专利名称：风力发电机叶片振动主动控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种风力发电机叶片振动主动控制系统，属于风力发电技术领域。
背景技术：
随着风力发电机的大型化，叶片变得越来越长，作用在叶片上的力主要有三种气动力、离心力和重力。在这些力的作用下，作为柔性弹性体的叶片变的不稳定，极易造成叶片颤振，引起风力发电机的失效。风能是绿色、环保和可再生的能源。在当今世界能源短缺，同时又突出强调环保的情况下，大力开发利用风能发电乃是普遍的趋势和潮流。风力机的叶片作为摄取风能的关 键部件，它的气动性能和结构性能直接决定风力机的工作效率和运行寿命。随着风力机的大型化，势必寻求叶片的大型化、轻质化和长寿化。由于大自然风力的随机性、叶片动力激扰的多样性、叶片变形之间及变形与气动力之间的耦合性，加之叶片经常要在失速工况下运行，决定了风力机叶片有着不同于普通叶轮机叶片的特殊动力学失效行为，其中，气弹耦合经典颤振、失速颤振对于现代大型柔性叶片无疑是最常见、最有危害的，颤振是由于作大范围空间旋转的柔性叶片弯扭耦合变形及其气动力与弹性变形的耦合造成的。颤振交变应力会使叶片萌生疲劳裂纹导致其断裂，是发展现代风力机亟待突破的瓶颈问题。在开展大型风力机叶片气动弹性理论和颤振主动控制研究中，一方面有助于深刻认识和揭示多种气动弹性现象发生的规律及其相互转换的条件和机理，为叶片的优化设计提供理论依据。另一方面为消除和预防所不希望发生的气动弹性不稳定现象，以及降低由颤振和振动引发的叶片结构疲劳破坏事故发生的机率奠定必要的基础。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的不足提供一种风力发电机叶片振动王动控制系统。风力发电机叶片振动主动控制系统，包括传感器、接收所述传感器信号的控制器和在控制器控制下作用的作动器；所述传感器包括黏贴在风力发电机叶片表面或埋入风力发电机叶片内部的压电传感器，用于叶片振动加速度大小，叶片旋转速度和叶片振动位移的测量，控制器用于对传感器采集来的信号分析和判断；作动器受控制器控制用于对振动的叶片施加作用力，使叶片振动减弱。采用本实用新型的风力发电机叶片振动主动控制系统，有效避免叶片颤振，避免引起风力发电机的失效。
图I为本实用新型原理框图。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本实用新型进行详细说明。参考图1，本实用新型的风力发电机叶片振动主动控制系统，包括传感器、控制器作动器；风力发电机叶片即受控对象，是振动主动控制的主体，传感器包括黏贴在叶片表面或埋入叶片内部的压电传感器即加速度传感器、速度传感器和位移传感器、三种传感器主要完成叶片振动加速度大小，叶片旋转速度和叶片振动位移的测量，控制器用于对传感器采集来的信号分析和判断；作动器受控制器控制用于对振动的叶片施加作用力，使叶片振动减弱。当被控对象叶片受到外部阵风等外部干扰的影响，发生振动超过控制器中设定的参考信号时，黏贴在叶片表面或埋入叶片内部的压电传感器将振动信号转换成电压信号，经过传感器调理电路，再经过A/D转换器与控制器中的设定参考信号进行比较，超过参考信号时，由控制器发出控制信号，经过D/A转换器转换为电压信号，由电压信号控制压电材 料做成的作动器，使作动器按照与振动方向相反的方向对叶片施加作用力，使叶片振动减弱乃至停止。也就是说，当传感器采集的信号大于控制器中设定的参考信号时，就有一个差值输出控制作动器。提高系统控制性能的关键是实时采集智能结构振动信号以及经数字信号处理后，选择合适的控制算法，输出控制信号于作动器，实现被控对象振动主动抑制。在实际应用中，需要根据被控制对象要求布置各种类型的传感器，如位移传感器、速度传感器、加速度传感器。其中位移传感器布置在空心叶片的内部，用于测量叶片的振动位移幅值，速度传感器布置在叶片的轮毂上用于测量叶片的旋转速度，实时测量叶片旋转速度大小防止叶片转速过高失去控制；加速度传感器由黏贴或嵌入叶片内部的压电片实现，实时对叶片的振动进行测量和控制。各类型传感器输出信号差别大，一般各传感器信号调理电路统一将信号调理为-5V +5V电压信号，为了满足实时性要求，需要采用多路信号开关电路，同时处理器性能要高。在实际系统开发时，需要围绕控制器开发相应的外围电路，扩展相应的存储器和抗干扰电路等。同时编写数据采集、A/D转换、FFT、自相关运算，实时抗混叠滤波处理、控制处理和报警处理程序等。应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。
权利要求1.一种风力发电机叶片振动主动控制系统，其特征在于，包括传感器、接收所述传感器信号的控制器和在控制器控制下作用的作动器；所述传感器包括黏贴在风力发电机叶片表面或埋入风力发电机叶片内部的压电传感器，用于叶片振动加速度大小，叶片旋转速度和叶片振动位移的测量，控制器用于对传感器采集来的信号分析和判断；作动器受控制器控制用于对振动的叶片施加作用力。
专利摘要本实用新型公开了风力发电机叶片振动主动控制系统，包括传感器、接收所述传感器信号的控制器和在控制器控制下作用的作动器；所述传感器包括黏贴在风力发电机叶片表面或埋入风力发电机叶片内部的压电传感器，用于叶片振动加速度大小，叶片旋转速度和叶片振动位移的测量，控制器用于对传感器采集来的信号分析和判断；作动器受控制器控制用于对振动的叶片施加作用力。采用本实用新型的风力发电机叶片振动主动控制系统，有效避免叶片颤振，避免引起风力发电机的失效。
文档编号F03D7/00GK202431443SQ201220019288
公开日2012年9月12日 申请日期2012年1月17日 优先权日2012年1月17日
发明者乔印虎, 张春燕, 陈杰平, 韩江 申请人:安徽科技学院