【摘要】：主動(dòng)偏航系統(tǒng)是大功率水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)中必不可少的組成部分,傳統(tǒng)的風(fēng)機(jī)偏航系統(tǒng)都是采用的齒輪驅(qū)動(dòng),這種結(jié)構(gòu)存在運(yùn)行維護(hù)成本高、故障率高、對(duì)風(fēng)精度差等問題�；诖�,本文以水平軸的風(fēng)力機(jī)磁懸浮偏航系統(tǒng)作為研究對(duì)象,分析了該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成以及具體的工作原理,對(duì)風(fēng)機(jī)磁懸浮偏航系統(tǒng)的懸浮過程進(jìn)行了建模、并進(jìn)行了控制算法的研究和仿真驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),對(duì)懸浮控制器進(jìn)行了設(shè)計(jì)與研究,搭建了懸浮控制器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)并進(jìn)行了偏航系統(tǒng)的懸浮控制實(shí)驗(yàn),為下一步偏航的研究打下了基礎(chǔ)。本文首先對(duì)研究的背景和意義進(jìn)行了簡單的介紹,簡述了國內(nèi)外磁懸浮技術(shù)與風(fēng)機(jī)偏航系統(tǒng)的研發(fā)現(xiàn)狀,分析了傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)偏航裝置存在的問題,提出了風(fēng)機(jī)磁懸浮偏航系統(tǒng)。其次,研究了風(fēng)機(jī)磁懸浮偏航系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成與具體的工作原理,對(duì)懸浮過程進(jìn)行了力學(xué)與電學(xué)分析,并且分析了偏航磁場對(duì)懸浮氣隙磁場的影響,對(duì)偏航系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)懸浮與偏航懸浮兩個(gè)模態(tài)進(jìn)行了建模,最后又對(duì)這兩個(gè)模型進(jìn)行了整合得到了整個(gè)懸浮過程的數(shù)學(xué)模型。再次,分析了一些可用于懸浮控制的理論,提出了基于傳統(tǒng)PID用氣隙電流的雙反饋方法來設(shè)計(jì)了控制器。對(duì)非線性的懸浮模型進(jìn)行了反饋線性化處理得到了線性模型,用基于雙反饋PID方法對(duì)懸浮控制器進(jìn)行了具體設(shè)計(jì)�；诰�性化的模型在Matlab中建立了仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái),在該平臺(tái)上對(duì)搭建的控制器進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn),并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析。最后,對(duì)基于BUCK電路的懸浮控制器進(jìn)行了軟硬件設(shè)計(jì),搭建了硬件電路實(shí)驗(yàn)平臺(tái),并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。硬件設(shè)計(jì)包括一次回路的設(shè)計(jì)與器件選型,二次回路的設(shè)計(jì)與器件選型;軟件設(shè)計(jì)包括系統(tǒng)主程序流程、各中斷服務(wù)子程序流程的設(shè)計(jì),以及懸浮高度的軌線引導(dǎo)、系統(tǒng)軟啟動(dòng)控制。在平臺(tái)搭建完成后,進(jìn)行了氣隙跟蹤與抗擾動(dòng)性實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明基于傳統(tǒng)PID用氣隙電流的雙反饋方法設(shè)計(jì)的控制器具有響應(yīng)速度快、跟蹤性能好、抗擾性能強(qiáng),能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在設(shè)定高度的穩(wěn)定懸浮,實(shí)驗(yàn)達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。
【圖文】：

今阻礙人類社會(huì)發(fā)展的三座大山。近年來在應(yīng)對(duì)氣候變化和能源危機(jī)等方面新能源發(fā)揮的作用得到了世界各國的廣泛認(rèn)可，新能源發(fā)電已逐漸成為了全球電源建設(shè)的一個(gè)大趨勢。風(fēng)能作一種潔凈的取之不盡用之不竭的新能源，分部廣泛，據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)世界上約有 3500 億 kW.h 的風(fēng)能可被利用，是水能的 10 倍[1]，近年來已受到了世界各國的重視和開發(fā)。風(fēng)能的開發(fā)利用有著巨大的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保效益和發(fā)展前景，風(fēng)能最常見的利用形式為風(fēng)力發(fā)電。近年來風(fēng)力發(fā)電技術(shù)已有了巨大的進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)性也不斷提高，風(fēng)能已成為各種新能源開發(fā)利用中發(fā)展速度最快的，風(fēng)力發(fā)電已基本完成了從補(bǔ)充能源向替代能源的角色過度[2]，已成為最具發(fā)展?jié)摿Φ男履茉窗l(fā)電方式。為了更好適應(yīng)風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展，目前已研制出兩種經(jīng)典的風(fēng)力發(fā)電機(jī)如圖 1-1與圖1-2所示，一種是轉(zhuǎn)軸平行于塔架的垂直軸發(fā)電機(jī)，這種發(fā)電機(jī)裝機(jī)的成本低，不需要實(shí)時(shí)對(duì)風(fēng)，維護(hù)和檢修方便，塔架設(shè)計(jì)簡單，機(jī)組的使用壽命長，但是存在難以自啟動(dòng)和系統(tǒng)總體效率低、不能應(yīng)用于大功率兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)等致命性缺點(diǎn)；另一種是轉(zhuǎn)軸與塔架垂直的水平軸發(fā)電機(jī)，這種風(fēng)機(jī)的效率高，廣泛應(yīng)用大型兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)。這種風(fēng)機(jī)需要實(shí)時(shí)精準(zhǔn)對(duì)風(fēng)以提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)的效率，這就需要在機(jī)艙中增加偏航裝置以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)精準(zhǔn)對(duì)風(fēng)，但是這大大增加了水平軸發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。

[2]，已成為最具發(fā)展?jié)摿Φ男履茉窗l(fā)電方式。為了更好適應(yīng)風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展，目前已研制出兩種經(jīng)典的風(fēng)力發(fā)電機(jī)如圖 1-1與圖1-2所示，，一種是轉(zhuǎn)軸平行于塔架的垂直軸發(fā)電機(jī)，這種發(fā)電機(jī)裝機(jī)的成本低，不需要實(shí)時(shí)對(duì)風(fēng)，維護(hù)和檢修方便，塔架設(shè)計(jì)簡單，機(jī)組的使用壽命長，但是存在難以自啟動(dòng)和系統(tǒng)總體效率低、不能應(yīng)用于大功率兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)等致命性缺點(diǎn)；另一種是轉(zhuǎn)軸與塔架垂直的水平軸發(fā)電機(jī)，這種風(fēng)機(jī)的效率高，廣泛應(yīng)用大型兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)。這種風(fēng)機(jī)需要實(shí)時(shí)精準(zhǔn)對(duì)風(fēng)以提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)的效率，這就需要在機(jī)艙中增加偏航裝置以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)精準(zhǔn)對(duì)風(fēng)，但是這大大增加了水平軸發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。圖 1-1 垂直軸風(fēng)力機(jī) 圖 1-2 水平軸風(fēng)力機(jī)
【學(xué)位授予單位】：曲阜師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM315

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