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专利号: 2023104311386
申请人: 曲阜师范大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-04-09
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种闭环信息非对称约束在线调整机舱悬浮暂态性能的控制方法,其特征在于:包括风力机舱悬浮动态模型构建、非对称约束边界函数制定、非对称型障碍Lyapunov函数悬浮控制器设计;所述风力机舱悬浮动态模型构建是基于机舱中心高度和两侧俯仰角度的两自由度机舱悬浮模型,所述非对称约束边界函数制定是应对悬浮波动破坏悬浮敏锐度变化问题,在悬浮目标两侧设置不同约束边界函数,所述约束边界函数为基于悬浮状态矢量信息的单调变化函数,所述非对称约束边界函数与系统跟踪误差的比值生成虚拟变量;所述非对称约束边界函数包括起动边界函数和抗干扰约束边界函数,所述起动边界函数是关于时间t渐进收敛的单调函数,包括指定初始约束边界、收敛速度与稳态约束边界的参数,所述抗干扰约束边界函数是以跟踪误差为参变量的s形有界光滑函数,包括不对称响应调整系数和不对称幅值调整系数两设定参数;所述非对称型障碍Lyapunov函数悬浮控制器设计是基于非对称约束障碍Lyapunov函数法而设计的,并以轴向高度变换误差、俯仰角度变换误差作为虚拟控制输入,分为有限时间轴向悬浮控制器与有限时间同步控制器,基于虚拟控制变量的自适应方法估计集总扰动,包括以下步骤:步骤1,构建含闭环反馈信息的光滑非对称型约束边界函数A)设计起动边界函数

其中,cbi_0,cbi_∞,ki为正常数,cbi_0表示起动边界函数初值,cbi_∞表示起动边界函数收敛目标,ki指定收敛速度,以下所有下标i为1或2;

B)为使约束函数具有在线识别系统工况的能力,约束边界在有界范围内随工况调整,并指定敏感区的动态调整范围,设计抗干扰约束边界函数为:‑1

ct=εi(1+exp(‑αiei))            (2)其中,εi,αi为正常数,εi为不对称幅值调整系数,满足cbi_∞‑εi>ρ∞,其中ρ∞表示暂态性能指标,αi为不对称响应调整系数,ei为系统跟踪误差;

C)基于所述起动边界函数与抗干扰约束边界函数,设计含闭环反馈信息的光滑非对称约束函数为:步骤2,建立基于机舱中心高度和两侧俯仰角度的两自由度机舱悬浮模型式中,H为中心悬浮高度,HA和HB分别为桨叶侧和尾翼侧悬浮高度,L为悬浮气隙与高度之和,(L‑HA)和(L‑HB)分别为桨叶侧和尾翼侧悬浮气隙,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,iA和iB分别为桨叶侧和尾翼侧励磁电流,J为机舱俯仰转动惯量,Tr为机舱倾覆力矩,r为机舱旋转半径,m为风力机舱质量,g为重力加速度,fd为机舱轴向干扰,ΔHx=Hx‑H0,Δix=ix‑i0,其中x为A或B,i0和H0分别为目标电流与目标气隙,(L‑H0)为轴向悬浮气隙;

步骤3,设计轴向含闭环反馈信息的光滑非对称约束边界函数和俯仰含闭环反馈信息的光滑非对称约束边界函数A)构建含轴向气隙跟踪误差的抗干扰约束边界函数为:B)构建含俯仰角度同步误差的抗干扰约束边界函数为:步骤4,非对称型障碍Lyapunov函数悬浮控制器设计的步骤为A)根据障碍Lyapunov函数特性,将误差重构,设计虚拟控制律为:将 展开

其中:

B)设计基于含轴向高度跟踪误差的非对称型障碍Lyapunov函数的有限时间悬浮控制器:所述非对称约束函数关于时间一阶导数展开可得:

将二阶导数展开可得:

基于此,设计含轴向高度跟踪误差的非对称型障碍Lyapunov函数的有限时间控制律为:选取自适应律为:

2 2 3 2

其中γ1,β1, 为正标量,0<β1<1,a10=μ0N Si0/(2m(L‑H0)),b10=μ0NSi0/(2m2

(L‑H)0 ),

C)设计基于含俯仰角度同步误差的非对称型障碍Lyapunov函数的有限时间悬浮控制器:将所述约束函数关于时间的一阶导数展开可得:

将二阶导数展开可得:

基于此,设计含俯仰角度同步误差的非对称约束的有限时间控制律为:选取自适应律为:

2 2 3 2

其中γ2,β2, 为正标量,0<β2<1,a20=μ0NSi0/(2m(L‑H0)),b20=μ0NSi0/(2m2

(L‑H0)),

由式(12),(16)可得桨叶侧、尾翼侧主控制电流为