申请/专利权人：曲阜师范大学

申请日：2023-04-14

公开（公告）日：2024-01-09

公开（公告）号：CN116520694B

主分类号：G05B13/04

分类号：G05B13/04

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.01.09#授权;2023.08.18#实质审查的生效;2023.08.01#公开

摘要：本发明公开了一种含PPC同步俯仰状态约束的模糊滑模自适应风力机舱两端悬浮控制方法，包括指定性能控制俯仰状态约束同步控制、主导项参数自适应滑模跟踪控制和含同步与跟踪信息的模糊自适应补偿部分。含俯仰状态约束的PPC同步控制将俯仰角度以虚拟变量的形式引入至机舱多端悬浮控制模型，设计含同步误差分数阶的机舱俯仰约束轨线，以及基于同步误差转化重构变量俯仰约束控制，采用弱化滑模抖振。采用含同步与跟踪信息的模糊自适应补偿部分进行智能逼近，提升机舱悬浮和俯仰暂态动态和稳态性能。本发明极大提升了机舱悬浮稳定性、抗干扰以及同步性能。

主权项：1.含PPC同步俯仰状态约束的模糊滑模自适应风力机舱悬浮控制方法，其特征在于：包括指定性能控制PPC俯仰状态约束同步控制、主导项参数自适应滑模跟踪控制和含同步与跟踪信息的模糊自适应补偿控制，协同实现机舱两端悬浮和俯仰抑制暂态性能的提升；含PPC俯仰状态约束同步控制将同步误差的分数阶引入约束轨线，对同步误差进行误差重构，设计了含重构误差与抖振削弱的同步滑模控制律；所述主导项参数自适应的滑模跟踪控制完成两端气隙自适应跟踪控制，设计了含自适应参数的滑模跟踪控制律以及自适应参数控制律；所述含同步与跟踪信息的模糊自适应补偿控制逼近系统存在的不确定性干扰，提升机舱悬浮系统控制精度；包括以下步骤：步骤1构建考虑俯仰状态约束的风力机舱两自由度悬浮模型 其中，θ为俯仰角度，μ0为真空磁导率，N为两侧悬浮绕组匝数，S为磁极面积，i1和i2分别为桨叶侧和尾翼侧励磁电流，δ1和δ2分别为桨叶侧、尾翼侧悬浮气隙，J为机舱俯仰转动惯量，m为风力机舱质量；g为重力加速度；δ为轴向悬浮气隙；fd为机舱轴向干扰；TS为机舱倾覆力矩，R为机舱旋转半径；步骤2引入俯仰虚拟控制变量U，结合坐标转换矩阵以及将风力机舱两端悬浮控制模型转化为含同步信息的两端悬浮模型为： 其中，U为虚拟控制变量，fdt为机舱轴向干扰；步骤3设计含干扰触发的PPC机舱俯仰同步控制器第一步，设置两侧悬浮气隙同步误差为es＝θ-0，其中，第二步，设计含俯仰暂态信息的约束轨线为： 其中，kμ为收敛速度调整参数，α为指数系数，γ是引入同步误差的影响因子，μ0是初始时刻最大超调，μ∞表示允许的稳态跟踪误差，μt为设计的约束轨线；第三步，设计同步误差的允许工作区间为：|est|≤μt4第四步，重构新型俯仰状态约束误差变量z1为： 其中，λt＝estμt；第五步，定义含重构误差的机舱俯仰同步滑模面为： 其中，是一个正常数，τ＝12μ[1λt+1-1λt-1]，且0＜τ≤τM＝2μ∞；第六步，设计含重构误差与抖振削弱的同步滑模面的控制律为： 其中，β为正常数，0＜β＜1，kn，λs为正常数；第七步，对式6进行求导： 其中，第八步，联立式7与式8，可得同步输出： 第九步，将式9的同步输出代入式2悬浮模型中，可以进一步得到系统模型： 第十步，设计桨叶侧控制器，对模型进行分析： 对式11的模型进行归结，将归结为主导项，通过滑模进行控制，将归结为不确定项，用Δun表示，用模糊控制进行逼近；步骤4含主导项参数自适应的滑模跟踪控制器设计第一步，对式11的模型进行转化： 第二步，对式12的悬浮气隙模型进行泰勒级数展开： 其中，δ10，i10为机舱悬浮平衡处的气隙、电流；第三步，进一步对式13进行归结： 其中，为模糊输出；第四步，设计含自适应参数的跟踪滑模面为： 其中，设置桨叶侧悬浮气隙跟踪误差为e1＝δ1-δref，δref为桨叶侧参考气隙，c1为正增益；第五步，设置含自适应参数的跟踪滑模面的控制律为 其中，k为非零正常数，λ1为切换项自适应增益，ρ为正常数，0＜ρ＜1；第六步，对含自适应参数的跟踪滑模面求导，与式16进行联立可得： 第七步，将代入式17，可得： 第八步，将式14气隙表达式代入式18，可得： 第九步，将式19中的i提出，可得： 第十步，设计跟踪参数M、N自适应律为： 其中，η1，λn为正增益，分别为M，N的估计值；步骤5含同步与跟踪信息的模糊自适应补偿控制第一步，对式19中的Δun1定义在一个紧集Ur上，可以描述为： 其中，θ1是权值，是模糊基向量，ait＝a1+i-12a1，i＝[1,2,3,4,5]，a1作为模糊输出中心值的边界基值，bt为敏感度调整系数；第二步，Δun1可以近似表示为：存在理想权重可以表示为： 第三步，Δun1可以被描述为： 其中，εf是最小逼近误差，|εf|≤Lm，Lm为正常数；第四步，设计含同步与跟踪信息的模糊自适应补偿自适应律为： 其中，η2为正增益，为θ1的近似估计。

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权利要求：

百度查询： 曲阜师范大学 含PPC同步俯仰状态约束的模糊滑模自适应风力机舱悬浮控制方法

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