风电机组传动系统非线性动力学分析与控制研究

【摘要】：风电机组作为一种典型的旋转机械是一种技术密集型系统，它是集材料科学、机械、电气和控制技术于一体的。风电机组传动系统是风电机组的重要组成部分，近年来随着风电机组单机容量和风电规模的不断提高，风电机组传动系统的扭振现象曰益突出，对其进行系统建模和动态特性分析是风电机组设计、控制和故障诊断的关键。本论文以风电机组传动系统为研究对象，从风电机组传动扭振系统建模、稳定性分析以及扭振控制三个方面对发电机组非线性相对转动系统进行研究，用解析的方法得出风电机组传动扭振系统的稳定特性以及控制策略，为进一步研究风电机组设计和运行提供理论依据。 首先，考虑风电机组传动系统结构参数和外扰激励等非线性因素的影响，基于广义耗散系统Lagrange原理，建立了系统具有非线性阻尼和外扰激励作用下的两惯量风电机组传动系统模型、轴系含非线性刚度和外扰激励作用下的两惯量风电机组传动系统扭振模型和一类含时变刚度和滑动摩擦力的相对转动系统在组合谐波激励作用下的系统扭振模型三种典型的风电机组传动系统非线性动力学模型。 其次，针对具有非线性刚度的风电机组传动系统模型，利用多尺度法求出分贫响应方程，并利用奇异性理论进行稳定性分析。在主共振情况下，对受控系统进行Hopf分贫理论研究，设计时滞非线性反馈控制器，对风电机组传动系统的Hopf分贫特性进行控制，并对系统的振动幅值进行了控制，最后用数值模拟把幅值控制在了一定的理想范围内。 最后，考虑组合谐波激励的影响，针对一类具有非线性刚度、非线性阻尼的风电机组非线性传动系统，构造李雅普诺夫函数，研究自治系统的分贫特性，分析风电机组非自治传动系统在组合激励作用下的稳定性。采用数值仿真方法，通过分贫图、时域波形、相平面图、PoincarS截面图等研究外扰激励、系统阻尼、非线性刚度等对风电机组传动系统经历倍周期分贫进入混纯运动过程的影响。最后，利用直接变量反馈法控制系统的混纯运动，将传动系统的混纯振动控制在稳定的周期运动内。 【关键词】：风电机组传动系统 动力学模型 主共振 组合激励 分贫 混纯 反馈控制
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：O322;TM315
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势11-14
• 1.2.1 风力发电的现状及发展趋势11-12
• 1.2.2 风电机组传动系统研究现状12-13
• 1.2.3 非线性相对转动系统研究现状13-14
• 1.3 课题来源及本文的研究内容14-16
• 第2章 风电机组传动系统模型16-23
• 2.1 引言16
• 2.2 风电机组的工作原理16-17
• 2.3 风电机组传动系统模型17-22
• 2.3.1 具有非线阻尼的风电机组传动系统模型18-19
• 2.3.2 具有非线性刚度的风电机组传动系统模型19-21
• 2.3.3 组合谐波激励作用下风电机组传动系统模型21-22
• 2.4 本章小结22-23
• 第3章 具有非线性阻尼风电机组传动系统稳定性分析23-34
• 3.1 引言23
• 3.2 具有非线性阻尼的风电机组传动扭振系统求解23-26
• 3.3 具有非线性阻尼风电机组传动系统稳定性分析26-33
• 3.3.1 自治系统的分贫特性26-28
• 3.3.2 阻尼对风电机组传动系统稳定性的影响28-33
• 3.4 本章小结33-34
• 第4章 风电机组传动系统主共振稳定性分析与控制34-43
• 4.1 引言34
• 4.2 具有非线性刚度的风电机组传动扭振系统求解34-36
• 4.3 风电机组传动系统奇异性稳定性分析36-38
• 4.3.1 风电机组传动系统的转迁集36-37
• 4.3.2 风电机组传动系统分贫曲线的拓扑结构37-38
• 4.4 具有非线性刚度风电机组传动扭振系统稳定性控制38-42
• 4.4.1 受控系统主共振Hopf分贫分析38-40
• 4.4.2 风电机组传动扭振系统极限环幅值控制40-42
• 4.5 本章小结42-43
• 第5章 风电机组传动系统组合谐波分贫行为分析与控制43-54
• 5.1 引言43
• 5.2 组合谐波激励作用下风电机组传动系统分贫特性分析43-47
• 5.3 轴系非线性因素对风电机组传动系统稳定性影响47-49
• 5.3.1 外扰激励对系统分贫行为的影响47-48
• 5.3.2 阻尼对系统分贫行为的影响48-49
• 5.3.3 非线性刚度对系统分贫行为的影响49
• 5.4 风电机组传动系统在组合谐波作用下混纯控制研究49-52
• 5.5 本章小结52-54
• 结论54-56
• 参考文献56-61
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果61-62
• 致谢62-63
• 作者简介63-51

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