本文選題：波浪發(fā)電 + 模型預(yù)測控制��； 參考：《天津大學》2016年碩士論文

【摘要】：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提高波能轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換效率,實現(xiàn)最大波能捕獲。由于波浪的隨機性和系統(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)控制當中有很大的局限性。鑒于此種情況,本文在控制方法中進行了創(chuàng)新與改進,提出了將智能控制方法中的模型預(yù)測控制方法(Model Predictive Control,MPC)應(yīng)用到浮子式波浪發(fā)電系統(tǒng)當中,并且針對現(xiàn)有的文獻中僅僅對浮子運動部分來分析,獲得最大波能捕獲的局限性,文中將浮子位置、浮子速度和電機電流共同作為預(yù)測控制的狀態(tài)變量。由于模型預(yù)測控制方法具有對模型精度要求不高,包含對外部輸入的預(yù)測,并且能夠?qū)⑾到y(tǒng)的限制條件考慮進去等優(yōu)點,使其在波浪發(fā)電系統(tǒng)中具有很大的優(yōu)勢,因此模型預(yù)測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)實意義。本文針對點吸式波浪發(fā)電系統(tǒng)的模型預(yù)測控制方法進行了深入研究,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)在整個海洋波浪能源利用領(lǐng)域中的優(yōu)勢和研究意義,分析了現(xiàn)有典型波能發(fā)電裝置各自的優(yōu)缺點以及工作原理,并對浮子式波浪發(fā)電系統(tǒng)的控制策略進行了系統(tǒng)的研究和詳細的總結(jié)。(2)研究浮子式波浪發(fā)電系統(tǒng)的工作運行狀態(tài),以及其中每個部分的具體運動情況,對浮子式波浪發(fā)電系統(tǒng)的入射波進行了模擬。以單浮子的波浪發(fā)電系統(tǒng)為研究對象,對浮子的受力情況進行了具體的分析與建模,在系統(tǒng)中選擇了直線電機作為功率輸出裝置,并對其進行了數(shù)學模型的推導,進而得到單浮子式波浪發(fā)電系統(tǒng)波浪輸出部分的數(shù)學模型。(3)分別以浮子速度、直線電機的交軸電流作為最優(yōu)控制信號,將電機電流、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,電機力作為控制變量進行建模,獲得了模型預(yù)測控制所需的狀態(tài)空間模型。將其進一步離散化,利用預(yù)測公式和目標函數(shù)進行滾動優(yōu)化和反饋校正�；贛ATLAB對兩種不同目標函數(shù)下的控制方法進行了仿真。對比了以兩種不同信號作為參考時的控制效果,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)用在點吸式波浪發(fā)電系統(tǒng)的可行性和優(yōu)越性。(4)對雙浮子波浪發(fā)電系統(tǒng)的模型預(yù)測控制算法進行了研究,建立了預(yù)測控制的模型,有別于單浮子系統(tǒng)的是沒有參考軌跡,目標函數(shù)的建立時采用了直接功率最大化的方法,最后以規(guī)則波作為輸入進行了仿真分析,證明了模型預(yù)測控制方法在雙浮子的波浪發(fā)電系統(tǒng)中也有良好的應(yīng)用效果。
[Abstract]:Wave energy can be converted into usable electric energy by using wave Energy converter. In order to make full use of wave energy, it is necessary to adopt effective control strategy to improve the conversion efficiency of wave energy converter and achieve maximum wave energy capture. Because of the randomness of wave and the nonlinearity of system model, the traditional control method has great limitation in the control of wave power generation system. In view of this situation, this paper has carried on the innovation and the improvement in the control method, proposed the model predictive control method in the intelligent control method to apply to the float type wave power generation system. Aiming at the limitation of obtaining the maximum wave energy, the position of the float, the speed of the float and the current of the motor are taken as the state variables of predictive control. Because the model predictive control method has the advantages of not demanding the precision of the model, including the prediction of the external input, and taking into account the limited conditions of the system, it has great advantages in the wave power generation system. Therefore, the study of model predictive control has broad prospects and important practical significance in wave power generation systems. In this paper, the model predictive control method of point-absorbing wave power generation system is deeply studied, and the research status and results of wave power generation technology are analyzed from the following aspects: 1. The advantages and research significance of floating wave power generation system in the field of ocean wave energy utilization are summarized. The advantages and disadvantages of existing typical wave power generation devices and their working principles are analyzed. The control strategy of the floating wave power generation system is systematically studied and the detailed summary is given. The operating state of the floating wave power generation system and the specific motion of each part of the system are studied. The incident wave of floating wave power generation system is simulated. Taking the wave power generation system of the single float as the research object, the concrete analysis and modeling of the force condition of the float are carried out. In the system, the linear motor is selected as the power output device, and the mathematical model is derived. Then the mathematical model of wave output part of single float wave power generation system is obtained. The speed of float and the cross axis current of linear motor are taken as the optimal control signals respectively. The current of motor, the velocity of float and the position of float are taken as state variables, respectively. The wave force generated by the incident wave is used as input variable and the motor force as control variable. The state space model for predictive control is obtained. It is further discretized for rolling optimization and feedback correction using prediction formulas and objective functions. Two control methods under different objective functions are simulated based on MATLAB. The control effect when two different signals are used as reference, and the control effect of MPC and Pi controller are compared. The simulation results show that the feasibility and superiority of MPC applied in the point suction wave power generation system is proved. The model predictive control algorithm of the double float wave power generation system is studied, and the predictive control model is established. Different from the single float system, there is no reference track, and the method of direct power maximization is used in the establishment of the objective function. Finally, the regular wave is used as the input for the simulation analysis. It is proved that the model predictive control method also has good application effect in the wave power generation system with double floats.
【學位授予單位】：天津大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：P743.2;P742

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本文編號：1938867