塔式光热电站定日镜的动态面滑模控制方法技术

本发明专利技术涉及塔式光热电站定日镜的动态面滑模控制方法，包括：基于方位俯仰双轴跟踪的定日镜建立高度角电机和方位角电机系统模型，并对系统模型进行磁滞消除，得到消除磁滞后的系统模型；采用神经网络逼近消除磁滞后的系统模型中的未知函数，设计误差转换函数和跟踪性能指标函数，使高度角电机和方位角电机系统模型跟踪误差满足预先设定的性能指标；通过非对称型障碍李雅普诺夫函数，对消除磁滞后的系统模型的状态进行约束；结合动态面控制器设计方法与滑模面控制器设计方法，设计高度角电机和方位角电机系统模型的自适应控制器，实现对定日镜的动态面滑模控制。本发明专利技术采用全状态约束鲁棒自适应动态面控制方法，保证了系统的瞬态性能和稳定性。性能和稳定性。性能和稳定性。

【技术实现步骤摘要】
塔式光热电站定日镜的动态面滑模控制方法


[0001]本专利技术涉及新能源
，特别是涉及一种塔式光热电站定日 镜的动态面滑模控制方法。

技术介绍

[0002]随着社会的快速发展，人类对能源的需求迅速增加，化石能源正 日趋枯竭，太阳能发热发电的市场终于迎来了爆发增长期。光热电站 的控制大致分为三部分，聚光集散系统、储换热系统和常规发电系统 ，其中聚光集热系统是整个电厂成功的关键，聚光集热系统的成本大 约占整个塔式光热电站总投资的50％。塔式光定日镜的作用主要是用 于跟踪太阳，聚集和反射太阳光进入吸热器内。
[0003]对定日镜的研究不断有了成果。1998年Hession等人，使用菲涅 尔透镜增加太阳能电池板的光接收率，成功开发出一种双轴跟踪器， 可以实现对太阳的实时跟踪。2004年，智利的Antofagasta大学开发 了一种双轴太阳能跟踪系统，该系统结合视日跟踪方式和光电跟踪方 式，根据光的强度选择跟踪方法。2018年西安理工大学针对定日镜驱 动系统中齿隙非线性环节，设计控制策略，并通过实验验证所设计的 双电机消隙系统能够实现消除齿隙的预期目标。近年来，随着智能控 制的发展，智能控制应用在各种领域。2012年首次提出了自适应模糊 DSC设计，结合障碍李雅普诺夫函数解决输出约束问题。对于输出受 限系统的DSC框架，Wu等人针对具有输出约束的时滞系统，提出了基 于切向BLF的DSC策略。
[0004]目前，针对定日镜控制系统的鲁棒性及追日精度等性能指标问题 考虑还比较少。本专利技术基于方位俯仰双轴定日镜，考虑全状态约束， 双电机消隙系统，设计定日镜姿态角的鲁棒自适应控制器。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种塔式光热电站定日镜的动态面滑模控 制方法，以解决上述现有技术中存在的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]塔式光热电站定日镜的动态面滑模控制方法，包括：
[0008]基于方位俯仰双轴跟踪的定日镜建立高度角电机和方位角电机 系统模型，并对所述高度角电机和方位角电机系统模型进行磁滞消除， 得到消除磁滞后的系统模型；
[0009]采用神经网络逼近系统模型中存在的未知参数和不确定项，设计 误差转换函数和跟踪性能指标函数，使所述高度角电机和方位角电机 系统模型跟踪误差满足预先设定的性能指标；
[0010]通过非对称型障碍李雅普诺夫函数，对所述消除磁滞后的系统模 型的状态进行约束；结合动态面控制器设计方法与滑模面控制器设计 方法，设计所述高度角电机和方位角电机系统模型的自适应控制器， 实现对所述定日镜的动态面滑模控制。
[0011]优选地，所述基于方位俯仰双轴跟踪的定日镜建立高度角电机和 方位角电机系
统模型，如下式(1)：
[0012][0013]其中i＝1,2；θ
ir
为转子速度；v
ir
为定子电压；i
