基于智能结构的大型风力机叶片摆振抑制系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了风力发电技术领域的一种基于智能结构的大型风力机叶片摆振抑制系统及控制方法。其技术方案是，所述系统包括风力机叶尖、振动控制卡和上位机；所述风力机叶尖包括第一光纤应变传感器、第二光纤应变传感器、第三光纤应变传感器、第一超磁致伸缩作动器和第二超磁致伸缩作动器；所述振动控制卡包括信号调理器、第一低通滤波器、模数转换器、数字信号处理器DSP、USB接口、数模转换器、第二低通滤波器和压控恒流源。本发明专利技术的有益效果是，采用振动控制卡，使超磁致伸缩智能结构的风力机叶片的摆振抑制功能在小幅、低频、下得以实现；振动控制卡减小了主控设备的体积，提高了系统的抗干扰能力和工作稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于风力发电
，尤其涉及一种。
技术介绍
近年来，伴随着全球对环境问题日益重视、高油价和风电技术日益成熟,全球风电获得了超常发展，我国风电的发展尤为迅速。大型风力机和大型风电场并网发电正成为风能有效利用的主要形式。风力机叶片在旋转过程中，受到来自各种不同来源气流的快速波动荷载作用，包括湍流的风塔影、风剪切和偏航等所造成的。空气流在柔性叶片上产生不规则弹性振动，叶片在旋转平面内的弯曲振动即摆振，是造成风力机疲劳载荷的重要因素之一。近年来，为了·实现风能的规模利用，风力机叶片的结构尺寸在持续增大，但也增加了风力机叶片上的载荷。由于叶片载荷影响了其他组件如机械传动系统和杆塔的载荷，导致风电总成本急剧攀升。单纯降低传统的固定翼形叶片成本，对降低总成本作用有限。
技术实现思路
针对
技术介绍
中提到的现有大型风力机叶片，在降低疲劳负荷方面的缺点和不足，本专利技术提出一种。一种基于智能结构的大型风力机叶片摆振抑制系统，其特征在于，所述系统包括风力机叶尖、振动控制卡和上位机；所述风力机叶尖包括第一光纤应变传感器、第二光纤应变传感器、第三光纤应变传感器、第一超磁致伸缩作动器和第二超磁致伸缩作动器；所述振动控制卡包括信号调理器、第一低通滤波器、模数转换器、数字信号处理器DSP、USB接口、数模转换器、第二低通滤波器和压控恒流源；其中，所述第一光纤应变传感器和第二光纤应变传感器分别与所述信号调理器连接；所述第一光纤应变传感器和第二光纤应变传感器用于采集信号；所述信号调理器用于将采集到的信号转换成电压信号；所述信号调理器、第一低通滤波器、模数转换器和数字信号处理器DSP顺次连接；所述第一低通滤波器用于滤掉高频干扰信号；所述模数转换器用于将模拟信号转换成数字信号；所述数字信号处理器DSP用于对接收到的信号进行处理；所述数字信号处理器DSP、数模转换器、第二低通滤波器和压控恒流源顺次连接；所述数模转换器用于将数字信号转换成模拟信号；所述第二低通滤波器用于平滑模拟电压量；所述压控恒流源用于将模拟电压信号转换成电流信号；所述压控恒流源分别与所述第一超磁致伸缩作动器和第二超磁致伸缩作动器连接；所述第一超磁致伸缩作动器和第二超磁致伸缩作动器用于在电流信号的控制下伸长或收缩；所述第三光纤应变传感器与所述模数转换器连接；所述第三光纤应变传感器用于提供参考应变信号；所述USB接口分别与所述数字信号处理器DSP和上位机连接。所述第一光纤应变传感器和第二光纤应变传感器安装在风力机叶尖内侧。所述第三光纤应变传感器安装在风力机叶尖的上部外侧。所述风力机叶尖包括连接件、腹板、第一位移放大结构和第二位移放大结构；所述连接件安装在风力机叶尖的内部。所述第一超磁致伸缩智能作动器和第二超磁致伸缩智能作动器通过柔性铰链与连接件连接；所述连接件安装在风力机叶尖的腹板上；所述第一位移放大结构通过柔性铰链连与第一超磁致伸缩智能作动器连接，并与叶尖内部一侧连接；所述第二位移放大结构通过柔性铰链连与第二超磁致伸缩智能作动器连接，并与叶尖内部另一侧连接；所述第一光纤应变传感器安装在第一位移放大结构的上部；所述第二光纤应变传感器安装在第二位移放大结构的上部。一种基于智能结构的大型风力机叶片摆振抑制系统的控制方法，其特征在于，具体包括以下步骤步骤I :变量初始化确定4路通过滤波器信号的阶数，阶数设为N ;使用模糊推理算法得到权向量初值V = T和W = τ ;初始化输入向量X(k)和输出向量F1 (k)和F3 (k)及G1 (k)和G2 (k)；步骤2 :更新滤波器权系数，并输出控制量；步骤21 :设 k = I ；步骤22 :读入当前误差信号ei(k)和62(10，更新输入向量乂00 X(k)中原值各右移一位；读入当前输入X(k)且X(k) =x(k)；步骤23:更新输入向量的确定性相关系数函数矩阵Ojk)、Φ2(10、Φ3(10和04(k), Φ! (k) = Φ! (k-1) +X (k) *χτ (k),计算/ 句，1=1，2, 3, 4 ；步骤24 :更新两个滤波器权系数，具体包括以下步骤步骤241:设定1=0;步骤242 :根据公式计算滤波器权系数；W1 ⑴=W1 ⑴-K12 ⑴ *e! (k) ; V1 ⑴=V1 ⑴-K11 ⑴ *e! (k)；W2 (i) =W2 (i) -K22 (i) *e2 (k) ; V2 (i) =V2 (i) -K21 (i) *e2 (k)；步骤243 :令 i=i+l ；步骤244 :判断i是否小于N+1 ;如果是，则执行步骤242 ;否，则执行步骤25 ；步骤25 :计算滤波器输出输出向量F1 (k)和F2 (k)及G1 (k)和G2 (k)中值各右移I位；计算当前输出值权利要求1.