[發明專利]一種用于大型風電葉片成型過程中中部支撐裝置的運動控制方法

有效

• 申請號: 201310421948.X
• 申請日: 2013-09-16
• 公開（公告）號: CN103448261A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 楊光;岳彥芳;常宏杰;辛志博
• 申請（專利權）人: 河北科技大學
• 主分類號: B29C70/54
• 分類號: B29C70/54
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 朱江嶺

1.一種用于大型風電葉片成型過程中中部支撐裝置的運動控制方法,其特征是該控制方法采用上位機與下位機相結合的控制方式，所述中部支撐裝置包括左支撐板(1)、右支撐板(2)和中支撐板(3)；所述上位機為工業計算機，其作用是通過運行支撐軌跡計算程序獲得支撐板的運動軌跡數據，即葉片旋轉到每一時刻時支撐板相應的擺動位置，同時，上位機將所得到的數據在葉片開始旋轉前傳輸給下位機，所述下位機采用翠歐209多軸運動控制器，其作用是將上位機接收來的支撐板運動軌跡數據保存到內存中，當葉片開始旋轉，運動控制器實時讀取葉片所旋轉角度，同時在內存中找到與該角度所對應的支撐板運動位置控制支撐板運動，從而實現控制支撐板對葉片的跟隨擺動。

2.如權利要求1所述的一種用于大型風電葉片成型過程中中部支撐裝置的運動控制方法，其特征是，所述上位機所運行的支撐軌跡計算程序利用Microsoft?Visual?C++6.0編程軟件編寫，所述支撐軌跡計算程序運行時軌跡的計算方法為是，當葉片(4)以葉片旋轉中心(5)旋轉角度為δ時，左支撐板(1)、右支撐板(2)和中支撐板(3)跟隨葉片(4)支撐截面運動到與葉片相貼合的位置，所述葉片旋轉中心(5)位于左支撐板(1)和右支撐板(2)的支撐板擺動中心(6)的正上方，葉片旋轉中心（5）到擺動中心（6）的距離為W，整個支撐軌跡計算算法中葉片(4)位置固定不動，支撐板擺動中心(6)以葉片旋轉中心(5)為圓心，做半徑為W的圓周運動，左支撐板(1)和右支撐板(2)的桿長為L。

3.如權利要求1所述的一種用于大型風電葉片成型過程中中部支撐裝置的運動控制方法，其特征是，它包括以下具體步驟：

所述左支撐板(1)和右支撐板(2)的擺動角度計算方法相同，具體為：

（1）讀取葉片輪廓點坐標，在算法中虛擬建立坐標系

通過葉片芯模三維模型截取芯模支撐截面輪廓圖，以及對應的旋轉中心，并將葉片芯模支撐截面輪廓曲線以二維多段線形式保存在DXF文件中，根據DXF文件的數據格式特征編寫程序代碼，提取葉片支撐截面DXF文件數據，得到葉片截面旋轉中心點坐標O(x₀,y₀),以順時針旋轉方向順序依次保存葉片輪廓頂點坐標P(x_Pi,y_Pi)，其中i為葉片輪廓點坐標序號，假設葉片輪廓點個數為S，則i取值1,2,3…S；

（2）求葉尖坐標P_Tip

葉片葉尖點距旋轉中心最遠，D_Pi=|OP_i|，其中i=1,2,3…S,當D_Pi取最大值D_max時，(x_Pi,y_Pi)為葉片尖點坐標P_Tip(x_Tip,y_Tip)。重新將作P_Tip(x_Tip,y_Tip)為葉片輪廓數據起始點順時針方向保存各個坐標點，即P_Tip=P₁,…,P_Tip=P_Tip-1；

（3）確定支撐板擺動中心起始位置M₁(x_m1,y_m1)

利用步驟（2）中的葉片尖點坐標P_Tip，選取當葉尖豎直向上時作為葉片旋轉的起始位置，此時支撐板擺動中心M₁、葉尖P_Tip和旋轉中心O位于同一直線，且M₁位于擺動中心圓上，建立方程求出直線與圓的交點坐標，計算交點到葉片尖點距離，選取最大值時的交點，作為支撐板擺動中心起始點坐標M₁(x_m1,y_m1)；

（4）求支撐板與葉片起始切點P_m

使用步驟（3）中求得的的支撐板擺動中心起始點坐標M₁(x_m1,y_m1)，當M₁P_i與葉片輪廓只存在P_i一個交點時，將此時的P_i為支撐板與葉片的起始切點，求出點P_m(x_Pm,y_Pm)為支撐起與芯模的起始切點；

