冲,就会旋转l个脉冲对应的角度,从而实现定位。同时,伺服电机尾部的编码器本身具备发出脉冲的功能,所以伺服电机每旋转一个角度,编码器都会发出对应数量的脉冲,这样,伺服驱动器接收了伺服电机编码器的脉冲信号形成闭环,如此一来,系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机,同时又收了多少脉冲回来,两者相互比较,就能够很精确的控制电机的转维护,要换碳刷,容易产生电磁干扰,对环境有一定的要求。因此，它动,从而实现精确的定位.
直流伺服电机可分为有刷和无刷电机.有刷电机成本比较低,结构相对简单,启动转矩较大,调速范围宽,控制容易,但需要可以用于对比较在意成木的民用工业。无刷电机体积小,重量较轻,出力大,响应较快,速度高,惯量小,转动平滑,力矩稳定但是控制复杂,容易实现智能化,采用电子换相方式,可以方波换相或正弦波换相。电机免维护,使用效率很高,运行温度相对较低低,电磁辐射很小,寿命一长,适用于各种环境。
2、交流伺服电机也是无刷电机,分为同步电机和异步电机,目前运动控制中般都用同步电机,它的功率范围大,而且可以做到很大的功率大惯量的电机,额定转速和最高转动速度较低,且电机随着功率增大而快速降低。因而适合做低速平稳运行的场合。
3、永磁伺服电机内部的转子是永磁铁,驱动器控制的三相电形成定子电磁场,转子在此磁场的作用下转动,同时电机末端的编码器把电机的位移信号给驱动器,驱动器根据反馈值与目标值进行比较,调整转子转动的位移，因此伺服电机的精度决定于编码器的精度.
4、伺服电机的PID控制伺服电机的一个显著的特点在于它的PID控制,如图2-7例(P)控制比例控制是一种简单.的控制方式控制器的输出与输入误差信号成比例关系系统中,当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差(Steady一Stateerror).积分(1)在积分控制中,控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系在一个自动控制系统中,如果在进入稳态后存在稳态误差,则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统(SystemwithSteady一stateError)。目前,为了消除稳态误差,在控制器中必须引入积分项，积分项取决于误差对时间的积分,随着时间的增加,积分项会增大这样一来,即便误差很小,积分项也会随着时间的增加而加大,它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小,直到等于零。因此,比例积分(Pl)控制器,可以使系统在进入稳态后无稳态误差PI控制器
是较为常用的一种控制器。
图2-7伺服系统的控制系统
在微分控制中,控制器的输出与输入误差信号的微分(即误差的变化率)成正比关系通常,自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳其原因是由于存在有较大惯性环节或有滞后环节。在控制器中加入微分项,能预测误差变化的趋势,比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。但是微分控制通常和上两种控制器配合使用,不能单独使用。
5)PID控制器的参数整定，PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数积分时间和微分时间的大小PID控制器参数整定的方法很多,概括起来有两大类:一是理论计算整定法主要是依据系统的数学模型,经过理论计算确定控制器参数但是这种方法所得到的计算数据未必可以直接用,还必须通过工程实际进行调整和修改二是工程整定方法,它主要依赖工程经验,直接在控制系统的试验中进行,不断调试,这个方式方法简单，易于掌握,在工程实际中被广泛采PID控制器参数的工程整定方法.主要有临界比例法。反应曲线法和衰减法三种三种方法各有其特点,其共同点都是通过试验,然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。但是无论我们采用哪一种方法所得到的控制器参数,都需要在实际运行中进行最后试与完善。现在,一般采用的是临界比例法。利用该方法进行PID控制器参数的整定步骤如下:(l)首先预选择个足够短的采样周期让系统上科:(2)仅加入比例控制环自到
