CN116838781B - 一种长寿命风力发电齿轮箱润滑系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种长寿命风力发电齿轮箱润滑系统及方法，涉及齿轮箱润滑系统技术领域，通过风速采集模块，设置风速计采集风速信息；电机控制模块，负责检测和控制电机的转速；润滑系统模块，根据电机控制模块发送的信号调整油泵的排量，控制润滑油的供给量；负载检测模块，监测齿轮箱的负载变化；冷却器模块，用于控制润滑系统的冷却；冷却器模块包括冷却器和风扇，冷却器通过传感器监测润滑油的温度，并设定润滑油温度阈值，并且电机外部材料同样采用柔性电机支架，减少因电机震动引起的噪声误差，降低电机维持正常运转的转速，延长电机使用寿命，即延长了润滑系统的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及齿轮箱润滑系统技术领域，尤其涉及一种长寿命风力发电齿轮箱润滑系统及方法。
背景技术
电机失效的主要原因有振动，制造质量等。导致振动的因素主要有齿轮箱及电机本身高速运行等。而润滑系统要求设计寿命为十五到二十五年，尤其海上风机，设计寿命为二十五年，一旦电机损坏，由此带来的维护成本巨大。延长电机使用的使用寿命，即延长了润滑系统的使用寿命。
如申请公开号为CN115789233A的中国专利公开了一种风力发电齿轮箱润滑伺服控制系统，根据风速信息，齿轮箱启动后处于此风速下的最佳转速，润滑系统则根据设定的电机转速启动运行，运行后油温不断上升，油温上升导致冷却风扇电机启动，并以某一合适的转速运行，从而延长电机的使用寿命和降低能量消耗；
但是电机仍然会以较高的转速维持运转以及不能很好减少电机噪声的震动影响。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述现有一种长寿命风力发电齿轮箱润滑系统存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明目的是提供一种长寿命风力发电齿轮箱润滑系统。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
风速采集模块，设置风速计采集风速信息；
电机控制模块，负责检测和控制电机的转速；
其中，通过设置霍尔效应传感器获取电机转速信号，设定电机转速低速段阈值，并通过PID算法控制电机转速使其维持在低速段阈值正常运行；
电机，提供动力驱动系统，电机外壳采用柔性电机支架；
润滑系统模块，根据电机控制模块发送的电机转速信号调整油泵的排量，控制润滑油的供给量，还包括压力传感器和流量传感器用于监测系统的压力和流量，并将压力和流量信息提供给电机控制模块，电机控制模块根据润滑系统的反馈的压力和流量信息控制电机的转速；
负载检测模块，监测齿轮箱的负载变化；
其中，负载检测模块包括温度传感器、振动传感器来监测齿轮箱的工作状态；若检测齿轮箱负载突然增加，向润滑系统模块反馈温度、振动信号，使润滑系统模块调整油泵排量，保证润滑系统的正常运行；
冷却器模块，用于控制润滑系统的冷却；
冷却器模块包括冷却器和风扇，冷却器通过温度传感器监测润滑油的温度，并设定润滑油温度阈值。
作为本发明所述一种长寿命风力发电齿轮箱润滑系统的一种优选方案，其中：风速计测量周围空气的流动速度，并将风速计测量的流动速度转化为电信号输出,还用来获取实时的风速数据，判断环境中的风力状况。
作为本发明所述一种长寿命风力发电齿轮箱润滑系统的一种优选方案，其中：电机控制模块若遇到异常情况，电机控制模块提高电机转速并向润滑系统模块发送信号；若电机异常情况恢复，转速超出低速段阈值时则降低电机转速并向润滑系统模块发送信号。
作为本发明所述一种长寿命风力发电齿轮箱润滑系统的一种优选方案，其中：电机控制模块控制电机转速运行方法如下：
