马格努斯风力机低风速下的自适应转速跟踪控制

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与传统风力机相比,马格努斯风力机在低风区域表现出了良好的风能捕获效率,因此有着广阔的发展空间。本文使用自适应方法对马格努斯风力机在低风区域的风轮转速进行控制,以达到最优的运行状态,捕获更多风能。具体内容包括:  首先,对现阶段两种计算马格努斯功风力机率特性的方法进行了对比。其中,通过叶素理论基于动量定理推导出的功率特性公式相对于传统的经验公式更为准确,但其存在一定的取值盲区。通过讨论与计算,对于轴向诱导因子a>0.368的情况,参考传统风力机的修正推力系数,根据叶素理论对圆柱桨叶的速度及受力进行了分析,并对马格努斯风力机的各项功率特性进行了修正。  其次,基于修正后的结果,对影响马格努斯风力机风能利用系数的因素进行了对比与讨论,在最优的风能利用系数下得到一系列最优叶尖速比和旋转速比值,为后文提供了仿真控制的参考量。  再次,参考自适应扰动跟踪控制(adaptive disturbance tracking control)方法,设定最优叶尖速比与风力机工况中的叶尖速比之差为系统误差输出,在风力机简化的动力学模型的基础上,对风力机的控制模型进行了正实性的分析。结果表明在马格努斯风力机的正常工况下,存在一个特定参数使得系统几乎严格正实(almost strictly positive real),即可达到在Lyapunov意义下的稳定性。  最后,基于simulink/matlab平台对叶片数目为6,展径比为10的马格努斯水平轴风力机进行了仿真分析。其中,系统转速及叶尖速比的最优状态来源于前述计算数据,通过自适应律对控制反馈量进行计算。结果显示:该自适应控制方法可以稳定地实现马格努斯风力机的良好转速跟踪性能,系统的响应时间与误差都可良好地控制在预期范围内。
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