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漂浮式风电机组无模型自适应控制研究

摘要

随着全球能源转型的加速推进，漂浮式风电机组作为海上风电领域的前沿技术，因其能高效利用深海丰富风力资源而备受瞩目。然而，漂浮式风电机组在运行过程中面临的复杂动态环境和结构挑战，对传统基于模型的控制方法提出了严峻考验。本研究聚焦于无模型自适应控制在漂浮式风电机组中的应用，旨在设计并实现一种不依赖于精确数学模型的控制方案，以提高其运行效率和稳定性。通过对漂浮式风电机组基本原理、结构特点及运行特性的深入分析，结合无模型自适应控制的基本原理、算法设计及应用优势，本研究提出了一种针对性的无模型自适应控制策略。该策略采用数据驱动建模方法构建漂浮式风电机组的动态模型，并引入在线学习算法以适应系统的实时变化。

实验结果表明，所设计的无模型自适应控制方案在模拟环境和实际测试中都展现出了良好的动态响应能力和控制精度。特别是在应对海上风速变化和漂浮式基础结构动态响应等挑战时，该方案表现出了较强的鲁棒性和适应性。通过与传统基于模型的控制方法进行对比，本研究进一步验证了无模型自适应控制在漂浮式风电机组控制中的优越性。此外，研究还探讨了控制系统实现的硬件和软件需求，以及实验平台的搭建方法，为后续的实际应用提供了有力支持。这一研究成果不仅丰富了漂浮式风电机组控制策略的理论体系，也为推动海上风电技术的发展和应用提供了新的思路和方法。

关键词：漂浮式风电机组；无模型自适应控制；动态响应；控制精度；鲁棒性；数据驱动建模

ABSTRACT

Withtheaccelerationofglobalenergytransition,floatingwindturbines,asacutting-edgetechnologyinthefieldofoffshorewindpower,haveattractedmuchattentionfortheirefficientutilizationofabundantwindresourcesinthedeepsea.However,thecomplexdynamicenvironmentandstructuralchallengesfacedbyfloatingwindturbinesduringoperationposeaseverechallengetotraditionalmodel-basedcontrolmethods.Thisstudyfocusesontheapplicationofmodelfreeadaptivecontrolinfloatingwindturbines,aimingtodesignandimplementacontrolschemethatdoesnotrelyonprecisemathematicalmodelstoimproveitsoperationalefficiencyandstability.Throughin-depthanalysisofthebasicprinciples,structuralcharacteristics,andoperationalfeaturesoffloatingwindturbines,combinedwiththebasicprinciples,algorithmdesign,andapplicationadvantagesofmodelfreeadaptivecontrol,thisstudyproposesatargetedmodelfreeadaptivecontrolstrategy.Thisstrategyadoptsdata-drivenmodelingmethodstoconstructadynamicmodeloffloatingwindturbines,andintroducesonlinelearningalgorithmstoadapttoreal-timechangesinthesystem.

Theexperimentalresultsshowthatthedesignedmodelfreeadaptivecontrolschemeexhibitsgooddynamicresponsecapabilityandcontrolaccuracyinbothsimulatedenvironmentsandact