浮子式波浪發(fā)電系統(tǒng)的模型預(yù)測(cè)控制.pdf

1、波浪能可以利用波能轉(zhuǎn)換裝置(Wave Energy Converter，WEC)將其轉(zhuǎn)換成可利用的電能。為了有效、充分的利用波浪能，就必須采取有效的控制策略來(lái)提高波能轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換效率，實(shí)現(xiàn)最大波能捕獲。由于波浪的隨機(jī)性和系統(tǒng)模型的非線性等原因，使傳統(tǒng)的控制方法在波浪發(fā)電系統(tǒng)控制當(dāng)中有很大的局限性。鑒于此種情況，本文在控制方法中進(jìn)行了創(chuàng)新與改進(jìn)，提出了將智能控制方法中的模型預(yù)測(cè)控制方法(Model Predictive Control，M

2、PC)應(yīng)用到浮子式波浪發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)中，并且針對(duì)現(xiàn)有的文獻(xiàn)中僅僅對(duì)浮子運(yùn)動(dòng)部分來(lái)分析，獲得最大波能捕獲的局限性，文中將浮子位置、浮子速度和電機(jī)電流共同作為預(yù)測(cè)控制的狀態(tài)變量。由于模型預(yù)測(cè)控制方法具有對(duì)模型精度要求不高，包含對(duì)外部輸入的預(yù)測(cè)，并且能夠?qū)⑾到y(tǒng)的限制條件考慮進(jìn)去等優(yōu)點(diǎn)，使其在波浪發(fā)電系統(tǒng)中具有很大的優(yōu)勢(shì)，因此模型預(yù)測(cè)控制方法的研究在波浪發(fā)電系統(tǒng)中具有廣闊的前景和重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　本文針對(duì)點(diǎn)吸式波浪發(fā)電系統(tǒng)的模型預(yù)測(cè)控制方

3、法進(jìn)行了深入研究，主要從以下幾方面展開工作:
　　(1)分析了波浪發(fā)電技術(shù)的研究現(xiàn)狀和研究成果，總結(jié)了浮子式波浪發(fā)電系統(tǒng)在整個(gè)海洋波浪能源利用領(lǐng)域中的優(yōu)勢(shì)和研究意義，分析了現(xiàn)有典型波能發(fā)電裝置各自的優(yōu)缺點(diǎn)以及工作原理，并對(duì)浮子式波浪發(fā)電系統(tǒng)的控制策略進(jìn)行了系統(tǒng)的研究和詳細(xì)的總結(jié)。
　　(2)研究浮子式波浪發(fā)電系統(tǒng)的工作運(yùn)行狀態(tài)，以及其中每個(gè)部分的具體運(yùn)動(dòng)情況，對(duì)浮子式波浪發(fā)電系統(tǒng)的入射波進(jìn)行了模擬。以單浮子的波浪發(fā)電系統(tǒng)為研

4、究對(duì)象，對(duì)浮子的受力情況進(jìn)行了具體的分析與建模，在系統(tǒng)中選擇了直線電機(jī)作為功率輸出裝置，并對(duì)其進(jìn)行了數(shù)學(xué)模型的推導(dǎo)，進(jìn)而得到單浮子式波浪發(fā)電系統(tǒng)波浪輸出部分的數(shù)學(xué)模型。
　　(3)分別以浮子速度、直線電機(jī)的交軸電流作為最優(yōu)控制信號(hào)，將電機(jī)電流、浮子速度和浮子位置作為狀態(tài)變量，入射波所產(chǎn)生的波浪力作為輸入變量，電機(jī)力作為控制變量進(jìn)行建模，獲得了模型預(yù)測(cè)控制所需的狀態(tài)空間模型。將其進(jìn)一步離散化，利用預(yù)測(cè)公式和目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行滾動(dòng)優(yōu)化和反饋

5、校正?；贛ATLAB對(duì)兩種不同目標(biāo)函數(shù)下的控制方法進(jìn)行了仿真。對(duì)比了以兩種不同信號(hào)作為參考時(shí)的控制效果，以及MPC和PI控制器的系統(tǒng)控制效果，仿真結(jié)果證明了MPC應(yīng)用在點(diǎn)吸式波浪發(fā)電系統(tǒng)的可行性和優(yōu)越性。
　　(4)對(duì)雙浮子波浪發(fā)電系統(tǒng)的模型預(yù)測(cè)控制算法進(jìn)行了研究，建立了預(yù)測(cè)控制的模型，有別于單浮子系統(tǒng)的是沒(méi)有參考軌跡，目標(biāo)函數(shù)的建立時(shí)采用了直接功率最大化的方法，最后以規(guī)則波作為輸入進(jìn)行了仿真分析，證明了模型預(yù)測(cè)控制方法在雙浮子