風(fēng)電系統(tǒng)主傳動(dòng)鏈的載荷復(fù)現(xiàn)與功率平滑.pdf

1、本文以風(fēng)電系統(tǒng)主傳動(dòng)鏈為研究對(duì)象，針對(duì)主傳動(dòng)鏈的五自由度載荷測(cè)試和額定風(fēng)速以上時(shí)主傳動(dòng)鏈功率穩(wěn)定性控制的實(shí)際需要，提出并研究了主傳動(dòng)鏈的五自由度載荷復(fù)現(xiàn)和功率平滑控制的新技術(shù)。論文的主要研究?jī)?nèi)容可分為如下兩部分:
　　風(fēng)電系統(tǒng)主傳動(dòng)鏈的五自由度載荷復(fù)現(xiàn)技術(shù)
　　第2章建立了風(fēng)電系統(tǒng)的槳葉和輪轂坐標(biāo)系，定義了主傳動(dòng)鏈五自由度載荷模型，并給出了主傳動(dòng)鏈五自由度載荷復(fù)現(xiàn)的原理和方案。首先，基于所搭建的旋轉(zhuǎn)的槳葉坐標(biāo)系和靜止的輪轂坐

2、標(biāo)系，構(gòu)建了主傳動(dòng)鏈五自由度載荷模型，包括三個(gè)正交方向的力分量和兩個(gè)正交方向的彎矩分量。然后，提出了主傳動(dòng)鏈五自由度載荷復(fù)現(xiàn)的整體方案，將風(fēng)輪等效成加載質(zhì)量盤和主傳動(dòng)軸，并沿該盤的軸向和徑向均布若干電液力加載器，通過控制各加載器的輸出力來合成并再現(xiàn)五自由度載荷譜。同時(shí)，在滿足質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等特性等價(jià)的基礎(chǔ)之上，采用動(dòng)態(tài)軟慣量補(bǔ)償和改進(jìn)的粒子群優(yōu)化算法，以風(fēng)輪等效模型的結(jié)構(gòu)和體積的盡量精簡(jiǎn)和最小化作為精度優(yōu)化指標(biāo)，在設(shè)計(jì)參數(shù)約束域內(nèi)進(jìn)行大

3、范圍的尋優(yōu)以獲得風(fēng)輪等效模型（如主傳動(dòng)軸和加載盤）的最佳設(shè)計(jì)值。在此基礎(chǔ)上，提出了基于附加虛擬載荷的矩陣式載荷分解與合成策略以及分組歸類式的載荷分解與合成策略，以有效地獲得各電液加載作動(dòng)器的參考加載力。
　　第3章構(gòu)建了典型的右軸向單位加載器的機(jī)理模型，研究了其加載力動(dòng)態(tài)特性并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的加載力反演控制器。典型的電液力加載作動(dòng)器采用零開口四邊滑閥控制非對(duì)稱單出桿液壓缸的形式。首先，從整體上，分析并建立了該電液力加載作動(dòng)器的線性化加

4、載力控制模型，并基于該線性化模型，采用比例積分控制器，分析研究了加載器的時(shí)域和頻域動(dòng)態(tài)特性，研究了主要液壓參數(shù)對(duì)加載力動(dòng)態(tài)特性的影響。在此基礎(chǔ)上，考慮更多的非線性動(dòng)態(tài)特性的細(xì)節(jié)，推導(dǎo)獲得更加完善的加載器非線性模型，并針對(duì)該非線性模型，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的加載力反演控制器，以增強(qiáng)高頻率、大幅值載荷波動(dòng)情況下加載力控制的穩(wěn)定性和載荷跟蹤的精度。
　　第4章設(shè)計(jì)了單腔加載作動(dòng)器，并研究了其加載力控制特性。分別提出并設(shè)計(jì)了內(nèi)壓力反饋式和旁通壓力閥

