基于ICPSO-PID风电机组桨距控制分析

针对传统的一阶变桨距机构简化模型难以描述真实的变距执行系统动态特性,建立了完整的电液变桨距风力发电机组高阶数学模型;根据风电机组额定风速以上恒功率控制目标并考虑变桨机构具有惯性和延迟特性,设计了基于功率和风速前馈的变桨控制器;针对额定风速以上变桨控制器参数整定难的问题,提出了一种基于改进协同粒子群优化算法(ICPSO)与比例、积分、微分控制器(PID)相结合的ICPSO-PID控制算法,并将其应用于桨距角PID控制器的参数整定.研究结果表明:提出的优化算法能够快速整定桨距角控制器的参数,风速前馈控制器能够提高变桨系统的动态性,功率控制环节能够实现额定风速以上风电机组恒功率控制.与传统PID控制器的控制效果相比,提出的控制方法具有超调量小、调节时间短和鲁棒性好等优良的控制品质.文中研究方法可应用到实际的电液变桨距风力发电机组控制系统中.     

基于多种UDF方法的变桨距垂直轴风力机性能分析

为了提高垂直轴风力机的性能,针对变桨距垂直轴风力机,利用叶素理论求得叶片在不同方位桨距角的变化规律,使叶片在各个不同位置升力系数达到最大;通过滑移网格、动网格、滑移网格动网格组合等动区域方法的研究,实现了变桨距垂直轴风力机主动控制数值模拟方法的多元化;最终获得不同叶片各自产生的总力矩和风能利用率。用垂直轴风力机的试验和模拟对比分析,验证了数值模拟结果的可靠性。结果表明,采用变桨控制规律的垂直轴风力机,提高了风力机的风能利用率,尤其是在低尖速比情况下,很大程度上改善了风力机的起动性能,尖速比为1.5、2.0、2.5时,相对定桨距风力机功率都增大90%左右。     

基于恒压变流控制的变量喷雾试验研究

针对变量喷雾过程中引起压力变化的问题,为研究其中压力稳定性现象,利用PID恒压控制和PWM变流控制相结合的方法,建立了恒压变流喷雾试验台。在试验台上进行恒压控制试验、喷雾角测量和雾量分布测量试验,从而验证所搭建的恒压变流喷雾装置的恒压稳定性。结果表明:在喷雾流量发生变化时,试验装置能使喷头的喷雾角和雾量分布稳定在固定范围内。     

双斜盘多排式轴向柱塞马达转矩特性分析

为了实现多级转速和转矩的输出,轴向柱塞马达必须使用节流阀、减压阀等耗能元件来改变输入压力和流量,但同时降低了效率。新型双斜盘多排式轴向柱塞马达可以利用其结构的特殊性,实现输出转矩的多样性。本文基于双斜盘多排式轴向柱塞马达的结构特点及工作原理,推导了该马达在不同工作方式下的理论瞬时转矩和转矩不均匀系数,并通过Matlab分析了内外马达转矩系数比对转矩不均匀系数的影响,设计了马达的实验液压系统并搭建了实验平台,对马达进行了原理性实验,并进行了数据分析。实验结果表明,在额定压力和额定排量下,该马达能实现多种不同的转速与转矩输出,随着内外马达转矩系数比的增大,低速大转矩的转矩不均匀系数越小,高速低转矩不稳定系数越大,通过合理设计可以实现马达在不同工作状态下的稳定运行,验证了新型马达在结构原理上的可行性,为新型轴向柱塞马达的改进设计提供了实验依据。     

桨距角对螺旋桨气动特性的影响

为了研究桨距角的大小对螺旋桨的整体气动性能的影响,基于滑移网格和动网格技术,使用CFD软件求解非定常不可压流动的N-S方程和S-A湍流模型,分别对桨距角静态变化和动态变化下的螺旋桨气动特性进行了模拟分析,桨距角静态变化角度分别为0°,3°和6°,桨距角动态变化时桨距角按照正弦变化曲线从0°增大到4°.数值计算结果表明:在桨距角静态变化过程中,螺旋桨的拉力和扭矩均随桨距角的增大而增大,而效率降低,相对于桨距角0°,桨距角3°时的拉力提高了20%~30%、扭矩提高了将近30%~40%.在桨距角动态变化过程中,随着桨距角的增加,拉力、扭矩及需用功率均呈线性增加,效率减小,此外,桨距角静态变化时的桨距角3°与和桨距角从0°增大到4°动态变化时的桨距角3°所对应的气动参数大致相同.     

