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龙图腾网获悉曲阜师范大学申请的专利一种变速模式下风力发电机的指定时间和指定性能的跟踪控制方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN116466758B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-12-12发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202310433464.0，技术领域涉及：G05D13/62；该发明授权一种变速模式下风力发电机的指定时间和指定性能的跟踪控制方法是由李娇娇;孙宗耀;殷县龙;任世纪设计研发完成，并于2023-04-21向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种变速模式下风力发电机的指定时间和指定性能的跟踪控制方法在说明书摘要公布了：本发明公开了一种变速模式下风力发电机的指定时间和指定性能的跟踪控制方法，包括：建立变速模式下风力发电机的动态双质量块驱动动力学模型；将动态双质量块驱动动力学模型转换成等价数学模型；针对等价数学模型，采用反推法，完成实际控制器的设计；针对由变速模式下风力发电机的等价数学模型和所设计的实际控制器所形成的闭环系统，进行稳定性分析；给出变速模式下风力发电机的指定时间和指定性能的跟踪控制半实物仿真实验。本发明可为变速模式下风力发电机进行建模，实现变速模式下风力发电机的指定时间内的跟踪控制，保证风力发电机在运行过程中无超调跟踪响应，提高风力发电机运行的安全性、可靠性和操纵稳定性。

本发明授权一种变速模式下风力发电机的指定时间和指定性能的跟踪控制方法在权利要求书中公布了：1.一种变速模式下风力发电机的指定时间和指定性能的跟踪控制方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1、首先建立变速模式下风力发电机的风能模型和电能模型，进而得到风能模型、电能模型和转子力矩Ta之间的关系式；通过变速模式下风力发电机的风能模型和电能模型，并借助于变速模式下风力发电机的双质量块驱动模型，建立变速模式下风力发电机的动态双质量块驱动动力学模型； 步骤2、通过对高速轴转子角度和低速轴转子角度作差并引入巧妙的坐标变换，将变速模式下风力发电机的动态双质量块驱动动力学模型转换成易于控制的双质量块驱动等价数学模型； 步骤3、针对所建立的变速模式下风力发电机的双质量块驱动等价数学模型，利用反推法、和指定时间有关的分段连续时间尺度函数和时变障碍李雅普诺夫函数，经过设计虚拟控制信号和实际控制信号，完成实际控制器的设计，由此形成相应的闭环系统； 步骤4、针对由变速模式下风力发电机的双质量块驱动等价数学模型和步骤3所设计的实际控制器所形成的闭环系统，进行稳定性分析：根据李雅普诺夫函数和李雅普诺夫函数的导数的形式，利用李雅普诺夫稳定性理论，首先证明变速模式下风力发电机转子转速的跟踪误差在指定时间T内收敛到0且在时间大于等于T时恒等于0，然后利用洛必达定理和迫敛原理，证明控制器ut在指定时刻t＝T是连续的，进一步证明控制器ut在区间[0，+∞上是连续的；再利用反证法证明变速模式下风力发电机的转子转速在跟踪理想参考信号的过程中，不会发生跟踪误差的超调现象；最后直接计算出高低速轴转子角度差的表达式，来证明在区间[0，+∞上的有界性； 所述的步骤1中： 变速模式下的风力发电机的风能模型为： 变速模式下的风力发电机的电能模型为： 其中，ρ代表空气密度，rω代表叶尖半径，vω代表风的速度，代表功率系数，是桨距角和叶尖速度比的函数，ω是转子转速； 变速模式下的风力发电机产生的电能、转矩与转子转速建立的模型为： 变速模式下风力发电机的动态双质量块驱动动力学模型为： 其中，机械转矩Tat是驱动力，Jr,Jg,Tlst,Thst,Tgt分别代表转子惯量、发电机惯量、低速轴转矩、高速轴转矩和发电机转矩；br,bg,Cs,Ks分别表示阻尼系数和扭转系数，θt代表高速轴角，θlst代表低速轴角，ngt表示齿轮箱减速比，ωgt代表高速轴转速，ωlst代表低速轴转速； 所述步骤2的过程包括： 步骤2-1、通过对高速轴转子角度和低速轴转子角度作差，引出新的高低速轴转子角度差变量该变换使得4式给出的变速模式下风力发电机的动态双质量块驱动动力学模型简化为： 步骤2-2、结合几何控制方法，引入新的坐标变换，进一步简化上述变速模式下风力发电机的动态双质量块驱动动力学模型，引入坐标变换如下： 结合式8，变速模式下风力发电机的动态双质量块驱动动力学模型5-7被进一步简化为： 定义控制信号为：定义输出为：y＝x1，其中， 步骤2-3、结合非线性系统控制方法和控制需求，进一步引入新的坐标变换，将变速模式下风力发电机的动态双质量块驱动动力学模型转化为易于控制的双质量块驱动等价数学模型，引入坐标变换如下： 其中，应用坐标变换10，变速模式下风力发电机的动态双质量块驱动动力学模型9式被等价成如下双质量块驱动等价数学模型： 其中， 所述步骤3的过程包括： 步骤3-1、引入两个新的误差变量：误差变量z1为输出信号和参考信号的差值，误差变量z2为第二个状态信号和虚拟控制信号的差值： 考虑到变速模式下风力发电机输出的初值和理想参考信号初值之间的关系，可以分为两种情况分别设计1如果β10y0≤yd0，那么2如果yd0≤y0＜β20，α1,都是连续可微函数； 步骤3-2、分别结合上述1或2两种情况下所设计的虚拟控制律引入正定的李雅普诺夫函数V，设计实际控制器，使得李雅普诺夫函数V的导数负定，从而实现对变速模式下风力发电机的指定时间和指定性能的跟踪控制；选择正定李雅普诺夫函数为： 其中，如果β10y0≤yd0，那么如果yd0≤y0＜β20，那么根据式子16和18，李雅普诺夫函数V的导数为： 其中，如果β10＜y0≤yd0，那么如果yd0≤y0＜β20，那么接下来，设计状态反馈律为： 其中，γ2是一个正常数，因此，实际的控制器为： 其中，将式20带入式19，李雅普诺夫函数V的导数满足： 其中，至此，完成了对变速模式下风力发电机的指定时间和指定性能的跟踪控制的实际控制器的设计。

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