5、控式的單腔加載器，以便針對(duì)單個(gè)加載油腔進(jìn)行直接的加載力控制。分別構(gòu)建了兩種加載器的機(jī)理模型和狀態(tài)空間模型，并針對(duì)旁通壓力閥控式加載器，設(shè)計(jì)了魯棒H∞控制器和魯棒H∞濾波器，以降低其加載力控制的穩(wěn)態(tài)誤差，提高其加載力控制的精度、穩(wěn)定性和抗干擾能力。在此基礎(chǔ)上，對(duì)比研究了兩種單腔加載器在加載力控制時(shí)的動(dòng)態(tài)特性，對(duì)比分析了魯棒H∞控制與常規(guī)的比例積分控制在加載力控制的精度和穩(wěn)定性等方面的差異。
　　第5章研究、設(shè)計(jì)并研制了某100kW風(fēng)

6、電機(jī)組的電液加載系統(tǒng)，給出了相關(guān)的設(shè)計(jì)、制造的細(xì)節(jié)，并進(jìn)行了五自由度載荷復(fù)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)研究。該電液加載系統(tǒng)用于實(shí)時(shí)地復(fù)現(xiàn)100kW風(fēng)電機(jī)組的五自由度載荷，并主要由機(jī)械結(jié)構(gòu)部分、液壓系統(tǒng)和電控系統(tǒng)等構(gòu)成。在設(shè)計(jì)、加工并組裝成該電液加載系統(tǒng)的樣機(jī)之后，設(shè)計(jì)了五自由度載荷復(fù)現(xiàn)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)方案，并分別針對(duì)單位加載器和五自由度載荷復(fù)現(xiàn)進(jìn)行了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究。風(fēng)電系統(tǒng)主傳動(dòng)鏈的功率平滑控制技術(shù)
　　第6章針對(duì)風(fēng)電機(jī)組變槳距的實(shí)際特點(diǎn)，提出了基于比例閥

7、控馬達(dá)和電液數(shù)字馬達(dá)變槳距系統(tǒng)的主傳動(dòng)鏈功率平滑控制技術(shù)。設(shè)計(jì)了比例閥控馬達(dá)變槳距控制系統(tǒng)，闡述了變槳距控制的基本原理，并設(shè)計(jì)了電液行星錐齒馬達(dá)變槳距機(jī)構(gòu)，構(gòu)建了系統(tǒng)變槳距控制的機(jī)理模型。為消除變槳距過程中的不確定性和干擾的影響，設(shè)計(jì)了自適應(yīng)滑模變槳距控制器。同時(shí)，提出了電液數(shù)字馬達(dá)變槳距控制技術(shù)，設(shè)計(jì)電液數(shù)字馬達(dá)獨(dú)立變槳距系統(tǒng)，進(jìn)行了變槳距系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計(jì)和機(jī)理建模分析，并采用軟件形式的前饋補(bǔ)償方法以提高槳距角的跟蹤控制的精度。為驗(yàn)證所

8、提出的兩種系統(tǒng)在變槳距控制的精度和主傳動(dòng)鏈功率穩(wěn)定性控制等方面的性能，設(shè)計(jì)了額定功率為1.5MW的變速變槳距風(fēng)電機(jī)組對(duì)比仿真模型，并進(jìn)行了對(duì)比性的仿真實(shí)驗(yàn)研究。
　　第7章提出并研究了基于無級(jí)增速的風(fēng)電系統(tǒng)主傳動(dòng)鏈功率平滑控制技術(shù)。首先，設(shè)計(jì)了該無級(jí)增速型傳動(dòng)鏈，分析了該型傳動(dòng)鏈的轉(zhuǎn)矩傳遞特性、變速比和傳動(dòng)效率，并基于粒子群優(yōu)化算法進(jìn)行傳動(dòng)鏈參數(shù)匹配的多目標(biāo)最優(yōu)化設(shè)計(jì)。然后，構(gòu)建了該型傳動(dòng)鏈系統(tǒng)各主要部件的等效數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行了詳