Wavelet LQR based gain scheduling for power regulation and vibration control of floating horizontal axis wind turbine with double-pitched rotor

控制理论(社会学) 线性二次调节器 增益调度 风力发电 计算机科学 涡轮机 工程类 最优控制 数学 数学优化 控制系统 机械工程 电气工程 人工智能 控制(管理)
作者
Arka Mitra,Arunasis Chakraborty
标识
DOI:10.1016/j.weer.2024.100001
摘要

This paper introduces a wavelet-based linear quadratic regulator (LQR) control strategy for double-pitched rotor systems of an offshore horizontal axis wind turbines. A comprehensive aero-servo-elastic model incorporating bending-torsion coupling is developed to assess the performance of the proposed controller under combined turbulent wind and wave loading. The weight matrices of the classical LQR algorithm are optimized using a nonlinear optimization scheme. Additionally, frequency-dependent gain scheduling is proposed using wavelet transform where the analytic Morse wavelet serves as the basis function. The resulting LQR algorithm operates in the time-frequency domain and solves scale-dependent Algebraic Riccati equations to determine optimal gains. Numerical simulations demonstrate the superior performance of the proposed gain scheduling compared to the classical LQR approach. The effectiveness of the algorithm is evaluated across various flow conditions and wind-wave misalignment, with benchmark results used for performance comparison.
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