S100、构建基于PID算法的电机转速控制系统模型；
S200、设定电机正常情况下转速的低速阈值范围，通过电机转速控制系统模型计算维持电机运行低频转速；
S300、设定电机异常情况下转速的高速阈值范围，若遇到异常情况，则提高转速；
S400、异常情况解除后，电机转速回落至低速阈值范围。
作为本发明所述一种长寿命风力发电齿轮箱润滑系统的一种优选方案，其中：电机控制模块中构建基于PID算法的电机转速控制系统模型包括：
令电机转速控制系统输出结果为，电机转速控制电机转速误差为/>，电机转速控制系统模型表达式如下：
；
其中，为电机转速控制系统输出结果，/>为比例增益参数，表示对电机转速误差的比例增益，用于直接调节控制信号的大小，/>为电机转速误差电机转速误差，表示期望电机转速与实际电机转速之间的差异，/>为积分增益参数，表示对电机转速误差的积分增益，/>为电机转速误差积分项，用于处理电机转速误差的积分部分，/>为电机转速误差的时间积分，用于积分项的计算，/>为微分增益参数，表示对电机转速误差的微分增益，/>为电机转速误差的微分，表示电机转速误差的变化率。
作为本发明所述一种长寿命风力发电齿轮箱润滑系统的一种优选方案，其中：电机转速控制系统模型中，PID控制器参数具有非线性变化特点；
PID控制器比例增益参数非线性变化表达式如下：
；
其中，为比例增益的强度和对电机转速误差累积的敏感程度，/>为参数的基准值，用于调整整体的增益，/>为/>参数的比例增益，用于控制非线性部分的幅度，/>为/>参数的斜率参数，控制/>函数的斜率，即控制非线性部分的变化速率，/>为/>函数是双曲余割函数，/>是电机转速误差；
PID控制器微分增益参数非线性变化表达式如下：
；
其中，为微分增益的强度和对电机转速误差累积的敏感程度，/>为基准值，用于调整整体的增益，/>为/>参数的比例增益，用于控制非线性部分的幅度，/>为参数的指数增益，/>为/>参数的斜率参数，用于控制非线性部分的变化速率，为控制电机转速误差对PID控制器的微分增益参数/>的影响程度，/>为指数函数；
PID控制器微分增益参数非线性变化表达式如下：
；
其中，为积分增益的强度和对电机转速误差累积的敏感程度，/>为基准值，用于调整整体的增益，/>为/>参数的斜率增益，用于控制非线性部分的幅度，为电机转速误差经过积分增益/>调节后，再经过双曲正切函数的倒数的结果。
作为本发明所述一种长寿命风力发电齿轮箱润滑系统的一种优选方案，其中：电机低频转速通过调节电机转速误差改变电枢两端电压平均值来控制电机转速，电机低频转速计算公式如下：
；
其中，表示电机低频转速,/>表示电枢端电压，/>表示电枢电流，/>表示电枢电路总电阻，/>表示电动机结构系数，/>表示磁通量；
通过PID算法改变电枢电压的大小；
电动机电枢两端电压平均值：
；
其中，电枢两端电压平均值，/>表示电源电压，/>表示电机转速误差。
作为本发明所述一种长寿命风力发电齿轮箱润滑系统的一种优选方案，其中：润滑系统模块中压力传感器和流量传感器反馈实时流量和压力信息掌握润滑系统的工作状态，并根据需要调整油泵排量。
作为本发明所述一种长寿命风力发电齿轮箱润滑系统的一种优选方案，其中：冷却器模块中润滑油温度超过润滑油温度阈值时，冷却器模块向风扇发送信号，调整风扇的角度和风量，降低润滑油的温度。
一种长寿命风力发电齿轮箱润滑方法，包括以下步骤：
S1、连接风速采集模块、电机控制模块、电机、润滑系统模块、负载检测模块、冷却器模块并接通电源；
S2、设置风速计并进行校准，采集风速信息，定期采集风速信息，记录风速变化情况；
S3、通过传感器获取电机转速信号，设定电机转速低速段阈值，使其始终维持在低速段阈值范围内正常运行；
S4、根据电机控制模块，调整油泵的排量，控制润滑油的供给量；
