大功率风电机组新型传动系统建模与仿真研究

【摘要】： 针对当前风电机组向大功率、高效率、高可靠性方向发展的趋势,本文运用现代仿真分析手段,对风电机组新型传动系统的设计、运行特性进行了研究,为进一步深入研究奠定了理论基础,具有重要的理论意义和工程应用价值。研究风电机组新型传动系统所采用的研究方法对其他复杂机电液一体化系统的研究具有借鉴意义。 在行星齿轮传动的基础上,提出了一种大功率风电机组新型传动系统,通过控制与伺服电机固定连接的导轮叶片调节机构滚珠丝杠的转角,在导轮叶片调节机构的作用下,达到调节导叶可调式液力变矩器的涡轮转速,最终实现风轮的变速输入、发电机的恒速输出和无级调速控制的目的。 风电机组新型传动系统是复杂的机电液一体化系统,运用传统的研究方法无法深入研究其特性。为了深入研究风电机组新型传动系统的调速原理和调速稳定性,在行星齿轮传动理论的基础上,运用流体力学能头理论建立了风电机组新型传动系统的非线性动态数学模型。运用先进的数字化仿真技术,以MATLAB/ simulink为仿真平台建立了基于智能模糊PID控制的系统仿真框图,给出了智能模糊PID控制器的设计方案,对智能模糊PID控制器在风电机组新型传动控制系统中的应用进行了仿真。研究了不同风轮输入转速下发电机转速、导叶可调式液力变矩器的导轮叶片转角θ、涡轮转速和泵轮转速的转速比i的阶跃响应情况。研究结果表明基于智能模糊PID控制的风电机组新型传动系统能顺利实现发电机转速的无级调速控制,调速性能稳定、可靠;转速比i集中在导叶可调式液力变矩器的高效范围内,传动效率较高。 为了进一步验证风电机组新型传动系统调速原理、非线性动态数学模型和智能模糊PID控制器设计方案的正确性,运用ADAMS和MATLAB/ simulink联合仿真技术,对不同风轮输入转速下发电机转速的阶跃响应进行了联合仿真分析,仿真结果动画清楚表明风电机组新型传动的调速原理是正确的。通过对比分析MATLAB/ simulink仿真结果和ADAMS和MATLAB/ simulink联合仿真结果发现,两种仿真结果基本一致。这证明本文建立的风电机组新型传动系统的非线性动态数学模型是正确的,智能模糊PID控制器的设计方案能满足速度调节要求。 【关键词】：风力发电机组 导叶可调式液力变矩器 无级调速 智能模糊PID控制 联合仿真
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 绪论9-13
• 1.1 课题研究背景9-10
• 1.2 国内外研究现状综述10-12
• 1.3 论文研究的意义与目的12
• 1.4 论文的主要研究内容12-13
• 2 联合仿真技术及软件介绍13-24
• 2.1 虚拟样机技术13-20
• 2.1.1 虚拟样机技术的内容及应用13-16
• 2.1.2 ADAMS 软件与ADAMS/View 简介16-20
• 2.2 MATLAB/SIMUlink软件简介20-21
• 2.3 ADAMS 与MATLAB/SIMUlink联合仿真技术介绍21-23
• 2.4 本章小结23-24
• 3 风电机组新型传动系统的理论研究24-36
• 3.1 风电机组新型传动系统方案的提出24-25
• 3.2 导叶可调式液力变矩器静态数学模型的建立25-28
• 3.3 导叶调节机构分析28-29
• 3.4 风电机组新型传动系统数学模型的建立29-35
• 3.5 本章小结35-36
• 4 风电机组新型传动系统动态仿真研究36-50
• 4.1 风电机组新型传动控制系统的组成36
• 4.2 智能模糊PID 控制器的设计与应用36-44
• 4.3 系统动态仿真44-49
• 4.4 本章小结49-50
• 5 风电机组新型传动系统联合仿真研究50-58
• 5.1 虚拟样机模型的建立50-52
• 5.1.1 几何建模与装配50-52
• 5.1.2 在 ADAMS 中建立虚拟样机模型52
• 5.2 联合仿真控制系统模型的建立52-53
• 5.3 联合仿真53-57
• 5.3.1 定义输入、输出，导出控制参数53-55
• 5.3.2 联合仿真分析结果55-57
• 5.4 本章小结57-58
• 6 结论与展望58-60
• 6.1 主要结论58
• 6.2 后续研究工作展望58-60
• 致谢60-61
• 参考文献61-64
• 附录 A：攻读硕士学位期间所发表的论文64-65
• 附录 B：攻读硕士学位期间参与的课题研究65

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