磁悬浮飞轮储能支承系统的控制策略研究

发布时间：2017-03-20 18:07

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【摘要】：飞轮储能是一种新型的机械储能技术,拥有能量转化效率高、储存能量密度大、充放电速度快、使用寿命较长、更重要的是无任何废气废料的污染等特点,符合将来储能技术的发展前景。飞轮储能装置的核心之一是其支承系统,飞轮支承系统的作用非常关键,不但要使飞轮转子可靠稳定的运行,而且要求尽可能地降低由于支承引起的能量损耗。磁悬浮轴承是一种非接触式的支承方式,利用其代替飞轮储能中的传统轴承来支承转子,不仅可以降低飞轮储能过程中的能量消耗,加大能量利用率,而且能够加快飞轮转子的旋转速度,加大飞轮的能量存储密度。本文主要对飞轮储能转子的支承系统进行分析研究。明确了磁悬浮轴承支承技术在飞轮储能系统中的关键作用,论述了磁悬浮轴承以及磁悬浮轴承系统控制方法的国内外研究现状,确定了研究内容。本文的储能飞轮支承系统采用的是混合磁悬浮轴承,混合磁悬浮轴承具有主动磁力轴承以及被动磁力轴承两者的综合优点,并选择轴向-径向混合磁轴承和径向混合磁轴承的支承结构。着重阐述轴向-径向、径向混合磁悬浮轴承的结构组成和其工作原理,将磁轴承的磁路利用等效磁路法做了分析,推导出轴向和径向上的磁悬浮力的公式及其数学模型,并对磁力轴承的轴向、径向之间存在的耦合性进行了分析,得出在转子平衡位置附近轴向与径向之间存在的悬浮力是解耦的结论,从而为后续的控制带来了极大的方便。最后对磁悬浮飞轮储能支承系统的控制策略进行研究。混合磁悬浮轴承系统存在非线性以及不稳定性的问题,对于变论域模糊PID控制方法已经存在大量的设计研究,并且其效果明显优越于常规PID控制、模糊PID控制方法。在传统变论域模糊PID控制方法的基础上对混合磁悬浮轴承系统设计出一种改进型变论域模糊PID控制算法,也就是把输出伸缩因子的模糊控制器的输出量由一个改进为三个,弥补传统变论域模糊PID控制算法不能使模糊PID控制器三个输出量的论域范围各自可变的不足。仿真研究结果表明在磁悬浮轴承系统中,改进型变论域模糊PID控制具有动、静态性能好并且抗干扰能力较强等优点。
【关键词】：混合磁悬浮轴承 改进型变论域模糊PID 伸缩因子 仿真
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH133.7
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-14
• 1.1 课题的背景9
• 1.2 飞轮储能支承系统的研究现状9-11
• 1.2.1 国内外磁悬浮轴承的研究现状9-10
• 1.2.2 国内外磁悬浮轴承系统控制策略的研究现状10-11
• 1.3 课题的意义11-12
• 1.4 本文的研究内容与工作12-14
• 第2章 磁悬浮飞轮储能支承系统的选择14-18
• 2.1 飞轮储能的组成和工作原理14-15
• 2.2 磁悬浮轴承的分类15-16
• 2.3 混合磁悬浮轴承系统结构方案的选择16-17
• 2.4 磁悬浮轴承控制系统的选择17
• 2.5 本章小结17-18
• 第3章 混合磁悬浮轴承的工作原理及数学模型18-33
• 3.1 混合轴向-径向磁悬浮轴承18-27
• 3.1.1 混合轴向-径向磁轴承的结构及工作原理18-19
• 3.1.2 混合轴向-径向磁轴承的等效磁路分析19-24
• 3.1.3 磁悬浮力的耦合分析24-25
• 3.1.4 电流刚度系数和位移刚度系数计算25-27
• 3.2 混合径向磁悬浮轴承27-31
• 3.2.1 混合径向磁轴承的磁路结构特点27-28
• 3.2.2 混合径向磁轴承的等效磁路分析28-30
• 3.2.3 径向力计算30-31
• 3.3 线性化数学模型31
• 3.4 本章小结31-33
• 第4章 混合磁悬浮轴承的控制策略研究33-50
• 4.1 控制基础与方法33-35
• 4.1.1 PID控制及其局限性33-34
• 4.1.2 模糊控制及其局限性34-35
• 4.2 模糊PID控制器的设计35-38
• 4.3 传统变论域的原理及论域调整机构的设计38-44
• 4.3.1 变论域的原理38-40
• 4.3.2 伸缩因子的选取40-41
• 4.3.3 论域调节器规则设计41-44
• 4.4 改进型变论域模糊PID控制器设计44-46
• 4.5 仿真研究与分析46-49
• 4.6 本章小结49-50
• 第5章 结论50-52
• 5.1 结论50
• 5.2 展望50-52
• 参考文献52-55
• 在学研究成果55-56
• 致谢56

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10 朱q，

本文编号：258213