S5、使用压力传感器和流量传感器监测润滑系统的压力和流量，将监测到的压力和流量信息提供给电机控制模块并根据润滑系统模块反馈的状态信息控制电机转速；
S6、安装温度传感器和振动传感器来监测齿轮箱的工作状态，检测齿轮箱负载变化，如果负载突然增加，向润滑系统模块反馈信号；
S7、设定合适的润滑油温度阈值，安装传感器来监测润滑油的温度，控制冷却器和风扇的运行。
一种计算机设备，包括存储器，用于存储指令；处理器，用于执行所述指令，使得设备执行实现一种长寿命风力发电齿轮箱润滑方法的操作。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现一种长寿命风力发电齿轮箱润滑方法的操作。
本发明的有益效果：本发明采用自动控制技术，将电机转速始终稳定在低速段，同时根据系统压力和流量反馈，增大油泵的排量，使润滑系统满足正常运行；极端情况下短时间内提高转速，一旦工况改变，立即降速运行；针对冷却器自动调节风扇角度，改变风量，根据油温适应润滑系统运行，并且电机外部材料同样采用柔性电机支架，减少因电机震动引起的噪声误差，降低电机维持正常运转的转速，延长电机使用寿命，即延长了润滑系统的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1所示为一种长寿命风力发电齿轮箱润滑系统整体结构示意图。
图2所示为一种长寿命风力发电齿轮箱润滑方法流程示意图。
图3所示为电机转速控制系统框图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
下面通过附图以及具体实施例对本发明技术方案做详细地说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本发明技术方案的详细的说明，而不是对本发明技术方案的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，字符"/"，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
实施例1
如图2所示，本实施例介绍一种长寿命风力发电齿轮箱润滑方法，包括：
S1、连接风速采集模块、电机控制模块、电机、润滑系统模块、负载检测模块、冷却器模块并接通电源；
S2、设置风速计并进行校准，采集风速信息，定期采集风速信息，记录风速变化情况；
风速计测量周围空气的流动速度，并将风速计测量的流动速度转化为电信号输出,还用来获取实时的风速数据，判断环境中的风力状况。
S3、通过传感器获取电机转速信号，设定电机转速低速段阈值，使其始终维持在低速段阈值范围内正常运行；
设定电机转速低速段阈值，并通过PID算法控制电机转速使其维持在低速段阈值正常运行，若遇到异常情况，电机控制模块提高电机转速并向润滑系统模块发送信号；若电机异常情况恢复，转速超出低速段阈值时则降低电机转速并向润滑系统模块发送信号。
电机控制模块控制电机转速运行方法如下：
S100、构建基于PID算法的电机转速控制系统模型；
S200、设定电机正常情况下转速的低速阈值范围，通过电机转速控制系统模型计算维持电机运行低频转速；
S300、设定电机异常情况下转速的高速阈值范围，若遇到异常情况，则提高转速；
S400、异常情况解除后，电机转速回落至低速阈值范围。
电机控制模块中构建基于PID算法的电机转速控制系统模型包括：
令电机转速控制系统输出结果为，电机转速控制电机转速误差为/>，电机转速控制系统模型表达式如下：
；