力偶型径向柱塞马达转矩转速特性分析与实验

为解决现有液压马达径向力不平衡造成马达易损坏的问题,基于双定子思想,设计了一种力偶型径向柱塞马达,该马达通过力偶输出转矩,输出轴的径向力平衡,不受侧向力的作用。在马达的一个壳体内形成了内、外两个马达,通过不同的配流方式可以输出3种转矩和转速。本文阐述了马达的结构特点和工作原理,分析了导轨曲线与马达转矩转速脉动的关系,通过对马达瞬时转矩的分析,得出了马达转矩转速无脉动的条件,及转矩转速脉动为零时导轨曲线的幅角分配规律。对马达样机进行了加工、实验,测试了马达在3种工作方式下的输出特性。结果表明,转矩转速脉动与进油区段柱塞的速度之和有关,若速度之和为常数,理论上无转矩转速脉动。     

多泵单马达传动系统输出转矩特性分析

为了使定量泵输出多级定流量以及不用减压阀为多个不同压力系统提供能源,设计并试验了双定子泵,并在此基础上提出了多泵单马达传动理论。以双作用双定子泵和斜盘式轴向柱塞马达组成的多泵单马达传动系统为例,分析了多泵在不同的工作方式下输出波动性不同的油液对马达输出转矩的影响。结果表明,多泵在不同的工作方式下对系统输出特性的影响不同,且内、外泵联合工作时,马达输出转矩品质优于内、外泵单独工作;当泵和马达波动周期一致时,可以合理调整滞后角使马达输出转矩更平稳。为了验证理论分析的正确性,搭建了多泵单马达传动系统试验平台,采集相关数据并描绘出多泵在不同工作方式下马达输出转矩的不均匀系数变化曲线。试验结果和理论分析一致,证明了理论分析的正确性。     

H型风力机新型变桨方案数值模拟

针对H型风力机叶片旋转至0°和180°方位角时攻角为0,力矩系数为负值且其附近较大区域也为负值或较小,由此对风力机整体气动性能产生较大负面影响这一问题,提出以改善小攻角区域性能为目标的新型变桨方案,在叶尖速比为4.5时设计桨距角变化曲线改变整机气动性能.采用动网格技术模拟叶片旋转,RNG k-ε模型模拟湍流影响,应用Fluent软件对变桨和定桨风力机进行数值模拟和分析比较.计算结果得出,变桨之后H型风力机叶片扭矩明显增大,最高提升幅度达14%;上盘面,30°~80°方位角叶片扭矩提升幅度较大;下盘面,除270°附近方位角处扭矩无明显变化外,其他方位角叶片扭矩均有较为明显的提升.变桨后风力机内流场变化也较为明显,流场内速度差异较大,内流场的低速区面积变大.从涡量云图也可得到变桨能有效地减小了叶片进入尾流区的概率,降低了尾流对整体风力机性能的影响.     

双定子单作用液压马达转矩脉动研究

为了解双定子单作用液压马达的性能,在探讨双定子单作用液压马达理论排量和理论转矩的基础上,分析了不同滑块数对液压马达转矩脉动的影响,得出液压马达滑块数与转矩脉动的数学关系式.结果表明,滑块个数为奇数的液压马达的转矩脉动小,进一步推导出滞后角对液压马达差动连接和内、外马达同时工作时的转矩脉动影响.     

不同桨距角某小型水平轴风机的气动性能分析

为了研究风力机叶片对风力机运行性能的影响.以家用小型风力发电机风轮为对象,利用UG软件得到叶片的三维模型.通过有限体积数值方法求解流动域不可压缩的Navier-Stokes控制方程和k-ω SST湍流模型方程,其中扩散项采用二阶中心差分格式,对流项采用二阶迎风格式,压力-速度耦合采用SIMPLE算法,得到流场变量的数值解.通过分析数值结果,研究了风轮的气动性能,即功率系数、力矩系数和轴向力系数在不同桨距角下随叶尖速比的变化情况:即随着尖速比的增大,功率系数、力矩系数均先增大后减小;随着桨距角的增大,最大功率系数和力矩系数先增大后减小,而最大轴向力系数逐渐减小.同时,展示了不同桨距角下叶片尾部的流线图.通过对风力机叶片气动性能的研究,可为小型水平轴风力机叶片的优化设计提供参考.     

