本文選題：飛輪儲能系統(tǒng)　切入點(diǎn)：主動電磁軸承系統(tǒng)　出處：《浙江大學(xué)》2012年碩士論文

【摘要】：飛輪儲能技術(shù)是一種高效的能量轉(zhuǎn)換與儲存方法,利用高速旋轉(zhuǎn)的飛輪存儲機(jī)械能,通過換能裝置實(shí)現(xiàn)電能與機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)換。相對其他儲能方法,具有功率密度大、單位質(zhì)量儲能值高、壽命長、無污染、充放電迅速等優(yōu)點(diǎn),目前在不間斷電源、脈沖電源、航空航天等諸多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。 主動電磁軸承是利用可控的電磁力將轉(zhuǎn)子懸浮起來,具有無磨損、無需潤滑、高轉(zhuǎn)速、動態(tài)特性可調(diào)等突出優(yōu)點(diǎn),特別適合飛輪儲能這種高速旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)。但是,由于飛輪轉(zhuǎn)子的極轉(zhuǎn)動慣量與橫向轉(zhuǎn)動慣量的比值較大,高速下的強(qiáng)陀螺效應(yīng)對轉(zhuǎn)子剛性模態(tài)頻率影響非常大,傳統(tǒng)的分散PID控制已經(jīng)不能滿足要求了,需要利用新的控制算法來對陀螺效應(yīng)進(jìn)行抑制。 本文在分析主動電磁軸承基本工作原理的基礎(chǔ)上,建立了主動電磁軸承系統(tǒng)的單自由度和四自由度動力學(xué)模型。然后,從力學(xué)的角度分析了陀螺效應(yīng)產(chǎn)生的原理以及各種性質(zhì)的力和力矩對飛輪轉(zhuǎn)子的影響,并對各種轉(zhuǎn)速下飛輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的穩(wěn)定性做了詳細(xì)的分析,為后面控制算法的設(shè)計(jì)指明了方向。 在穩(wěn)定性分析的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了線性狀態(tài)反饋解耦控制、交叉反饋控制以及模態(tài)解耦控制三種控制算法,并對其性能進(jìn)行了仿真分析。以dSPACE系統(tǒng)為核心設(shè)計(jì)了主動電磁軸承控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),分別介紹了硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試過程。最后對不同轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)子不同方向上的位移曲線和不同平面運(yùn)動軌跡圖進(jìn)行分析,可以看出控制器對陀螺效應(yīng)起到了有效的抑制,并具有較強(qiáng)的動態(tài)性能和抗干擾能力。
[Abstract]:Flywheel energy storage technology is an efficient energy conversion and storage method. The high-speed rotating flywheel is used to store mechanical energy, and the conversion between electrical energy and mechanical energy is realized by means of energy transfer device. Compared with other energy storage methods, the flywheel has a high power density. With the advantages of high energy storage per unit mass, long life, no pollution, rapid charge and discharge and so on, it has been widely used in many fields such as uninterruptible power supply, pulse power supply, aerospace and so on. Active electromagnetic bearing (AMB), which suspends rotor by controllable electromagnetic force, has many outstanding advantages, such as no wear, no lubrication, high rotational speed and adjustable dynamic characteristic, etc. It is especially suitable for high-speed rotating system such as flywheel energy storage. Because the ratio of polar moment of inertia to transverse moment of inertia of flywheel rotor is large, the strong gyroscope effect at high speed has a great influence on the rigid mode frequency of rotor. The traditional decentralized PID control can not meet the requirements. A new control algorithm is needed to suppress the gyro effect. On the basis of analyzing the basic working principle of active magnetic bearing, the dynamic models of single and four degrees of freedom of active magnetic bearing system are established in this paper. The principle of gyroscope effect and the influence of force and torque on flywheel rotor are analyzed from the angle of mechanics, and the stability of flywheel rotor system under various rotational speeds is analyzed in detail. It points out the direction for the design of the control algorithm. On the basis of stability analysis, three control algorithms, namely linear state feedback decoupling control, cross feedback control and modal decoupling control, are designed. Based on the dSPACE system, the active magnetic bearing control experiment system is designed. The design and debugging process of hardware system and software system are introduced respectively. Finally, the displacement curve and plane motion trajectory of the rotor are analyzed under different rotational speeds. It can be seen that the controller can restrain the gyro effect effectively and has strong dynamic performance and anti-interference ability.
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：TH133.3

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本文編號：1670762