[发明专利]一种永磁直驱式传动轴系扭振强制稳定控制方法

说明书

一种永磁直驱式传动轴系扭振强制稳定控制方法，具体包括以下步骤：S1：确定低速大扭矩永磁电机1直接驱动下系统传动轴系的机电耦合动力学模型；S2：进行系统全状态反馈调节器的构建；S3：进行系统输入时滞整形器的构建；S4：整合系统全状态反馈调节器与系统输入时滞整形器，进行系统扭振强制稳定控制器的构建；S5：根据数值仿真结果进行系统扭振强制稳定控制器控制参数的调节；经过上述各步骤后，设计结束。本发明从源头上避免激起传动轴系的扭振，可显著地提高常规闭环控制器的鲁棒性，达到有效抑制传动轴系扭振的目的，为低速大扭矩永磁电机在直接驱动领域的安全可靠运用提供保障。

技术领域

本发明涉及传动轴系扭振控制技术领域，具体涉及一种永磁直驱式传动轴系扭振强制稳定控制方法。

背景技术

随着不可再生能源的日益短缺、以及燃烧化石能源所引起环境问题的日益突出，加快发展新能源，走可持续发展道路势在必行。近年来，风力发电以其充分的安全性和清洁性，已成为各国迅速发展的可再生能源发电方式。

风力发电机组控制的主要目的是在最大限度捕获风能以及减少对电网冲击的基础上向电网提高恒频恒压的高质量电能。现阶段，变桨距系统一方面可以在风速变化时自动调节桨距角，实现对风能的最大限度捕获；另一方面，在高风速区能保持风力发电机系统的安全稳定运行，已成为兆瓦级风力发电机组的必要关键技术。传统的变桨距系统采用异步电机配合减速器的传动方式，这种机电传动方式传动线路长，传动环节多，很容易出现诸多故障，并且由于变桨距传动机构一般安装在塔架上，一旦发生故障，其设备维修更换难度大。采用低速大扭矩永磁电机直接驱动风力发电机变桨距系统可以有效减少系统传动环节，避免使用减速机这一现有传动方式中故障率最高的部件，达到有效提高系统可靠性的目的。但是，采用低速大扭矩永磁电机直接驱动风力发电机变桨距系统，中间传动机构显著变少，系统传动轴所传递的扭矩将会显著变大，所表现的机电耦合扭转振动现象将更加明显。因此，为了确保低速大扭矩永磁电机在风力发电机变桨距系统上的有效利用，首先需要对系统传动轴系机电耦合扭振进行有效控制。

现有的关于传动轴系扭振控制方法，由于大都是针对“异步电机+减速器”这类传动方式，很少考虑驱动端输出特性对系统传动轴系扭振的影响。但是对于低速大扭矩永磁电机直接驱动的风力发电机变桨距系统，由于采用低速大扭矩永磁电机直接驱动风力发电机桨叶，系统传动轴系所传递的扭矩将会显著变大，扭振能量在电机端的电磁能和系统传动轴系的动能之间交换存储，电气系统和机械系统在一定条件下正好组成自激振动的基本系统，必然有可能发生自激扭转振动，继而导致灾难性的后果。因此，针对低速大扭矩永磁电机直接驱动的风力发电机变桨距系统，怎样进行系统传动轴系机电耦合扭振的强制稳定控制成为目前亟需解决的技术问题。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种永磁直驱式传动轴系扭振强制稳定控制方法，克服现有技术在永磁直驱式风力发电机变桨距传动轴系扭振控制上的不足，从低速大扭矩永磁电机驱动控制角度考虑，避免发生自激扭转振动现象，最终实现风力发电机变桨距传动轴系扭振强制稳定控制的目的。

为了实现上述目的，本发明提供一种永磁直驱式传动轴系扭振强制稳定控制方法，具体包括以下步骤：

S1：建立低速大扭矩永磁电机直接驱动下系统传动轴系的机电耦合动力学模型，获取系统状态信息

基于拉格朗日—麦克斯韦原理，对低速大扭矩永磁电机直接驱动下的传动轴系进行分析，建立传动轴系全局机电耦合动力学模型，并将该动力学模型转换为状态空间模型，获取系统状态信息；

S2：构建系统全状态反馈调节器

根据步骤S1中得到的状态空间模型，依据极点配置法和Ackermann公式法构建系统全状态反馈调节器，对影响低速大扭矩永磁电机直接驱动下传动轴系动态特性的主动态极点进行强制配置；

S3：构建系统输入时滞整形器