基于SimHydraulics的风力机液压变桨执行机构建模与稳定性分析

该文在前期液压变桨执行机构系统设计的研究基础上,利用Matlab/Simulink中SimHydraulics建立了完整的风力机液压变桨执行机构物理仿真模型,同时给出了传递函数数学建模结果,并对两种建模方法得到的液压变桨执行机构模型的稳定性作了比较分析,最后通过SimHydraulics所建液压变桨执行机构模型与风力机整机模型联合仿真,完成了风力机的变桨功率控制仿真实验.仿真结果表明,相比传递函数、状态方程、功率键合图等数学建模方法,SimHydraulics物理建模方法所建模型精确性更高,基于该模型的风力机功率控制、稳定性、可靠性等相关分析研究的准确性和可靠性也较高.     

基于数值求解优化非线性桨距角偏差

风电机组液压变桨的桨距角度测量通常由测量液压缸行程的线性位移传感器变换获得.考虑液压缸行程与桨距角的非线性关系,结合大型风电机组实际应用的液压变桨结构,脱离已有工程软件(如ADAMS)的约束,基于数值求解,通过建立非线性超越方程组,使用牛顿-辛普森方法,从理论上分析了桨距角测量偏差存在的范围,提出线性拟合的偏差较大,不应采用线性拟合,并给出了控制缸行程与桨距角度的多项式拟合函数.计算结果确定了液压缸行程与桨距角度的精确对应关系曲线,为后续液压变桨系统控制设计和载荷计算打下基础.     

风电机组载荷优化对变桨轴承力学行为影响研究

以往的研究主要关注的是变桨轴承本身的力学性能与设计改进，在载荷变化对变桨轴承力学行为影响规律方面还缺乏系统性研究，以致难以定量预测载荷优化对变桨轴承可靠性提升产生的影响，不利于变桨控制策略的准确制定。为此，引入了在线测试与仿真分析技术，研究了载荷优化对变桨轴承力学行为的影响。首先，采用基于应变载荷测试与位移传感器的在线测试方法，测试了风电机组在不同功率水平下载荷优化前后的叶根载荷，以及相应的变桨轴承内外套圈径向与轴向相对位移；然后，提出了一种有限元分析方法，建立了考虑变桨轴承及其周边支撑结构柔性的变桨系统有限元模型；最后，将实测载荷作为输入进行了仿真计算，分析了载荷优化对变桨轴承变形、滚动体与滚道间最大接触应力及最小边缘接触余量角的影响。研究结果表明：载荷优化降载3.46%～5.08%后，相同功率水平下变桨轴承变形减小，最大接触应力减小1.10%以上，最小边缘接触余量角增大0.47°以上，变桨轴承可靠性得以提升。该研究结果可为载荷优化控制策略的准确制定提供指导。     

立式捏合机桨叶间隙、螺旋角对搅拌扭矩和功率特性的影响

以1 L两桨叶立式捏合机为研究对象,采用CFD方法系统性地研究立式捏合机桨叶结构参数（间隙、螺旋角）对搅拌牛顿流体（玉米糖浆）的搅拌扭矩和功率消耗的影响关系。立式捏合机仿真模型与试验数据进行对比验证,确保了模型的可信度。研究结果表明,减小桨叶间隙或增大桨叶螺旋角可增大桨叶搅拌扭矩和功率消耗。减小桨叶螺旋角可增加桨叶捏合作用时间,减小桨桨间隙或增大桨叶螺旋角可增大桨叶捏合作用强度。一定范围内,桨桨间隙c₁=3.0 mm、螺旋角β_k=35°时,空心桨平均扭矩取得最小值0.046 93 N·m;桨桨间隙c₁=1.0 mm、螺旋角β_k=55°,空心桨平均扭矩取得最大值0.068 73 N·m。搅拌牛顿流体时,立式捏合机功率准数N_pM与雷诺数R_eM为线性关系,并且桨桨间隙对立式捏合机功率特性曲线的影响大于桨叶螺旋角的影响。     

