风力机桨距系统的故障诊断与容错控制研究

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1、分类号密级硕士学位论文题目：风力机桨距系统的故障诊断与容错控制研究英文并列题目：ResearchonFaultDiagnosisandFault-TolerantControlofthePitchSysteminWindTurbines研究生：李意扬专业：控制科学与工程研究方向：控制理论与控制工程导师：吴定会副教授指导小组成员：学位授予日期：2015年6月答辩委员会主席：纪志成江南大学地址：无锡市蠡湖大道1800号二○一五年六月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成栗。尽我所知，除

2、了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人为获得江南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。签名：日期：yd5关于论文使用授权的说明本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规定：江南大学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，九许论文被查阋和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文，并且本人电

3、子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定9签名：j切V导师签名：______________曰期：2。丨孓•摘要风能是世界上增长最快、最具竞争力的可再生能源。随着对风能需求的增加，单机容量不断增大，大型风力机所在的沙漠、草原和海边等恶劣环境，对机组及其零部件的安全运行构成严重威胁。受制于远离人烟的运行环境，定期对机组检修非常昂贵，导致大部分风电机组只能带故障运行。在风电系统中引入故障诊断和容错控制技术，可以及早的发现故障，及时阻止故障传播，在定期维护开展之前，继续维持稳定的电能输出。桨距系统是

4、风电机组的重要组成部分，风力机通过改变桨距角来改变所捕获风能的功率。当桨距执行器发生故障后，桨距系统的动态响应速度受到限制，造成在额定风速以上时，输出功率不稳定。在此背景下，本课题研究风力机桨距系统的故障诊断和容错控制方法，具体内容如下：在简化建模的原则下，重点关注桨距系统和与桨距系统有关的部件，建立风速模型、塔架模型、桨距执行器模型、传动机构模型和发电机模型。针对桨距系统中泵磨损、液压泄露和液油空气含量过高等故障的特点，建立桨距系统的故障模型。选取适合的状态变量，建立风力机的状态空间表达式。基于桨距系统的连续时间模型，采

5、用脉冲不变zs变换，将其转换为差分方程和系统辨识模型。根据桨距执行器故障的特点，将故障诊断问题转换为系统参数辨识问题，然后采用多新息随机梯度系统辨识方法提高算法的收敛速度并减少计算量。仿真结果验证了故障诊断方法在桨距系统中的有效性。针对风力机具有非线性和参数的不确定性的特征，提出了基于线性变参数(linearparametervarying,LPV)增益调度的风力机主动容错控制方法，降低故障对机组动态特性的影响。基于LPV凸分解方法，将风力机的非线性模型转化为具有凸多面体结构LPV模型，利用线性矩阵不等式(linearm

6、atrixinequalities,LMIs)技术对凸多面体各个顶点分别设计满足性能要求的控制器，再利用各顶点设计的反馈控制器得到具有凸多面体结构LPV容错控制器。仿真结果表明，LPV增益调度技术可以成功地应用于风力机系统的主动容错控制。关键词：风力机；故障诊断；容错控制；系统辨识；LPV增益调度技术IAbstractWindenergyisoneoftheworld’sfastestgrowingandmostcompetitiverenewableenergy.Withtheincreasingdemandforwin

7、denergy,thecapacityofsinglewindturbineisincreasing.Theharshenvironmentsoflargewindturbines,suchasdeserts,grasslandsandthesea,haveposedaseriousthreattothesafeoperationofunitsandparts.Duetheremoteenvironment,itisveryexpensivetoperformaregularmaintenance,mostwindturb

8、ineshavetooperatewithfaults.Withthefaultdiagnosisandfaulttolerantcontrolmethodintroduced,thefaultcanbediscoveredandstoppedintime,andthewindturbineisable