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Fault-Tolerant Optimal Tip-Speed-Ratio Tracking Control of Wind Turbines Subject to Actuation Failures
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资源说明：Fault-Tolerant Optimal Tip-Speed-Ratio Tracking Control of Wind Turbines Subject to Actuation Failures
本文讨论了针对风力涡轮机在执行器失效条件下的容错最优叶尖速度比跟踪控制方法。容错控制（FTC）技术是提高风力涡轮机运行效率的有效手段，尤其在面对模型不确定性、意外扰动、子系统失效以及执行器饱和等多种复杂情况时显得尤为重要。文章提出了一种新型基于记忆的方法来预测风速，并据此生成期望的转子速度，以实现对风力涡轮机的控制。
风力涡轮机按速度控制可分为三类，即爬山搜索（HCS）法、功率信号反馈（PSF）法和最优叶尖速度比（OTSR）法。HCS法通过扰动发电机速度来控制风力涡轮机向最大功率点（MPP）移动。然而，该方法由于功率波动总是存在，导致其应用场景受限于小型风力涡轮机系统，因它会引起电力质量下降。PSF法通过反馈功率信号来控制风力涡轮机，并使其实现最大功率点追踪。OTSR法则是一种控制方法，它考虑了风速预测，并能够适应于变化的惯性、阻尼和刚性特性。
该文献提出了一种新的控制算法，能够有效地应对非线性气动效应和未知及时变的风力涡轮机特性，同时还能在扭矩限制下适应执行器失效情况。该控制方法已经通过疲劳、气动、结构和湍流代码和Simulink进行了分析认证，并显示出了良好的性能。研究中所提到的控制方法基于非线性控制理论和变量速度控制理论，这些理论为风力涡轮机的可靠运行提供了基础。
文章中提到的研究成果得到了中国国家基础研究计划（973计划）和国家自然科学基金的支持。该研究不仅对于理论研究者具有参考价值，同时对于工程实际应用中风力涡轮机的可靠性与效率提升具有重要的指导意义。
关键词中的“Actuator failures（执行器故障）”说明了该研究致力于解决在执行器发生故障情况下，风力涡轮机如何继续维持最优的功率转换效率。而“fault-tolerant control（FTC）”则强调了研究中提出的控制策略具有容错性，即便在执行器出现故障时，依然能够保证系统的稳定运行。
为了实现FTC，研究中采用了特殊设计的控制算法，使得风力涡轮机能够在执行器失效时，通过调整控制策略来避免性能的下降，从而在一定程度上实现对系统性能的保护。在实际应用中，任何类型的风力涡轮机都可能会遇到执行器损坏的情况，因此这种具有容错性的控制策略对于提高风力涡轮机的可靠性至关重要。
文章中的“nonlinear control（非线性控制）”和“variable-speed control（变速度控制）”表明了该研究针对的是非线性动态系统的控制问题，而且特别关注于变速风力涡轮机的控制。非线性控制系统在设计上更为复杂，但同时由于其能够应对更为复杂的动态行为，因此在实际工程中具有更好的应用前景。
“windspeed prediction（风速预测）”是容错控制算法的重要组成部分，因为风速的准确预测对于风力涡轮机的最优控制至关重要。风速的不可预测性是影响风力涡轮机效率的重要因素，因此能够基于历史数据以及实时信息对风速进行有效预测，对于提升风力涡轮机的功率转换效率具有重要意义。在文章中，作者提出了一种基于记忆的方法来实现这一点，并且能够进一步调整转子速度以达到最优叶尖速度比，从而实现最大功率点追踪。
该研究为风力涡轮机在面对执行器失效等极端情况时，如何维持高效稳定运行提供了新的解决方案。通过引入容错控制概念，使得风力涡轮机在各种故障情况下仍能安全、有效地工作，这在风力发电领域具有革命性的意义。
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