申请/专利权人：中南大学

申请日：2022-09-02

公开（公告）日：2024-06-21

公开（公告）号：CN115437285B

主分类号：G05B19/042

分类号：G05B19/042

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.21#授权;2022.12.23#实质审查的生效;2022.12.06#公开

摘要：本发明提供了一种基于PDE模型的抑制风力发电机塔体振动的控制方法，包括：获取风力发电机系统中柔性塔塔体的原始参数；所述柔性塔的塔顶处分布设置有多个传感器，通过传感器获取塔体的实时振动的数据信息；根据得到的柔性塔塔体原始参数以及设置在柔性塔的塔顶处的传感器获取的数据信息，建立风力发电机系统的PDE模型，并构建用于观测控制器潜在故障的故障观测器；根据建立的PDE模型以及构建的故障观测器推导出控制算法，通过软件计算控制算法得到输出值并实时给定位于塔顶部的执行器作为输入信号，由执行器在塔顶施加控制作用从而抑制塔体振动。本方法可大大提高控制器容错能力，减轻外部载荷对柔性塔的影响，有效抑制塔体的振动。

主权项：1.基于PDE模型的抑制风力发电机塔体振动的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：获取风力发电机系统中柔性塔塔体的原始参数；所述的原始参数包括：柔性塔的高度、柔性塔塔顶处的集中质量、柔性塔的质量密度、柔性塔塔体的弹性模量、柔性塔塔体的不均匀力矩、柔性塔塔体不均匀的横截面积，以及柔性塔塔体的振动衰减系数；步骤2：所述柔性塔的塔顶处分布设置有多个传感器，通过所述传感器获取塔体的实时振动的数据信息；步骤3：根据步骤1中得到的柔性塔塔体原始参数以及步骤2中设置在柔性塔塔顶处的传感器获取的数据信息，基于结构力学的动势能转换及虚功定理，建立风力发电机系统的偏微分方程模型；具体包括：当柔性塔塔体受到分布式负载时，分析塔体在分布式负载作用下所产生固有振动；塔体底端一端固定，定义由于振动产生的虚位移,分别得到塔体的动势能及外力做功；根据虚功原理，外力在虚位移上做的功等于内力在虚位移上做的功，得到： ，其中，为塔体的动能，为塔体的势能，为对塔体所做虚功之和，包括由塔体阻尼做的虚功、塔体分布式负载做的虚功、控制作用抑制塔体振动做的虚功和控制器由于潜在故障产生的虚功；应用Hamilton原则，考虑塔体整体得到塔体动态特性的四阶非齐次偏微分方程，即得风力发电机系统的PDE模型，具体如下： ，，其中，式中为偏导符号；为塔体各处空间位置，m；为时间，s；为塔体的高度，m；为塔顶处的集中质量，kg；为塔体的质量密度，；为塔体的弹性模量，；为塔体截面的惯性矩，；为塔体的横截面积，；为塔体的横向振动，m；为塔顶偏转距离，m；为塔体振动衰减系数，；为控制器故障；为塔体承受的未知分布式负载；为塔顶给定的控制力，N；步骤4：根据步骤1中得到的柔性塔塔体原始参数以及步骤2中设置在柔性塔的塔顶处的传感器获取的数据信息，基于Lyapunov稳定性分析理论，构建用于观测控制器潜在故障的故障观测器；步骤5：根据步骤3中建立的偏微分方程模型以及步骤4中构建的故障观测器，推导出控制算法，将所述控制算法嵌入到风力发电机控制器中；传感器实时监测塔体振动情况并将信息传递给控制器，通过控制器中的软件实时计算控制算法得到控制器输出值，并将控制器输出值实时给定位于塔顶部的执行器作为输入信号，执行器通过接受控制器给定的输入信号在塔顶施加控制作用从而抑制塔体振动。

全文数据：

权利要求：

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