[发明专利]分数阶永磁同步发电机的模糊有限时间最优同步控制方法

说明书

本发明涉及一种分数阶永磁同步发电机的模糊有限时间最优同步控制方法，属于发电机技术领域。建立了具有电容电阻耦合的分数阶主动、从动永磁同步发电机之间的同步模型。通过动力学分析充分揭示了系统存在包括混沌振荡在内的丰富动力学行为，并通过设计数值方法给出了稳定性和非稳定性边界。然后，在分数阶反步控制理论框架下，提出了一种融合分层二型模糊神经网络、有限时间命令滤波器、有限时间预设性能函数的模糊有限时间最优同步控制方案。稳定性分析证明了闭环系统的所有信号在成本函数最小的情况下是有界的。最后，数值模拟结果验证了本发明的可行性和优越性。

技术领域

本发明属于发电机技术领域，涉及分数阶永磁同步发电机的模糊有限时间最优同步控制方法。

背景技术

永磁同步发电机是最重要的电力设备之一，它能将风能转换为机械功，通过机械做功驱动磁转子旋转来输出交流电。目前，它被广泛应用于高速发电、可再生能源发电和风力发电等。风力发电站的永磁同步发电机一般工作在恶劣的环境中，来自当地风速、发电机温度、磁场、摩擦和工作负荷所引起的波动是不可避免的。这些波动可能会引发永磁同步发电机的混沌振荡、多稳定性、分岔等众多非线性动力学现象。这些波动会导致永磁同步发电机性能下降，在没有采取有效措施的情况下甚至会导致发电机损坏。此外，随着生活水平的提高，人们对永磁同步发电机系统的可靠性和安全性的要求也越来越高。因此，如何准确建模，揭示系统运动的稳定和不稳定边界，并在预设性能范围内提出分数阶主动、从动永磁同步发电机之间的模糊有限时间最优同步控制方案，具有重要的意义和挑战性。

与整数阶微积分相比，分数阶微积分可以建立更精确的模型，更真实地描述实际工程系统的动态特性，同时通过对系统进行调分数阶值可以获得最优的动态响应。Westerlundand Ekstam通过实验证明了各种电容器介质的分数阶值，发现了电流与电压之间有紧密的分数阶联系。Luo等用分数阶电容膜模型对分数阶系统的控制性能进行了实验验证。对于分数阶发电机的建模和动态分析，在过去的几十年里有零散的文献报道。Xu等建立了水轮发电机组系统的分数阶模型，并利用六个典型的分数阶值对其进行了非线性动力学分析。Borah和Roy对分数阶永磁同步发电机进行了动力学分析，提出了一种单状态预测控制方法。Ardjal等建立了风能转换系统的分数阶模型，并设计了发电机和电网转换器的非线性协同控制器。这些重要的研究结果对当前的研究具有一定的启发作用。然而，这些模型仅限于分析了单个发电机，没有考虑发电机之间的耦合强度，相应的动力学分析没有给出稳定和不稳定边界和区域，同时也没有考虑有限时间、不确定性、性能约束和优化等一系统控制问题。

相互耦合系统的同步问题在非线性科学中备受关注，例如在发电领域中，同步控制可以使多台发电机以平行模式实现其精确的频率重合。为了更好地解决这种问题，鲁棒同步、自适应同步和优化同步控制等大量有价值的工作不断出现。然而，这些工作仅限于不考虑双向和单向耦合强度的整数阶系统，并且这些系统在条件波动时不会产生复杂的非线性动力学，偏离所讨论的同步控制主题。Sadeghi等利用机器模型解决了无刷双馈感应发电机的平滑同步问题。Zhu等利用自适应脉冲控制方法解决了混沌振荡永磁同步发电机网络的同步问题。上述文献没有揭示整数阶发电机中的混沌和周期区间。同时，由于系统建模参数的摄动和不确定性，这些方案在没有预先配置性能的情况下的失效是不可避免的。