利索能及
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专利号: 2024105298330
申请人: 淮阴工学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-05-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种风能与波浪能发电系统,其特征在于,所述发电系统包括风力发电模块、波浪能隔振发电模块、控制模块;所述风力发电模块与波浪能隔振发电模块产生电能;所述波浪能隔振发电模块将整体振幅传输至控制模块;所述控制模块内部集成振幅传感器,采用优化后的河马算法对PID参数进行优化调节,对接收到的振幅数据进行处理并转化为相应的控制指令,并将控制指令回送至波浪能隔振发电模块,实现振幅控制;

所述控制模块实现过程如下:

S1:设定发电装置振幅检测的时间间隔Ti与隔振装置开始工作的最小值hmin;

S2:通过传感器检测发电器振幅h,并判断隔振装置是否开始工作,当检测振幅hi小于hmin则隔振装置不运行,当hi大于hmin则启动控制模块;

S3:控制模块采用优化后的河马算法对PID参数进行优化调节,对波浪能隔振发电模块进行控制;

S4:将波浪能隔振发电模块所需电力作为河马优化算法的解;

S5:设置河马数量N和总迭代次数P;

S6:创建初始河马种群,设置i=1,t=1;

S7:基于目标函数的比较更新优势河马,作为最优的阻尼值;

S8:判断i>N/2若是则转入S11,若否则继续S9;

S9:模拟河马在河流中勘探;

S10:模拟小河马因为好奇远离族群,使i=i+1,并转入S8;

S11:计算小河马和成年河马的相对位置Xi;

S12:通过振幅传感器所接受到的振幅大小,计算捕食者在搜索空间的位置;

S13:模拟河马面对捕食者采取防御措施;

S14:判断i

S15:通过计算隔振系统适合接受的阻尼值,模拟河马寻找安全地点;

S16:判断是否达到最大迭代,若否则转入S7,若是则输出Xi,其为隔振机构所需电力;

S17:通过PID计算得到波浪能隔振发电模块所需电量;

S18:波浪能隔振发电模块采用主被动结合的隔振方法,实现振幅控制;

S19:再次检测发电装置振幅h,重复S2至S17;

所述S3实现过程如下:

小河马好奇心旺盛,其经常脱离种群,进而成为捕食者的目标,代表发生振幅;

当河马受到捕食者攻击或者有其他生物入侵其领地时,河马表现出防御反应,将自己转向捕食者,并利用下颚和发声威胁攻击者,代表当振幅超出预定值时,控制模块开始工作,并用优化算法计算隔振模块所需电力;

当捕食者受到被震慑住后,河马逃离捕食者,并远离潜在的危险区域,河马会进入水域,代表输送电力时波浪能发电装置,隔振装置运行;

河马优化算法采用河马作为波浪能隔振模块隔振所需电力的候选解,用下列公式生产决策变量向量:χi:xij=lj+r.(uj‑lj),i=1,2,...,N,j=1,2,...,m  (1)式中,Xi便是第一个候选解的位置,r是0‑1中的一个随机数,uj和lj表示第j个决策变量的上界和下界,设N为种群规模,其矩阵为:河马在河流和池塘中探索,河马经常由几只雌性河马、小河马、多只雄性河马和首领河马组成,其中将优势河马作为迭代目标值,下式为雄性河马在湖泊和池塘中的位置:其中, 表示雄性河马位置,Dhi表示首领河马位置,y1是0‑1之间随机数,r1‑r4是0‑1之间的随机矢量,r5是0‑1之间随机数,I1和I2是1‑2之间的数;公式(6)和(7)描述了雌性和小河马在族群中的位置:式中,M Gi为随机选择的河马的平均值,式中T>0.6则表明小河马离开母亲,r6是一个0‑

