水平轴风力机叶片曲面建模与等几何分析研究

针对传统水平轴风力机叶片气动外形建模与结构特性分析,大多采用不同的基函数,从而使叶片可动边界及结构分析模型存在较大误差,进而影响计算精度与求解效率等问题,利用等几何分析法将叶片几何形状与结构模型无缝连接,直接将叶片气动外形的非均匀有理B样条(NURBS)控制向量作为叶片结构控制参数,通过与有限元方法对比,两种方法得出位移最大值偏差为6.133%,应变最大值偏差为6.277%,最大值点位移与应变随时间变化趋势都呈线性变化,直线斜率K值近似相同,验证了等几何分析的正确性与可行性。     

新翼型风力机叶片综合性能的实验研究

以自制新翼型风力机风轮为研究对象,在B1/K2直流式低速风洞完成自制新翼型风力机的功率特性测试实验,采用丹麦B＆K公司结构动态测试系统完成风轮结构动态特性实验,并与国内某公司同型号传统翼型的风力机进行气动特性、结构动态特性的对比分析,为下一步系统研究新翼型的气动特性和设计综合性能较优的风轮奠定了理论和实验基础.     

H型垂直轴风力机设计参数分析研究

采用多流管理论模型对风光能源复合发电装置项目中H型垂直轴风机参数进行优化设计,在多流管理论基础上建立模型并用Matlab软件进行计算、仿真。分析了H型垂直轴风力机叶片在旋转过程中不同叶尖速比时攻角的变化情况,以及叶尖速比、密实度对风力机风能利用系数的影响。通过各个参数大小的变化对功率系数的影响进行比较,得出最大功率时所对应的风机最佳参数。     

风力机叶片大挠度挥舞振动特性分析

分析了风力机叶片大挠度挥舞振动特性.基于Hamilton原理,建立了叶片大挠度挥舞振动控制方程,其中非稳态气动力由Greenberg公式得出.使用瑞利-利兹法求解振动特征问题,得到振动的频率和无阻尼模态函数.基于得出的模态函数,使用Galerkin方法将控制偏微分方程离散,得到模态坐标方程.将振动位移分解为静态位移和动态位移,得到了静态位移和动态位移方程,考查了入流速度比对静态位移和气动阻尼的影响,并对大挠度挥舞振动动态响应进行了分析,得到如下结论：大挠度挥舞振动静态位移沿叶片展向随入流速度比的增大而增大,叶尖处位移最大；当入流速度比较小时,振动为小振幅的周期运动,入流速度比较大时,振动为大振幅的拟周期运动.     

变截面旋转叶片的非线性动力学研究

将航空发动机叶片简化成变截面旋转悬臂板进行动力学分析.叶片在气动力下变速旋转,其气动载荷用一阶活塞理论表示,同时考虑了叶片的预扭转角、预安装角以及叶片承受的巨大离心力.叶片的非线性位移关系由Von Karman大变形理论得出,利用Hamilton原理建立非线性动力学方程.对所得方程进行Galerkin离散,将偏微分方程转化为常微分方程.考虑1∶3的内共振关系,利用渐近摄动法进行摄动分析,得到四维直角坐标形式下的平均方程.最后对平均方程进行数值模拟,研究了扰动转速对系统非线性动力学行为的影响,得到了不同转速情况下的相图、波形图以及频谱图.结果表明:随着扰动转速的变化,叶片存在倍周期、概周期和混沌等非线性动力学行为.     

航空发动机叶片非线性动力学分析

论文研究了航空发动机叶片的非线性振动问题,将叶片简化为功能梯度材料薄壁悬臂梁,考虑几何大变形的影响,基于一阶活塞气动力理论,利用Hamilton原理建立了叶片的非线性偏微分运动方程.综合运用Galerkin方法、多尺度方法和数值方法对叶片模型进行了非线性动力学分析,通过相图、波形图和频谱图分析了不同气流流速情况下旋转叶片的动态响应.结果表明:随着气流流速的增加,系统呈现倍周期运动和混沌运动等多种复杂动力学行为.     