风电机组变桨轴承的动态柔性特性研究

针对传统变桨轴承方法中的刚性假设不能反应变桨轴承动态运行特点的问题,引入了在线测试与仿真分析技术,对变桨轴承动态柔性特性进行了研究。分析了变桨轴承运行的受载特点,提出了一种基于应变载荷测试与位移传感器的在线测试方法,以测试风电机组不同功率下变桨轴承内外圈轴向位移、径向位移和载荷;建立了考虑周边结构与变桨轴承柔性的变桨系统有限元模型,并以在线测试所得载荷作为有限元分析输入载荷,进行了仿真分析;最终对不同功率下的变桨轴承轴向位移、径向位移测试数据与仿真数据进行了对比分析。研究结果表明:变桨轴承载荷、变桨轴承内外圈轴向位移、径向位移随风轮转动呈现周期性交替变化规律,不同位置变化规律特点不同,体现了变桨轴承的动态柔性特性;该特性可应用于变桨轴承可靠性的研究。     

直升机桨叶摆振量的全场景视觉测量及分析

直升机旋翼桨叶在高速旋转时，进行全场景桨叶摆振测量和分析，对直升机桨叶载荷设计和旋翼结构设计具有重要意义。本文设计了桨叶摆振量立体视觉测量系统，并进行摆振模式拟合分析。首先，对课题组已有立体视觉测量系统进行改进，并在风洞试验中完成不同总距及周期变距下的旋转桨叶标记点三维坐标测量；其次，解算桨毂坐标系下的桨叶摆振量；最后，采用一阶多项式对桨叶在特定时刻下的摆振模式进行拟合分析，采用复合正弦函数对桨叶旋转过程中的摆振规律进行拟合分析。风洞测量实验结果表明，在4.6 m×4.6 m场景中测量的摆振量均方根误差小于1 mm;桨叶摆振模式和规律模型拟合度好，其均方根误差小于1 mm,为直升机桨叶设计提供了数据支撑。     

基于支持向量机的风电机组主轴轴承故障诊断

主轴轴承是风电机组的重要部件之一。通常主轴轴承故障诊断方法主要是基于振动信号和温度信号以及润滑油成分分析等。这里利用支持向量机建立了风电机组发电机输出功率模型,输入量为风速、变桨角度、风向角与机舱角偏差;输出量为发电机输出有功功率。在相同输入条件下,当主轴轴承存在磨损等故障时,发电机输出有功功率将随故障的逐步加重而逐渐减小,发电机输出有功功率实际值与预测值之间的残差将超出正常的阈值。这里以某风电场风机主轴轴承实际故障进行了仿真验证。     

基于SVR风力机变桨距双模型切换预测控制

通过预测控制算法对风力机变桨距系统进行调节,风力机非线性模型采用支持矢量回归(SVR)算法进行拟合。考虑实运转风力机模型的变化,通过改进的序列最小优化(SMO)代替原增量SVR的凸二次规划算法,并用偶然点排除和模型储存复用等新方法,有效缩短在线运算时间,实现了改进型增量学习算法的在线辨识。此外,由于电液比例变桨距执行机构的差动回路设计和风力负载的单方向性,造成桨叶顺桨和逆桨时系统模型并不一致,本研究的预测控制过程采用双模型切换。整个算法在变桨距风力机半物理仿真试验台上进行试验,当风速高于额定风速时,与常规的PID控制和单模型SVR预测控制相比,发电机输出最大功率误差分别从约9%和10%降低到3%左右。     

旋转导向钻井工具近垂直姿态校正矩阵 误差的等角距均衡校正

旋转导向钻井工具中姿态校正方法的校正点本身包含各种系统误差,会引入校正矩阵误差,是近垂直姿态下姿态角解算精度低的原因之一.平均均衡校正方法(ABC)可补偿校正矩阵误差,但整体误差并不均匀.以等分角度间距设计校正点,建立一种等角距均衡校正(EABC)模型,推导校正矩阵误差表达式,研究其引起的姿态角误差特征.对多组近垂直姿态的测试数据分别进行传统校正、平均均衡校正和等角距均衡校正,结果表明：等角距均衡校正后,井斜角误差平均值均小于0.012°,井斜角误差峰峰值均小于0.027°;工具面角误差平均值均小于0.008°,工具面角误差的峰峰值和标准差分别降低到平均均衡校正的54%～95%和40%～63%,进一步提高垂直小井斜井段的姿态解算整体精度。     

