[发明专利]基于综合关联改进型DE算法的风力机翼型最优LQR控制方法

权利要求书

1.一种基于综合关联改进型DE算法的风力机翼型最优LQR控制方法，其特征在于，步骤如下：

第一步：使用风力机翼型气动弹性模型和风力机变桨驱动模型，联合建立风力机翼型的非线性气动伺服弹性模型；

第二步：将所述非线性气动伺服弹性模型进行线性化处理，并转换成状态空间方程；

第三步：根据所述状态空间方程，基于二次型性能指标J_lar获得LQR控制器；

第四步：使用综合关联改进型DE算法优化所述二次型性能指标J_lqr的权参数，

第三步中，所述LQR控制器如下所示：

β_ref＝-K_lqrX

其中，β_ref为风力机变桨驱动量，K_lqr为状态反馈增益矩阵，X为系统状态量；B为系统驱动矩阵，r_lqr为驱动量的加权项，P为正定常数矩阵且满足矩阵代数Riccati方程：

其中，T为述转置运算符，Q_lqr为系统状态量X的加权对角矩阵，A是系统状态矩阵，且有：

其中，M₁，C₁，K₁分别是线性化后的质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵，L₁，L₂是线性化后的气动力矩阵，I_β，d_β，k_β分别为变桨驱动模型的惯性系数、阻尼系数和刚度系数；

第三步中，所述二次型性能指标J_lqr如下所示：

其中，(Q_lqr，r_lqr)为二次型性能指标J_lqr的权参数，LQR控制以二次型性能指标J_lqr最小化为目标，t为时间；

第四步中，优化所述二次型性能指标J_lqr的权参数的方法为：

将二次型性能指标J_lqr的权参数(Q_lqr，r_lqr)设置为待优化的目标向量v_i，G；设置目标函数J_opt；以目标函数J_opt最小化为目标，使用DE算法对目标向量v_i，G进行多次迭代优化获得最佳权参数(Q_{lqr_opt}，r_{lqr_opt})；其中，DE算法中的变异因子F_i和交叉因子CR_i通过如下综合关联自适应机制进行更新：

F_i＝2max(g_i，gr_i)(F_f-F₀)+(2F₀-F_f)

CR_i＝2max(g_i，gr_i)(CR_f-CR₀)+(2CR₀-CR_f)

其中，F₀和F_f分别为变异因子的起始值和终止值，CR₀和CR_f分别为交叉因子的起始值和终止值；g_i为目标向量v_i，G和最佳向量v_best，G的灰色绝对关联度，gr_i为目标向量v_i，G和最佳向量v_best，G的灰色相对关联度，i为个体在种群中的序号，G为进化代数；

其中，

和分别是v_i，G和v_best，G的始点零化像，和分别是和的初值像，D为目标向量的维度。