一种风电叶片静力控制方法、单元和系统技术方案

本发明专利技术提供一种风电叶片静力控制方法、单元和系统，包括：实时采集加载点的反馈拉力，并根据加载点的反馈拉力确定加载速率误差上限和下限；根据加载速率误差上限和下限计算加载点实时拉力的加载速率和加载速率误差；将加载速率误差与加载速率误差上限和下限进行比较，实时输出位移参数和驱动指令，实现对风电叶片的静力控制。本发明专利技术提供的技术方案中，多个加载点同时加载时，通过实时调整伺服电机的转速和方向改变实时拉力的加载速率，从而实现每个加载点力载荷的同步、匀速稳定变化；且不用考虑加载过程中不同风电叶片各个加载点之间的力耦合情况，各个加载点的加载过程相互独立，具有通用性。

【技术实现步骤摘要】
一种风电叶片静力控制方法、单元和系统
本专利技术涉及风电叶片静力控制技术，具体涉及一种风电叶片静力控制方法、单元和系统。
技术介绍
风电叶片是风电机组的重要组成部分，也是风电机组中较易发生损伤的部件。风电叶片静力试验的主要目的是对风机叶片承受的极限载荷进行检验，对风电叶片的强度极限和刚度性能考核验证，为结构优化提供必要的试验数据及分析结果。随着风电产业的快速发展，风电叶片的静力试验技术研究也得到了不断的开发与应用。对于兆瓦级风电叶片的静力试验，风电叶片的静力试验多采用多点同步加载拉力的方法实现,即采用多级多点加载方式，各加载点拉力同时到达静力试验设置目标拉力。在拉力载荷加载过程中，应确保每个加载点的拉力载荷匀速变化，以保证随着拉力载荷的增加而保持载荷分布的形状。兆瓦级风电叶片主要是由玻璃纤维组成，可以视为柔性刚体。其中叶片上多个加载点之间的力耦合是制约多点同时到达静力试验设置目标力的最大因素，在静力加载过程中如果存在力耦合，容易引起加载点拉力突变，从而导致叶片受力非均匀变化而损坏。叶片自身结构式引起静力加载过程中多个加载点拉力耦合的主要原因。如果从刚体耦合控制来做的话困难比较大，对于兆瓦级风电叶片静力加载试验来说，不具有通用性。目前国内通常采用多点多个吊车垂直加载的方式完成兆瓦级风电叶片的静力试验，但该方法加载和测量的精度不高，载荷变化不均匀，加载时间需要人工经验辅助，具有较大的局限性。同时由于叶片材料及结构的特殊性导致加载过程中叶片模型在时刻发生变化，加上其他未知的不可预测因素的影响，在多点加载过程中，控制点之间的耦合性比较复杂，很难采用传统的解耦控制方法消除加载点之间的耦合性问题。目前，国内在风电叶片的静力试验的控制方法方面进行了大量的研究，其中，同济大学提出的风电叶片静力试验控制方法是将无模型自适应算法应用于静力加载过程的牵引力解耦控制。通过理论分析与仿真试验，解耦控制效果和控制精度具有较大的提升，但该方法是通过比较系统的实际输出值和期望输出值进行比较，反复迭代计算，实现牵引力值与期望输出值接近。但是其具有以下缺点：一、在系统不稳定的时候，容易出现迭代次数多，达到稳定的时间较长等问题；二、需要设置合适的权重因子等参数，参数设置的合理性直接影响了控制系统的稳定性和控制速度。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供一种风电叶片静力控制方法、单元和系统，多个加载点同时加载时，通过实时调整伺服电机的转速和方向改变实时拉力的加载速率，从而实现每个加载点力载荷的同步、匀速稳定变化；且不用考虑加载过程中不同风电叶片各个加载点之间的力耦合情况，各个加载点的加载过程相互独立，具有通用性。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采取如下技术方案：本专利技术提供一种风电叶片静力控制方法，包括：实时采集加载点的反馈拉力，并根据加载点的反馈拉力确定加载速率误差上限和下限；根据加载速率误差上限和下限计算加载点实时拉力的加载速率和加载速率误差；将加载速率误差与加载速率误差上限和下限进行比较，实时输出位移参数和驱动指令，实现对风电叶片的静力控制。