基于鲁棒控制的风力机叶片振动控制研究
发布时间：2023-04-07 21:59
随着现代风力发电机组大型化发展,叶片长度的增加导致风轮半径增加,增加了叶片的柔性。在风的作用下会产生振动,不仅影响风力机的安全运行和使用寿命;还能引起发电机转矩变化,影响电网的安全稳定。在此背景下,建立风力发电机组整体动力学模型,分析其动力学特性。选择合适阻尼装置并设计控制器控制风力机的振动,具有重要的理论和实际意义。风力机是一个刚柔结合的复杂多体系统,叶片和塔架是柔性振动体,而机舱是以质量惯性参与振动的刚体。风力机受气动载荷影响,旋转的叶片产生挥舞(flapwise)、摆振(edgewise)、扭转振动(torsion);塔架产生前后(for-aft)、侧向(side-to-side)、扭转振动。各子系统的振动存在着耦合,如:叶片挥舞振动与塔架前后振动的耦合,叶片摆振与塔架侧向振动的耦合。由于传动系机械转矩与发电机的电气转矩的耦合,发电机动态对风力机叶片振动产生影响。由于系统存在未建模动态、参数不确定和结构不确定,实际运行的工程系统都会受到不确定性的影响。模型误差可能会导致系统性能下降,在系统建模和控制器设计过程中考虑不确定性对系统的影响,设计鲁棒控制器具有重要的意义。因此需要考虑多...
【文章页数】：149 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号及英文缩写对照表
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究的目的和意义
1.2 面向控制的风力机结构建模研究现状
1.3 风力机叶片振动控制的发展概况
1.3.1 载荷控制
1.3.2 结构控制
1.4 时域积分二次型约束系统的鲁棒控制发展概况
1.4.1 确定性系统鲁棒控制
1.4.2 随机系统鲁棒控制
1.4.3 最小最大LQG控制在振动控制问题中的应用
1.4.4 最小最大LQG控制的其它应用
1.5 静态输出反馈控制发展概况
1.6 本论文的主要工作
1.7 论文安排
第2章 预备知识
2.1 风力机结构动力学理论基础
2.1.1 基于假设模态的振型叠加法
2.1.2 欧拉拉格朗日方程
2.2 系统不确定性
2.2.1 积分二次型约束
2.2.2 相对熵约束
2.2.3 随机积分二次型约束与相对熵约束等价表述
2.3 绝对稳定性
2.3.1 确定系统绝对稳定性
2.3.2 随机系统绝对稳定性
2.4 S-过程
2.5 数学预备知识
2.5.1 相对熵与自由能对偶
2.5.2 线性矩阵不等式
2.5.3 鲁棒控制中用到的数学引理
2.5.4 代数黎卡提方程
第3章 面向结构控制风力机结构建模
3.1 引言
3.2 风力机结构模型
3.2.1 叶片与塔架耦合模型
3.2.2 叶片载荷
3.2.3 运动方程
3.3 气动模型
3.3.1 风速仿真
3.3.2 叶素动量理论
3.4 基于主动拉索的风力机机械模型
3.5 基于调谐质量阻尼器的风力机机械模型
3.6 并网双馈风力机电气模型
3.7 传动链模型
3.8 变桨距控制
3.9 算例仿真
3.9.1 风速仿真
3.9.2 风力机叶片结构模型验证
3.9.3 电气动态对机械振动的影响
3.10 本章小结
第4章 基于最小最大LQG控制的叶片振动控制
4.1 引言
4.1.1 基于主动拉索的叶片振动主动控制工作介绍
4.1.2 最小最大LQG理论应用在悬臂梁工作介绍
4.2 标准最小最大LQG控制
4.3 单叶片的不确定模型表述Ⅰ
4.3.1 溢出动态
4.3.2 数值仿真
4.4 单叶片不确定模型表述Ⅱ
4.4.1 溢出动态
4.4.2 参数不确定
4.4.3 最小最大LQG控制设计
4.4.4 数值仿真
4.5 本章小结
第5章 基于分散最小最大LQG控制的风力机振动控制
5.1 引言
5.2 分散最小最大LQG控制
5.3 分散输出反馈控制