风电机组变桨轴承的磨损预警方法研究

针对风电机组变桨轴承磨损情况严重、经济损失大等问题,提出了一种基于数据采集与监视控制(SCADA)数据的风电机组变桨轴承磨损预警的建模方法。以变桨电机电流、桨距角、风速、功率等风机运行参数为基础,利用滑动窗口统计的方法构造了新的特征变量,将特征变量和标签数据导入随机森林算法,进行了模型的训练和验证;然后,建立了一种监测变桨轴承磨损的预警模型;最后,以某风场20台机组历史数据为输入,以机组故障记录为输出标记,在设定了合理的预警规则基础上,建立了变桨轴承的预警模型,并对此进行了实测验证。测试结果表明:该变桨轴承磨损预警模型能提前5 d～30 d发出预警信息,预警准确率平均能达到87.9%;试运行结果表明:该模型具有成本低、效率高、解释性强的特点,在提高机组的安全运行时长,以及降低机组的运维成本方面具有重要意义。     

立式捏合机搅拌桨曲面的NURBS表示与误差分析

依据搅拌桨水平截面轮廓线的理论坐标点,反求生成了NURBS曲线;按照搅拌桨的螺旋升角,生成了一组不同高度截面轮廓线的NURBS曲线;利用蒙皮方法,生成了搅拌桨的NURBS曲面。提出了一种新的控制顶点投影法求解点到NURBS曲面最小距离的算法,用于计算搅拌桨的NURBS曲面的重构误差。结果表明,立式捏合机搅拌桨的NURBS曲面重构精度高,研究结果可为搅拌桨曲面优化设计提供借鉴。     

抽油机平衡的研究与分析

分析了抽油机平衡调整的原理，提出了通过对电机功率曲线进行傅里叶分析而确定平衡块重心位置的方法。同时分析了电机均方根功率与功率曲线谐波分量的关系，给出了平衡调整后的电流、电功率、均方根功率的评价公式，介绍了平衡调整的适用范围。     

旋变二次谐波测角误差自校正

旋变幅值误差和正交误差在角速度频谱上表现为旋变转频的二次谐波,是旋变测角误差的主要来源,影响伺服系统角速度控制精度和稳定度。本文提出了一种基于特征频率参考的二次谐波误差自校正方法。首先,分析旋变测角误差产生的机理,获知其幅值误差和正交误差的互不相关性,并证明对旋变输出信号进行幅值调整和相位差调整可实现二次谐波误差校正。然后,在旋变和旋变数字信号转换器（Resolver-to-Digital Converter,RDC）之间设计基于比例放大的幅值校正器和基于交叉调节的相角校正器。最后,根据误差信号在线性控制系统中特征频率不变的特性,对伺服系统进行匀速控制,以角速度频谱中二次谐波频率的幅值为参考基准,分别调整幅值校正器和相角校正器,校正二次谐波误差。实验结果表明：本方法可将旋变二次谐波测角误差幅值降低78.5%,伺服系统速率波动量降低40.5%。本方法实现了旋变二次谐波测角误差的自校正,大幅提升了旋变的测角精度和伺服系统的转速控制稳定度。     

包角对中比转速泵流场及无过载性能的影响

以D82-19-2型中比转速离心泵为研究对象,根据无过载叶轮约束公式确定叶轮设计方案,选取四种叶轮包角（150°、170°、190°和210°）开展中比转速泵流场及无过载性能的模拟研究。与实验结果相比,模拟所得扬程、效率和功率值误差不超过9%,模拟方法可行。结果表明：当叶片包角由150°增大到210°时,叶轮进口压力提高24%,低速区面积扩大至整个叶轮流道的1/3,叶片对流体的约束能力及抗汽蚀性能增强,但叶轮出口压力降低,大包角下导叶的湍流损失加剧了动能损耗;功率备用系数由1.145减小至1.025,且功率曲线出现极大值,泵的无过载特性更显著,但扬程和效率分别下降了15.4%和4.48%。研究结果为中比转速离心泵的无过载设计提供了理论依据。     

气动载荷作用对大型风力机叶片-塔架净空影响分析

针对DU翼型水平轴风力机,为了探究气动载荷作用对风力机叶片-塔架净空的影响,利用GH Bladed对5 MW风力机进行仿真计算,通过探究风速、桨距角、功率对风力机叶片-塔架净空的影响,分析了叶片-塔架最小净空工况下叶片的结构动态响应,证明了风力机运行的安全性。结果表明,通过理论计算与仿真计算对比发现,最小净空值误差小于3%,验证了计算的准确性;风速增大会导致风力机输出功率增加,为保证风力机安全运行下恒功率输出进行变桨调节,使得桨距角增大,叶片-塔架最小净空随着桨距角的增大而增大;叶片结构变形随风速的变化趋势一致,保持良好的相似性,叶片-塔架最小净空值出现在风速为11.5 m/s的工况。     

