隨著現代風力發(fā)電機組大型化發(fā)展,葉片長度的增加導致風輪半徑增加,增加了葉片的柔性。在風的作用下會產生振動,不僅影響風力機的安全運行和使用壽命;還能引起發(fā)電機轉矩變化,影響電網的安全穩(wěn)定。在此背景下,建立風力發(fā)電機組整體動力學模型,分析其動力學特性。選擇合適阻尼裝置并設計控制器控制風力機的振動,具有重要的理論和實際意義。風力機是一個剛柔結合的復雜多體系統,葉片和塔架是柔性振動體,而機艙是以質量慣性參與振動的剛體。風力機受氣動載荷影響,旋轉的葉片產生揮舞(flapwise)、擺振(edgewise)、扭轉振動(torsion);塔架產生前后(for-aft)、側向(side-to-side)、扭轉振動。各子系統的振動存在著耦合,如:葉片揮舞振動與塔架前后振動的耦合,葉片擺振與塔架側向振動的耦合。由于傳動系機械轉矩與發(fā)電機的電氣轉矩的耦合,發(fā)電機動態(tài)對風力機葉片振動產生影響。由于系統存在未建模動態(tài)、參數不確定和結構不確定,實際運行的工程系統都會受到不確定性的影響。模型誤差可能會導致系統性能下降,在系統建模和控制器設計過程中考慮不確定性對系統的影響,設計魯棒控制器具有重要的意義。因此需要考慮多...

【文章頁數】：149 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
主要符號及英文縮寫對照表
第1章 緒論
    1.1 課題背景及研究的目的和意義
    1.2 面向控制的風力機結構建模研究現狀
    1.3 風力機葉片振動控制的發(fā)展概況
        1.3.1 載荷控制
        1.3.2 結構控制
    1.4 時域積分二次型約束系統的魯棒控制發(fā)展概況
        1.4.1 確定性系統魯棒控制
        1.4.2 隨機系統魯棒控制
        1.4.3 最小最大LQG控制在振動控制問題中的應用
        1.4.4 最小最大LQG控制的其它應用
    1.5 靜態(tài)輸出反饋控制發(fā)展概況
    1.6 本論文的主要工作
    1.7 論文安排
第2章 預備知識
    2.1 風力機結構動力學理論基礎
        2.1.1 基于假設模態(tài)的振型疊加法
        2.1.2 歐拉拉格朗日方程
    2.2 系統不確定性
        2.2.1 積分二次型約束
        2.2.2 相對熵約束
        2.2.3 隨機積分二次型約束與相對熵約束等價表述
    2.3 絕對穩(wěn)定性
        2.3.1 確定系統絕對穩(wěn)定性
        2.3.2 隨機系統絕對穩(wěn)定性
    2.4 S-過程
    2.5 數學預備知識
        2.5.1 相對熵與自由能對偶
        2.5.2 線性矩陣不等式
        2.5.3 魯棒控制中用到的數學引理
        2.5.4 代數黎卡提方程
第3章 面向結構控制風力機結構建模
    3.1 引言
    3.2 風力機結構模型
        3.2.1 葉片與塔架耦合模型
        3.2.2 葉片載荷
        3.2.3 運動方程
    3.3 氣動模型
        3.3.1 風速仿真
        3.3.2 葉素動量理論
    3.4 基于主動拉索的風力機機械模型
    3.5 基于調諧質量阻尼器的風力機機械模型
    3.6 并網雙饋風力機電氣模型
    3.7 傳動鏈模型
    3.8 變槳距控制
    3.9 算例仿真
        3.9.1 風速仿真
        3.9.2 風力機葉片結構模型驗證
        3.9.3 電氣動態(tài)對機械振動的影響
    3.10 本章小結
第4章 基于最小最大LQG控制的葉片振動控制
    4.1 引言
        4.1.1 基于主動拉索的葉片振動主動控制工作介紹
        4.1.2 最小最大LQG理論應用在懸臂梁工作介紹
    4.2 標準最小最大LQG控制
    4.3 單葉片的不確定模型表述Ⅰ
        4.3.1 溢出動態(tài)
        4.3.2 數值仿真
    4.4 單葉片不確定模型表述Ⅱ
        4.4.1 溢出動態(tài)
        4.4.2 參數不確定
        4.4.3 最小最大LQG控制設計
        4.4.4 數值仿真
    4.5 本章小結
第5章 基于分散最小最大LQG控制的風力機振動控制
    5.1 引言
    5.2 分散最小最大LQG控制
    5.3 分散輸出反饋控制
    5.4 數值算例:風力機結構控制
    5.5 本章小結
第6章 利用TMD實現葉片分散控制
    6.1 引言
    6.2 狀態(tài)反饋控制
    6.3 具有結構信息約束的靜態(tài)輸出反饋控制
    6.4 算例分析:風力機主動結構控制-分散控制方式
    6.5 本章小結
第7章 結論與展望
    7.1 結論和創(chuàng)新點
    7.2 展望
參考文獻
附錄
    附錄A
    附錄B
攻讀博士學位期間發(fā)表的論文及其它成果
攻讀博士學位期間參加的科研工作
致謝
作者簡介



本文編號：3785403