水平轴潮流能变桨机构设计分析与实验研究

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1、北京化工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：蛰至垫篷日期：垫哒皇!垒塾垒关于论文使用授权的说明学位论文．作者完全了解北京化工大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京化工大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅

2、；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。保密论文注释：本学位论文属于保密范围，在一年解密后适用本授权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。作者签名：选玉!篷日期：型坚皇墨垒墨!垒导师签名：二堡塑日期：兰!世圭曼△墨!坠学位论文数据集中图分类号TK73学科分类号470．3030论文编号1001020141318密级、公开学位授予单位代码100lO学位授予单位名称北京化工大学作者姓名赵云峰学号2011201318获学位专业名称’流体机械及工程获学位专业代码080704．课题来源北京市教科委研究方

3、向潮流能开发利用·论文题目水平轴潮流能变桨机构设计分析与实验研究关键词潮流能，变桨，结构设计，动态仿真论文答辩日期2014．5．24·论文类型应用研究’学位论文评阅及答辩委员会情况姓名职称工作单位学科专长指导教师蔡晓君教授北京石油化工学院机械工程评阅人1王殿君教授北京石油化工学院机械工程评阅人2王文祥高工中海油研究总院机械工程评阅人3评阅人4评阅人5撇员蝴王奎升教授北京化工大学石油机械教授级高安川首钢机器人有答辩委员1曾孔庚焊接机器人工限公司答辩委员2焦向东教授北京石油-it,s_学院焊接自动化答辩委员3刘录教授。．北京石油化工学院机械振动与密封答辩委员4王殿君教授北

4、京石油化工学院机械工程答辩委员5·刘强讲师北京石油化工学院机械工程注：一．论文类型：1．基础研究2．应用研究3．开发研究4．其它二．中图分类号在((中国图书资料分类法))查询。三．学科分类号在中华人民共和国国家标准(GB／T13745-9)((学科分类与代码))中查询。四．论文编号由单位代码和年份及学号的后四位组成。水平轴潮流能变桨机构设计分析与实验研究摘要世界能源短缺日益严重，可再生能源的发展刻不容缓，潮流能作为可再生能源之一，尤其对于沿海城市来说，具有十分庞大的发展潜力，水平轴潮流能发电装置就是一种利用潮流动能发电的新型复杂机电系统。近年来，世界各国能源机构纷纷涉

5、足该领域的开发利用，而如何提高潮流能发电装置捕能效率成为各能源机构研究的重点，采用变桨距系统就是一种提高捕能效率的有效方式。本文针对500W水平轴潮流能发电实验装置的变桨系统进行理论计算、结构设计、强度分析、控制系统仿真和实验研究。根据北京市教委关于潮流能装置的项目设计要求，论文首先系统地阐述潮流能发电的理论基础及变桨原理，在这基础上对变桨所需参数(升阻系数、变桨载荷)进行理论计算，通过CFD软件FLUENT验证了雷诺数相同的情况下，翼型在潮流能应用中的升阻系数和风电是一致的，因此潮流能装置计算过程中的升阻系数可以直接采用Xfoil等气动软件获得；在已知升阻系数的基础

6、上编译了变桨载荷的计算程序，得出潮流能变桨机构所承受的载荷主要是水动力矩和摩擦力矩。考虑到小型潮流能发电装置的结构、环境、成本等因素，在获得的变桨参数基础之上进行变桨机构的结构设计，并在PRO／E上建立其三维模型，对于实验样机的设计具有一定的参考价值。同时，运用有限元软件对潮流能实验装置变桨机构的关键零件(变桨传动齿轮、变桨轴承)进行强度校核和静强度分析，证明该变桨机构是可靠的。北京化丁大学硕士学位论文变桨机构的控制系统是实现变桨运动的关键，本文着重通过Simulink建立变桨执行机构的三闭环PID控制系统，对其进行动态仿真，分别分析输入信号、位置环的Kp尉、扰动信号

7、对整个系统的影响，证明选择合适的PID参数能够有效提高控制系统的响应精度和响应速度。之后，基于模糊算法进一步优化潮流能变桨机构的电控系统，比较PID控制与模糊控制的优劣，并提出了有效的改进方案。最后搭建半模拟实验台，基于PLC程序，通过PC监视变桨电机的变桨位置，证明PID控制对变桨机构是有效的。关键词：潮流能，变桨，结构设计，动态仿真StudyontheVariablePitchSystemoftheHorizontalAxisTidalCurrentTurbinesWiththeshortageofenergy，thedevelopmentofr