江茂雄臺灣大學:工程科學及海洋工程學研究所林哲民Lin, Che-MingChe-MingLin2010-07-142018-06-282010-07-142018-06-282009U0001-2707200919260900http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/188971本文旨在建立大型風力發電機變螺距控制實驗系統，設計創新之葉片可變螺距機構，結合創新變轉速泵控系統驅動液壓螺距控制系統，建立實驗系統，並結合現代控制理論-具自調式模糊滑動補償之適應性模糊控制器，在無擾動和有擾動的情況下進行風力發電機葉片螺距角閉迴路控制，使風力發電機在高於額定風速時，發電量可以維持額定功率的輸出。由於變轉速泵控液壓系統具有高響應、高效率及高強健性、體積小、不易發熱等優點，相當適合應用於大型風力發電機，特別是離岸型風力發電機液壓伺服控制系統，故本研究發展變轉速泵控系統驅動液壓變螺距控制系統應用於大型風力發電機。本研究同時結合變轉速泵控液壓系統驅動變螺距控制之實驗系統與風力發電機子系統如葉片空氣動力、行星齒輪增速系統、永磁式發電機系統以及轉向系統等之動態模擬程式，以硬體迴路方式進行變動風速下實際之液壓變螺距角度控制以及風力發電機全系統之動態特性分析。This paper aims to develop a novel variable pitch control system of a large wind turbine which contains a novel mechanism design of the variable pitch control system, a variable rotational speed pump-controlled hydraulic driving system and a PC-based control system with a pitch controller designed by the adaptive fuzzy controller with self-tuning fuzzy sliding-mode compensation (AFC-STFSMC). The blade pitch control of the wind turbine is implemented under different disturbance conditions for maintaining the constant rated power output of the generator as the wind speed is larger than the rated wind speed. The variable rotational speed pump-controlled hydraulic driving system has the advantages of high response, high energy efficiency, small dimension and high robustness such that it is very suitable for driving the blade pitch control of an off-shore wind turbine. Besides, hardware-in-the-loop which combines the dynamic simulation of the main subsystems, including the aero-dynamics of blades, gear box and permanent magnet synchronous generator, and the experiment system of the novel variable pitch control system, is implemented for realize the practical pitch control and analyze the dynamic characteristics of the overall wind turbine system under variable wind speed.誌謝 I文摘要 IIBSTRACT III錄 IV目錄 VI目錄 VIII一章 緒論 1.1 前言 1.2 文獻回顧 1.2.1 風力發電機組回顧及分析 2.2.2 控制理論回顧 3.2.3 變轉速泵控液壓系統回顧 4.2.4 硬體迴路(Hardware in the loop)回顧 4.3 研究動機 6.4 本文架構 7二章 實驗系統架構與設備 9.1 風力發電機簡介 9.2 風力發電機系統控制 11.3 風力發電機變螺距控制實驗系統設計與建立 13.3.1 液壓系統 16.3.2 葉片可變螺距機構 19.3.3 角度感測器及壓力感測器 21.3.4 PC-based控制系統 22三章 風力發電機系統動態數學模型 23.1 風機葉片模型 24.2 變速箱動態數學模型 25.3 創新液壓變螺距系統 26.3.1 變轉速泵控液壓伺服系統數學模型 26.3.2 創新液壓變螺距機構 29.4 發電機系統 31.4.1 永磁式同步發電機動態數學模型 31.5 轉向系統 36.5.1 轉向系統動態數學模型 37四章 控制理論和控制器設計 41.1 變螺距液壓控制系統架構 41.2 變螺距液壓控制系統控制器設計 42.2.1 模糊控制理論 42.2.2 滑動模式控制理論 44.2.3 模糊滑動控制理論 45.2.4 具自調式模糊滑動補償之適應性模糊控制器 49.3 變螺距系統控制策略 54五章 模擬與實驗結果討論 57.1 變螺距系統之開迴路控制模擬與實驗 58.2 變螺距系統無擾動力矩下之控制模擬 60.2.1 變螺距系統無擾動之螺距角五階軌跡-定位控制模擬 62.2.2 變螺距系統無擾動之螺距角正弦波軌跡追蹤控制模擬 66.3 變螺距系統無擾動力矩下之控制實驗 70.3.1 變螺距系統無擾動之螺距角五階軌跡-定位控制實驗 71.3.2 變螺距系統無擾動之螺距角正弦波軌跡追蹤控制實驗 75.3.3 變螺距系統無擾動力矩下之模擬與實驗結果綜合比較 79.3.4 變螺距系統無擾動力矩下不同控制器之實驗結果比較 80.4 變螺距系統於擾動力矩下之控制實驗 83.4.1 變螺距系統擾動下之螺距角五階軌跡-定位控制實驗 84.4.2 變螺距系統擾動下之螺距角正弦波軌跡追蹤控制實驗 91.5 風機全系統整合控制下螺距角控制模擬與實驗 98六章 結論與建議 103考文獻 104件一 1083068992 bytesapplication/pdfen-US風力發電機變轉速泵控液壓伺服變螺距控制模糊滑動控制硬體迴路wind turbinevariable rotational speed hydraulic pump-controlled servo systemspitch controladaptive fuzzy controller with self-tuning fuzzy sliding-mode compensationhardware-in-the-loop[SDGs]SDG7thesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/188971/1/ntu-98-R96525024-1.pdf