[发明专利]一种基于观测器的风力发电机最佳转速有限时间跟踪控制方法

权利要求书

1.一种基于观测器的风力发电机最佳转速有限时间跟踪控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、建立考虑模型不确定性和外界扰动的风力发电系统以及误差系统的动力学方程；

所述误差系统的动力学方程为：

式中，J为风机总的转动惯量，J_r为低速轴的转动惯量，J_g为高速轴的转动惯量，T_a为气动转矩，n_g为齿轮箱的传动比，T_g为发电机电磁转矩，ω_r为风轮旋转角速度，ω_ref为风轮旋转角速度的期望值，是ω_ref的一阶导数，e为误差变量，是e的一阶导数，F为模型不确定性和外界扰动之和，B为风机总的阻尼系数，B_r为低速轴的阻尼系数，B_g为高速轴的阻尼系数；

定义误差变量e为：

e＝ω_r-ω_ref

ω_r＝ω_ref＝λ_optv/R

式中，v为风速，λ_opt为最佳叶尖速比，R为风轮半径；

所述考虑模型不确定性和外界扰动的风力发电系统的动力学方程为：

式中，为风轮旋转角加速度；

步骤二、以滑模面为基础，设计滑模干扰观测器；其具体过程为：

选择滑模面函数为：

s＝ρ₀-ω_r

式中，s为滑模面，ρ₀为中间变量，ρ₀的一阶导数的形式为：

式中，J^-1为J的逆，为ρ₀的一阶导数，k₁为正数，0r1，sign(·)为符号函数，L表示不确定性的上界；

则模型不确定性和外界扰动之和F的观测值为：

式中，为s的一阶导数；

步骤三、基于滑模干扰观测器的观测结果来设计有限时间反步跟踪控制器，利用设计的有限时间反步跟踪控制器来对风力发电系统进行控制；

所述有限时间反步跟踪控制器为：

式中，k₂、k₃和a为待设计的控制参数，0a1。

2.根据权利要求1所述的一种基于观测器的风力发电机最佳转速有限时间跟踪控制方法，其特征在于，所述模型不确定性和外界扰动之和F的表达式为：

式中，|F|表示F的绝对值，表示模型不确定性，d表示外界扰动。

3.根据权利要求2所述的一种基于观测器的风力发电机最佳转速有限时间跟踪控制方法，其特征在于，所述气动转矩T_a的表达式为：

式中，ρ为空气密度，R为风轮半径，C_p(λ,β)为风能利用系数，λ为叶尖速比，β为叶片桨距角。