失速非线性颤振抑制式风力机叶片及颤振抑制系统技术方案

本发明专利技术公开一种失速非线性颤振抑制式风力机叶片及颤振抑制系统，该叶片包括叶片母体，叶片母体的尾缘侧的下部内开设有叶片槽口，叶片槽口内设置有摆动机构，摆动机构包括尾缘襟翼和摆动控制气缸机构，尾缘襟翼的左右两端通过转轴定位机构与叶片母体连接，尾缘襟翼内端通过摆动控制气缸机构与叶片母体连接。叶片失速颤振抑制系统包括风力机架和连接在风里机架上的风力机头，风力机头上适配连接有上述失速非线性颤振抑制式风力机叶片；所述系统控制器设置在风力机头内，系统控制器内设置有主控制系统，主控制系统通过叶片失速颤振控制方法控制摆动机构的带动。通过设置新型的叶片以及抑制系统，可更好的保持叶片在失速时的稳定性，防止叶片断裂。

【技术实现步骤摘要】
失速非线性颤振抑制式风力机叶片及颤振抑制系统
本专利技术涉及风力发电机控制领域，具体涉及一种失速非线性颤振抑制式风力机叶片及颤振抑制系统。
技术介绍
近年来，风力发电新能源技术得到了很大的发展，尤其风能捕获机械方面。风力机叶片在非线性失速气动力作用下，可能发生失速颤振断裂失效。本设计所述特定尾缘襟翼结构及气压传动驱动、基于智能控制算法驱动尾缘襟翼摆动方案，则基于不稳定位移幅度控制和失速颤振风速的联合效应，恰好能进行气弹不稳定性的调节和控制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种失速非线性颤振抑制式风力机叶片，该风力机叶片在失速时可更好的控制颤振，结构新颖，控制简单方便。本专利技术为了实现上述目的，采用的技术解决方案是：一种失速非线性颤振抑制式风力机叶片，包括叶片母体，所述叶片母体的尾缘侧的下部内开设有叶片槽口，叶片槽口内设置有摆动机构，摆动机构包括尾缘襟翼和摆动控制气缸机构，尾缘襟翼的左右两端通过转轴定位机构与叶片母体连接，尾缘襟翼内端通过摆动控制气缸机构与叶片母体连接。优选的，所述叶片母体呈三棱柱状，叶片母体为空腔蒙皮结构，叶片母体的蒙皮由高强度复合材料制成；叶片母体的横截面为周向反对称形面，叶片母体的头缘部呈弧形块状，叶片母体的尾缘部呈扁平板状。优选的，所述尾缘襟翼位于靠近叶片母体的叶尖的1/2展长的中部处，尾缘襟翼的纵向长度为叶片母体的纵向长度的1/4，尾缘襟翼横截面的弦向长度为叶片母体横截面弦向长度的1/6；叶片槽口的纵向长度大于尾缘襟翼的纵向长度，尾缘襟翼呈三棱柱状。优选的，所述转轴定位机构有两组，两组转轴定位机构连接在尾缘襟翼的左右两侧；摆动控制气缸机构包括两个上控制气缸组和两个下控制气缸组；所述尾缘襟翼内设置有襟翼空腔，襟翼空腔内设有固定铰接轴；上控制气缸组的缸轴端通过第一上转轴组件连有第一上连杆，第一上连杆的另一端与固定铰接轴定位连接；下控制气缸组通过第一下转轴组件连有第二下连杆，第二下连杆的另一端与固定铰接轴定位连接。优选的，所述两个上控制气缸组相互平行的连接在叶片槽口内端的叶片母体上，两个下控制气缸组分别连接在两个上控制气缸组下方的叶片母体上；所述摆动控制气缸机构与风力机内的气压传动系统连接，气压传动系统与风力机内的系统控制器连接。优选的，所述转轴定位机构包括单头螺柱，单头螺柱的一端穿过叶片母体的壳壁后通过第一螺柱定位垫片和第一螺柱定位螺母固定；单头螺柱的中部套有螺柱轴套和轴用挡圈；单头螺柱的另一端通过第一圆锥滚子轴承与尾缘襟翼连接，第一圆锥滚子轴承外套有内圈定位锥形套。本专利技术的另一目的在于提供一种叶片失速颤振抑制系统，该系统中通过叶片失速颤振控制方法实现了叶片失速状态下更准确快捷的控制。本专利技术为为了实现上述目的，采用的技术解决方案是：一种叶片失速颤振抑制系统，包括风力机架和连接在风里机架上的风力机头，所述风力机头上适配连接有上述失速非线性颤振抑制式风力机叶片；所述系统控制器设置在风力机头内，系统控制器内设置有主控制系统，主控制系统通过叶片失速颤振控制方法控制摆动机构的带动。