[发明专利]一种基于漂浮式风机的容错自适应PID控制方法

权利要求书

1.一种基于漂浮式风机的容错自适应PID控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)对风机桨叶机械结构进行分析，建立描述桨距角调整动态过程的基本微分方程：

式中，J_Li为空气质量的惯性矩；J_BLi表示与加速空气引起的质量惯性相等的值；k_DBi表示阻尼系数；k_RLi表示轴承的摩擦系数；β_i表示第i个叶片的桨距角，M_DRi表示第i个叶片变桨执行器的定位驱动扭矩，i＝1,2,3；表示每个转子叶片的角速度,M_BLi表示叶片沿纵轴定位时的负载扭矩，M_BLi包括螺旋桨力矩、气动部件以及由于叶片偏转和转子摇摆而产生的力矩；M_BLi的具体形式如下：

M_BLi＝M_Pi+M_Lifi+M_Ti+M_bendi+M_TRi+φ_i(β₁,β₂,β₃) (2)

式中M_Pi是螺旋桨力矩；M_Lifi是由于叶片上的升力而产生的力矩；M_Ti是由于气流方向上的气动扭矩而产生的扭转力矩；M_bendi是叶片的弯矩；M_TRi是转向力矩；φ_i(β₁,β₂,β₃)描述的是由于气动干扰对转子叶片产生的不平衡载荷；

变桨系统模型进一步表示为：

上式中：是β的一阶导数，是β的二阶导数，这里的

和

d_i＝M_BLi

其中M(·)是可逆的，另外M(·)的导数满足b是一个正常数；

2)在执行器故障的情况下，实际控制表示为：

u_a＝ρ(t)u+ε(t) (6)

式中u是变桨执行器的控制输入，ε(t)表示控制输入中的不可控部分，ρ(t)是反映叶片变桨执行器有效性的健康因子，而且0＜ρ(t)＜1；

3)引入如下速率函数:

其中0＜b_f＜＜1是设计参数，

根据的定义，速率函数可以写为:

式中0＜T＜∞是用户指定的一个给定的有限时间，κ(t)是时变非递减函数，满足κ(0)＝1，κ(t)是连续的,定义b_f＜1是加速模式，b_f＝1是普通模式；

4)误差转换，定义e＝β-β^*为每三个桨距角的跟踪误差矢量，定义为每三个桨距角的跟踪误差矢量的导数，β为桨距角，β^*是期望桨距角，是β^*的一阶导数，则：

为e的二阶导数，引入有限时间误差变换如下：

ξ(t)＝η(t)e (10)

5)设计控制器，控制器u表达式为：

u＝-(k_D0+k_D(·))E (11)

其中k_D0是常数，是a的估计；γ＞0是用户定义的参数；a_f＝max{||D(·)||,||N(·)||,||M(·)||,||d||}；

6)用设计的控制器u去控制漂浮式风机。