基于分数阶内模控制的风力机叶片颤振研究

针对风力机叶片颤振系统,提出了一种结合分数阶(Fractional Order)控制与内模控制(Internal Model Control,IMC)的新型颤振控制方法.利用分数阶滤波器设计了分数阶内模控制器,基于闭环动态特性指标,如相位裕量和截止频率,实现对控制器参数的自整定.通过仿真实验对比证明,针对风力机叶片颤振控制,所设计的控制方法优于传统PID、内模PID控制方法,不仅减少了控制参数,而且提高了动态特性和鲁棒性.     

便携式自主水下机器人动力学建模方法研究

针对50公斤级便携式自主水下机器人（AUV）的精确控制和研究,本文介绍了一种基于计算流体力学（CFD）和非线性最优化辨识的动力学建模方法．着重推导了便携式AUV动力学模型,并使用计算流体力学方法代替水池实验获取辨识所需数据和通过非线性最优化方法获得合适的模型结构和模型参数．最终建立了便携式AUV数学模型,并通过对仿真数据与试验数据的对比,证明了该模型及方法的有效性．     

不同颜色风力机叶片缺陷检测系统研究与验证

针对目前风力机叶片缺陷检测方法检测精度低、危险系数大、设备价格高等问题,提出一种基于LabVIEW+无人机的风力机叶片缺陷检测系统,实现了硬件平台搭建和系统软件设计,对图像处理算法进行研究,针对传统二值化算法中不同颜色风力机叶片阈值不同的问题,提出了应用边缘提取的检测方法。通过理论分析和实验对比了LabVIEW中边缘提取缺陷检测算子及组合算子的检测效果,并最终确定Sobel算子应用于本风力机叶片缺陷检测系统。实验表明,该系统能够实现不同颜色风力机叶片缺陷的自动、低成本检测,检测精度高达93%。     

风力机叶片气动外形三维设计方法研究与应用

本文针对风力机叶片气动外形的设计现状,采用Schmitz设计模型,结合小型叶轮设计实例,提出了风力机叶片的三维设计方法。利用图形几何变换原理求解叶片各截面叶素的空间坐标,运用三维设计平台进行叶片三维实体建模,设计过程交叉组合,提出了三种设计方法,并分析了各自的特点。方法具有普适性,有助于提高叶片的设计质量和设计效率,为叶片气动外形的三维快速设计提供了参考。     

风力发电机组叶片振动无线检测系统

设计了一种风力发电机组叶片振动的无线检测系统。采用模块化设计思路,振动传感器选用TZDM22-55,单片机选用高性能的ATMEGA32,无线收发模块选用NRF24E1芯片,上位机采用LabVIEW编程。系统平时工作在休眠状态,工作时通过软中断请求唤醒。测试结果表明该系统传输信号数据可靠。系统集成度高,功耗小,结构简单,工作稳定可靠,抗干扰能力强。     

湿热环境下复合材料风力机叶片气弹稳定性

对湿热环境下复合材料风力机叶片气弹稳定性进行了分析.将细长叶片简化为Euler-Bernoulli型悬臂梁,基于复合材料梁理论,在本构方程中引入湿热效应,使用Hamilton原理,建立了湿热环境下复合材料叶片弯扭(挥舞-扭转)耦合动力学方程,进而得到叶片线性自由振动特征方程,使用假设模态法求解振动特性,讨论了截面扭角、湿热效应、铺层角等因素对叶片气弹稳定性的影响,得到如下结论:(1)扭转阻尼比非常小,易出现气弹不稳定,增加截面扭角可改善气弹稳定性;(2)当出现气弹不稳定时,温度的升高会加剧气弹不稳定;(3)湿度对气弹稳定性影响较小;(4)纤维铺层角对气弹性稳定性影响显著.     

