风力机变桨距实验平台设计及控制策略研究

论文摘要

能源与环境问题已成为21世纪人类面临的首要问题。风能因具有可再生、无污染、低成本等优点,正在受到世界各国的重视。高效而可靠的风力发电系统的研究与开发已经成为能源技术领域的热点和难点。随着风力发电在世界各地开发力度的加大,为加快风力发电设备国产化进程,提高自主知识产权能力,对变桨距技术的深入研究成为必然。本文所研究的风力机变桨距控制系统是根据风速的大小调整桨距角,在风速较小时最大限度的捕获风能,在风速较大时将风力机输入功率限定在额定功率附近。电动变桨距伺服系统以简单的结构、可靠的控制方式成为当前变桨距控制系统的研究热点。根据工程研究的需要,首先对电动变桨距伺服系统进行建模,在建模过程中进行了合理的工程近似。为解决电动变桨距伺服系统参数近似性、慢时变性和外界风动干扰等问题,根据模型参考自适应控制策略具有结构相对简单、容易工程实现等特点,采用Narendra误差模型的基于Lyapnuov稳定理论的模型参考自适应控制策略设计自适应控制器,使电动变桨距伺服系统能够适应各种变化而不断地修正控制器参数,从而使系统输出达到理想的效果。其次针对风力机对变桨距系统的可靠性要求很高,不允许进行现场试验的特点,依据实验室现有条件,搭建一个与现场相类似的实验平台,以验证所提出控制策略的可行性。最后在Matlab/Simulink环境下搭建了住真模型,仿真结果表明当模型参数在一定范围内发生变化或外界存在风动随机干扰时,所设计的自适应控制器都能够有效地抑制参数变化和外界扰动,以保证系统具有良好的跟踪特性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景
• 1.2 风力发电及变桨距控制技术研究现状
• 1.2.1 风力发电技术研究现状
• 1.2.2 风力机变桨距控制系统研究现状
• 1.3 伺服系统控制策略研究现状
• 1.3.1 伺服系统控制策略研究现状
• 1.3.2 模型参考自适应控制技术研究现状
• 1.4 本文拟解决的问题及主要工作
• 第二章 风力机变桨距控制系统
• 2.1 风力机组成及理论基础
• 2.1.1 风力机组成
• 2.1.2 风力机理论基础
• 2.2 变桨距控制过程分析
• 2.2.1 风速低于额定风速
• 2.2.2 风速高于额定风速
• 2.3 变桨距控制的作用
• 2.4 本章小结
• 第三章 电动变桨距实验平台的构建
• 3.1 变桨距控制系统组成
• 3.1.1 电动变桨距实验平台机构分析
• 3.1.2 电动变桨距伺服控制系统实例分析
• 3.2 电动变桨距实验平台选型
• 3.2.1 桨叶惯性力矩分析
• 3.2.2 电动变桨距伺服控制系统选型
• 3.3 电动变桨距实验平台设计
• 3.3.1 电动变桨距实验平台组成
• 3.3.2 电动变桨距实验平台
• 3.4 本章小结
• 第四章 变桨距系统的模型参考自适应控制
• 4.1 模型参考自适应控制系统设计
• 4.1.1 模型参考自适应控制技术基本结构
• 4.1.2 模型参考自适应控制系统的设计方法
• 4.2 基于Narendra误差模型的自适应控制器设计
• 4.2.1 自适应控制器设计方法
• 4.2.2 电动变桨距伺服系统数学模型
• 4.2.3 电动伺服系统自适应控制器设计
• 4.3 模型参考自适应控制系统稳定鲁棒性分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 系统仿真及实验平台结果分析
• 5.1 仿真模型的构建及结果分析
• 5.1.1 仿真模型搭建
• 5.1.2 模型仿真结果分析
• 5.1.3 有外界干扰的模型参考自适应控制系统仿真
• 5.2 实验平台的使用及结果分析
• 5.2.1 实验平台的使用
• 5.2.2 电实验平台编程设计
• 5.3 本章小结
• 第六章 结束语
• 6.1 研究工作总结
• 6.2 未来工作展望
• 参考文献
• 致谢