2MW风力机变桨电液作动器系统设计与控制研究
发布时间：2023-04-08 05:43
当今风电市场竞争激烈,只有掌握核心技术、在风电的各项关键技术上进行突破和创新,才能牢牢把控市场,立于不败之地。变桨电液作动器系统是一种结合了传统液压变桨和电动变桨优势的技术方案。本文采用数学建模分析、仿真研究相结合的办法,对设计的2MW电液作动器系统的工作模式和控制方法进行了系统深入的研究。主要研究内容及结论如下:1.在现有电液作动器的工作原理、工作模式的基础上,设计改进了液压回路,使之满足变桨需求。利用ADAMS软件计算了桨距角和液压缸伸缩量的关系,然后通过BLADED计算2MW风力机的变桨距载荷,作为液压元件和电机选型的载荷依据。根据液压回路特点、各液压元件和电机的结构形式,设计了液压集成阀块,并进行了三维零件组装,利用装配体模型分析了电液作动器的模态。与其它几阶模态相比,3阶和4阶模态振动范围最大,并且谐响应在三阶和四阶模态频率附近共振幅度最大,所以作动器的固有频率位于50Hz-75Hz之间。2.根据2MW电液作动器系统的构成和工作原理,可以完成4种工作模式:开桨、关桨、正常变桨运行、紧急关桨。以风力机、液压系统和永磁交流伺服电机的相关理论为基础,建立了系统各主要元件的数学模型和...
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 选题背景及意义
1.2 电液作动器系统国内外研究现状
1.2.1 电液作动器简介
1.2.2 国外研究现状
1.2.3 国内研究现状
1.3 本文研究内容
第2章 风力机变桨距控制理论
2.1 翼型理论
2.1.1 翼型的几何定义
2.1.2 翼型空气动力学
2.2 风力机空气动力学分析
2.2.1 致动盘的输入功率
2.2.2 致动盘的输出功率
2.2.3 风能利用系数及贝茨极限
2.3 风力机变桨载荷情况
2.3.1 气动力变桨载荷
2.3.2 重力变桨载荷
2.3.3 离心力变桨载荷
2.4 风力机变桨距控制
2.4.1 风力机变桨距原理
2.4.2 风力机变桨距控制策略
2.5 本章小结
第3章 风力机变桨电液作动器结构设计
3.1 风力机电液作动器系统方案
3.2 变桨距机构运动学分析
3.3 变桨机构驱动力计算
3.3.1 正常风载荷下风力机变桨载荷
3.3.2 极端风载荷下风力机变桨载荷
3.4 系统选型
3.4.1 液压缸选型计算
3.4.2 液压泵和电机选型计算
3.4.3 油箱设计和应急蓄能器选型
3.4.4 选择液压阀
3.5 变桨电液作动器集成阀块设计
3.5.1 确定阀块油道孔径
3.5.2 选取阀块材料
3.5.3 计算相邻油道最小壁厚
3.5.4 阀块的油道布置及其设计要求
3.6 电液作动器模态分析
3.6.1 模态分析理论基础
3.6.2 建立电液作动器模型
3.6.3 模型网格划分
3.6.4 边界条件与约束设置
3.6.5 电液作动器模态分析
3.6.6 电液作动器谐响应分析
3.7 本章小结
第4章 风力机变桨电液作动器数学建模与仿真分析
4.1 作动器液压回路的建模
4.1.1 管路压力损失
4.1.2 蓄能器数学模型
4.1.3 液压系统动力机构数学建模
4.2 电机控制及电子控制回路建模
4.2.1 永磁交流同步电机构成
4.2.2 同步电动机数学模型
4.2.3 三相电压源SVPWM逆变器技术
4.2.4 电机控制思路
4.3 机械变桨机构系统仿真模型
4.4 电液作动器系统仿真模型
4.5 非故障状态下仿真结果分析
4.6 故障状态下仿真结果分析
4.6.1 液压泵泄漏对系统的影响
4.6.2 液压缸内泄漏和外泄漏对系统的影响
4.6.3 油液含气量对系统的影响
4.6.4 风载荷冲击对系统的影响
4.7 本章小结
第5章 变桨电液作动器系统控制算法设计研究
5.1 控制算法概述
