[发明专利]基于有限时间鲁棒/保成本稳定的风电机组变桨距控制器设计方法

权利要求书

1.一种基于有限时间鲁棒保成本稳定的风电机组变桨距控制方法，包括以下步骤：

第一步：对于风电机组变桨距系统，建立连续时间非线性模型，并由如下模糊T-S模型近似表示：

被控对象模型规则i  (i＝1，2，...，r)

如果θ₁(t)为N_i1，θ₂(t)为N_i2，θ₃(t)为N_i3

那么x·(t)=Aix(t)+Biu(t)]]>

其中，θ₁(t)、θ₂(t)和θ₃(t)分别表示风速、风力发电机转速和输出功率；N_i1、N_i2和N_i3分别为第i条规则中θ₁(t)、θ₂(t)和θ₃(t)对应的语言变量；x(t)为由桨距角、风力发电机转速和风力发电机输出电流构成的向量；u(t)表示期望的桨距角指令输入；(A_i，B_i)表示第i条被控对象模型规则对应的状态方程系数；r为控制规则数(本发明取值为9或16)；

第二步：对上述模糊T-S模型进行乘积推理、重心解模糊化处理，得到由如下动态模糊模型表示的被控对象模型：

x·(t)=Σi=1rhi(θ(t))[Aix(t)+Biu(t)]]]>

其中，hi(θ(t))=hil(θ1(t))hi2(θ2(t))hi3(θ3(t))Σm=1rhm1(θ1(t))hm2(θ2(t))hm3(θ3(t))]]>表示被控对象模型符合第i条规则的程度；h_i1(θ₁(t))、h_i2(θ₂(t))和h_i3(θ₃(t))分别为θ₁(t)、θ₂(t)和θ₃(t)的隶属度函数；

第三步：根据有限时间稳定的涵义以及所述被控对象模型，设计由如下模糊T-S模型表示的控制器模型，其中，每个被控对象模型规则对应一个控制器模型规则：

控制器模型规则j(j＝1，2，...，r)

如果θ₁(t)为N_j1θ₂(t)为N_j2，θ₃(t)为N_j3

那么u(t)＝K_jx(t)

其中，K_j为增益矩阵，也即控制系数；

对上述控制器模型进行乘积推理、重心解模糊化，整理得到如下控制器：

u(t)=Σi=1rhj(θ(t))Kjx(t)]]>

其中，N_jk(j＝1，2，...，r，k＝1，2，3)与第一步中的N_ik(i＝1，2，...，r，k＝1，2，3)一致，h_j(θ(t))(j＝1，2，...，r)与第二步中的h_i(θ(t))(i＝1，2，...，r)一致；

第四步：利用第三步得到的桨距角指令输入u(t)，对桨距角、风力发电机转速和风力发电机输出电流进行控制，其中，

当标量α≥0，对称正定阵Q∈R^n×n以及矩阵W_j(j＝1，2，...，r)满足一定的关系式时，所述控制系数K_j取为以保证非线性系统有一个保成本的界限Ξ＝λ_max(Q^-1)c₁e^αT，即满足控制系统在考察的时间范围[0，T]内有限时间鲁棒保成本稳定，所述关系式为：

(1)对于ΔAi=MA,iFA,i(t)NA,iΔBi=MB,iFB,i(t)NB,i,]]>所述关系式为：

ψ‾nQ~WiTMA,iϵ(NA,iQ~)TMB,iϵ(NB,iQ~)TQ~-Q1-100000Wi0-Q2-10000(MA,i)T00-ϵI000ϵ(NA,iQ~)000-ϵI00(MB,i)T0000-ϵI0ϵ(NB,iQ~)00000-ϵI<01≤i≤rΩ‾nQ~WiTWjTMA,iϵ(NA,iQ~)TMB,iϵ(NB,iQ~)TQ~-12Q1-1000000Wi0-Q2-100000Wj00-Q2-10000(MA,i)T000-ϵI000ϵ(NA,iQ~)0000-ϵI00(MB,i)T00000-ϵI0ϵ(NB,iQ~)000000-ϵI<01≤i,j≤rc1λmin(Q)<c2e-αTλmax(Q)]]>

