基于神经网络的建筑结构损伤识别方法

建筑结构损伤识别是对建筑结构进行损伤检测的重要一步。针对建筑结构损伤识别中的损伤位置和损伤程度识别难的问题,依据损伤前后的建筑结构固有频率发生变化理论,提出了基于BP神经网络的建筑结构损伤识别的方法。以一幢14层框架结构为研究对象,通过仿真计算建筑结构损伤前后各阶固有频率,提取其固有频率变化量作为BP神经网络的输入参数来训练、测试网络,对建筑结构进行损伤识别。实验结果表明,该方法能够很好的识别建筑结构的损伤位置和程度,可以将损伤位置定位到所在楼层,对构件损伤程度识别的相对误差可控制在3%以内。该方法的提出可为复杂建筑结构的在线监测和损伤识别、预测提供参考依据,也为进一步实现实际建筑结构中通过频率测试对建筑结构的健康状况进行评测奠定理论和方法基础。     

小波分析在风机叶片振动状态监测中的应用

本文主要讲述了叶片模态振动理论、小波变换的基本原理,利用小波多分辨率分析和小波阈值去噪机理对风机叶片监测数据进行处理,可以更精确地监测风机叶片振动状态,这对于指导叶片避免共振有着重要的意义.     

双参数法辨识叶片同步振动的研究

基于叶尖定时测振原理,对双传感器测量叶片同步振动的双参数分析方法进行理论推导,建立叶片同步振动分析模型并进行计算机仿真,得出双参数辨识叶片同步振动的具体方法.利用自主开发的叶尖定时测振系统在某型号航空设备上成功完成振动检测试验,采用双参数法对试验数据分析处理,准确辨识出叶片同步共振的幅值、固有频率、倍频等参数,所得结果与理论分析基本一致.     

基于6维并联机构的空间微振动模拟器动力学分析及测试

为了模拟空间飞行器上反作用飞轮等扰动设施产生的多维微小振动,设计了一种基于Gough-Stewart平台的空间微振动模拟器,并对微振动模拟器的动力学特性进行了研究.首先,利用牛顿-欧拉公式建立了微振动模拟器的动力学模型,该模型考虑了驱动腿和铰链的质量属性及负载质心偏心的情况;结合虚功原理推导出系统的广义刚度、阻尼及质量矩阵,得到求解微振动模拟器的固有频率及主振型的数学解析式.然后利用有限单元法及理论建模法对模拟器进行模态分析,得到微振动模拟器的前6阶固有频率及模态.仿真结果表明由理论模型及有限单元法得到的结果一致性较好.最后测试了该模拟器的刚度及固有频率特性.实验结果表明:理论方法及有限单元法分析得到的结果与测试值之间的误差不超过5%,验证了理论模型的合理性.得到了微振动模拟器的固有频率及振型数据,为后续设计及调试提供了依据.     

埋入混凝土中PZT声场指向性和声能研究

将PZT作为声源埋入混凝土中构成的混凝土压电机敏模块具有超声检测功能。对埋入该模块中的PZT圆片模态分析发现,在各阶振动模态下PZT声辐射面存在分布不同的振幅极大值区域。基于混凝土压电机敏模块的声场指向性和声能实验表明:将PZT声辐射面等效为振幅相等的单一点声源的叠加,忽略振动模态对声场指向性影响,使得PZT圆片的声场指向性随频率变化规律偏离实际较大,而且在相同频率下声场指向性理论结果比实验结果发散;在各阶固有频率激励下,PZT圆片的声场指向性集中,但在一阶固有频率下声能最高,更适用于超声检测。     

基于敲击声振法的风机叶片脱层检测系统设计

脱层是风机叶片的主要损伤形式,根据风电叶片的材料特性及外形特点,分析和研究了敲击声振检测原理和现场检测的可行性。叶片出现脱层时,缺陷处刚度下降,敲击应力持续时间增大。依据此检测原理,计算出合理的等效锤头质量,利用压电薄膜作为动态冲击力传感器进行了力锤的结构设计;利用FPGA设计了便携式检测仪,对敲击信号进行信息提取和处理,计算敲击力脉冲信号的宽度,具有结果图形显示和串行通信的功能。经过实验,验证了脉冲宽度与损伤深度的关系。     

某型航空发动机转子叶片静频测量系统

对某型航空发动机转子叶片一阶固有频率的测量方法进行了研究。采用脉冲激励法对叶片进行激振，通过计算机采集叶片在该激励下的振动响应信号，并对响应信号进行功率谱分析获得叶片一阶固有频率。通过阻尼系数的计算来修正所测出的固有频率，消除阻尼对于频率测量的影响，提高了系统测量的准确性。与传统的共振法相比，系统具有设备简单、测试速度快、精度高的特点。     

