的多自由度振動，實現振動抑制、抗驅動飽和控制并獲取優良的動態特性，本發明提供一種基于橢圓焦半徑改進型海鷗算法的風力機葉片振動控制器設計方法。

技術方案：

一種基于橢圓焦半徑改進型海鷗算法的風力機葉片振動控制器設計方法，包括如下步驟：

S1：根據風力機葉片振動量和驅動控制量，設計葉片分數階PID振動控制器；

S2：設計一種基于橢圓焦半徑的改進型海鷗算法；

S3：S1的葉片分數階PID振動控制器，其待整定參數為K_P、K_I、K_D、λ、μ，其中，K_P為比例增益，K_I為積分增益，K_D為微分增益，λ為積分分數階參數，μ為微分分數階參數，設置目標函數，利用S2的改進型海鷗算法對這些參數進行整定。

進一步的，S1中根據以下公式設計風力機葉片振動控制器：

β(t)＝K_Py(t)+K_ID^-λy(t)+K_DD^μy(t)