（5）葉片輪廓曲線中的凹曲面的剔除

方法是以點P_m為起始點，連接P_mP_m+z，通過判斷直線P_mP_m+z與葉片輪廓線是否相交，若相交則將P_m+1移動到P_m+2位置繼續判斷，直到不再相交，則P_m+z為下一支撐點，求出點P_n(x_Pn,y_Pn)作為下一個葉片切點坐標，根據直線P_mP_n與支撐軌跡圓求出支撐中心M₂達到下一個支撐點時的坐標位置，得到直線與圓的交點坐標(x₁,y₁),(x₂,y₂)，計算交點到支撐旋轉中心點距離D_i,(i=1,2)，選取最小值時的交點，作為支撐板擺動中心下一點坐標M₂(x_m2,y_m2)；

（6）計算擺動中心運動的夾角α

利用步驟（5）求出的新擺動中心點M₂(x_m2,y_m2)，根據余弦定理，已知三點坐標計算擺桿由坐標M₁(x_m1,y_m1)運動到新擺動中心M₂(x_m2,y_m2)過程中葉片需要轉動的角度α，即∠M₂OM₁；

（7）判斷支撐方式

以支撐板擺動中心M₁(x_m1,y_m1)與支撐點P_m的距離D_L進行支撐方式的選擇：

（8）葉片與支撐板相切

當滿足步驟（7）中的條件①時，支撐板擺動角度θ為∠OM₁P_m；

（9）支撐板尖端支撐葉片芯模

當滿足步驟（7）中的條件②時：

（A）支撐板尖端滑輪半徑為r，滑輪圓心為O_O，葉片旋轉中心坐標為O(x_O,y_O)，設當D_L=L時，葉片與支撐板接觸的輪廓點坐標為P₁(x₁,y₁)，支撐板旋轉中心坐標M₁(x_m1,y_m1)，求出再次臨界位置時，滑輪圓心O_O的坐標為O_O(x_OO,y_OO)；

（B）根據步驟（9）中（A）步結果，此時，在支撐板對葉片的支撐過程中，支撐板尖端圓心O_O環繞葉片輪廓曲線做定長為r的運動，求出葉片輪廓點P_i在支撐板尖端圓心O_O運動軌跡上的各個投影坐標P_i’(x_i’,y_i’)，其中i=1,2…從而求出支撐板尖端圓心O_O的運動軌跡為：①在O_OP₁’段為以P₁為圓心以r為半徑的一段圓弧，②在P₁’P₂’、P₂’P₃’…段為直線段；

（C）根據步驟（9）中（B）步驟結果此時支撐板尖端圓心點O_O到支撐板擺動中心M₁的距離O_O?M₁為定值：|O_O?M₁|=（（x_OO-x_m1）²+（y_OO-y_m1）²）^1/2，當支撐板擺動中心M₁圍繞葉片旋轉中心相對轉動時，支撐板尖端圓心O_O的坐標點，可通過以支撐板擺動中心M₁為圓心，|O_O?M₁|為半徑的圓同支撐板尖端圓心O_O的運動軌跡，即O_O’P₁’、P₁’P₂’、P₂’P₃’…的交點求出；

（D）支撐板的擺動角度θ=OM₁x_OO-γ，其中γ為定值γ=arctan(r/L)

（10）保存數據

根據步驟（7）選擇相應的支撐方式，計算支撐板的擺動角度θ，保存葉片處于此位置時的擺動角度，假設算法精度為δ，即支撐板擺動中心M₁(x_m1,y_m1)以葉片旋轉中心為圓心，做半徑為W的圓上順時針轉動δ，返回步驟（7）繼續計算，當支撐板擺動中心M₁(x_m1,y_m1)轉動的角度N×δ≥α時，其中N為步驟（7）的執行次數，返回步驟（5）計算，當M₁旋轉的總角度大于360°時，停止計算；

一次計算完成后，反向保存葉片輪廓坐標，即P_Tip=P₁,…,P_Tip+1=P_S，重新計算求出左支撐板擺動軌跡，當計算完成后，逆向輸出各擺動角度與右支撐板擺動角度對應，即當算法精度為δ時，θ_Lift[3600-n]與θ_Right[n]對應；

中支撐板運動軌跡的計算方法為：

（1）建立坐標系，確定初始位置

確定葉片旋轉時的初始位置，轉變坐標系以葉片旋轉中心為原點，平移葉片輪廓坐標點到新坐標系，轉換完的葉片輪廓點坐標為Pi(x_Pi-xo,y_Pi-yo),其中i=1,2,3...S,旋轉葉片使葉尖P_Tip豎直向上，求得新的葉片輪廓點坐標P(Xi,Yi)，其中i=1,2,3...S,求Yi最小值，則中支撐板3距葉片旋轉中心高度為d=-Yi，保存d值；

（2）旋轉葉片

假設葉片旋轉精度為δ，即將步驟（1）中的芯模輪廓點坐標P(Xi,Yi)圍繞原點逆時針旋轉δ得到新的葉片輪廓點坐標P(Xi,Yi),其中i=1,2,3...S,求Yi最小值，則中支撐板3距葉片旋轉中心高度為d=-Yi，保存d值；

（3）循環保存

重復步驟（2），直到葉片旋轉360°停止運算。