其中Q~=RC-1/2QRC-1/2,]]>ψ‾n=Q~AiT+AiQ~+WiTBiT+BiWi-αQ~,]]>Ω‾n=Q~(Ai+BiKj)T+(Ai+BiKj)Q~+Q~(Aj+BjKi)T+(Aj+BjKi)Q~-2αQ~;]]>

(2)对于ΔAi=AiMA,iFA,i(t)NA,iΔBi=BiMB,iFB,i(t)NB,i,]]>所述关系式为：

ψ‾nQ~WiTAiMA,iϵ(NA,iQ~)TBiMB,iϵ(NB,iQ~)TQ~-Q1-100000Wi0-Q2-10000(AiMA,i)T00-ϵI000ϵ(NA,iQ~)000-ϵI00(BiMB,i)T0000-ϵI0ϵ(NB,iQ~)00000-ϵI<01≤i≤rΩ‾nQ~WiTWjTAiMA,iϵ(NA,iQ~)TBiMB,iϵ(NB,iQ~)TQ~-12Q1-1000000Wi0-Q2-100000Wj00-Q2-10000(AiMA,i)T000-ϵI000ϵ(NA,iQ~)0000-ϵI00(BiMB,i)T00000-ϵI0ϵ(NB,iQ~)000000-ϵI<01≤i,j≤rc1λmin(Q)<c2e-αTλmax(Q)]]>

其中Q~=RC-1/2QRC-1/2,]]>ψ‾n=Q~AiT+AiQ~+WiTBiT+BiWi-αQ~,]]>Ω‾n=Q~(Ai+BiKj)T+(Ai+BiKj)Q~+Q~(Aj+BjKi)T+(Aj+BjKi)Q~-2αQ~;]]>

(3)对于ΔAi=MA,iFA,i(t)NA,iAiΔBi=MB,iFB,i(t)NB,iBi,]]>所述关系式为：

ψ‾nQ~WiTMA,iϵ(NA,iAiQ~)TMB,iϵ(NB,iBiQ~)TQ~-Q1-100000Wi0-Q2-10000MA,iT00-ϵI000ϵ(NA,iAiQ~)000-ϵI00MB,iT0000-ϵI0ϵ(NB,iBiQ~)00000-ϵI<01≤i≤rΩ‾nQ~WiTWjTMA,iϵ(NA,iAiQ~)TMB,iϵ(NB,iBiQ~)TQ~-12Q1-1000000Wi0-Q2-100000Wj00-Q2-10000MA,iT000-ϵI000ϵ(NA,iAiQ~)0000-ϵI00MB,iT00000-ϵI0ϵ(NB,iBiQ~)000000-ϵI<01≤i,j≤rc1λmin(Q)<c2e-αTλmax(Q)]]>

其中Q~=RC-1/2QRC-1/2,]]>ψ‾n=Q~AiT+AiQ~+WiTBiT+BiWi-αQ~,]]>Ω‾n=Q~(Ai+BiKj)T+(Ai+BiKj)Q~+Q~(Aj+BjKi)T+(Aj+BjKi)Q~-2αQ~;]]>

上面三种情况中ΔA_i和ΔB_i(i＝1，2，...，r)表示第i条规则的状态方程系数的摄动值；参数(c₁，c₂，T，R_C)满足都有xT(0)RCx(0)≤c1⇒xT(t)RCx(t)≤c2,]]>其中，0＜c₁＜c₂，T∈R₊以及R_C＞0，并且R_C表示状态增益矩阵，c₁表示初始状态x(0)对应的x^T(0)R_Cx(0)取值上限，c₂表示在时间(0，T]内状态x(t)对应的x^T(t)R_Cx(t)取值上限，M_j和N_j是已知的矩阵，时变矩阵F_j(t)是待求解的连续函数，λ_min(Q)表示矩阵Q的最小特征值，λ_max(Q)表示矩阵Q的最大特征值，Q₁和Q₂分别表示状态与输入的增益矩阵。