基于最优控制理论的储能飞轮转子形状优化设计研究

摘要

为克服飞轮转子形状优化时一般优化方法效率低的缺点,在分析角速度对转子形状影响的基础上,将转子角速度划分为低速、中速和高速三个阶段,采用最优控制理论,直接得到实心和空心飞轮转子的最优形状解析表达式。通过比较实心和空心转子低速、中速和高速情况下的最优形状,揭示飞轮转子最优形状随角速度变化的规律。研究结果表明,低角速度下,转子的最优形状沿半径方向'内薄外厚';高角速度下,'内厚外薄';中等角速度下,'两端厚中间薄'。低角速度情况下,实心和空心转子的最优形状相同;但中、高速情况下,实心转子的最优形状中包含等应力弧段,而空心转子的最优形状中不包含等应力弧段。由于实心转子的最优形状中包含有等应力弧段,实心转子的储能性能更优于空心转子。