非线性自适应切换控制及其在风力发电中的应用

论文摘要

在实际控制过程中,被控对象通常具有参数不确定的特性,同时实际系统均具有一定程度的非线性。当系统参数发生变化时,用精确数学模型设计相应的控制器,往往难以取得满意的控制效果,非线性自适应切换控制是解决非线性、强扰动、参数不确定性等复杂系统问题的一种有效方法。由于风力发电机组是复杂非线性不确定系统,同时风能具有能量密度低、随机性和不稳定性等特点,工业现场中使用的常规控制算法难以得到满意的控制效果。针对上述问题,本文依托流程自动化国家重点实验室,将非线性自适应切换控制思想应用在风力发电机组传动系统中,研究工作主要的工作有：(1)针对一类参数不确定的离散时间非最小相位的非线性系统,提出了一种非线性自适应切换控制算法。该方法由线性自适应控制器、非线性自适应控制器以及切换机制组成。切换机制通过对上述两种控制器的切换,在保证闭环系统输入输出有界稳定的同时,还可以改善系统性能,本文给出了非线性自适应切换控制方法的稳定性和收敛性分析,并通过仿真实验验证所提方法的有效性。(2)本文以风力发电机组传动系统作为复杂工业过程的典型实例,分析被控对象特性表明：风力发电机组传动系统具有参数不确定、强非线性且动态特性随运行条件变化等综合复杂性,这些特性使得难以采用已有的控制方法进行理想控制。作者根据已提出的非线性自适应切换控制算法,给出风力发电机组最优叶尖速比自适应切换控制算法。(3)将本文控制算法和工业现场中常规控制算法应用于风机传动系统进行仿真对比,实验结果表明,该控制算法可以有效改善系统性能,使输出量很好的跟踪系统的设定,仿真实验验证了所提出非线性自适应切换控制算法的有效性和工程上的可实现性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.2 非线性自适应控制的研究现状
• 1.3 风力发电机组低风速区域的控制简介
• 1.3.1 低风速时风力发电机组的控制过程
• 1.3.2 低风速时风力发电系统控制方法综述
• 1.4 存在问题及本文的主要研究工作
• 第2章 非线性自适应切换控制算法
• 2.1 引言
• 2.2 控制问题描述
• 2.3 非线性自适应切换控制算法
• 2.3.1 基于未建模动态补偿的非线性控制器设计
• 2.3.2 自适应控制算法
• 2.3.3 切换机制
• 2.3.4 控制算法
• 2.3.5 稳定性和收敛性分析
• 2.4 仿真实验
• 2.5 本章小结
• 第3章 非线性自适应切换控制算法在风力发电中的应用
• 3.1 引言
• 3.2 风力发电机组传动系统模型描述
• 3.2.1 风速的预测模型
• 3.2.2 风力发电机组传动系统模型
• 3.3 风力发电系统控制区域划分
• 3.4 风力发电系统的控制目标及控制难点
• 3.4.1 风力发电系统的控制目标
• 3.4.2 风力发电系统的控制难点
• 3.5 风力发电机组最优叶尖速比自适应切换控制算法
• 3.5.1 控制问题描述
• 3.5.2 基于未建模动态补偿的控制器设计
• 3.5.3 自适应控制算法
• 3.5.4 切换机制
• 3.5.5 控制算法
• 3.6 本章小结
• 第4章 风力发电机组最优叶尖速比自适应切换控制的仿真实验
• 4.1 引言
• 4.2 风模型的仿真实验
• 4.3 风力发电机组常规控制算法的仿真实验
• 4.4 风力发电机组最优叶尖速比自适应控制的仿真实验
• 4.5 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