[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

说明书

本发明提供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。包括如下步骤：构建直驱式波浪能发电装置的动力学方程；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；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。本发明具有快速跟踪、抗干扰的特点。通过级联跟踪控制方法，实现波浪发电系统与入射海浪发生共振的现象，达到波浪能的最大功率跟踪，大大提高了能量的转换效率，填补了海上能量转换领域效率低的发展不足。

技术领域

本发明涉及波浪能技术领域，尤其涉及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。

背景技术

波浪能是海洋能的一种具体形态，也是海洋能中最主要的能源之一，它的开发和利用对缓解能源危机和减少环境污染是非常重要的。波浪能发电的关键技术就是提高波浪发电系统的功率捕获和能量转换效率，即波浪系统的频率与海浪的频率相等，达到共振来实现波浪能的理想的波能捕获。由于海浪的频率幅值不稳定，以及现有技术的不足，波浪能波能捕获技术的发展并不理想，不能长时间实现理想的波能的捕获。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种最大波能跟踪控制方法，本发明面向于直驱式波浪能装置(direct-drive wave energy converter,DWEC)，通过设计有限时间级联跟踪控制方案完成直驱式波浪能发电装置对最大波能的跟踪。本发明采用的技术手段如下：

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，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。

进一步地，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；

其中，f_b(t)＝-Kx(t)+mg＝-ρgSx(t)+mg

其中,K＝ρgS；

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。

进一步地，步骤2中，直线电机在abc坐标下的模型具体为：