优选的，所述叶片失速颤振控制方法包括如下步骤：步骤A，风力机叶片或风力机头配备有风速传感器，风速传感器把风速信号送到主控制系统内的模拟量输入模块中，主控制系统判断其速度大于等于临界失速颤振风速且持续一段时间后调用气弹系统预制处理程序；步骤B,调用气弹系统预制处理程序后，结合SMC/ARL算法，计算出能够达到颤振抑制效果的理论襟翼摆角；所述SMC/ARL算法为基于气弹稳定性控制和襟翼摆角控制的两种滑模控制算法；步骤C，将理论襟翼摆角赋给ASMC/MPLNN算法，并继续由控制中心调用ASMC/MPLNN算法进行数值计算，将计算结果输出到模拟量输出模块，模拟量输出模块进一步输出电流值；所述ASMC/MPLNN算法为基于RBF神经网络规律方法的自适应SMC算法；步骤D，输出电流值后，通过驱动气压传动系统内的比例换向阀(其实质是电流信号驱动的比例流量阀)，气压传动系统内的气压管道内的气压流体进入到气压传动系统内的比例调速阀；步骤E，气压传动系统内的比例调速阀得到信号后，进一步通过桥式回路后驱动每一组上的上控制气缸组、下控制气缸组，上控制气缸组、下控制气缸组的活塞杆同步反向运动，实现尾缘襟翼。优选的，气压传动系统内的比例调速阀得到信号后，进一步通过桥式回路后驱动每一组上的上控制气缸组、下控制气缸组，上控制气缸组、下控制气缸组的活塞杆同步反向运动，实现尾缘襟翼。所述SMC/ARL算法通过临界风速和非线性气动力的作用，求解非线性气弹系统，得出实现失速颤振抑制所需要的理论的襟翼摆角数值；ASMC/MPLNN算法及时驱动气压传动系统，实时驱动襟翼，使得襟翼的实际摆角及时跟踪理论摆角的变化，从而实现实时的颤振抑制；所述RBF神经网络规律方法中包括将神经网络权值转化为特定单元参数的算法，该算法包括如下：其中，s为滑模变量，hR为RBF神经网络高斯基函数的输出，W为理论权值，则将权值转化为单元参数是单元参数的实际值和理论值之间的差值。优选的，所述叶片失速颤振控制方法中，需要计算用来描述叶片母体失速状态下的襟翼截面的气动升力F和力矩M，气动升力F、力矩M与SMC/ARL算法、ASMC/MPLNN算法配合计算；所述气动升力F的表达式和力矩M的表达式分别为：其中，ρa为空气密度；b＝c/2，c为叶片弦长；Clα，Cmα，Clβ，Cmβ分别为相应的弦向襟翼匹配系数，且满足：Clα＝6.28，Cmα＝(0.5+c/6)Clα，Clβ＝3.358，Cmβ＝-0.635。U为风速；β为襟翼摆动角度；V0为入流风速；z为挥舞方向的运动(位移)，θ为弹性扭转位移。本专利技术的有益效果是：1、提出了从结构到控制的一整套的基于尾缘襟翼抑制失速颤振的完整的可实施方案。襟翼结构创新包括：位置参数、结构参数、襟翼与母体的连接方式。提出了失速颤振发生情况下的尾缘襟翼的原创气动力模型。包括气动升力和力矩两部分。提出了利用气缸来驱动尾缘襟翼的气压传动方案，与常规的机械传动、液压传动相比，具有独特的优点：与机械的齿轮传动和电机驱动相比较，具有重量轻且不损害叶片母体结构(无过多附属结构)、安装方便、驱动简单、快速驱动等诸多优点；与液压传动相比，具有无滞后、快速驱动反应、无复杂的液压管道而更加安全可靠(气压传动采用软管且无需配置附属结构，随意放置在母体空腔即可)等优点。2、提出了利用气缸来驱动尾缘襟翼的气压传动方案，并给出了与气压传动驱动相匹配的智能控制方案。特别地，“ASMC/MPLNN算法”与“气压传动驱动”能完美匹配，实现实时跟踪，能实现襟翼的高频摆动、襟翼角度的突变行为，属于控制算法实际应用的创新。匹配和跟踪采用了一种最小参数学习的RBF神经网络规律。3、上述失速非线性颤振抑制式风力机叶片及颤振抑制系统中，襟翼采用特定的结构比例参数和安装位置，并通过气压传动来驱动。襟翼本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种失速非线性颤振抑制式风力机叶片，包括叶片母体，其特征在于，所述叶片母体的尾缘侧的下部内开设有叶片槽口，叶片槽口内设置有摆动机构，摆动机构包括尾缘襟翼和摆动控制气缸机构，尾缘襟翼的左右两端通过转轴定位机构与叶片母体连接，尾缘襟翼内端通过摆动控制气缸机构与叶片母体连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种失速非线性颤振抑制式风力机叶片，包括叶片母体，其特征在于，所述叶片母体的尾缘侧的下部内开设有叶片槽口，叶片槽口内设置有摆动机构，摆动机构包括尾缘襟翼和摆动控制气缸机构，尾缘襟翼的左右两端通过转轴定位机构与叶片母体连接，尾缘襟翼内端通过摆动控制气缸机构与叶片母体连接。