iq
为定子电流；ω
ir
为转子角速度；J
i
为转子惯量；T
iL
为负载转矩；f
i
为黏滞摩擦系数；
[0014][0015]其中，n为极对数，L
m
为互感，L2为转子电感，R1为定子电阻， L1为定子电感，R2为转子电阻，L
1q
为同步旋转坐标系中的等效初级电 感，R
1q
为同步旋转坐标系中的等效初级电阻；α1为额定磁化激励下模 型中的反电动势EMF的有效系数；a2为常数。
[0016]优选地，对所述高度角电机和方位角电机系统模型进行磁滞消除， 包括：
[0017]在所述高度角电机和方位角电机系统模型中，将高度角电机和方 位角电机的状态方程分别进行定义，分别得到方位角电机伺服系统的 状态方程和高度角电机伺服系统的状态方程，并通过PI逆模型消除 所述伺服系统中的齿隙。
[0018]优选地，所述方位角电机伺服系统的状态方程为：
[0019][0020]其中，g1,θ1,β1为系统的未知参数；Δ1(x
11
,t)为系统不确定部分；y1是系统的输出，p是磁滞算子；w1∈R代表由PI磁滞模型表示的控制 器的输出；a1,a2为常数；
[0021][0022]x
11
为表示转子角度的状态变量，θ
1r
为转子角度，x
12
为表示转子角 速度得到状态变量，ω
1r
为转子角速度，x
13
为定子电流的状态变量，i
1q
为定子电流。
[0023]优选地，所述高度角电机伺服系统的状态方程为：
[0024][0025]其中，g2,θ2,β2为系统的未知参数；Δ2(x
21
,t)为系统不确定部分； y2是系统的输出；a1,a2为常数；
[0026][0027]K
T
为定子电流前的系数，J2为转子惯量，g2为系统的未知参数， f2为黏滞摩擦系数，θ2为转子角度，T
L2
为负载转矩，x
21
为转子角度状 态变量，t为时间，v
2q
为定子电压，u2为控信号。
[0028]优选地，所述采用神经网络逼近所述消除磁滞后的系统模型中的 未知函数，包括：
[0029]通过RBF神经网络进行逼近，其中，所述RBF神经网络为：
[0030][0031]其中，对于任意给定的正整数q≥1，ξ
i
∈Ω
ξi
∈R
q
为输入向量；ε
i
(ξ
i
) 为网络重构误差，满足|ε
i
(ξ
i
)|≤ε
im
且ε
im
为未知常数，对于足够 大的N为理想权值；N为神经网络节点数，N＞1， ψ
i
(ξ
i
)＝[ρ1(ξ
i
),...,ρ
N
(ξ
i
)]∈R
N
为权值向量.ρ
j
(ξ
i
)为高斯基函数，其形式如 下式(8)：
[0032][0033]η
j
＞0表示基函数的宽度；ξ
j
为第j个基函数ρ
j
(ξ
i
)的中心。
[0034]优选地，所述非对称型障碍李雅普诺夫函数，对所述高度角电机 和方位角电机系统模型的状态进行约束，包括：
[0035]获取所述非对称型障碍李雅普诺夫函数：
[0036][0037]其中k
a
和k
b
为两个常数，分别为约束的上界和下界；
[0038]若满足
‑
k
b
＜S(0)＜k
a
，则函数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.塔式光热电站定日镜的动态面滑模控制方法，其特征在于，包括：基于方位俯仰双轴跟踪的定日镜建立高度角电机和方位角电机系统模型，并对所述高度角电机和方位角电机系统模型进行磁滞消除，得到消除磁滞后的系统模型；采用神经网络逼近系统模型中存在的未知参数和不确定项，设计误差转换函数和跟踪性能指标函数，使所述高度角电机和方位角电机系统模型跟踪误差满足预先设定的性能指标；通过非对称型障碍李雅普诺夫函数，对所述消除磁滞后的系统模型的状态进行约束；结合动态面控制器设计方法与滑模面控制器设计方法，设计所述高度角电机和方位角电机系统模型的自适应控制器，实现对所述定日镜的动态面滑模控制。2.根据权利要求1所述的塔式光热电站定日镜的动态面滑模控制方法，其特征在于，所述基于方位俯仰双轴跟踪的定日镜建立高度角电机和方位角电机系统模型，如下式(1)：其中i＝1,2；θ