所述根据加载点的反馈拉力确定加载速率误差上限和下限包括：设实时采集的第n个加载点t时刻的反馈拉力为Fn(t)，根据Fn(t)得到如下式所示的加载速率误差上限和下限：其中，Vmax和Vmin分别表示加载速率误差上限和下限，Fn(t+Δt)表示第n个加载点t+Δt时刻的反馈拉力，Δt表示时间间隔，A、B表示比例系数。所述根据加载速率误差上限和下限计算加载点实时拉力的加载速率和加载速率误差包括：通过联立下式计算加载点实时拉力的加载速率和加载速率误差：其中，en(t)表示第n个加载点t时刻的加载速率误差，Vn(t)表示第n个加载点t时刻实时拉力的加载速率，Vn(t+Δt)表示第n个加载点t+Δt时刻实时拉力的加载速率，M表示加载点总数，T表示采样周期，KP表示比例系数，KI表示积分系数。所述将加载速率误差与加载速率误差上限和下限进行比较，实时输出控制参数，实现对风电叶片的静力控制包括：当en(t)<Vmin时，表明加载速率误差小于加载速率误差下限，不满足加载速率误差要求，输出Vn(t)＝－sing{en(t)}，改变伺服电机的旋转方向，并将Vn(t)＝－sing{en(t)}定义为实时拉力的加载方向，实现风电叶片加载点实时拉力的闭环加载；当Vmin<en(t)<Vmax时，表明加载速率误差处于加载速率误差上限和下限之间，满足加载速率误差要求，输出并通过逐步调节KP与KI实时输出控制参数，实现风电叶片加载点实时拉力的加载；当时en(t)＞Vmax时，表明加载速率误差大于加载速率误差上限，不满足加载速率误差要求，输出Vn(t)＝sing{en(t)}，改变伺服电机的旋转方向，并将Vn(t)＝sing{en(t)}定义为实时拉力的卸载方向，实现风电叶片加载点实时拉力的闭环卸载。同时，本专利技术还一种风电叶片静力控制单元，包括：确定模块，用于实时采集加载点的反馈拉力，并根据加载点的反馈拉力确定加载速率误差上限和下限；计算模块，用于根据加载速率误差上限和下限计算加载点实时拉力的加载速率和加载速率误差；输出模块，用于将加载速率误差与加载速率误差上限和下限进行比较，实时输出位移参数和驱动指令，实现对风电叶片的静力控制。所述确定模块具体用于：设实时采集的第n个加载点t时刻的反馈拉力为Fn(t)，根据Fn(t)得到如下式所示的加载速率误差上限和下限：其中，Vmax和Vmin分别表示加载速率误差上限和下限，Fn(t+Δt)表示第n个加载点t+Δt时刻的反馈拉力，Δt表示时间间隔，A、B表示比例系数；所述计算模块具体用于：通过联立下式计算加载点实时拉力的加载速率和加载速率误差：其中，en(t)表示第n个加载点t时刻的加载速率误差，Vn(t)表示第n个加载点t时刻实时拉力的加载速率，Vn(t+Δt)表示第n个加载点t+Δt时刻实时拉力的加载速率，M表示加载点总数，T表示采样周期，KP表示比例系数，KI表示积分系数；所述输出模块具体用于：当en(t)<Vmin时，表明加载速率误差小于加载速率误差下限，不满足加载速率误差要求，输出Vn(t)＝－sing{en(t)}，改变伺服电机的旋转方向，并将Vn(t)＝－sing{en(t)}定义为实时拉力的加载方向，实现风电叶片加载点实时拉力的闭环加载；当Vmin<en(t)<Vmax时，表明加载速率误差处于加载速率误差上限和下限之间，满足加载速率误差要求，输出并通过逐步调节KP与KI实时输出控制参数，实现风电叶片加载点实时拉力的加载；当时en(t)＞Vmax时，表明加载速率误差大于加载速率误差上限，不满足加载速率误差要求，输出Vn(t)＝sing{en(t)}，改变伺服电机的旋转方向，并将Vn(t)＝sing{en(t)}定义为实时拉力的卸载方向，实现风电叶片加载点实时拉力的闭环卸载。