其中，为电机转速控制系统输出结果，/>为比例增益参数，表示对电机转速误差的比例增益，用于直接调节控制信号的大小，/>为电机转速误差电机转速误差，表示期望电机转速与实际电机转速之间的差异，/>为积分增益参数，表示对电机转速误差的积分增益，/>为电机转速误差积分项，用于处理电机转速误差的积分部分，/>为电机转速误差的时间积分，用于积分项的计算，/>为微分增益参数，表示对电机转速误差的微分增益，/>为电机转速误差的微分，表示电机转速误差的变化率。
电机转速控制系统模型中，PID控制器参数具有非线性变化特点；
PID控制器比例增益参数非线性变化表达式如下：
；
其中，为比例增益的强度和对电机转速误差累积的敏感程度，/>为参数的基准值，用于调整整体的增益，/>为/>参数的比例增益，用于控制非线性部分的幅度，/>为/>参数的斜率参数，控制/>函数的斜率，即控制非线性部分的变化速率，/>为/>函数是双曲余割函数，/>是电机转速误差；
PID控制器微分增益参数非线性变化表达式如下：
；
其中，为微分增益的强度和对电机转速误差累积的敏感程度，/>为基准值，用于调整整体的增益，/>为/>参数的比例增益，用于控制非线性部分的幅度，/>为参数的指数增益，/>为/>参数的斜率参数，用于控制非线性部分的变化速率，为控制电机转速误差对PID控制器的微分增益参数/>的影响程度，/>为指数函数；
PID控制器微分增益参数非线性变化表达式如下：
；
其中，为积分增益的强度和对电机转速误差累积的敏感程度，/>为基准值，用于调整整体的增益，/>为/>参数的斜率增益，用于控制非线性部分的幅度，为电机转速误差经过积分增益/>调节后，再经过双曲正切函数的倒数的结果。
电机低频转速通过调节电机转速误差改变电枢两端电压平均值来控制电机转速，电机低频转速计算公式如下：
；
其中，表示电机低频转速,/>表示电枢端电压，/>表示电枢电流，/>表示电枢电路总电阻，/>表示电动机结构系数，/>表示磁通量；
通过PID算法改变电枢电压的大小；
电动机电枢两端电压平均值：
；
其中，电枢两端电压平均值，/>表示电源电压，/>表示电机转速误差。
S4、根据电机控制模块，调整油泵的排量，控制润滑油的供给量；
S5、使用压力传感器和流量传感器监测润滑系统的压力和流量，将监测到的压力和流量信息提供给电机控制模块并根据润滑系统模块反馈的状态信息控制电机转速；
所述润滑系统模块，根据电机控制模块发送的信号调整油泵的排量，控制润滑油的供给量，还包括压力传感器和流量传感器用于监测系统的压力和流量，并将这些信息提供给电机控制模块，电机控制模块根据润滑系统的状态信息，控制电机的转速；通过传感器的反馈信号实时掌握润滑系统的工作状态，并根据需要调整油泵排量，确保润滑系统满足正常运行的需求。
S6、安装温度传感器和振动传感器来监测齿轮箱的工作状态，检测齿轮箱负载变化，如果负载突然增加，向润滑系统模块反馈信号；
负载检测模块包括温度传感器、振动传感器来监测齿轮箱的工作状态；若检测齿轮箱负载突然增加，该模块向润滑系统模块反馈信号，使润滑系统模块调整油泵排量，保证润滑系统的正常运行；
S7、设定合适的润滑油温度阈值，安装传感器来监测润滑油的温度，控制冷却器和风扇的运行；
冷却器模块，用于控制润滑系统的冷却，包括冷却器和风扇，冷却器通过传感器监测润滑油的温度，并设定润滑油温度阈值，当温度超过润滑油温度阈值时，冷却器模块会向风扇发送信号，调整风扇的角度和风量，降低润滑油的温度，确保润滑系统在润滑油温度阈值以下运行，防止润滑油过热。
实施例2
如图1所示，本实施例介绍一种长寿命风力发电齿轮箱润滑系统，包括：
风速采集模块，设置风速计采集风速信息；
电机控制模块，负责检测和控制电机的转速；
其中，通过设置霍尔效应传感器获取电机转速信号，设定电机转速低速段阈值，并通过PID算法控制电机转速使其维持在低速段阈值正常运行；
电机，提供动力驱动系统，电机外壳采用柔性电机支架；
润滑系统模块，根据电机控制模块发送的电机转速信号调整油泵的排量，控制润滑油的供给量，还包括压力传感器和流量传感器用于监测系统的压力和流量，并将压力和流量信息提供给电机控制模块，电机控制模块根据润滑系统的反馈的压力和流量信息控制电机的转速；