ir
为转子速度；v
ir
为定子电压；i
iq
为定子电流；ω
ir
为转子角速度；J
i
为转子惯量；T
iL
为负载转矩；f
i
为黏滞摩擦系数；其中，n为极对数，L
m
为互感，L2为转子电感，R1为定子电阻，L1为定子电感，R2为转子电阻，L
1q
为同步旋转坐标系中的等效初级电感，R
1q
为同步旋转坐标系中的等效初级电阻；α1为额定磁化激励下模型中的反电动势EMF的有效系数；a2为常数。3.根据权利要求1所述的塔式光热电站定日镜的动态面滑模控制方法，其特征在于，对所述高度角电机和方位角电机系统模型进行磁滞消除，包括：在所述高度角电机和方位角电机系统模型中，将高度角电机和方位角电机的状态方程分别进行定义，分别得到方位角电机伺服系统的状态方程和高度角电机伺服系统的状态方程，并通过PI逆模型消除所述伺服系统中的齿隙。4.根据权利要求3所述的塔式光热电站定日镜的动态面滑模控制方法，其特征在于，所述方位角电机伺服系统的状态方程为：其中，g1,θ1,β1为系统的未知参数；Δ1(x
11
,t)为系统不确定部分；y1是系统的输出，p是磁滞算子；w1∈R代表由PI磁滞模型表示的控制器的输出；a1,a2为常数；
x
11
为表示转子角度的状态变量，θ
1r
为转子角度，x
12
为表示转子角速度得到状态变量，ω
1r
为转子角速度，x
13
为定子电流的状态变量，i
1q
为定子电流。5.根据权利要求3所述的塔式光热电站定日镜的动态面滑模控制方法，其特征在于，所述高度角电机伺服系统的状态方程为：其中，g2,θ2,β2为系统的未知参数；Δ2(x
21
,t)为系统不确定部分；y2是系统的输出；a1,a2为常数；K
T
为定子电流前的系数，J2为转子惯量，g2为系统的未知参数，f2为黏滞摩擦系数，θ2为转子角度，T
L2
为负载转矩，x
21
为转子角度状态变量，t为时间，v
2q
为定子电压，u2为控信号。6.根据权利要求1所述的塔式光热电站定日镜的动态面滑模控制方法，其特征在于，所述采用神经网络逼近所述消除磁滞后的系统模型中的未知函数，包括：通过RBF神经网络进行逼近，其中，所述RBF神经网络为：其中，对于任意给定的正整数q≥1，ξ
i
∈Ω
ξi
∈R
q
为输入向量；ε
i
(ξ
i
)为网络重构误差，满足|ε
i
(ξ
i
)|≤ε
im
且ε
im
为未知常数，对于足够大的N为理想权值；N为神经网络节点数，N＞1，ψ
i
(ξ
i
)＝[ρ1(ξ
i
),...,ρ
N
(ξ
i
)]∈R
N
为权值向量.ρ
j
(ξ
i
)为高斯基函数，其形式如下式(8)：η
j
＞0表示基函数的宽度；ξ
j
为第j个基函数ρ
j
(ξ
i
)的中心。7.根据权利要求1所述的塔式光热电站定日镜的动态面滑模控制方法，其特征在于，所述非对称型障碍李雅普诺夫函数，对所述高度角电机和方位角电机系统模型的状态进行约束，包括：获取所述非对称型障碍李雅普诺夫函数：其中k
a
和k
b
为两个常数，分别为约束的上界和下界；
若满足
‑
k
b
...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛俊雄，王祥，武占侠，赵金玉，姜柳，于同伟，李正文，高一茗，祝国强，张秀宇，
申请(专利权)人：深圳智芯微电子科技有限公司沈阳工程学院国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院国网辽宁省电力有限公司东北电力大学，
类型：发明
国别省市：