系统对输入的阶跃响应出现临界振荡,这时的比例放大系数和临界振荡周期.的数值:(3)通过公式计算得到PID控制器的参数。 变桨交流伺服和直流伺服的优缺点：
变桨伺服电机可分为直流伺服和交流伺服,又可细分为直流串励同步电机和直流永磁同步电机,和交流串励同步电机.和交流永磁同步电机。
目前在风电场变桨系统上主要使用的是直流永磁同步伺服电机和交流永磁同步伺服电机。直流永磁同步伺服电机。体积大,重量大,有换向器和电刷,安装和维护较为不便,但是在外部电源掉电的情况和变桨驱动器故障时可以直接使用后备电源供电及时顺桨保证风机的安全。
交流永磁同步电机,体积较小,功率较大,重量轻,无电刷,安装维护方便。但是在外部掉电的情况下,后备电源要通过驱动器逆变之后才能驱动电机顺桨,有可能由几种区动器故障而不能及时顺桨导致风机事故。 2.3.2减速机
减速机通常也齿轮箱,是一种传动机构,利用不同大小齿轮的啮合,将电机的转速减到所要的转速,并得到较大转矩的机械装置在目前用于传递动力与运动的机构中,减速机的应用范围相当广泛,几乎在各式机械的传动系统中都能用到从交通工具的船舶汽车机车,建筑用的重型机具到机械工业所用的加工机具及自动化生产设备其应用从大动力的传输工作,到小负荷,精确的角度传输都可以见到减速机的应用,目前在工业应用上,减速机具有减速及增加转矩功能,因此广泛应用在速度与扭矩的转换场合。 减速机的作用
l)降速同时提高输出扭矩,扭矩输出比例按电机输出乘减速比,但要注意不能超出减速机额定扭矩。
2)减速同时降低了负载的惯量,惯量的减少为减速比的平方， 以上公式是减速机的输出扭矩计算方法,但是选择电机,要选择减速器负载能力相匹配的电机功率才行,不同速比应选择不同功率的电机,功率过大,会增加减速机的噪音井且降低减速机的寿命。
2.3.3变桨控制器
通常是用Mot1onPLC或者是控机作为变桨控制器,该控制器主要负责变桨控制系统的传感器信号监控和控制伺服电机进行运行,根据主控系统传递过来的风速信号和功率信号,通过变桨减速机带动桨叶转动,调整桨趾角,保证风力发电机有稳定的输出功率这里用的Mot1onPLC,是集成了PLC强大的逻辑功能和运动控制器位控功能,要既能够控制和处理多点模拟量和数字量的输入输出,也能够输出高精度的电压或者电流信号并接收编码器或者光栅尺的反馈构成闭环进行伺服电机控制。并且要要兼容多种通讯接口,如CAN总线,Rs232,RS485以太网和主控系统以及触摸屏,编码器进行通讯。同时也要距要对恶劣环境的适应能力而工控机通常的优势在于强大的CPU,高速的总线控制或者工业以太网通讯控制方式。 2.3.4编码器
编码器是将角度,位移,速度等物理量转换成模拟信号或者数字信号等电信号,用于显示或者进行闭环控制,并且可以通讯和储存的信号形式的电子元件。编码器把角位移或直线位移转换成电信号,按照物理结构编码器可以分为接触式和非接触式两种。接触式编码器采用电刷输出,一电刷接触导电区或绝缘区来表示代码的状态是1还是O;非接触式的接受敏感元件是光敏元件或磁敏元件,采用光敏元件时以透光区和不透光区来表示代码的状态是1还是O,或者通过磁场的强弱变化来表示O还是1,通过1和O的二进制编码来将采集的物理信号转换为上位机可读的电信号用以通讯,传输和储存。
变桨系统中的编码器有两个,一个装在伺服电机的尾部反馈信号给伺服驱动器构成系统半闭环,还有一个安装在桨叶轴承上,通过小齿轮和齿圈咬合,直接测出桨叶转动的位移,把位置信号传送给变桨控制器,形成变桨系统的全闭环,在伺服系统半闭环内出现误差时,能准确的反映桨叶位置。
第3章 风力发电机变桨系统的硬件设计要
求及选型
参考国内外变桨系统,根据要求设计出硬件连接图,如图3-1
图3-1变桨系统硬件连接图
由图3-l可知变桨控制系统主要电气部件如下:
变桨控制控制器；伺服驱动器和伺服电机；编码器；备用电源；此外还包括限位开关,温度传感器,低压电器,电缆,触摸屏(有的集成在控制器上)参考国内外风电变桨系统的生产厂家包括LUST和SSB,以及国内风电场如东营风电场的具体情况,总结出风力发电变桨系统对各个组成硬件的大致要求,并根据要求选出主要硬件的型号。