基于LLF空气动力学模型和具有预定性能的非奇异终端滑模技术的浮动式海上风力涡轮机鲁棒俯仰控制

《IEEE Journal of Oceanic Engineering》：Robust Pitch Control for Floating Offshore Wind Turbines Using LLF-Based Aerodynamic Modeling and Nonsingular Terminal Sliding Mode With Prescribed Performance

　　摘要：浮动式海上风力涡轮机表现出复杂且高度非线性的动态特性，这使得开发精确的数学模型变得尤为具有挑战性。在受到较大外部干扰的情况下，传统的控制策略往往无法快速、准确地做出响应。为了解决与空气动力特性建模相关的难题，本研究利用AeroDyn模块提供的丰富仿真数据构建了一个代表性的空气动力响应面，并采用局部线性拟合技术对该响应面进行近似处理，从而得到了一个精确的空气动力模型。为了进一步减少建模误差的影响并提高系统的鲁棒性，本研究将预定性能控制（PPC）与非奇异终端滑模（NTSM）控制相结合，开发出一种新型的俯仰控制方案，即NTSM-PPC控制器。该方法不仅提高了跟踪精度，还规避了传统滑模控制器所固有的奇异性问题。通过在MATLAB/Simulink和OpenFAST平台上进行联合仿真验证了该方法的有效性。仿真结果表明，NTSM-PPC控制器显著提升了输出功率的稳定性，并有效抑制了功率波动。具体而言，该控制器的均方根输出功率为5.00001236 MW，功率变化系数仅为0.01%，优于增益调度比例积分（GSPI，0.57%）以及其他控制器（如CCexppp-SMC、C^C^pp-SMC和C^C^pp-PPC-SMC）。