风电磁悬浮偏航系统悬浮及切换控制研究

摘要

在环境污染尤其是雾霾天气日益严重的今天，可再生能源发电备受关注。风力发电作为一种清洁、具有广阔发展前景的可再生能源，一直是各发达国家能源发展战略的优先发展方向。MW级风力发电机组中的偏航系统是水平轴风力发电机必不可少的组成部分。本文介绍了一种新的磁悬浮偏航系统，研究了其中的悬浮控制问题以及模态切换问题。本文主要内容可归纳如下：
　　1)磁悬浮偏航系统悬浮和降落过程中的悬浮控制研究
　　本文提出了一种基于非线性干扰观测器的鲁棒控制器用来控制磁悬浮偏航系统的悬浮和降落过程从而提高磁悬浮偏航系统在起浮和降落过程中的稳定性。首先建立磁悬浮偏航系统和作用在系统上的侧风力的动态模型，随后推导出其状态空间模型。其次，考虑到磁悬浮偏航系统存在的内部未知干扰，通过采用backstepping方法设计一个基于非线性干扰观测器的鲁棒控制器使系统的输出能渐近跟踪参考轨迹，磁悬浮偏航系统起浮和降落的速度全局渐进收敛到期望值。最后，仿真结果证明所提控制器具有良好的鲁棒性，同时磁悬浮偏航系统可以实现在起浮和降落过程中平滑与稳定运行，因此，可以证实所提控制器的可行性和有效性。
　　2)磁悬浮偏航系统模态切换研究
　　由于磁悬浮偏航系统运行过程中会进行动态悬浮和偏航悬浮之间的切换，因此为了保证磁悬浮偏航系统运行的稳定，需要研究磁悬浮偏航系统的模态切换稳定性问题。本文考虑磁悬浮系统的两个运行模态，即动态悬浮子系统和偏航悬浮子系统。为了保证子系统的稳定运行，首先，采用backstepping方法设计子系统的控制器；其次，鉴于子系统运行稳定不能保证切换系统的稳定，本文采用基于平均驻留时间的方法设计切换规则，使得磁悬浮偏航系统满足切换稳定的要求；最后仿真验证了所设计的控制器以及切换规则的有效性。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题研究背景与意义

1.2磁悬浮控制现状

1.3混杂切换系统研究现状

1.4 本文的主要内容

第2章 磁悬浮偏航系统悬浮与切换控制建模

2.1 磁悬浮偏航系统悬浮控制模型

2.1.1 磁悬浮偏航系统悬浮模型

2.1.2 悬浮阶段侧风引起的力fW(t)的模型

2.1.3 磁悬浮偏航系统的悬浮数学模型

2.2 磁悬浮偏航系统切换子系统模型

2.2.1动态悬浮子系统的物理模型

2.2.2 偏航悬浮子系统的物理模型

2.2.3 切换系统的数学模型

第3章 磁悬浮偏航系统悬浮控制研究

3.1 磁悬浮偏航系统悬浮控制器设计

3.1.1 悬浮模型变换

3.1.2 干扰观测器设计

3.1.3 控制器设计

3.1.4 稳定性分析

3.2磁悬浮偏航系统悬浮仿真分析

3.2.1 参考轨迹δref(t)的选取

3.2.2 侧风引起的力fW(t)

3.2.3 内部未知干扰fM

3.2.4 基于干扰观测器的扰动补偿轨迹跟踪

3.2.5 速度

3.2.6 励磁电流和电压

第4章 磁悬浮偏航系统切换控制研究

4.1 磁悬浮偏航系统切换规则设计

4.1.1 切换模型变换

4.1.2切换系统控制器设计

4.1.3稳定性分析

4.1.4切换系统的切换规则设计

4.2磁悬浮偏航系统切换仿真分析

第5章 总结与展望

5.1 工作总结

5.2 工作展望

参考文献

在读期间发表的学术论文及研究成果

致谢