一种风电叶片静力控制装置的制作方法

本实用新型涉及结构强度试验技术领域，具体涉及一种风电叶片静力控制装置。

背景技术：

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。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供了一种风电叶片静力控制装置，各个设备之间相互独立，通过模块化的接口安装，使得安装便利化；且除了可用于风电叶片静力加载领域，还可以广泛应用于其他领域大型结构的静力加载试验。

为了实现上述目的，本实用新型采取如下方案：

本实用新型提供了一种风电叶片静力控制装置，所述装置包括位移传感器、拉力传感器、控制装置和加载装置；

所述位移传感器和拉力传感器均固定在风电叶片上，且两者均与控制装置中的信号采集模块连接，所述加载装置通过钢丝绳和滑轮组与拉力传感器连接。

所述加载装置包括伺服电机、伺服放大器、减速箱、钢丝卷筒、钢丝绳、滑轮组、导向轮和拉力塔架；

所述伺服放大器与伺服电机连接，所述伺服电机通过皮带轮、轴承和链条与减速箱连接，所述钢丝卷筒固定在减速箱上，所述钢丝绳缠绕于钢丝卷筒上，其穿过导向轮，且通过牵引滑轮组连接到风电叶片上，所述导向轮固定于拉力塔架上。

所述控制装置包括信号采集模块、可编程逻辑控制器和伺服电机控制器。

所述信号采集模块包括数字信号采集单元和模拟信号采集单元；

所述数字信号采集单元包括RS422串口设备；

所述模拟信号采集单元包括信号收发单元、高速缓存单元、A/D转换单元和信号调理单元；所述信号调理单元包括电荷放大器、电压放大器、抗混滤波器和显示单元。

所述位移传感器和拉力传感器分别与数字信号采集单元和模拟信号采集单元单向连接，所述数字信号采集单元和模拟信号采集单元与可编程逻辑控制器均双向连接，所述可编程逻辑控制器与伺服电机控制器双向连接，且与显示单元单向连接。

所述可编程逻辑控制器的型号为MELSEC-Q，所述伺服电机控制器的型号为Q03UDE。

所述伺服电机的型号为三菱HF-SP702(B)，所述伺服放大器的型号为MR-J3-700A/B，所述减速箱的型号为WPES135-200-200-B。

与最接近的现有技术相比，本实用新型提供的技术方案具有以下有益效果：

1)配置便捷，安装方便：各个设备之间相互独立，通过模块化的接口安装，使得安装便利化；

2)应用领域广泛，可移植性强：除了可用于风电叶片静力加载领域，还可以广泛应用于其他领域大型结构的静力加载试验；

3)控制精度高，过程可控，安全性好：本实用新型通过控制装置进行过程控制，加载过程安全准确，且可控。

附图说明

图1是本实用新型实施例中风电叶片静力控制装置示意图；

图2是本实用新型实施例中风电叶片静力控制装置结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

本实用新型提供了一种风电叶片静力控制装置，其示意图如图1所示，主要包括位移传感器、拉力传感器、控制装置和加载装置，它们之间的连接关系如下：

位移传感器和拉力传感器均固定在风电叶片上，且两者均与控制装置中的信号采集模块连接，加载装置通过钢丝绳和滑轮组与拉力传感器连接。

如图2，加载装置包括伺服电机、伺服放大器、减速箱、钢丝卷筒、钢丝绳、滑轮组、导向轮和拉力塔架；伺服放大器与伺服电机连接，伺服电机通过皮带轮、轴承和链条与减速箱连接，钢丝卷筒固定在减速箱上，钢丝绳缠绕于钢丝卷筒上，其穿过导向轮，且通过牵引滑轮组连接到风电叶片上，导向轮固定于拉力塔架上。伺服电机的型号为三菱HF-SP702(B)，伺服放大器的型号为MR-J3-700A/B，减速箱的型号为WPES135-200-200-B。

上述的控制装置包括信号采集模块、可编程逻辑控制器、伺服电机控制器和显示单元。

上述的信号采集模块包括数字信号采集单元和模拟信号采集单元；

上述的数字信号采集单元包括RS422串口设备；

上述的模拟信号采集单元包括信号收发单元、高速缓存单元、A/D转换单元和信号调理单元；信号调理单元包括电荷放大器、电压放大器、抗混滤波器和显示单元。

其中，位移传感器和拉力传感器分别与数字信号采集单元和模拟信号采集单元单向连接，所述数字信号采集单元和模拟信号采集单元与可编程逻辑控制器均双向连接，所述可编程逻辑控制器与伺服电机控制器双向连接，且与显示单元单向连接，显示单元采用LED显示屏。

上述的数字信号采集单元和模拟信号采集单元分别采集来自位移传感器的位移信号和来自拉力传感器的拉力信号，两者分别将采集的位移信号和拉力信号发送给可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制器输出驱动指令给伺服电机控制器，伺服电机控制器接收电机驱动指令，并驱动伺服电机动作；可编程逻辑控制器同时输出位移参数给显示单元，通过显示单元进行显示。

上述的可编程逻辑控制器的型号为MELSEC-Q，伺服电机控制器的型号为Q03UDE。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本实用新型的权利要求保护范围之内。