负载检测模块，监测齿轮箱的负载变化；
其中，负载检测模块包括温度传感器、振动传感器来监测齿轮箱的工作状态；若检测齿轮箱负载突然增加，向润滑系统模块反馈温度、振动信号，使润滑系统模块调整油泵排量，保证润滑系统的正常运行；
冷却器模块，用于控制润滑系统的冷却；
冷却器模块包括冷却器和风扇，冷却器通过温度传感器监测润滑油的温度，并设定润滑油温度阈值。
所述风速计测量周围空气的流动速度，并将风速计测量的流动速度转化为电信号输出,还用来获取实时的风速数据，判断环境中的风力状况。
电机控制模块若遇到异常情况，电机控制模块提高电机转速并向润滑系统模块发送信号；若电机异常情况恢复，转速超出低速段阈值时则降低电机转速并向润滑系统模块发送信号。
电机控制模块控制电机转速运行方法如下：
S100、构建基于PID算法的电机转速控制系统模型；
S200、设定电机正常情况下转速的低速阈值范围，通过电机转速控制系统模型计算维持电机运行低频转速；
S300、设定电机异常情况下转速的高速阈值范围，若遇到异常情况，则提高转速；
S400、异常情况解除后，电机转速回落至低速阈值范围。
电机转速控制系统的工作原理:
根据自动控制理论，，令/>表示电机转速控制系统的时滞函数，/>表示电机转速控制系统的稳态控制项，/>表示电机转速控制系统响应，电机转速控制系统的传递函数为：
；
其中，H(S)为传递函数的符号，表示整个控制系统的传递函数，传递函数是一个复数函数，其中S表示复平面上的复数变量。
D(S)为输出信号的符号，表示电机转速的传递函数，在频域中，D(S)是系统对输入信号U(S)的响应，它表示为复数函数，具有幅度和相位。
GA(S)为电机的传递函数，表示电机本身的特性，它描述了输入电压和电机转速之间的关系，GA(S)为复数函数，具有幅度和相位。
U(S)为输入信号的符号，表示施加在电机上的控制输入，在频域中，U(S)是传递函数的输入电压。
由于电机转速控制系统具有非线性，其变化状态多种多样，在其他因素条件下，需要对其控制误差进行补偿，那么电机转速控制系统的传递函数应该满足如下条件：
；
其中，Y(S)为输出信号的符号，表示电机转速的传递函数，描述了输入信号F(S)的期望转速如何通过控制系统的传递函数GC(S)GB(S)影响电机转速的响应。
F(S)为输入信号的符号，表示期望的转速输入，在频域中，F(S)是传递函数的输入。
GC(S)为控制器的传递函数，表示控制器的特性，描述了控制器如何根据输入信号F(S)和反馈信号D(S)来控制输出。
GB(S)为电机的传递函数，表示电机本身的特性，描述了输入控制信号和电机转速之间的关系。
根据一阶泰勒进行展开处理，并对电机转速控制系统的输出误差进行补偿，电机转速控制系统的特征方程为：
；
其中，λ0和λ1是控制系统的特征值，它们是特征方程的根，决定了系统的稳定性和动态响应特性，特征值的实部决定了系统的稳定性，而虚部决定了系统的振荡频率。
LM是电机的转动惯量，表示电机转速响应的惯性特性。
较大的LM值意味着电机的转速响应较慢，而较小的LM值意味着电机的转速响应较快。
电机控制模块中构建基于PID算法电机转速控制系统模型：
令电机转速控制系统输出结果为，电机转速控制电机转速误差为/>，电机转速控制系统模型表达式如下：
；
其中，为电机转速控制系统输出结果，/>为比例增益参数，表示对电机转速误差的比例增益，用于直接调节控制信号的大小，/>为电机转速误差电机转速误差，表示期望电机转速与实际电机转速之间的差异，/>为积分增益参数，表示对电机转速误差的积分增益，/>为电机转速误差积分项，用于处理电机转速误差的积分部分，/>为电机转速误差的时间积分，用于积分项的计算，/>为微分增益参数，表示对电机转速误差的微分增益，/>为电机转速误差的微分，表示电机转速误差的变化率。