1间随机数;若r6>0.5则表明离开母亲但仍未离开族群;反之则已离开族群;r7是0‑1内随机数;下式描述了雄性和小河马的位置更新:河马面对捕食者时会发出响亮的叫声和用獠牙恐吓捕食者,下式表示捕食者在搜索空间中的位置:其中,r8表示0‑1随机向量;下式表示第i只河马与捕食者之间的距离,同时也是隔振模块所需电力的与当前电力差值:当捕食者已经将河马包围,河马仍然转向捕食者,但活动范围受限,用下式表示:式中, 时河马面对捕食者的姿势,RL为具有Levy分布的向量,表示捕食者攻击河马时的位置突变,代表振幅频率突变,其公式如下:式中,r9是一个1*m维的随机向量,D是2‑3之间的随机数,l为2‑4之间随机数,θ为‑1到1之间随机数;式(15)表示当该首领河马被猎杀,同时该值不是PID参数最优解,将有另一只河马成为首领河马并作为参数最优解,否则捕食者离开:式(16)至(19)根基河马进入最近的池塘,来躲避捕食者的伤害,这种策略导致河马在其附近找到一个安全的位置,代表找到适合的隔振模块所需电力,并运行成功:其中,t表示当前迭代次数,T表示最大迭代次数;Xi作为波浪能隔振发电模块线圈所需电力;

所述优化后的河马算法为采用模糊算法优化河马算法,模糊算法通过隶属度函数,将振幅传感器获得数值进行模糊化与解模糊化,在模糊控制器可以使输入的振幅随机性降低,获得较为稳定的输入;模糊控制部分的输入隶属函数所选用的函数为三角形隶属函数,其表达式为:其中,i为确定定义域的向量,x、y、z为确定三角形曲线的参数,参数a和c对应三角形下部的左右顶点,b对应三角形上部顶点;输出隶属函数则选用的是正态分布隶属函数,其表达式为:其中,σ为隶属函数的曲线宽度,x则对应的隶属函数曲线的中心,t为自变量;解模糊化公式为:其中,a为模糊输出元素,μa(a)为a的隶属度。

2.根据权利要求1所述的一种风能与波浪能发电系统,其特征在于,所述波浪能隔振发电模块包括:螺旋扭杆(1)、发电磁力线圈(2)、隔振磁力线圈(3)、棘轮机构(4)、主轴承(5)、下浮体(6)、上浮体(7)、永磁定子(8)、金属橡胶(9)、永磁转子(10);所述上浮体(7)吸收波浪能,伴随着波浪的起伏运动,带动螺旋扭杆(1)上下移动并联合棘轮机构(4)将上下运动转换成旋转运动;并通过棘轮机构(4)带动永磁转子(10)切割发电磁力线圈(2)产生的磁感线,产生电力,所述棘轮机构(4)和永磁转子(10)位于下浮体内部,所述永磁转子(10)位于棘轮机构(4)前端;所述永磁定子(8)被安置在上浮体(7)内部;磁力线圈(3)缠绕在主轴承(5)的外部,金属橡胶(9)被放置在上下浮体之间,并于下浮体连接;所述磁力线圈(3)根据控制模块下发的控制指令产生与振幅方向相反的力,实现减震;所述上下浮体浮动时,撞击金属橡胶(9),吸收多余的动能,实现隔振。

3.根据权利要求2所述的一种风能与波浪能发电系统,其特征在于,所述上浮体(7)与下浮体(6)都是由半球与圆柱体构成,上浮体(7)圆柱部分和下浮体(6)圆柱拥有相同外半径。

4.根据权利要求1所述的一种风能与波浪能发电系统,其特征在于,所述S18实现过程如下:被动隔振方法采用金属橡胶作为其隔振元件,金属橡胶使用金属丝螺旋卷按照一定的规律排布,并通过冲压成型的一种特殊的阻尼材料;

主动隔振方法采用音圈电机,音圈电机能够接受电信号并转化为直线运动,产生安培力:F=qNIBLi  (23)

其中,q为力常数,N为导线个数,I为电流,B为电磁强度,Li为通电线圈有效长度;平衡方程为:其中,U为驱动电压,R为电阻值,Lh为电感值;结合上两式可得传递函数:得到传递函数后通过模糊PID控制器通过调整输出电压,对系统进行主动控制。