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.     

基于大数据分析的风机叶片结冰故障诊断

为了实现风力发电机叶片结冰故障诊断,及时进行风机叶片除冰,消除隐患。提出了基于大数据分析的人工智能算法识别风机叶片结冰的方法。首先,用结冰机理研究和数据探索的方法对风机运行数据进行分析,初步提取了24个特征量;然后,采用遗传算法对24个特征量、滑动窗口宽度和支持向量机参数进行联合优化,并据此建立叶片结冰故障诊断模型。诊断结果表明,用该模型诊断叶片结冰故障的准确率为86.2%,比采用SCADA采集所有数据或初步提取的24个特征量作为模型输入的准确率有大幅度的提高;并且,将该模型用于另一个#2风机时,故障诊断准确率也达到了78.5%,证明了该方法的有效性,并具有较好的泛化能力,为识别风机叶片结冰故障提供了新思路。     

振动传感器特性及其在风力发电机中的应用

本文介绍了振动传感器的原理、特性以及针对风力发电机的应用需要考虑的问题等.根据对风力发电机振动信号来源以及振动测量和安全保护设计等应用进行了分析研究,提出了振动传感器在风力发电中的选型、安装以及系统的组成等问题.     

小型H 型垂直轴风车叶片的设计分析

风力发电机（简称风车）,是一种将风能转化为机械能,电能或热能的转 换装置。比较了垂直轴风力发电机与水平轴风力发电机的优势后,对小型H 型垂直轴风车 叶片的进行了分析,给出了在不同工作环境中的载荷分析,并对叶片的应力计算及校核方法 作了讨论,为小型H 型垂直轴风车的叶片设计提供了参考。     

基于栈式自编码网络的风机叶片结冰预测

针对风电机组叶片结冰严重影响风机发电效率和安全性、经济性的问题，提出一种基于SCADA数据的栈式自编码（SAE）网络叶片结冰早期预测模型。该模型采用编码-解码的非监督方法对无标签的数据集预训练，再利用反向传播算法对有标签的数据集进行训练微调，实现了故障特征的自适应提取和状态分类，有效降低了传统预测模型的复杂度，同时避免了人为特征提取对模型效果的影响。利用SCADA系统采集的某15号风机的历史数据进行训练和测试，该模型测试结果准确率为97.28%。与支持向量机（SVM）和主成分分析-支持向量机（PCA-SVM）方法得到的建模分别为91%和93%的准确率进行对比分析，实验结果表明，基于栈式自编码网络的风机叶片结冰预测模型精确度更高。     

Calculation and characteristics analysis of blade pitch loads for large scale wind turbines

Based on the electric pitch system of large scale horizontal-axis wind turbines,the blade pitch loads coming mainly from centrifugal force,aerodynamic force and gravity are analyzed,and the calculation models for them are established in this paper.For illustration,a 1.2 MW wind turbine is introduced as a practical sample,and its blade pitch loads from centrifugal force,aerodynamic force and gravity are calculated and analyzed separately and synthetically.The research results showed that in the process of ro...     

大型风力发电叶片变形的摄像测量方法研究

将摄像测量方法应用于大型风力发电叶片力学实验的变形测量中.叶片在发生大幅度整体变形的同时发生微小的屈曲变形,这给测量带来了很多问题,为此提出并联式组网测量的方法.固定像机大视场远距离交会测量整体变形;相对固定的立体像机小视场近距离交会测量叶片上每个长约3m的局部段的屈曲变形,并且跟随叶片上待测量区域移动.所有像机并联式组网,同步触发.测量过程中的关键技术还有像机标定和畸变校正、格网点和黑白标志块的高精度半自动提取、坐标系的统一等.实验结果表明:整体变形的测量精度优于0.5mm,屈曲变形中网格点三维坐标的测量精度优于0.1mm;系统搭建相对简便、测量内容丰富、范围广、精度高、且能供事后处理和分析.