电机转速控制系统模型中，PID控制器参数具有非线性变化特点；
PID控制器比例增益参数非线性变化表达式如下：
；
其中，为比例增益的强度和对电机转速误差累积的敏感程度，/>为参数的基准值，用于调整整体的增益，/>为/>参数的比例增益，用于控制非线性部分的幅度，/>为/>参数的斜率参数，控制/>函数的斜率，即控制非线性部分的变化速率，/>为/>函数是双曲余割函数，/>是电机转速误差；
PID控制器微分增益参数非线性变化表达式如下：
；
其中，为微分增益的强度和对电机转速误差累积的敏感程度，/>为基准值，用于调整整体的增益，/>为/>参数的比例增益，用于控制非线性部分的幅度，/>为参数的指数增益，/>为/>参数的斜率参数，用于控制非线性部分的变化速率，为控制电机转速误差对PID控制器的微分增益参数/>的影响程度，/>为指数函数；
PID控制器微分增益参数非线性变化表达式如下：
；
其中，为积分增益的强度和对电机转速误差累积的敏感程度，/>为基准值，用于调整整体的增益，/>为/>参数的斜率增益，用于控制非线性部分的幅度，为电机转速误差经过积分增益/>调节后，再经过双曲正切函数的倒数的结果。
电机低频转速通过调节电机转速误差改变电枢两端电压平均值来控制电机转速，电机低频转速计算公式如下：
；
其中，表示电机低频转速,/>表示电枢端电压，/>表示电枢电流，/>表示电枢电路总电阻，/>表示电动机结构系数，/>表示磁通量；
通过PID算法改变电枢电压的大小；
电动机电枢两端电压平均值：
；
其中，电枢两端电压平均值，/>表示电源电压，/>表示电机转速误差。
润滑系统模块中压力传感器和流量传感器反馈实时流量和压力信息掌握润滑系统的工作状态，并根据需要调整油泵排量。
齿轮箱电机的主要作用是为风力发电机组提供额外的动力，维持齿轮箱和发电机组的稳定运行，同时也用于启动发电机组。
电机位于齿轮箱的输出端，当风力不足或需要调节转速时，电机可以提供额外的动力，保持齿轮箱和发电机组的稳定运行。
此外，在风速较低或停风后重新启动发电机组时，电机可以提供起始转动力，使系统恢复正常工作。
冷却器模块中，当温度超过润滑油温度阈值时，冷却器模块会向风扇发送信号，调整风扇的角度和风量，降低润滑油的温度，确保润滑系统在润滑油温度阈值以下运行，防止润滑油过热。
如图3，电机转速控制的工作原理：通过五个独立按键给单片机发送指令、CPU接收到指令后，通过定时器产生PWM脉冲，对直流电机进行控制。根据独立按键设定的功能不同，通过定时器对PWM脉冲进行调整。最终实现电机的开启、关闭、方向改变、减速、加速，并且把当前的单位时间内脉冲的个数显示在液晶屏上，根据PWM输出的控制方向不同，将PWM信号通过模拟示波器显示出当前的脉冲波形。
实施例3
本实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储指令，所述处理器用于执行所述指令，使得所述设备执行实现上述一种长寿命风力发电齿轮箱润滑系统的步骤。
实施例4
提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，计算机程序被处理器执行时实现上述一种长寿命风力发电齿轮箱润滑系统的步骤。
该计算机可读存储介质可以包括：U盘、移动硬盘、只读存储器、随机存取存储器、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
