[发明专利]一种水平轴风力偏航系统机舱悬浮控制方法

说明书

本发明公开了一种水平轴风力偏航系统机舱悬浮控制方法，采用等分方法将风力机舱下转子绕组，分割为前后侧绕组，由两侧悬浮变流器独立控制，实现机舱轴向悬浮和俯仰抑制，构建风机偏航系统的两自由度悬浮模型，采用坐标变换法将两自由度悬浮模型转换成两侧气隙悬浮动态模型，基于Lyapunov函数设计了悬浮气隙模型主导项中模型参数的自适应控制，在线获取主导控制模型中参数，设计了两侧悬浮同步跟踪补偿器，消除两侧悬浮模型交叉耦合项对悬浮同步跟踪性能的影响。本发明将极大提高机舱悬浮稳定、干扰抑制以及两侧同步跟踪性能，提升风机磁悬浮偏航系统对风精度和捕获功率，同时对较重悬浮物的多点悬浮控制具有较强指导意义。

技术领域

本发明涉及一种水平轴风力偏航系统机舱悬浮控制方法，尤其是一种应用于水平轴风力发电系统机舱稳定悬浮后偏航对风，解决桨叶侧和尾翼侧迎风面积差异极易导致机舱俯仰，属于风力发电磁悬浮领域。

背景技术

风机偏航装置为大中型水平轴风力发电系统关键组件，可实现风机桨叶正面迎风，提升风能捕获功率，但较重风机机舱以及多电机多齿轮偏航传动机制，往往导致风机偏航功耗大、故障率高、对风精度差等问题，为此曲阜师范大学新能源研究所提出了风力磁悬浮偏航系统，极大降低机舱偏航功耗。专利2015109867562、2018100763345进行了基于Backstepping 自适应控制以及模型预测悬浮控制的研究，但仅考虑机舱轴向悬浮，但实际上风机机舱一般工作在80米高的塔架上，风机悬浮系统本质是非线性和不稳定性系统，特别是桨叶侧和尾翼侧迎风面积差异，极易导致机舱俯仰，仅考虑机舱轴向悬浮无法确保机舱悬浮稳定，严重影响风力机舱偏航稳定和悬浮气隙稳定，风机机舱悬浮后存在轴向、俯仰及旋转等多自由度运动，同时多自由度运行存在较大耦合和非线性问题，为此众多科研工作者先后进行了双端电磁悬浮解耦控制、基于逆系统方法的两轴运动平台解耦控制以及与内模相结合的解耦控制策略的研究，某种程度上实现了多自由度陀螺仪的转子悬浮位置精确控制，但普遍存在对耦合系统模型的精确度的依赖，严重制约风机机舱的悬浮稳定性以及偏航对风精确度。

发明内容

本发明目的是为克服上述现有技术的不足，提供了一种水平轴风力偏航系统机舱悬浮控制方法，其特征在于：风力机舱悬浮由盘式电机转子绕组完成，所述转子绕组包括前侧绕组和后侧绕组，两侧绕组产生合力轴向悬浮机舱，两侧绕组产生的差额力抑制机舱俯仰，所述前后侧绕组分别与前后侧H桥变流器电气联结，前后侧悬浮绕组的两侧设置气隙传感器，测量机舱前后侧悬浮高度和俯仰角度；所述前后侧绕组电流分别由前后侧H桥变流器控制，所述两侧悬浮电流控制采用两侧气隙自适应控制以及两侧同步控制协同完成悬浮电流参考设定；所述悬浮电流参考跟踪控制由H桥变流器独立完成；所述两侧气隙自适应控制采用自适应方法快速获取悬浮主导项模型参数，所述两侧同步控制采用同步跟踪自适应补偿控制器，确保机舱两侧悬浮运行同步，包括以下步骤：

步骤1，构建风力机舱的俯仰和轴向两自由度悬浮模型

                         (1)

式中， ω为俯仰角速度， θ为俯仰角度， F₁、 F₂分别为前后侧悬浮电磁力，  J_m为机舱俯仰转动惯量， m为风力机舱质量；g为重力加速度； δ为轴向悬浮气隙； f_d为机舱轴向干扰； T_S为机舱倾覆力矩， R为机舱旋转半径。