基于尾缘襟翼的风力机叶片自适应内模振动控制研究

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风力机是将风能转化为电能的一个重要工具,减轻风力机叶片质量,增加风力机叶片尺寸,成了提高发电效率,扩大装机容量的一个重要手段。但是,伴随着风力机叶片尺寸的增加、柔性增大,同时为了保证较轻的质量,不可避免的加剧了风力机叶片的颤振。风力机叶片的颤振不但会降低发电效率,而且严重影响风力机的使用寿命,甚至会带来巨大的经济损失和安全威胁。因此,对风力机叶片颤振控制的研究有着重大的意义。风力机叶片的颤振主要分为:失速颤振和经典颤振。本文主要研究风力机叶片的经典颤振控制,通过控制算法控制风力机叶片尾部的尾缘襟翼达到控制风力机叶片颤振的目的。首先针对风机叶片系统的单自由度振动控制问题,本文选用基于模型降阶的内模控制方法。分别采用聚类降阶方法,hankel降阶方法和balanc降阶方法获取风机叶片系统模型的内部模型,其中balanc降阶方法获得的内部模型能更好的与风机叶片系统模型相匹配。针对该内部模型设计内模控制器,调整滤波器时间常数入与滤波器阶数n的值。当n取2,入取1时,扭转角的稳定时间最短,且无超调量。仿真结果表明:内模控制器中的滤波器时间常数入的取值对内模控制器的控制效果起到决定性的作用。其次针对风机叶片系统的双自由度振动控制问题,本文选用基于遗忘因子递推最小二乘法辨识的内模控制方法,采用遗忘因子递推最小二乘法辨识获得的内部模型与风机叶片系统模型的匹配度更高,能够最大程度的保留被控对象的特性,从而可以设计出更精确的内模控制器。并且考虑风机叶片系统中尾缘襟翼驱动器的襟翼角β有一定的限制,存在控制器输出信号饱和问题,本文选用双口内模控制器。采用双口内模控制器,扭转角和挥舞位移的稳定时间更短,能更快的达到理想的控制效果。仿真结果辨明:双口内模控制器可以起到抑制控制器输出信号饱和的作用。在实际的工程应用中,风速在不断变化。本文选用自适应模糊内模控制器可以根据风速的变化在线调整内模控制器中滤波器时间常数入的取值,并且针对该风机叶片系统模型设计相应的模糊控制规则表,从而起到在线整定内模控制器参数的作用。配合双口内模控制结构的使用,通过反馈控制器可以很好的提高伺服跟踪能力从而克服控制量饱和的影响。仿真结果表明:自适应模糊双口内模控制器即可以起到有效的抑制控制量饱和的问题,同时具有更强的自适应性和鲁棒性。
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