综上实施例，本发明采用自动控制技术，将电机转速始终稳定在低速段，同时根据系统压力和流量反馈，增大油泵的排量，使润滑系统满足正常运行；极端情况下短时间内提高转速，一旦工况改变，立即降速运行；针对冷却器自动调节风扇角度，改变风量，根据油温适应润滑系统运行，并且电机外部材料同样采用柔性电机支架，减少因电机震动引起的噪声误差，降低电机维持正常运转的转速，延长电机使用寿命，即延长了润滑系统的使用寿命。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、系统和计算机程序产品的流程图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图中的每一流程以及流程图中的流程的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程中指定的功能的步骤。
以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (12)
1.一种长寿命风力发电齿轮箱润滑系统，其特征在于：包括，
风速采集模块，通过内置的风速计采集风速信息；
电机控制模块，负责检测和控制电机的转速；
其中，所述电机控制模块通过设置霍尔效应传感器获取电机转速信号，设定电机转速低速段阈值，并通过PID算法控制电机转速使其维持在低速段阈值正常运行；
电机，用于提供动力驱动系统，电机外壳采用柔性电机支架；
润滑系统模块，根据电机控制模块发送的电机转速信号调整油泵的排量，控制润滑油的供给量；所述润滑系统模块还包括用于监测系统压力的压力传感器和用于监测系统流量的流量传感器，并将压力信息和流量信息提供给电机控制模块，电机控制模块根据润滑系统反馈的压力信息和流量信息控制电机的转速；
负载检测模块，用于监测齿轮箱的负载变化；
其中，负载检测模块包括用于监测齿轮箱的工作状态的温度传感器和振动传感器；若监测到齿轮箱负载在预设时间范围内增量大于预设值，向润滑系统模块反馈温度、振动信号，使润滑系统模块调整油泵排量，保证润滑系统的正常运行；
冷却器模块，用于控制润滑系统的冷却；
冷却器模块包括冷却器和风扇，冷却器通过温度传感器监测润滑油的温度，并设定润滑油温度阈值。
2.如权利要求1所述的一种长寿命风力发电齿轮箱润滑系统，其特征在于：所述风速计测量周围空气的流动速度，并将风速计测量的流动速度转化为电信号输出,还用来获取实时的风速数据，判断环境中的风力状况。
3.如权利要求2所述的一种长寿命风力发电齿轮箱润滑系统，其特征在于：所述电机控制模块若遇到异常情况，电机控制模块提高电机转速并向润滑系统模块发送信号；若电机异常情况恢复，转速超出低速段阈值时则降低电机转速并向润滑系统模块发送信号。
4.如权利要求3所述的一种长寿命风力发电齿轮箱润滑系统，其特征在于：所述电机控制模块控制电机转速运行方法如下：
S100、构建基于PID算法的电机转速控制系统模型；
S200、设定电机正常情况下转速的低速阈值范围，通过电机转速控制系统模型计算维持电机运行低频转速；
S300、设定电机异常情况下转速的高速阈值范围，若遇到异常情况，则提高转速；
S400、异常情况解除后，电机转速回落至低速阈值范围。
5.如权利要求4所述的一种长寿命风力发电齿轮箱润滑系统，其特征在于：所述电机控制模块中构建基于PID算法的电机转速控制系统模型包括：
令电机转速控制系统输出结果为，电机转速控制电机转速误差为/>，电机转速控制系统模型表达式如下：
；
其中，为电机转速控制系统输出结果，/>为比例增益参数，表示对电机转速误差的比例增益，用于直接调节控制信号的大小，/>为电机转速误差电机转速误差，表示期望电机转速与实际电机转速之间的差异，/>为积分增益参数，表示对电机转速误差的积分增益，为电机转速误差积分项，用于处理电机转速误差的积分部分，/>为电机转速误差的时间积分，用于积分项的计算，/>为微分增益参数，表示对电机转速误差的微分增益，为电机转速误差的微分，表示电机转速误差的变化率。
6.如权利要求5所述的一种长寿命风力发电齿轮箱润滑系统，其特征在于：
