风力机叶片的振动控制与仿真研究.docVIP

 n 风力机叶片的振动控制与仿真研究 王守艺1，邢钢2，杨敏2，陈爱美3** （1. 天津工业大学电气工程与自动化学院，天津 300387； 5 10 15 20 25 30 35 40 2. 天津工业大学电气工程与自动化学院，天津市 300387； 3. 德州科技职业学院（青岛校区）机电系，青岛市 266232） 摘要：利用连续系统受迫振动理论将风力机叶片简化为悬臂梁振动模型。对叶片的正常和不 平衡故障两种运行情况分别建立数学模型，并在 MATLAB/Simulink 中对其进行振动仿真。 针对不平衡故障的叶片振动模型，在频域信号分析中找出控制参数，监测仿真模型的时域振 动信号，在变激励条件下利用 PID 调节对叶片时域振动信号进行控制仿真。 关键词：风力发电机组；连续系统受迫振动；振动模型；振动控制；PID 中图分类号：TK83 风力机械和设备 Vibration Control and Simulation Research of Wind Generators Blade WANG Shouyi1, XING Gang2, YANG Min2, CHEN Aimei3 (1. School of Electrical Engineering and Automation,Tianjin Polytechnic University,Tianjin 300387; 2. School of Electrical Engineering and Automation, Tianjin Polytechnic University,Tianjin 300387; 3. school of Mechanical Engineering,Dezhou Technical University (Qingdao Campus) ,Qingdao 266232) Abstract: In this paper the blade of small-scale wind generators is simplified as cantilever vibration model. The vibration models of normal state and failure state are established and simulated in the MATLAB/Simulink software. Find out the control parameter after analysing the frequency domain signal of the vibration model of failure state. Monitor the time domain vibration signals of the simulation model, then control the time domain vibration signal of the blade model using the PID regulator in a changing-excitation conditions. Key words: Wind generators; Vibration of Continuous Systems; Vibration Model; Vibration Control; PID 0 引言 风力机叶片是风力机组关键部件之一，其性能直接影响到整个系统的性能，同时也成为 机组安全运行的关键。目前，国内外对风力机叶片的监测除了通过昂贵的光钎传感器，也有 通过齿轮箱振动信号检测其运行状态。本文通过对 300W 风力机叶片进行动力学建模，并利 用 MATLAB 仿真软件对其振动特性进行仿真分析，进而寻找合适的控制参数，通过一定的 控制算法实现对叶片振动幅值的控制。 为探寻风力机叶片故障状态与正常状态的振动响应的差别，本文分别计算了正常状态和 故障状态（即偏心状态）两个大类的振动响应，并对其进行对比分析，对故障状态下的叶片 模型进行控制仿真。 作者简介：王守艺（1987-），男，研究方向为风力发电机组运行故障诊断与振动控制 通信联系人：邢钢（1956-），男，副教授，主要研究方向：高速恒频风力发电机控制系统，双馈电动机调 速及控制. E-mail: yuxiuxu@ -1- 1 风力机叶片的结构简化与阵型  n 1.1  叶片的结构简化 300W 风力机叶片为玻璃钢复合材料，叶片的表面是圆弧状，且横截面是不规则的椭圆 45 状，为了理论计算分析方便，将其简化成横截面是矩形的梁结构，看成是左端即叶片根部固 定的变截面悬臂梁，如图 1 所示。 y  0.965m  0.055m