一种基于智能结构的大型风力机叶片摆振抑制系统，其特征在于，所述系统包括风力机叶尖、振动控制卡和上位机；所述风力机叶尖包括第一光纤应变传感器、第二光纤应变传感器、第三光纤应变传感器、第一超磁致伸缩作动器和第二超磁致伸缩作动器；所述振动控制卡包括信号调理器、第一低通滤波器、模数转换器、数字信号处理器DSP、USB接口、数模转换器、第二低通滤波器和压控恒流源； 其中，所述第一光纤应变传感器和第二光纤应变传感器分别与所述信号调理器连接；所述第一光纤应变传感器和第二光纤应变传感器用于采集信号；所述信号调理器用于将采集到的信号转换成电压信号； 所述信号调理器、第一低通滤波器、模数转换器和数字信号处理器DSP顺次连接；所述第一低通滤波器用于滤掉高频干扰信号；所述模数转换器用于将模拟信号转换成数字信号；所述数字信号处理器DSP用于对接收到的信号进行处理； 所述数字信号处理器DSP、数模转换器、第二低通滤波器和压控恒流源顺次连接；所述数模转换器用于将数字信号转换成模拟信号；所述第二低通滤波器用于平滑模拟电压量；所述压控恒流源用于将模拟电压信号转换成电流信号； 所述压控恒流源分别与所述第一超磁致伸缩作动器和第二超磁致伸缩作动器连接；所述第一超磁致伸缩作动器和第二超磁致伸缩作动器用于在电流信号的控制下伸长或收缩； 所述第三光纤应变传感器与所述模数转换器连接；所述第三光纤应变传感器用于提供参考应变信号； 所述USB接口分别与所述数字信号处理器DSP和上位机连接。2.根据权利要求I所述的一种基于智能结构的大型风力机叶片摆振抑制系统，其特征在于，所述第一光纤应变传感器和第二光纤应变传感器安装在风力机叶尖内侧。3.根据权利要求I所述的一种基于智能结构的大型风力机叶片摆振抑制系统，其特征在于，所述第三光纤应变传感器安装在风力机叶尖的上部外侧。4.根据权利要求I所述的一种基于智能结构的大型风力机叶片摆振抑制系统，其特征在于，所述风力机叶尖包括连接件、腹板、第一位移放大结构和第二位移放大结构；所述连接件安装在风力机叶尖的内部；所述第一超磁致伸缩智能作动器和第二超磁致伸缩智能作动器通过柔性铰链与连接件连接；所述连接件安装在风力机叶尖的腹板上；所述第一位移放大结构通过柔性铰链连与第一超磁致伸缩智能作动器连接，并与叶尖内部一侧连接；所述第二位移放大结构通过柔性铰链连与第二超磁致伸缩智能作动器连接，并与叶尖内部另一侧连接；所述第一光纤应变传感器安装在第一位移放大本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于智能结构的大型风力机叶片摆振抑制系统，其特征在于，所述系统包括风力机叶尖、振动控制卡和上位机；所述风力机叶尖包括第一光纤应变传感器、第二光纤应变传感器、第三光纤应变传感器、第一超磁致伸缩作动器和第二超磁致伸缩作动器；所述振动控制卡包括信号调理器、第一低通滤波器、模数转换器、数字信号处理器DSP、USB接口、数模转换器、第二低通滤波器和压控恒流源；其中，所述第一光纤应变传感器和第二光纤应变传感器分别与所述信号调理器连接；所述第一光纤应变传感器和第二光纤应变传感器用于采集信号；所述信号调理器用于将采集到的信号转换成电压信号；所述信号调理器、第一低通滤波器、模数转换器和数字信号处理器DSP顺次连接；所述第一低通滤波器用于滤掉高频干扰信号；所述模数转换器用于将模拟信号转换成数字信号；所述数字信号处理器DSP用于对接收到的信号进行处理；所述数字信号处理器DSP、数模转换器、第二低通滤波器和压控恒流源顺次连接；所述数模转换器用于将数字信号转换成模拟信号；所述第二低通滤波器用于平滑模拟电压量；所述压控恒流源用于将模拟电压信号转换成电流信号；所述压控恒流源分别与所述第一超磁致伸缩作动器和第二超磁致伸缩作动器连接；所述第一超磁致伸缩作动器和第二超磁致伸缩作 动器用于在电流信号的控制下伸长或收缩；所述第三光纤应变传感器与所述模数转换器连接；所述第三光纤应变传感器用于提供参考应变信号；所述USB接口分别与所述数字信号处理器DSP和上位机连接。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张文广，林忠伟，刘吉臻，谢力，曾德良，牛玉广，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：