Tytuł pozycji:
Robust linear LQG control for a multi-variable wind turbine system subject to parametric perturbation
This article presents a design approach to develop an optimal LQG/LTR controller for a multivariate system subject to parametric perturbations, specifically a wind turbine. The primary objective of a control system is to regulate the behavior of the output variables by manipulating the inputs of the system. To achieve better performance in dynamic operating conditions, the proposed control system should provide more accuracy and better overall performance. Based on the MIMO control theory, a linear-quadratic (LQR) controller is designed to optimize performance, followed by the design of a second-order Gaussian (LQG) controller using a Kalman filter to improve stability. The LQG controller is tested with different weighting matrices to meet the required performance and stability criteria. Typically, the parameters of the weighting matrices are manually modified through trial and error method. The Loop Transfer Recovery (LTR) method is utilized to enhance the performance of the stadium controller by restoring the dynamic characteristics of a closed loop. A simulation study of the wind turbine behavior was performed using MATLAB, and the obtained results were utilized to analyze and install the control system using MATLAB Simulink. The feasibility of the LTR method is demonstrated through comprehensive theoretical analysis. The proposed LTR controller is included to stabilizing output power in various wind conditions, proving its effectiveness over conventional controllers.
W artykule przedstawiono podejście projektowe mające na celu opracowanie optymalnego sterownika LQG/LTR dla systemu wielowymiarowego podlegającego zakłóceniom parametrycznym, w szczególności turbiny wiatrowej. Podstawowym celem systemu sterowania jest regulacja zachowania zmiennych wyjściowych poprzez manipulowanie wejściami systemu. Aby osiągnąć lepszą wydajność w dynamicznych warunkach pracy, proponowany system sterowania powinien zapewniać większą dokładność i lepszą ogólną wydajność. W oparciu o teorię sterowania MIMO zaprojektowano kontroler liniowo-kwadratowy (LQR) w celu optymalizacji wydajności, a następnie zaprojektowano kontroler Gaussa (LQG) drugiego rzędu wykorzystujący filtr Kalmana w celu poprawy stabilności. Kontroler LQG jest testowany z różnymi matrycami wagowymi, aby spełnić wymagane kryteria wydajności i stabilności. Zazwyczaj parametry macierzy wag modyfikowane są ręcznie metodą prób i błędów. Metoda Loop Transfer Recovery (LTR) służy do zwiększenia wydajności kontrolera stadionu poprzez przywrócenie charakterystyki dynamicznej zamkniętej pętli. Przeprowadzono badania symulacyjne zachowania turbiny wiatrowej w programie MATLAB, a uzyskane wyniki wykorzystano do analizy i montażu układu sterowania w programie MATLAB Simulink. Wykonalność metody LTR została wykazana poprzez wszechstronną analizę teoretyczną. Proponowany sterownik LTR ma za zadanie stabilizować moc wyjściową w różnych warunkach wietrznych, udowadniając swoją skuteczność w porównaniu z konwencjonalnymi sterownikami.
Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2025).