2.根据权利要求1所述的一种失速非线性颤振抑制式风力机叶片，其特征在于，所述叶片母体呈三棱柱状，叶片母体为空腔蒙皮结构，叶片母体的蒙皮由高强度复合材料制成；叶片母体的横截面为周向反对称形面，叶片母体的头缘部呈弧形块状，叶片母体的尾缘部呈扁平板状。


3.根据权利要求1所述的一种失速非线性颤振抑制式风力机叶片，其特征在于，所述尾缘襟翼位于靠近叶片母体的叶尖的1/2展长的中部处，尾缘襟翼的纵向长度为叶片母体的纵向长度的1/4，尾缘襟翼横截面的弦向长度为叶片母体横截面弦向长度的1/6；叶片槽口的纵向长度大于尾缘襟翼的纵向长度，尾缘襟翼呈三棱柱状。


4.根据权利要求1所述的一种失速非线性颤振抑制式风力机叶片，其特征在于，所述转轴定位机构有两组，两组转轴定位机构连接在尾缘襟翼的左右两侧；摆动控制气缸机构包括两个上控制气缸组和两个下控制气缸组；
所述尾缘襟翼内设置有襟翼空腔，襟翼空腔内设有固定铰接轴；上控制气缸组的缸轴端通过第一上转轴组件连有第一上连杆，第一上连杆的另一端与固定铰接轴定位连接；下控制气缸组通过第一下转轴组件连有第二下连杆，第二下连杆的另一端与固定铰接轴定位连接。


5.根据权利要求4所述的一种失速非线性颤振抑制式风力机叶片，其特征在于，所述两个上控制气缸组相互平行的连接在叶片槽口内端的叶片母体上，两个下控制气缸组分别连接在两个上控制气缸组下方的叶片母体上；所述摆动控制气缸机构与风力机内的气压传动系统连接，气压传动系统与风力机内的系统控制器连接。


6.根据权利要求4所述的一种失速非线性颤振抑制式风力机叶片，其特征在于，所述转轴定位机构包括单头螺柱，单头螺柱的一端穿过叶片母体的壳壁后通过第一螺柱定位垫片和第一螺柱定位螺母固定；
单头螺柱的中部套有螺柱轴套和轴用挡圈；单头螺柱的另一端通过第一圆锥滚子轴承与尾缘襟翼连接，第一圆锥滚子轴承外套有内圈定位锥形套。


7.一种叶片失速颤振抑制系统，包括风力机架和连接在风里机架上的风力机头，其特征在于，所述风力机头上适配连接有多个权利要求1至6中任意一项所述的失速非线性颤振抑制式风力机叶片；所述系统控制器设置在风力机头内，系统控制器内设置有主控制系统，主控制系统通过叶片失速颤振控制方法控制摆动机构的带动。


8.根据权利要求7所述的一种叶片失速颤振抑制系统，其特征在于，所述叶片失速颤振控制方法包括如下步骤：
步骤A，风...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘廷瑞，孙长乐，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东;37