【摘要】：能源、環(huán)境成為當(dāng)今人類生存與發(fā)展所面臨的緊迫問題。常規(guī)化石能源極為有限且污染人類的生存環(huán)境,因此,對潔凈的可再生能源的開發(fā)利用引起了世界各國的高度重視。風(fēng)能源于太陽能,其安全、廉價且儲量大,因此成為新能源開發(fā)中的主要能源。 風(fēng)力發(fā)電是人類利用風(fēng)能的最主要形式,風(fēng)力機是捕獲風(fēng)能的主要裝置。目前,人們對水平軸風(fēng)力機的研究已經(jīng)十分成熟,且形成完善的水平軸風(fēng)力機設(shè)計及控制理論體系。垂直軸風(fēng)力機安裝、維護便利,且凈噪特性好,但有關(guān)垂直軸風(fēng)力機的研究卻很少,還沒有形成完善的分析、設(shè)計和控制理論體系。 本文的研究對象為兩葉結(jié)構(gòu)半轉(zhuǎn)式垂直軸風(fēng)力機,這種風(fēng)力機巧妙地利用了半轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu),不僅一定程度上提高了垂直軸風(fēng)力機的風(fēng)能利用效率,還克服了傳統(tǒng)型兩葉結(jié)構(gòu)垂直軸風(fēng)力機無法自啟動的缺點。較之三葉結(jié)構(gòu)半轉(zhuǎn)式垂直軸風(fēng)力機,其輕巧簡單、故障率低,在相同風(fēng)速下還具有更高的轉(zhuǎn)速。本文根據(jù)風(fēng)力機半轉(zhuǎn)機構(gòu)的特點,分析了兩葉半轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)垂直軸風(fēng)力機結(jié)構(gòu)參數(shù)與風(fēng)力機風(fēng)能利用效率之間的關(guān)系,同時分析了葉片攻角對風(fēng)力機工作效率的影響。通過旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的方法建立了風(fēng)力機數(shù)學(xué)模型,并在MATLAB平臺下對其數(shù)學(xué)模型進行了仿真,還設(shè)計出了該結(jié)構(gòu)風(fēng)力機的控制器。 針對半轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)垂直軸風(fēng)力機的特點,本文采用了變槳距控制。由其數(shù)學(xué)模型可知,該結(jié)構(gòu)的垂直軸風(fēng)力機系統(tǒng)為一個非線性系統(tǒng)。因此,采用常規(guī)PID控制算法難以獲得滿意的控制效果。鑒于智能控制技術(shù)在水平軸風(fēng)電系統(tǒng)中的成功應(yīng)用,本文針對風(fēng)力機數(shù)學(xué)模型探索了基于RBF模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能控制,經(jīng)MATLAB仿真分析表明,較之常規(guī)PID控制,RBF模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制具有較好的控制效果,證明了RBF模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在半轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)垂直軸風(fēng)力機控制系統(tǒng)中應(yīng)用的可行性。
【圖文】：

及維護成本低等優(yōu)點，已成為當(dāng)今風(fēng)力發(fā)電研究的熱點[20]。水平軸風(fēng)力機相關(guān)理論完善、風(fēng)能利用效率高及技術(shù)成熟，一直占據(jù)著風(fēng)電市的大部分份額。而傳統(tǒng)型垂直軸風(fēng)力機由于相關(guān)理論欠缺、風(fēng)能利用效率低及啟性能差等缺點致使其長期以來不能得到人們的重視。但是，由于垂直軸風(fēng)力機結(jié)簡單、易于制造、且安裝與維護均比較方便，因此近年來又引起不少風(fēng)電愛好者感，企圖通過對其結(jié)構(gòu)進行合理的設(shè)計來改變其空氣動力特性，提高風(fēng)能利用效。隨著科技的發(fā)展與人類認(rèn)識水平的不斷提高，人們發(fā)現(xiàn)升力型風(fēng)輪的葉尖速比至可達(dá)到 6，這種垂直軸風(fēng)力機的風(fēng)能利用效率已不低于水平軸風(fēng)力機[21,22]。垂直軸風(fēng)力機的風(fēng)輪轉(zhuǎn)動與風(fēng)向無關(guān)，故無需迎風(fēng)裝置。垂直軸風(fēng)力機按照空對葉片做功形式的不同可分為阻力型和升力型。阻力型風(fēng)力機的典型代表為vonius 型（S 型），如圖 1.1 所示。這種風(fēng)機具有轉(zhuǎn)矩大、可自行啟動等特點，但輪轉(zhuǎn)速低，且風(fēng)輪產(chǎn)生的不對稱氣流會對其產(chǎn)生側(cè)向推力；升力型風(fēng)力機的典型表為 Darrieus 型（Φ 型），如圖 1.2 所示。這種風(fēng)機運行速度高且運行過程中所承的離心力小，，但其起動性能較差[23]。

及維護成本低等優(yōu)點，已成為當(dāng)今風(fēng)力發(fā)電研究的熱點[20]。水平軸風(fēng)力機相關(guān)理論完善、風(fēng)能利用效率高及技術(shù)成熟，一直占據(jù)著風(fēng)電市的大部分份額。而傳統(tǒng)型垂直軸風(fēng)力機由于相關(guān)理論欠缺、風(fēng)能利用效率低及啟性能差等缺點致使其長期以來不能得到人們的重視。但是，由于垂直軸風(fēng)力機結(jié)簡單、易于制造、且安裝與維護均比較方便，因此近年來又引起不少風(fēng)電愛好者感，企圖通過對其結(jié)構(gòu)進行合理的設(shè)計來改變其空氣動力特性，提高風(fēng)能利用效。隨著科技的發(fā)展與人類認(rèn)識水平的不斷提高，人們發(fā)現(xiàn)升力型風(fēng)輪的葉尖速比至可達(dá)到 6，這種垂直軸風(fēng)力機的風(fēng)能利用效率已不低于水平軸風(fēng)力機[21,22]。垂直軸風(fēng)力機的風(fēng)輪轉(zhuǎn)動與風(fēng)向無關(guān)，故無需迎風(fēng)裝置。垂直軸風(fēng)力機按照空對葉片做功形式的不同可分為阻力型和升力型。阻力型風(fēng)力機的典型代表為vonius 型（S 型），如圖 1.1 所示。這種風(fēng)機具有轉(zhuǎn)矩大、可自行啟動等特點，但輪轉(zhuǎn)速低，且風(fēng)輪產(chǎn)生的不對稱氣流會對其產(chǎn)生側(cè)向推力；升力型風(fēng)力機的典型表為 Darrieus 型（Φ 型），如圖 1.2 所示。這種風(fēng)機運行速度高且運行過程中所承的離心力小，但其起動性能較差[23]。
【學(xué)位授予單位】：中原工學(xué)院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：TK83

【參考文獻(xiàn)】

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