当今风电市场竞争激烈,只有掌握核心技术、在风电的各项关键技术上进行突破和创新,才能牢牢把控市场,立于不败之地。变桨电液作动器系统是一种结合了传统液压变桨和电动变桨优势的技术方案。本文采用数学建模分析、仿真研究相结合的办法,对设计的2MW电液作动器系统的工作模式和控制方法进行了系统深入的研究。主要研究内容及结论如下:1.在现有电液作动器的工作原理、工作模式的基础上,设计改进了液压回路,使之满足变桨需求。利用ADAMS软件计算了桨距角和液压缸伸缩量的关系,然后通过BLADED计算2MW风力机的变桨距载荷,作为液压元件和电机选型的载荷依据。根据液压回路特点、各液压元件和电机的结构形式,设计了液压集成阀块,并进行了三维零件组装,利用装配体模型分析了电液作动器的模态。与其它几阶模态相比,3阶和4阶模态振动范围最大,并且谐响应在三阶和四阶模态频率附近共振幅度最大,所以作动器的固有频率位于50Hz-75Hz之间。2.根据2MW电液作动器系统的构成和工作原理,可以完成4种工作模式:开桨、关桨、正常变桨运行、紧急关桨。以风力机、液压系统和永磁交流伺服电机的相关理论为基础,建立了系统各主要元件的数学模型和AMEsim仿真模型。利用AMEsim多系统联合仿真的优势,搭建了液压系统、机械系统、永磁伺服电机和控制系统,通过仿真,研究了电液作动器在开桨、关桨、正常变桨运行、紧急关桨时的系统响应特性,结果表明系统可以完成正常开桨、关桨、紧急关桨任务,但是在变桨运行阶段,正弦跟随信号的波峰和波谷会出现“平头”现象,影响系统的响应性能,出现这种现象的原因主要是电机换向、补油阀切换、双向液压锁切换;随着输入信号频率的增大,PID+PID控制下系统跟随速度和幅值会显著的下降。考虑到后期电液作动器齿轮泵磨损造成的效率下降、液压油缸内泄漏及外泄漏、系统油液进气、风载荷冲击等情况,运用AMEsim批处理功能研究了泵效率下降、液压油缸内泄漏及外泄漏、系统油液进气和载荷冲击对系统响应的影响,结果表明以上的这些故障都会影响系统的响应特性,特别是液压缸的泄漏、阶跃及正弦风载荷的施加,造成系统跟随曲线的“畸形”,油缸将会出现抖动现象;油液进气量显著增大,将会造成跟随曲线波谷“平头”加重,影响系统响应性能。3.针对PID+PID控制的缺点,提出了从算法方面进行改进,从而提高系统响应特性的策略。本文控制环节主要由位置环、速度环和电流(转矩)环,其中位置环和速度环由传统的PID控制器构成,由于其固有的缺陷,提出了一种用自抗扰控制器替代位置环的PID控制器,构成自抗扰+PID控制的方案,结果表明这种控制方式较PID+PID控制,指令信号的跟随性、对载荷冲击的抵抗和修正能力及对系统元件结构参数变化(泵效率下降,造成的排量下降)的补偿力都明显优于后者。本文针对传统液压变桨和电动变桨存在的问题,将电液作动器引入到风力机变桨系统。先进行变桨载荷计算、元件选型,其次对主要元件建立了数学模型,最后借助AMEsim和MATLAB平台对系统进行仿真分析,结果表明,电液作动器系统能准确、快速的完成风力机变桨任务,并且自抗扰技术的引入可以有效解决传统PID控制的缺陷,提高系统响应性能。