前端调速式风电机组功率优化控制研究

针对额定风速以上前端调速式风电机组功率优化问题,提出一种基于差分进化算法的功率优化控制策略。以液力变矩调速系统输出转速恒定、机组输出功率平滑为控制目标建立目标函数,采用差分进化算法,对变桨系统桨距角与液力变矩调速系统导叶开度角两个控制参数进行优化,根据优化后参数对风电机组进行变桨与变矩控制,实现对机组输出有功的优化控制。以2 MW前端调速式风电机组为对象进行仿真分析,仿真结果表明,根据本文提出的方法对风电机组进行功率控制,平滑了风电机组的输出功率,减小了功率波动,验证了控制策略的可行性。     

一种高效节能型轴流式搅拌桨功率曲线测定及分析

新近开发的一种高效节能型轴流式搅拌桨--JH-2型轴流式搅拌桨是一种空间扭曲板材型搅拌桨,该桨型设计时考虑了桨叶背面的曲面形状对流场的影响,减低了桨叶尾部的流体脱附,大大降低了能耗.在标准搅拌实验台上对JH-2桨进行功率实验,给出了JH-2型扭弯叶片轴流式搅拌桨的功率曲线及其关联式,并在同等实验条件下与三折叶桨进行功率对比分析,表明JH-2型搅拌桨比三折叶桨至少可节省20%～30%的功率.     

直升机桨叶挥舞量的全场景视觉测量及分析

桨叶旋转时的挥舞状态反映了直升机旋翼的性能。旋转桨叶的全场景挥舞测量和分析,是直升机旋翼试验研究的热点和难点。本文提出了一种基于大视场立体视觉的桨叶挥舞量测量和挥舞模式回归分析方法。首先,构建大视场立体视觉系统并测量桨叶标记点的三维坐标;其次,在桨毂坐标系下计算桨叶标记点的挥舞量;最后,对桨叶在不同总距和周期变距下的挥舞量进行回归分析。包括,利用四阶多项式拟合分析桨叶在特定时刻的挥舞模式;利用复合正弦函数拟合桨叶旋转过程中的挥舞规律。直升机悬停状态下的桨叶挥舞测量结果验证了本文方法的有效性,在4.6 m×4.6 m场景中测量的挥舞量均方根误差小于1 mm;挥舞模式和规律回归分析的模型拟合度好,其均方根误差小于1 mm。     

基于软测量的水电机组功角在线测量的研究北大核心CSCD

针对功角测量方法在极对数多、转速慢的水电机组中误差较大,且在暂态过程时需要进行复杂的离线计算,难以满足功角高精度的在线监测要求,提出了一种改进的RBF神经网络功角软测量方法。将电压、电流及功率作为软测量模型训练集的输入,离线计算所得的稳态及暂态过程的功角值作为训练集的输出,并利用PSO算法对RBF神经网络参数进行优化。在单机无穷大系统中进行验证,验证结果表明,功角软测量的均方误差在0.004 9以内,且测量值与功率的映射曲线和理论功角特性曲线基本保持一致,所提出的软测量模型能够很好地拟合机组响应参数与功角的关系,实现了水电机组功角精准的在线监测。     

磁流变式驾驶室悬置系统隔振研究

整车平台下建立驾驶室多体模型,通过实验获取磁流变阻尼器变电流与变频率特性曲线,把特性曲线参数编制成文件输入到驾驶室模型中;针对6×4底盘驱动形式的商用及工程车辆,考虑路面变工况输入的不特性性,提出模糊PID-D耦合算法,以车身垂直加速度判定路面输入工况,自适应实时调节微分参数,减小及避免变参数输入导致的定点冲击;速度保持仿真表明:采用模糊PID-D耦合算法后,驾驶室垂向加速度、横摆角速度及侧倾角速度指标参数均有改善,其中垂向加速度极值与均方根性能分别提升60.71%,74.14%;转向桥加装阻尼器后,驾驶室在磁流变主动阻尼器的基础上极值与均方根性能继续提升39.64%、65.07%;功率谱显示在全频域范围内性能均提升,低频段改善明显。