基于变频控制的风电叶片模具液压翻转机构电液系统研究

【摘要】：大型风电叶片模具分上下两半，它是生产风电叶片的专用设备，生产中上半模具翻转实现两模具合并。液压翻转系统的使用改变天车翻转模具的工况，大大提高了风电叶片的生产效率。但是现有模具液压翻转系统的不足之处是：翻转过程角速度不平稳、同步性差，引起模具机构变型，进而导致所生产叶片质量问题；同时，液压系统溢流节流大，效率低，系统发热严重。因此，实现现有模具液压翻转的角速度平稳、多架同步、节能是有必要的。 本文以“理论分析——模拟仿真——现场实验验证”为主线，以理想翻转运动为目标，对现有的翻转机械结构进行运动学分析，得出在理想运动中翻转机构各个物理量之间的关系。结合所得的各个物理量间关系，从变频器-异步电机驱动出发，完成液压翻转系统的原理设计，进而建立液压系统仿真模型。 其次，本文提出变频电机控定量泵调速方案。针对变频电机控定量泵常用的V/f控制方式、转差频率控制、矢量控制等控制方法，分析比较将其各自应用于本系统的优缺点，得出矢量控制更适用于液压翻转系统的结论。从矢量变频原理出发建立本设计的矢量变频器-三相异步电动机数学与仿真模型，在此基础上提出符合工程设计的简化仿真模型，并进行相应的仿真工作。 最后，结合液压系统仿真模型和变频器-电机简化仿真模型，进行单翻转架匀速翻转PID控制仿真分析，针对仿真结果中机构奇异点抖动的问题，引入了模糊-PID复合控制，仿真及实验结果表明，模糊-PID复合控制对于改善翻转过程中奇异点抖动现象更具优势，所以最终选择模糊-PID复合控制。同时也对双翻转架同步控制进行控制策略研究，确定了等同主从结合的策略。并提出控制策略在工程控制软件中的实现方法。 【关键词】：大型风电叶片 模具翻转机构 矢量控制 同步控制 模糊-PID复合控制
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TH137.7
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 引言10-11
• 1.2 国内外风电模具翻转系统发展现状11-12
• 1.3 变频技术在液压领域应用的国内外概况12-14
• 1.4 课题来源以及研究意义与研究方向14-16
• 1.4.1 本课题的研究意义14-15
• 1.4.2 本课题的主要研究内容15-16
• 第2章 模具翻转机构与液压系统研究16-29
• 2.1 模具翻转机构工作原理16-18
• 2.1.1 风电叶片模具工作流程16-17
• 2.1.2 风电叶片模具翻转机构工作原理17-18
• 2.2 模具翻转机构分析研究18-25
• 2.2.1 模具翻转机构的奇异性分析18-19
• 2.2.2 翻转机构液压缸行程与流量数学模型19-22
• 2.2.3 翻转机构液压缸推力数学模型22-25
• 2.3 模具翻转液压系统设计研究25-28
• 2.3.1 翻转机构液压系统设计25
• 2.3.2 平衡回路研究25-27
• 2.3.3 关键元件选取及液压系统建模27-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第3章 模具翻转系统变频调速技术研究29-44
• 3.1 交流变频调速的原理29-33
• 3.1.1 变频器的基本结构30-31
• 3.1.2 SPWM 技术的原理31-33
• 3.2 变频调速的策略研究33-35
• 3.2.1 U/f 控制方式33-34
• 3.2.2 转差频率控制34
• 3.2.3 矢量控制34-35
• 3.3 变频调速模块建模与仿真35-43
• 3.3.1 变频器-三相异步电动机选择35-36
• 3.3.2 变频器-三相异步电动机数学与仿真模型36-40
• 3.3.3 变频器-三相异步电动机简化控制模型40-43
• 3.4 本章小结43-44
• 第4章 模具翻转机构控制策略与仿真实验研究44-70
• 4.1 匀速 PID 控制仿真与试验研究44-54
• 4.1.1 PID 原理44-46
• 4.1.2 PID 控制仿真分析46-49
• 4.1.3 PID 控制器在 PLC 上的实现49-51
• 4.1.4 全过程的 PID 控制仿真及与试验对比分析51-54
• 4.2 匀速模糊 PID 复合控制仿真与试验研究54-63
• 4.2.1 模糊控制原理54-55
• 4.2.2 模糊控制器设计55-58
• 4.2.3 模糊控制器在 PLC 上的实现58-59
• 4.2.4 模糊-PID 复合控制控程序实现59-60
• 4.2.5 模糊-PID 复合控制仿真试验研究60-63
• 4.3 同步策略研究与仿真试验分析63-67
• 4.4 变频器及其它实验设备67-69
• 4.5 本章小结69-70
• 结论70-71
• 参考文献71-74
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果74-75
• 致谢75-76
• 作者简介76

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