旋转矩形孔薄壁圆环模态特性的行波计算

文中将建立旋转矩形孔薄壁圆环截面突变处的波传播模型,研究振动弹性波反射和透射特性,结合相位封闭原理,给出振动特征方程,得到薄壁圆环的各阶模态频率、模态形状和分支图.将静止矩形孔薄壁圆环的固有频率与有限元分析法求得的固有频率进行比较,验证行波法计算的准确性.研究将为轴承实体保持架的动力学计算提供理论基础.     

磁盘盘片的自由振动

本文介绍了圆环形薄板的振动理论.根据这个理论,编制了计算磁盘盘片振动固有频率的程序.为验证这个理论,实验测量了几种磁盘盘片的固有频率值。实验数据与理论计算结果符合得很好.     

移动质量与梁耦合系统固有频率的计算与分析

建立了在移动质量减速运动情况下,通过获取梁的挠度响应曲线,数值仿真实验获得耦合系统的基频;在移动质量匀速运动情况下,通过获取梁的跨中挠度响应曲线,数值仿真实验获得梁的基频;以及用来计算耦合系统各阶固有频率的特征值方法的理论。数值算例结果表明,这类耦合系统的各阶固有频率不仅与质量比有关,而且与位置比也有关,若用梁的固有频率取代耦合系统的固有频率或用实验值代替理论值有时会产生较大的误差．     

耦合加载方式下复合材料叶片的预应力模态分析

针对大型风力机叶片在静止和变速运转工况下,振动模态计算分析方法和转速对频率的影响进行了研究.建立了叶片有限元模型,静力分析时采用耦合加载方式;采用分块Lanczos法分析了叶片的模态,考察了叶片固有频率对预应力效应的敏感程度及稳定性,探讨了转速对叶片频率的影响程度,分析了预应力效应产生的原因.结果表明:叶片主要以挥舞和摆阵振动形式为主;预应力效应对叶片的固有频率产生了较大影响,随转速的不断增大叶片的固有频率也随之增大,且预应力效应对叶片挥舞刚度的影响程度大于摆阵刚度的影响.     

风力机叶片动力学建模研究

研究水平轴风力机叶片在回转平面内的横向振动.将风力机叶片简化为以恒角速度绕定轴旋转的不可伸长的等截面欧拉伯努利梁.采用一维动量叶素理论建立风力机叶片的空气动力学模型,并计及风力机叶片尖端损失的影响.对无量纲化的动力学方程采用Galerkin方法得到由常微分方程描述的非线性动力系统.采用由NACA63 -B系列风力机叶片...     

基于时序上采样卷积神经网络的风机叶片结冰检测

风电机组叶片结冰检测对风电机组的安全性、可靠性以及经济性具有非常重要的现实意义.针对风电机组运行观测数据的非平衡和单点无时序性问题,提出一种基于过采样和时序上采样卷积神经网络的风机叶片结冰检测方法.首先,采用数据自适应综合过采样算法对原始非平衡数据集进行重采样,实现对非平衡数据集的均衡;然后,提出并构建一种时序上采样卷积神经网络模型,将原始单点向量型数据进行重构并上采样为二维网格型数据,同时将其自动映射成为稀疏的特征表示,实现准确的风机叶片结冰检测功能;最后,将所提出方法在真实风场采集的数据集上进行验证.实验结果表明,所提出的风机叶片结冰检测方法在数据集非平衡且采集条件有限(单点无时序性数据)的情况下,具有一定的有效性、稳定性和可行性.     

基于IMC-PID控制的风机叶片颤振控制研究

针对风机叶片在颤振情况下严重影响风机的运行安全和发电效率的问题,设计了一种基于内模PID控制(IMC-PID)的振动控制方法,仅需调节较少控制器参数,就能有效地抑制叶片颤振并获得良好的闭环动态特性.首先使用递推最小二乘法对高阶对象模型进行降阶,然后利用IMC-PID方法设计控制器.仿真结果表明:在风机叶片颤振控制中,IMC-PID控制器与传统PID控制器相比,控制器整定参数少,且具有更好的动态特性和鲁棒性.     

