垂直轴风力机柱形叶片变速控制单元的研究

摘要

近年来，由于经济的迅速发展，能源和电力的紧缺，风力发电事业受到了高度的重视。垂直轴风力机具有结构简单、成本低、寿命长，且不需要水平轴风力机必备的偏航机构等一系列优点，因此，对垂直轴风力机的设计研究成为了当今的热点之一。而风力发电控制系统性能的好坏直接关系到风力发电机的工作状态、发电量的多少以及设备的安全，所以一个良好的控制系统对于风力发电系统来说是非常重要的。本文针对一种新型的柱形叶片垂直轴风力机的需要，开展其叶片变速控制单元的研究。
　　论文针对Magnus效应设计的一种新型的柱形叶片垂直轴风力机，根据该种风力机的基本结构和单个叶片的运行规律，提出了一种基于ARM和ZigBee无线通讯的变转速控制方案。控制系统以ARM9为主控制器，在此基础上设计了用于检测信号和控制电机的硬件电路和软件流程；控制器之间的数据传输采用ZigBee无线通讯方式来实现；在上位机上采用VB进行模块化编程，实现系统信号的远程监测；为了提高系统运行的可靠性和抗干扰性，论文还设计出了一种用于抵抗电磁干扰的硬件措施。最终设计出了柱形叶片风力机单个叶片的控制单元。
　　论文最后还设计了信号采集、无线通讯和电机控制三个实验，通过实验来验证控制方案的可行性，实验结果表明该控制方案可以用于柱形叶片风力机单个叶片的控制。

目录

垂直轴风力机柱形叶片变速控制单元的研究

RESEARCH ON SPEED CONTROL FOR CYLINDRICAL BLADES OF A VERTICAL AXIS WIND TURBINE

摘 要

Abstract

第1章 绪论

1.1 研究的目的和意义

1.2 垂直轴风力机的研究进展

1.3 风力机的变桨距控制方式

1.4 垂直轴风力机变桨距控制的研究现状

1.5 本课题的主要研究内容

第2章 垂直轴风力机柱形叶片的转速控制器设计

2.1 柱形叶片风力机的基本结构及工作原理

2.2 风力机的特性参数

2.3 柱形叶片风力机的变转速控制原理

2.4 柱形叶片变转速控制器的设计

2.5 本章小结

第3章 变速控制单元的硬件设计

3.1 变速控制单元硬件总体设计

3.2 主控制器的选择

3.3 数据采集系统的设计

3.4 无线通讯系统的设计

3.5 变速系统的硬件设计

3.6 控制系统的复位电路

3.7 本章小结

第4章 变速控制单元的软件开发

4.1 变速控制单元的软件总体设计

4.2 ADS集成开发环境的构建

4.3 控制系统主程序设计

4.4 控制系统数据采集的软件开发

4.5 ZigBee无线通讯的软件开发

4.6 电机控制的软件开发

4.7 基于VB的上位机程序的开发

4.8 本章小结

第5章 变速控制单元的性能实验研究

5.1 数据采集的性能测试实验

5.2 数据无线通讯的性能测试实验

5.3 电机控制性能实验测试

5.4 本章小结

结 论

参考文献

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致 谢