高空风筝发电装置的动力学建模与控制

发布时间：2023-03-19 12:04

　　风筝发电具有发电成本低、发电效率高、环保等优势,对高空风筝发电装置及其发电技术的研究在高空风能利用领域具有重要的意义。为了保证高空风筝发电系统稳定、经济、高效地运行并实现发电任务,对风筝飞行轨迹的优化和跟踪控制律的设计是本领域研究的关键。本文以yo-yo式高空风筝发电装置为研究对象,研究了其飞行过程最优参考轨迹的计算及实时优化跟踪控制问题。主要内容包括以下几个方面:1)为了研究高空风筝yo-yo装置的运动轨迹特性,分别建立空间运动轨迹模型和平面运动轨迹模型,在牵引绳索长度不变、匀速伸长和匀加速伸长三种变化状态下,分析了绳索长度变化对于风筝运动轨迹的影响,通过对飞行轨迹的仿真得出风筝发电系统是一个开环不稳定的系统,且两种模型在纵平面内的飞行轨迹和运动趋势一致,证明了空间运动轨迹建模的准确性。2)为了得到高空风筝发电装置满足约束和发电量最大的最优参考轨迹,分别对风筝开放式发电轨迹和闭合式发电轨迹进行轨迹设计与优化。通过对轨迹优化问题的求解时间、对初值的敏感度和平均发电功率三个方面对比分析了直接多重打靶法(MSM)和Radau伪谱法(RPM)在高空风筝发电轨迹优化问题的适用性,得出RPM更适...

【文章页数】：83 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 高空风筝牵引发电装置国内外研究现状
        1.2.2 高空风筝牵引发电模型研究进展
        1.2.3 高空风筝轨迹优化与控制问题研究现状
        1.2.4 高空风筝发电技术发展展望
    1.3 本文主要内容及文章结构
2 高空风筝装置动力学建模
    2.1 引言
    2.2 Yo-yo装置坐标系的建立和基本假设
        2.2.1 基本坐标系
        2.2.2 基本假设
    2.3 Yo-yo装置空间运动轨迹模型
        2.3.1 重力
        2.3.2 气动力
        2.3.3 绳索的气动阻力与牵引力
        2.3.4 Yo-yo装置空间运动轨迹模型
    2.4 Yo-yo装置平面运动轨迹模型
    2.5 风速模型
    2.6 模型仿真与结果分析
    2.7 本章小结
3 高空风筝发电装置的轨迹设计与轨迹优化
    3.1 引言
    3.2 高空风筝发电装置的周期性轨迹设计
        3.2.1 风筝发电开放式轨迹设计
        3.2.2 风筝发电闭合式轨迹设计
    3.3 高空风筝发电装置最优控制模型
        3.3.1 风筝开放式轨迹最优控制模型
        3.3.2 风筝闭合式轨迹最优控制模型
    3.4 高空风筝发电装置的轨迹优化
        3.4.1 直接多重打靶法
        3.4.2 Radau伪谱法
        3.4.3 闭合式发电轨迹求解结果
        3.4.4 开放式发电轨迹求解结果
    3.5 本章小结
4 高空风筝发电装置的轨迹跟踪控制
    4.1 引言
    4.2 高空风筝船舶牵引装置的轨迹控制
    4.3 非线性模型预测控制算法
        4.3.1 模型预测控制的背景和发展
        4.3.2 非线性模型预测控制的基本原理
        4.3.3 非线性模型预测控制的稳定性与鲁棒性
    4.4 基于NMPC的高空风筝发电装置轨迹跟踪控制
        4.4.1 高空风筝船舶牵引装置的轨迹实时跟踪控制
        4.4.2 风筝闭合式发电轨迹跟踪NMPC问题表述
        4.4.3 高空风筝闭合式发电优化轨迹的实时跟踪控制
    4.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢



本文编号：3765214