基于T-S模糊模型的风能转换系统滑模控制方法及装置

摘要

本发明提供一种基于T-S模糊模型的风能转换系统滑模控制方法及装置，能够针对风能转换系统存在的执行器故障问题，采用T-S模糊模型描述带有不确定执行器故障信息的非线性风能转换系统，提高了被控对象的逼近精度，为滑模控制建立了良好的模型基础；同时基于线性矩阵不等式技术设计的滑模控制器不仅保证了风能转换系统的稳定，还提高了风能转换系统的鲁棒性和容错能力，能在风能转换系统存在不确定执行器故障时实现发电机转速和电磁转矩的精确跟踪，从而实现了风速在额定值以下的最大风能捕获，为风能转换系统的高效稳定运行提供了有价值的参考方案。

主权项

一种基于T‑S模糊模型的风能转换系统滑模控制方法，其特征在于，包括：(a)、建立包含执行器故障的风能转换系统状态方程：$\left\{\begin{array}{c}\stackrel{·}{x}\left(t\right)=A\left(x\right(t))x\left(t\right)+Bu\left(t\right)\\ y\left(t\right)=Cx\left(t\right)\end{array}\right.,$其中，$x\left(t\right)=\left[\begin{array}{c}{\Omega }_h\\ {\Gamma }_G\end{array}\right],$$u\left(t\right)={\Gamma }_{\mathrm{ref}}^{*},$$A\left(x\left(t\right)\right)=\left[\begin{array}{cc}\frac{{\Gamma }_{wt}({\Omega }_h/i_o,v)}{i_o{J}_t{\Omega }_h}& -\frac{1}{J_t}\\ 0& -\frac{1}{T_G}\end{array}\right],$$B=\left[\begin{array}{c}0\\ \frac{1}{T_G}\end{array}\right],$$C=\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& 1\end{array}\right],$Ω_h是发电机转速，Ω_h＝i_oΩ_l，i_o为齿轮传动变速比，Γ_G为发电机电磁转矩，为电磁转矩参考值，Γ_wt为风力矩,J_t为高速轴转动惯量，J_wt为风轮机转轴转动惯量；(b)、基于T‑S模糊规则建立T‑S模糊控制器，将风能转换系统状态方程转换为风能转换系统全局T‑S模糊模型，模糊规则为：if z₁(t)is M_1,i and z₂(t)is M_2,i,theny(t)＝C_ix(t)，风能转换系统全局T‑S模糊模型为：$\left\{\begin{array}{c}\stackrel{·}{x}\left(t\right)=\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{h}_i\left[z\left(t\right)\right][A_{i}x\left(t\right)+B_{i}u\left(t\right)]\\ y\left(t\right)=\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{h}_i\left[z\left(t\right)\right]C_{i}x\left(t\right)\end{array}\right.;$提变量，z_j(t)属于模糊集合M_j,i的隶属度，A_i，B_i和C_i为第i个线性子系统相应维数的系统矩阵，控制矩阵和输出矩阵，n为T‑S模糊规则的规则数，A_i＝A_pi+ΔA_i，ΔA_i满足匹配条件且范数有界(c)、基于线性矩阵不等式技术和非线性系统变结构控制理论设置滑模控制器如下：τ(t)＝u_b(t)+u_s(t)${\tau }_b\left(t\right)=-\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{h}_i{\left(B^{T}PB\right)}^{-1}{B}^T{\mathrm{PA}}_{pi}\tilde{x}\left(t\right)$${\tau }_s\left(t\right)=-ks\left(t\right)-\eta \mathrm{sgn}\left[s\left(t\right)\right]-{\eta }_1\left|\right|\tilde{x}\left|\right|\mathrm{sgn}\left[s\left(t\right)\right]$其中，P＝X^‑1为正定矩阵，η＞0，k＞0；(d)、对具有T‑S模糊控制器以及所述滑模控制器的风能转换系统进行Lyapunov稳定性分析和仿真验证，以获得滑模控制器的优化控制参数值；(e)所述滑模控制器利用所述优化控制参数值对风能转换系统进行滑模控制。