[发明专利]直驱式波浪能转换装置的有限时间级联跟踪控制方法

权利要求书

1.一种直驱式波浪能转换装置的有限时间级联跟踪控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、只考虑波浪力对于浮子垂直方向上的力，构建直驱式波浪能发电装置的动力学方程；

步骤2、建立直驱式波浪能发电装置中永磁直线发电机的数学模型，通过Park变换将直线发电机在abc坐标下的模型变换为dq轴坐标下的模型，建立DWEC系统的级联结构，独立设计d、q电压级联控制律；

步骤3、在DWEC级联结构上附加有限时间观测器，设计有限时间级联跟踪控制器，完成直驱式波浪能发电装置对最大波能的跟踪；

步骤1中，直驱式波浪能发电装置的动力学方程为：

其中，m为波浪发电系统总质量，x为波浪发电系统动子垂直方向位置，f_e(t)为海浪激励力，f_r(t)为辐射力，f_b(t)为浮子在水中的静浮力，f_v(t)为粘滞力，f_f(t)为摩擦力，f_g(t)为直线发电机的电磁力，

其中，

其中，m_a为系统的附加质量，R_a为系统的附加阻尼，ω为入射波浪的角速度；

其中，f_b(t)＝-Kx(t)+mg＝-ρgSx(t)+mg

其中,K＝ρgS，ρ为水密度，S为浮子与海水的接触面积；

其中，

其中，R_g为反应直线发电机有功功率能力的阻尼系数，K_g为反应直线发电机吸收无功功率能力的弹性系数；

最终动力学模型简化为：

其中，m为波浪发电系统总质量；β_g为直线发电机阻尼系数；β_w为水动力阻尼系数；k_s为系统弹性系数；

步骤2中，直线电机在abc坐标下的模型具体为：

永磁体的定子磁链为：ψ_s＝-Li_abc+ψ_PM-abc

ψ_s＝[ψ_a,ψ_b,ψ_c]^T

其中，iabc为定子三相电流，i_abc＝[i_a,i_b,i_c]^T，L为电感矩阵；

其中，λ为永磁直线发电机的极距；ψ_PM为永磁体的动子磁链；L_ss为定子绕组的自感；M为定子绕组之间的互感；

abc坐标下定子电压方程为：

其中，u_s-abc为定子端电压向量；R为定子电阻矩阵；

R＝R＝diag(R_s,R_s,R_s)，R_s为定子绕组的电阻；

abc坐标下的模型变换为dq轴坐标下的模型具体为：

v_dq＝Dψ_PM-abc

dq坐标下定子电压方程为：

其中，L_s为定子的电感，A,S为系数矩阵；

d轴和q轴的电压方程分别为：

其中ω为电角速度，λ为极距；

ω＝2πv/λ,L_s＝L_ss-M；

所述步骤3具体包括如下步骤：

步骤31、设计有限时间观测器，具体为：

其中，

ζ₁＝-λ₂l^1/2sig^1/2(z₁-ζ₀)+z₂；

步骤32、采用有限时间调节控制作为d轴的控制，得到有限常数id；q轴采用跟踪控制，得到跟踪误差xe、ve和iq。