[发明专利]一种终端等式约束的经济模型预测最大波能捕获方法

权利要求书

1.一种终端等式约束的经济模型预测最大波能捕获方法，其特征在于，包括：

S1、构建直驱式波浪能发电系统的动力学模型；

S2、基于构建的动力学模型，采用经济模型预测控制方法，实现对海浪条件的实时预测，达到波浪能的最大功率跟踪。

2.根据权利要求1所述的终端等式约束的经济模型预测最大波能捕获方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：

S11、考虑波浪力对于浮子垂直方向上的力，将波能转换装置等效为由弹簧和质量块构成的振动结构，将其转化为以弹簧变形弹性势能和质量块运动动能的机械能形式，根据牛顿第二定律，直驱式波浪能发电装置的动力学方程为：

上式中，f_e为海浪激励力；f_g为永磁直线电机产生的电磁力的反作用力；f_r为浮子运动产生的辐射力；f₀为流体粘度引起的摩擦力；f_h为浮力；m为浮体的质量；m_∞为附加质量；t为时间；a是浮子的位移；其中：

f_h＝-k_ha(t) (2)

上式中，k_h为海水浮力的等效弹性刚度；R₀为摩擦阻力系数；h_r表示由辐射力产生的辐射系数；τ表示卷积项参数；

S12、分析波与浮子的相互作用，计算出辐射函数，卷积积分项为以下等式：

上式中，A_r、B_r、C_r为辐射力所对应的参数矩阵；

S13、联立上述公式(1)-(5)，则直驱式波浪能发电系统的表达式表示为：

上式中，u(t)＝f_g(t),为海浪的速度,A_c、B_c、C_c、D_c为波浪发电系统所对应的参数矩阵，其中：

S14、基于采样时间T_s离散，得到：

x(k+1)＝A_dx(k)+B_du(k)+D_dw(k) (7a)

y(k)＝C_dx(k) (7b)

其中，A_d、B_d、C_d为离散系统下波浪发电系统所对应的参数矩阵，C_d＝C_c；

S15、经过坐标变化换后，通过以下方式表示永磁直线发电机的三相电：

其中，i_d和i_q为dq轴的电流，为浮子的速度，R_g是定子绕组的电阻,L_g是同步电感,ε为永磁直线发电机的极距；

S16、通过以下方式表示电磁力f_g：

其中，L_d和L_q是dq轴的同步电感,是永磁直线电机的磁通；

S17、从海浪中提取功率，如下所示：

P_e(t)＝-f_g(t)x₂(t) (10)

S18、在采样时间T_s提取能量输出，如下所示：

E(t)＝-T_sf_gx₂(t) (11)

S19、直驱式波浪能发电系统的经济阶段成本函数，如下所示：

l_e＝T_sf_gx₂ (12)。

3.根据权利要求1所述的终端等式约束的经济模型预测最大波能捕获方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：

S21、直接采用经济指数作为目标函数，并回归到单层MPC控制，考虑以下经济指标：

上式中，N_P为达到最大波能捕获时的步长数，l_e为经济指标，为直线发电机的最优动子位移，k为当前时间，i为离散状态下的步长；

S22、基于永磁直线电机设计的局限性，直驱式波浪能发电系统受输入约束的约束，表示为：

|a|＝|x₁|≤a_max (14)

上式中，a_max是永磁直线电机的最大位移；

S23、另一个约束表示为：

|f_g|＝|u|≤u_max (15)

其中，u_max是作用于直驱式波浪能发电系统的最大控制输入力；

S24、基于上述步骤S21-S23，经济模型预测控制方法表示为：