优选的，本专利技术还提供一种风电叶片静力控制系统，包括加载装置、拉力传感器、位移传感器和控制装置；所述位移传感器和拉力传感器均固定在风电叶片上，所述加载装置通过钢丝绳和滑轮组与拉力传感器连接，所述控制装置包括与位移传感器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风电叶片静力控制方法，其特征在于，包括：实时采集加载点的反馈拉力，并根据加载点的反馈拉力确定加载速率误差上限和下限；根据加载速率误差上限和下限计算加载点实时拉力的加载速率和加载速率误差；将加载速率误差与加载速率误差上限和下限进行比较，实时输出位移参数和驱动指令，实现对风电叶片的静力控制。

【技术特征摘要】
1.一种风电叶片静力控制方法，其特征在于，包括：实时采集加载点的反馈拉力，并根据加载点的反馈拉力确定加载速率误差上限和下限；根据加载速率误差上限和下限计算加载点实时拉力的加载速率和加载速率误差；将加载速率误差与加载速率误差上限和下限进行比较，实时输出位移参数和驱动指令，实现对风电叶片的静力控制。2.根据权利要求1所述的风电叶片静力控制方法，其特征在于，所述根据加载点的反馈拉力确定加载速率误差上限和下限包括：设实时采集的第n个加载点t时刻的反馈拉力为Fn(t)，根据Fn(t)得到如下式所示的加载速率误差上限和下限：其中，Vmax和Vmin分别表示加载速率误差上限和下限，Fn(t+Δt)表示第n个加载点t+Δt时刻的反馈拉力，Δt表示时间间隔，A、B表示比例系数。3.根据权利要求2所述的风电叶片静力控制方法，其特征在于，所述根据加载速率误差上限和下限计算加载点实时拉力的加载速率和加载速率误差包括：通过联立下式计算加载点实时拉力的加载速率和加载速率误差：其中，en(t)表示第n个加载点t时刻的加载速率误差，Vn(t)表示第n个加载点t时刻实时拉力的加载速率，Vn(t+Δt)表示第n个加载点t+Δt时刻实时拉力的加载速率，M表示加载点总数，T表示采样周期，KP表示比例系数，KI表示积分系数。4.根据权利要求3所述的风电叶片静力控制方法，其特征在于，所述将加载速率误差与加载速率误差上限和下限进行比较，实时输出控制参数，实现对风电叶片的静力控制包括：当en(t)<Vmin时，表明加载速率误差小于加载速率误差下限，不满足加载速率误差要求，输出Vn(t)＝－sing{en(t)}，改变伺服电机的旋转方向，并将Vn(t)＝－sing{en(t)}定义为实时拉力的加载方向，实现风电叶片加载点实时拉力的闭环加载；当Vmin<en(t)<Vmax时，表明加载速率误差处于加载速率误差上限和下限之间，满足加载速率误差要求，输出并通过逐步调节KP与KI实时输出控制参数，实现风电叶片加载点实时拉力的加载；当时en(t)＞Vmax时，表明加载速率误差大于加载速率误差上限，不满足加载速率误差要求，输出Vn(t)＝sing{en(t)}，改变伺服电机的旋转方向，并将Vn(t)＝sing{en(t)}定义为实时拉力的卸载方向，实现风电叶片加载点实时拉力的闭环卸载。5.一种风电叶片静力控制单元，其特征在于，包括：确定模块，用于实时采集加载点的反馈拉力，并根据加载点的反馈拉力确定加载速率误差上限和下限；计算模块，用于根据加载速率误差上限和下限计算加载点实时拉力的加载速率和加载速率误差；输出模块，用于将加载速率误差与加载速率误差上限和下限进行比较，实时输出位移参数和驱动指令，实现对风电叶片的静力控制。6.根据权利要求5所述的风电叶片静力控制单元，其特征在于，所述确定模块具体用于：设实时采集的第n个加载点t时刻的反馈拉力为Fn(t)，根据Fn(t)得到如下式所示的加载速率误...

【专利技术属性】
技术研发人员：师培峰，王振田，邱伟，李铁康，吴瑞斌，王晓斌，
申请(专利权)人：北京航天斯达科技有限公司，北京强度环境研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11