5.4 数值算例:风力机结构控制
5.5 本章小结
第6章 利用TMD实现叶片分散控制
6.1 引言
6.2 状态反馈控制
6.3 具有结构信息约束的静态输出反馈控制
6.4 算例分析:风力机主动结构控制-分散控制方式
6.5 本章小结
第7章 结论与展望
7.1 结论和创新点
7.2 展望
参考文献
附录
附录A
附录B
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
攻读博士学位期间参加的科研工作
致谢
作者简介
本文编号：3785403
【文章页数】：149 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号及英文缩写对照表
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究的目的和意义
1.2 面向控制的风力机结构建模研究现状
1.3 风力机叶片振动控制的发展概况
1.3.1 载荷控制
1.3.2 结构控制
1.4 时域积分二次型约束系统的鲁棒控制发展概况
1.4.1 确定性系统鲁棒控制
1.4.2 随机系统鲁棒控制
1.4.3 最小最大LQG控制在振动控制问题中的应用
1.4.4 最小最大LQG控制的其它应用
1.5 静态输出反馈控制发展概况
1.6 本论文的主要工作
1.7 论文安排
第2章 预备知识
2.1 风力机结构动力学理论基础
2.1.1 基于假设模态的振型叠加法
2.1.2 欧拉拉格朗日方程
2.2 系统不确定性
2.2.1 积分二次型约束
2.2.2 相对熵约束
2.2.3 随机积分二次型约束与相对熵约束等价表述
2.3 绝对稳定性
2.3.1 确定系统绝对稳定性
2.3.2 随机系统绝对稳定性
2.4 S-过程
2.5 数学预备知识
2.5.1 相对熵与自由能对偶
2.5.2 线性矩阵不等式
2.5.3 鲁棒控制中用到的数学引理
2.5.4 代数黎卡提方程
第3章 面向结构控制风力机结构建模
3.1 引言
3.2 风力机结构模型
3.2.1 叶片与塔架耦合模型
3.2.2 叶片载荷
3.2.3 运动方程
3.3 气动模型
3.3.1 风速仿真
3.3.2 叶素动量理论
3.4 基于主动拉索的风力机机械模型
3.5 基于调谐质量阻尼器的风力机机械模型
3.6 并网双馈风力机电气模型
3.7 传动链模型
3.8 变桨距控制
3.9 算例仿真
3.9.1 风速仿真
3.9.2 风力机叶片结构模型验证
3.9.3 电气动态对机械振动的影响
3.10 本章小结
第4章 基于最小最大LQG控制的叶片振动控制
4.1 引言
4.1.1 基于主动拉索的叶片振动主动控制工作介绍
4.1.2 最小最大LQG理论应用在悬臂梁工作介绍
4.2 标准最小最大LQG控制
4.3 单叶片的不确定模型表述Ⅰ
4.3.1 溢出动态
4.3.2 数值仿真
4.4 单叶片不确定模型表述Ⅱ
4.4.1 溢出动态
4.4.2 参数不确定
4.4.3 最小最大LQG控制设计
4.4.4 数值仿真
4.5 本章小结
第5章 基于分散最小最大LQG控制的风力机振动控制
5.1 引言
5.2 分散最小最大LQG控制
5.3 分散输出反馈控制
5.4 数值算例:风力机结构控制
5.5 本章小结
第6章 利用TMD实现叶片分散控制
6.1 引言
6.2 状态反馈控制
6.3 具有结构信息约束的静态输出反馈控制
6.4 算例分析:风力机主动结构控制-分散控制方式
6.5 本章小结
第7章 结论与展望
7.1 结论和创新点
7.2 展望
参考文献
附录
附录A
附录B
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
攻读博士学位期间参加的科研工作
致谢
作者简介
本文编号：3785403
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