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风力机变桨距电液动态加载系统用于在实验室条件下模拟作用在风力机桨叶轴上的负载力矩,以研究风力机变桨距控制策略或测试变桨距系统的性能,属于典型的被动式力矩加载系统,加载过程中存在多余力矩的干扰。然而,加载系统的传动链中不可避免的存在着机械间隙,间隙的非线性特性导致动态加载过程中的多余力矩变化复杂、难以补偿,降低了风力机变桨距电液动态加载系统的加载精度,严重时甚至影响加载系统的稳定性。 针对以上问题,以风力机变桨距电液动态加载系统为研究对象,按照加载传动链中间隙所处位置和结构形式的不同对其进行了分类,基于功率键合图方法,建立了含有间隙的风力机变桨距电液动态加载系统扩展键合图模型,利用20-sim软件平台对含间隙的风力机变桨距电液动态加载系统进行了仿真,分析了闭环内动力传动链间隙对加载系统中多余力矩和加载精度造成影响的作用机理,针对闭环内动力传动链花键间隙,提出了基于切换控制的补偿策略,在间隙内、外阶段采用不同的控制算法并实现平稳切换;针对闭环外动力传动链铰链间隙,设计了一种基于静压支撑原理的零间隙铰链。最后,根据实际参数,制作了风力机变桨距电液动态加载实验台,并设计了间隙的调节、测量装置和实验台测试控制系统。 20-sim仿真结果表明:闭环内动力传动链机械间隙因其非线性和能量集聚效应,当且仅当在变桨距系统的启动和换向时刻,导致风力机变桨距电液动态加载系统多余力矩变化复杂,加载力矩发生突变,系统加载精度严重下降,在间隙值分别为0mm、0.2mm、0.4mm、0.6mm和0.8 mm时,多余力矩峰值分别为3.7Nm、18.2Nm、47.7Nm、110.9Nm和164.2Nm,加载精度分别为:1.9%、9.1%、23.9%、55.5%和82.1%,间隙值达到0.9mm时,加载系统输出力矩出现极限环振荡,不能正常加载。