5.2 经典PID控制的缺陷分析
5.3 电液作动器位置自抗扰控制器
5.3.1 自抗扰控制器的特点及结构组成
5.3.2 自抗扰控制器算法设计
5.4 自抗扰控制器仿真实验
5.4.1 桨距角跟踪曲线对比
5.4.2 风载荷冲击干扰
5.4.3 系统结构参数的变化
5.5 本章小结
第6章 结论与展望
6.1 研究总结
6.2 创新点
6.3 展望
参考文献
致谢
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录
本文编号：3786128
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 选题背景及意义
1.2 电液作动器系统国内外研究现状
1.2.1 电液作动器简介
1.2.2 国外研究现状
1.2.3 国内研究现状
1.3 本文研究内容
第2章 风力机变桨距控制理论
2.1 翼型理论
2.1.1 翼型的几何定义
2.1.2 翼型空气动力学
2.2 风力机空气动力学分析
2.2.1 致动盘的输入功率
2.2.2 致动盘的输出功率
2.2.3 风能利用系数及贝茨极限
2.3 风力机变桨载荷情况
2.3.1 气动力变桨载荷
2.3.2 重力变桨载荷
2.3.3 离心力变桨载荷
2.4 风力机变桨距控制
2.4.1 风力机变桨距原理
2.4.2 风力机变桨距控制策略
2.5 本章小结
第3章 风力机变桨电液作动器结构设计
3.1 风力机电液作动器系统方案
3.2 变桨距机构运动学分析
3.3 变桨机构驱动力计算
3.3.1 正常风载荷下风力机变桨载荷
3.3.2 极端风载荷下风力机变桨载荷
3.4 系统选型
3.4.1 液压缸选型计算
3.4.2 液压泵和电机选型计算
3.4.3 油箱设计和应急蓄能器选型
3.4.4 选择液压阀
3.5 变桨电液作动器集成阀块设计
3.5.1 确定阀块油道孔径
3.5.2 选取阀块材料
3.5.3 计算相邻油道最小壁厚
3.5.4 阀块的油道布置及其设计要求
3.6 电液作动器模态分析
3.6.1 模态分析理论基础
3.6.2 建立电液作动器模型
3.6.3 模型网格划分
3.6.4 边界条件与约束设置
3.6.5 电液作动器模态分析
3.6.6 电液作动器谐响应分析
3.7 本章小结
第4章 风力机变桨电液作动器数学建模与仿真分析
4.1 作动器液压回路的建模
4.1.1 管路压力损失
4.1.2 蓄能器数学模型
4.1.3 液压系统动力机构数学建模
4.2 电机控制及电子控制回路建模
4.2.1 永磁交流同步电机构成
4.2.2 同步电动机数学模型
4.2.3 三相电压源SVPWM逆变器技术
4.2.4 电机控制思路
4.3 机械变桨机构系统仿真模型
4.4 电液作动器系统仿真模型
4.5 非故障状态下仿真结果分析
4.6 故障状态下仿真结果分析
4.6.1 液压泵泄漏对系统的影响
4.6.2 液压缸内泄漏和外泄漏对系统的影响
4.6.3 油液含气量对系统的影响
4.6.4 风载荷冲击对系统的影响
4.7 本章小结
第5章 变桨电液作动器系统控制算法设计研究
5.1 控制算法概述
5.2 经典PID控制的缺陷分析
5.3 电液作动器位置自抗扰控制器
5.3.1 自抗扰控制器的特点及结构组成
5.3.2 自抗扰控制器算法设计
5.4 自抗扰控制器仿真实验
5.4.1 桨距角跟踪曲线对比
5.4.2 风载荷冲击干扰
5.4.3 系统结构参数的变化
5.5 本章小结
第6章 结论与展望
6.1 研究总结
6.2 创新点
6.3 展望
参考文献
致谢
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录
本文编号：3786128
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