[发明专利]一种水平轴风力偏航系统机舱悬浮控制方法

摘要

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。

主权项

1.一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；步骤2 综合考虑偏航电流对风机机舱悬浮影响，构建机舱前后侧悬浮力方程            (2)式中，μ₀为真空磁导率，N为两侧悬浮绕组匝数，S为磁极面积，i_f1和i_f2分别为前后侧悬浮电流，i_sd和i_sq为偏航绕组励磁电流和转矩电流，δ₁和δ₂分别为前后侧悬浮气隙；步骤3 风机机舱两侧悬浮动态模型转化第一步采用坐标变换将式（1）两自由度运动方程，转化为以前后侧气隙运动方程为         (3)式中，； 第二步，基于和将式(5)转化为前后侧线性化动态模型：         (4)         (5)式中：δ₁₀、δ₂₀、i_f10、i_f20和i_sq0分别为平衡点处的前侧气隙、后侧气隙、前侧悬浮电流、后侧悬浮电流以及偏航转矩电流；第三步 将式（4）和（5）转化为风力机舱前后侧悬浮控制模型          (6)          (7)式中：步骤4风机机舱两点悬浮自适应跟踪控制器设计第一步，设置两侧悬浮气隙跟踪误差为，其中i为1或2，分别对应前后侧悬浮气隙，引入i侧虚拟控制变量为           (8)式中：λ₀和λ₁分别为正增益，设置，以及k_i为正实数，确保s_i渐进收敛；第二步，对式（8）微分处理，以前侧（i=1）为例进行设计，将式（6）代入至式（8）可得        (9)第三步，由式（9）求取前侧悬浮电流的实际控制输入和虚拟控制输入分别为         (10)         (11)式中：分别为的估计值；第四步，将式(11)代入(9)获得有效虚拟变量微分为：    (12)第五步 构建含估计误差的Lyapunov能量函数为          (13)式中：γ₁、γ₂、γ₃、γ₄为严格为正实数，；第六步 设计M、N、T、f_t的自适应律，对式（13）的Lyapunov能量函数求导可得  （14）第七步，为确保，设置式（11）的模型参数自适应率为                  (15)步骤5风机机舱两侧同步控制器第一步 设置前侧与后侧同步误差为，其中δ₁前侧悬浮气隙和δ₂为后侧悬浮气隙；第二步 引入综合兼顾同步记忆数据的虚拟组合变量，式中λ₃和λ₄为正实数；第三步 构建机舱两侧同步调整补偿的自适应律为，式中c₁和c₂为正控制参数。