小型风力机系统气动及发电性能试验研究

为了揭示小型风力机系统气动及发电性能的差异,分别对某新型的风力机风轮及连接发电机的同一风轮的气动性能和发电性能开展风洞试验,详细分析了风轮的气动特性及发电机的电磁特性.基于风轮气动功率和发电机的发电功率试验数据,给出了风力机不同风速下的最优工作曲线和实际工作曲线,在不同风速下实际工作曲线中的发电功率峰值及其对应转速均小于最优工作曲线中的气动功率峰值及其对应转速.风轮的气动扭矩随转速先增大后减小,然而发电机的电磁扭矩随转速增大而增大,当发电机逐渐增大的电磁扭矩等于开始减小的气动扭矩,发电机的转速无法进一步加速到气动功率最大值对应的转速,这种不匹配是导致风力机系统气动和发电性能差异的主要原因.试验数据可为研究风力机最大功率控制策略提供支持.     

基于风速功率谱估计的风力发电机变桨距控制研究

对某风场风速信号进行功率谱估计,分析样本风的频率特性,根据风速的频率特性调整控制参数,使风机在尽可能高功率输出的前提下减少变桨动作次数,提高系统的出力和寿命。在Matlab/Simulink中建立变桨距风力发电机数学模型,对此模型为引入模糊控制算法,根据模糊控制理论设计模糊控制器,在低风速时能够获取最大的风能,高风速时能够使输出功率恒定。不仅能有效的减少振荡,而且可以较快的达到稳态。     

低速大扭矩Ⅰ型复合齿轮转子马达的机理研究

介绍了齿轮转子马达的结构原理和工作原理 ,对复合齿轮转子马达进行了分类 ,阐明了 型低速大扭矩型复合齿轮转子马达的工作原理 ,对该种马达的排量公式及瞬时扭矩公式进行了数学推导 ,分析了该马达的输出扭矩脉动率 ,并对马达的径向力进行定性分析。结果表明该马达具有输出扭矩大、低速启动性能好、力学性能好、运行平稳、噪声低等特点 ,其性能明显优于其他种类的低速大扭矩马达 ,除用于普通液压系统外 ,在一定条件下还可用于纯水液压系统 ,本文为 型复合齿轮转子马达的进一步开发设计提供了理论依据。     

低速大扭矩I型复合齿轮转子马达的机理研究

介绍了齿轮转子马达的结构原理和工作原理。对复合齿轮转子马达进行了分类，阐明了Ⅰ型低速大扭矩型复合齿轮转子马达的工作原理。对该种马达的排量公式及瞬时扭矩公式进行了数学推导，分析了该马达的输出扭矩脉动率。并对马达的径向力进行定性分析。结果表明该马达具有输出扭矩大、低速启动性能好、力学性能好、运行平稳、噪声低等特点，其性能明显优于其他种类的低速大扭矩马达，除用于普通液压系统外，在一定条件下还可用于纯水液压系统，本文为I型复合齿轮转子马达的进一步开发设计提供了理论依据。     

液电混动履带底盘电液系统联合仿真与试验

针对传统以液压驱动或纯电驱动的履带式农机装备功耗大、系统响应慢、电池续航短、功率扭矩输出不足等问题,本文提出了一种高效液电混动履带式行走底盘,集成了液压驱动和电驱动两套独立动力系统,双液压马达及双伺服电机的四轮驱动结构,可实现整机大扭矩输出,利于整机轻量化设计;通过伺服电机速度及力闭环控制,适应匹配底盘外负载的变化,可显著改善闭式液压驱动系统的动态输出特性,提高整机动态控制性能并降低工作能耗。基于AMESim与Matlab建立了电液混动系统的联合仿真模型,对比分析整机在平地直线行驶、山地爬坡、原地转向等不同工况的行驶动态性能,试验结果表明所设计的液电混合驱动履带底盘最大行驶速度可达1.1m/s,原地转弯时间最快为2.4s,最小转弯直径为150cm,可实现丘陵山地复杂地形转弯及调头;履带底盘直线行驶偏移率不大于3.3%;在相同工况下与液压驱动相比,液电混合动模式下整机能耗可减少9.3%,提高了整机工作效率。     

基于叶素动量复合理论的小型风力机设计与实验

利用叶素动量复合理论设计开发了在低转速下具有高输出力矩的小型水平轴螺旋桨式风力机.同时,自行编制了风力机设计程序,并根据模拟计算结果设计制作了一台具有6枚叶片的小型风力机风轮模型,在不同风速下进行了风洞实验,测试了风力机的输出力矩和功率性能,并将实验结果进行了分析.