AI-enabled and multimodal data driven smart health monitoring of wind power systems: A case study

The development of AI has enabled the fault detection of industrial components to be achieved through the combination with deep learning. A detection method combined with deep learning has also emerged for the fault detection of fan blades, such as models based on neural networks using the appearance or sound of the blades. However, the detection model obtained from a single data type often has limitations, such as low accuracy and overfitting. This is also the problem with fan blade detection. In contrast, multimodal data fusion detection models are often more stable. The modality diversity of blade diagnosis is strong, and it can be achieved from multiple modalities such as image, sound, and vibration. To improve the accuracy of fault diagnosis of fan blades, this article proposes a multimodal double-layer detection system (MTDS) based on decision-level and feature-level fusion. The system includes a wind turbine simulation platform and a multimodal detection system. It mainly obtains different modal data of the simulated wind turbine from the image, sound, and vibration signals, including blade images through unmanned aerial vehicle photography, blade vibration signals through electronic vibrators, and blade sound signals through microphones. The highly correlated sound and vibration modal data are fused at the feature level, and a detection model based on the sound and vibration mixed mode is implemented using a sound-vibration-CNN (SV-CNN) proposed in this case. Then, a detection model of the image mode is trained based on the blade image using a Convolution Block Attention Module ResNet (CBAM-ResNet) network. Finally, the detection input of the two modal models is fed into a perceptron to obtain the final prediction result, and the decision-level fusion is implemented to achieve fan blade detection based on multimodal, namely the implementation of MTDS.     

基于叶片动态响应后风轮输出特性的CFD仿真

通过模态实验测得叶片低阶弯振特征向量,经过Matlab拟合获得风轮振动控制方程。自编UDF代码实现对运行风轮振动形态的控制。数值模拟过程中利用动网格技术施加到风轮叶片,控制其运动形态,使其旋转的同时做垂直于旋转面的弯振运动。湍流模型选择大涡模拟(LES)研究振动风轮输出特性规律。研究结果表明:施加低阶弯振后,叶片中部位置出现压力指向性的改变,扭矩和推力波动明显加剧且呈现出周期性规律。弯振的施加使风轮功率下降,且下降趋势随着风速和尖速比增大而增强。通过仿真叶片的结构动态响应,为改进和优化常规风力机性能分析及流固耦合分析提供新思路。     

基于Adams的风机机械动力学分析

介绍风机组成和工作原理,建立风机三维模型,用Adams对风机机构进行动态仿真分析,得到关键运动部件的运动规律曲线和动力学分析曲线,结果表明Adams对复杂机构的仿真准确可靠.得到叶片与基轴之间的速度、角速度和力矩分析曲线,零部件间冲击和扰动产生的动力学响应,为风机减振降噪的优化设计提供参考.     

基于Matlab的风机传动链数据采集与分析系统设计与应用

基于Matlab和NI cDAQ的风机状态监测设备能快速方便地对风机传动链实现准确的故障检测。提出一种先进的风机传动链数据采集和分析系统,该系统中数据采集任务在后台运行,在保证完整准确采集的基础上实现了实时示波和自定义录波,可同步获得风机传动链的振动数据和齿轮箱输出轴转速数据,为故障检测提供有效、完整的数据,可从时间域、频率域、周期域和阶次域自定义分析,识别故障特征,为风机状态监测提供故障信息依据。该系统功能丰富、自定义程度高、系统响应快,可准确检测风机故障。     

船用透平末级长叶片振动性能研究

针对某船用新型末级长叶片,为了获得共振转速和对应动频率,对叶片转子试验组件在高速动平衡试验台上进行动频试验,叶片振动信号经感应元件拾取后由遥测发射机和接收机传输至信号分析系统,获得多个通道下的叶片振动信息.试验数据表明,末级叶片靠近额度工作转速附近的"三重点"共振转速为一阶模态家族节径数k=7和k=8的共振转速均能避开运行工况,对应的动频率与数值分析结果对比可知:节径数k=7、k=8时的动频值相差不超过5%;数值计算和试验分析均证明叶片在工作转速内是安全可靠的.     

Adaptive fault-tolerant vibration control of a wind turbine blade with actuator stuck

ABSTRACT

This paper proposes an adaptive fault-tolerant boundary vibration control method designed to resolve unknown failure and stuck actuator problems in the wind turbine blade control process. The blade is modelled as a distributed parameter system described by two coupled partial differential equations. The proposed boundary control achieved the fact that the vibration of the blade can still be suppressed even when the actuator fails, and the bending and torsional deformation is eventually reduced to zero. Based on the Lyapunov direct method, a fact has been confirmed that the stability of the system is guaranteed under the boundary controller. The effectiveness of the controllers is demonstrated by numerical simulations.