风力两点悬浮式偏航系统控制

发布时间：2020-06-09 10:36

【摘要】：本文开展了磁悬浮风力偏航系统的机舱悬浮和偏航对风控制两方面研究。针对机舱桨叶侧与尾翼侧受力不均,极易导致机舱倾覆问题,提出了含机舱下压力以及倾覆力矩观测器的两点机舱协同悬浮控制策略;针对悬浮和偏航两模态切换极易导致气隙及电流冲击问题,提出了基于气隙磁场能量稳定的状态继承控制策略;针对波动风速所致的偏航转矩随机波动问题,提出了基于偏航负载转矩观测的滑模转速控制;基于Matlab仿真试验平台验证了两点悬浮、机舱偏航控制策略的有效性,实现了模态柔性过渡;搭建风力磁悬浮偏航试验平台,实现两点悬浮倾覆力矩的有效平抑及悬浮气隙稳定控制,初步试验验证了偏航过程中低转速控制中频率调整的可行性。针对机舱悬浮极易倾覆问题,将机舱悬浮绕组有效等分桨叶侧和尾翼侧,综合考虑两侧悬浮机械约束,构建了机舱轴向和俯仰两自由度悬浮动态模型。基于两侧悬浮气隙和气隙速度,设计了两侧悬浮滑模控制器,结合机舱下压力和倾覆力矩负载观测器、悬浮力矩解耦控制以及电流内环跟踪控制器,完成了两悬浮绕组电流的有效跟踪和机舱悬浮气隙稳定,采用李雅普诺夫函数验证了两点悬浮控制闭环系统稳定性,进行了阶跃风速及渐变风速多工况下的两点悬浮仿真试验,实现了10mm额定气隙的稳定悬浮,机舱俯仰严控为0的设计目标;基于悬浮气隙磁场能恒定原则,采用模态切换励磁电流继承方法,优化控制偏航励磁电流id,经由对比性仿真试验发现,本切换策略实现了模态切换气隙波动仅0.2mm、磁化电流冲击仅为4A的柔性切换目标;鉴于随机风速所致的偏航负载转矩波动,设计了偏航负载转矩观测器和积分滑模偏航转速控制器,结合电流内环跟踪控制策略,实现偏航转速恒定,经由随机风速波动工况仿真试验,实现了风能最大捕获以及偏航转速恒定。搭建了小型混合励磁试验平台,以悬浮永磁体模拟悬浮转子,悬浮绕组模拟悬浮定子,对比性验证了涡阻尼在抑制气隙高频抖振的有效性,该成果将引入至机舱悬浮控制探讨。搭建了3.5kW悬浮控制器及3kW偏航控制器,完成了机舱悬浮气隙双闭环控制下的单点和两点悬浮试验,实现了悬浮气隙变参考的良好跟踪以及良好的悬浮刚度,通过单点悬浮与两点悬浮应对倾覆性负荷的对比性试验发现,两点悬浮可实现倾覆力矩的有效抑制,确保悬浮气隙稳定的能力。初步进行了机舱偏航电流的控制试验,实现了低频0.1Hz交流电变频偏航控制。
【图文】：

第 1 章 绪论第1章 绪论研究背景及意义在现代社会生活中是不可或缺的能源，特别是经济的高速发展，对电能的需。从能源的供应角度分析，全球能源处于严重的缺失状态。众所周知，，对煤化石燃料而言，储藏容量有限，且其大量燃烧，严重加剧了全球的环境污染京雾霾现象，愈发频繁。在全球能源危机以及环境污染日趋加重的双重压力发利用已成为世界各国能源发展的战略。

图 1-1 环境污染与风电技术发展济大国，特别是近年来环境污染核心，相继出台了多项推动新能展。鉴于我国特殊的地理环境以主要发展对象。光伏发电在电能理，存在较大的污染损害[2]。种新型能源，蕴含容量大，且不风力发电量也是逐年增加，中国国家，成为世界上风力发电量第偏航驱动装置
【学位授予单位】：曲阜师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM315

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本文编号：2704566