所述电机转速控制系统模型中，PID控制器参数具有非线性变化特点；
PID控制器比例增益参数非线性变化表达式如下：
；
其中，为比例增益的强度和对电机转速误差累积的敏感程度，/>为/>参数的基准值，用于调整整体的增益，/>为/>参数的比例增益，用于控制非线性部分的幅度，为/>参数的斜率参数，控制/>函数的斜率，即控制非线性部分的变化速率，为/>函数是双曲余割函数，/>是电机转速误差；
PID控制器微分增益参数非线性变化表达式如下：
；
其中，为微分增益的强度和对电机转速误差累积的敏感程度，/>为基准值，用于调整整体的增益，/>为/>参数的比例增益，用于控制非线性部分的幅度，/>为/>参数的指数增益，/>为/>参数的斜率参数，用于控制非线性部分的变化速率，/>为控制电机转速误差对PID控制器的微分增益参数/>的影响程度，/>为指数函数；
PID控制器微分增益参数非线性变化表达式如下：
；
其中，为积分增益的强度和对电机转速误差累积的敏感程度，/>为基准值，用于调整整体的增益，/>为/>参数的斜率增益，用于控制非线性部分的幅度，为电机转速误差经过积分增益/>调节后，再经过双曲正切函数的倒数的结果。
7.如权利要求6所述的一种长寿命风力发电齿轮箱润滑系统，其特征在于：
所述电机低频转速通过调节电机转速误差改变电枢两端电压平均值来控制电机转速，电机低频转速计算公式如下：
；
其中，表示电机低频转速,/>表示电枢端电压，/>表示电枢电流，/>表示电枢电路总电阻，/>表示电动机结构系数，/>表示磁通量；
通过PID算法改变电枢电压的大小；
电动机电枢两端电压平均值：
；
其中，电枢两端电压平均值，/>表示电源电压，/>表示电机转速误差。
8.如权利要求7所述的一种长寿命风力发电齿轮箱润滑系统，其特征在于：所述润滑系统模块中压力传感器和流量传感器反馈实时流量和压力信息掌握润滑系统的工作状态，并根据需要调整油泵排量。
9.如权利要求8所述的一种长寿命风力发电齿轮箱润滑系统，其特征在于：所述冷却器模块中润滑油温度超过润滑油温度阈值时，冷却器模块向风扇发送信号，调整风扇的角度和风量，降低润滑油的温度。
10.一种长寿命风力发电齿轮箱润滑方法，基于权利要求1~9任一项所述的一种长寿命风力发电齿轮箱润滑系统实现，其特征在于：包括以下步骤：
S1、连接风速采集模块、电机控制模块、电机、润滑系统模块、负载检测模块、冷却器模块并接通电源；
S2、设置风速计并进行校准，采集风速信息，定期采集风速信息，记录风速变化情况；
S3、通过传感器获取电机转速信号，设定电机转速低速段阈值，使其始终维持在低速段阈值范围内正常运行；
S4、根据电机控制模块，调整油泵的排量，控制润滑油的供给量；
S5、使用压力传感器和流量传感器监测润滑系统的压力和流量，将监测到的压力和流量信息提供给电机控制模块并根据润滑系统模块反馈的状态信息控制电机转速；
S6、安装温度传感器和振动传感器来监测齿轮箱的工作状态，检测齿轮箱负载变化，如果负载在预设时间范围内增量大于预设值，向润滑系统模块反馈信号；
S7、设定合适的润滑油温度阈值，安装传感器来监测润滑油的温度，控制冷却器和风扇的运行。
11.一种计算机设备，其特征在于：包括，
存储器，用于存储指令；
处理器，用于执行所述指令，使得所述设备执行实现如权利要求10所述的一种长寿命风力发电齿轮箱润滑方法。
12.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：该计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求10所述的一种长寿命风力发电齿轮箱润滑方法。
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