[發(fā)明專利]一種浮式海上風(fēng)電機(jī)組測(cè)量裝置及其方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811389436.9
• 申請(qǐng)日: 2018-11-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109406096B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-01-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李玉剛;遲鳳東;陳景杰;喬?hào)|生;翟鋼軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M10/00
• 分類號(hào): G01M10/00;G01M9/06
• 代理公司: 21208 大連星海專利事務(wù)所有限公司
• 代理人: 王樹本;徐雪蓮

1.一種浮式海上風(fēng)電機(jī)組測(cè)量裝置的測(cè)量方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟1、實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷闹谱鳎瑸楸ＷC實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ团c實(shí)體嚴(yán)格符合幾何相似條件，需要在實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷闹谱髋c模擬過(guò)程中，要按照統(tǒng)一的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ涂s尺比，實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮诤Ｑ蠊こ趟刂性囼?yàn)時(shí)，需對(duì)這些尺度參數(shù)以及外形設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行換算，通過(guò)公式(1)進(jìn)行描述，

式中，h_m為實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮谠囼?yàn)時(shí)的水深、H_m為實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮谠囼?yàn)時(shí)的波高、λ_m為實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮谠囼?yàn)時(shí)的波長(zhǎng)、h_s為實(shí)體在海上的實(shí)際水深、H_s為實(shí)體在海上的實(shí)際波高、λ_s為實(shí)體在海上的實(shí)際波長(zhǎng)；

步驟2、測(cè)量?jī)x器的安裝，兩部高速攝像機(jī)分別設(shè)置于實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷恼戏脚c正前方，這樣便于利用立體視覺(jué)雙攝像機(jī)標(biāo)定算法，提供浮體運(yùn)動(dòng)的面內(nèi)及面外位移時(shí)程曲線，以實(shí)現(xiàn)浮體運(yùn)動(dòng)三維變形的非接觸快速全程測(cè)量，無(wú)線拉力傳感器安放在風(fēng)荷載等效裝置中，用以測(cè)量牽引繩中的拉力，風(fēng)速儀安裝在水池邊緣，根據(jù)需要進(jìn)行安裝與拆卸；浪高儀與流速儀置于水池中，用于監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ退幵诃h(huán)境的參數(shù)，即浪高、周期及流速；

步驟3、氣動(dòng)荷載模擬系統(tǒng)與監(jiān)控單元的搭接，將氣動(dòng)荷載模擬系統(tǒng)與監(jiān)控單元進(jìn)行有效的搭接，便于實(shí)時(shí)監(jiān)控浮式風(fēng)機(jī)的工作狀態(tài)，從而調(diào)整氣動(dòng)荷載模擬系統(tǒng)中的參數(shù)，進(jìn)而更好地模擬實(shí)際工程中的工作狀態(tài)；

步驟4、定常風(fēng)的模擬，實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭行枰M的風(fēng)速通過(guò)公式(2)進(jìn)行描述，

式中，V_Wm為實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭行枰M的風(fēng)速、V_Ws為實(shí)體平均風(fēng)速、λ為實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷目s尺比；

步驟5、波浪的模擬，包括規(guī)則波的模擬和不規(guī)則波的模擬，其中規(guī)則波的模擬思路包括以下子步驟：

(a)根據(jù)造波機(jī)能產(chǎn)生規(guī)則波的頻率上限，即短周期的短波和頻率下限，即長(zhǎng)周期的長(zhǎng)波，在此范圍內(nèi)等距分成10-12個(gè)造波的頻率；

(b)計(jì)算各頻率相應(yīng)的規(guī)則波周期和波長(zhǎng)；

(c)根據(jù)合適的波高與波長(zhǎng)之比，確定各頻率相應(yīng)的規(guī)則波的波高；

(d)對(duì)造波機(jī)的控制系統(tǒng)確定相應(yīng)于各頻率的搖板運(yùn)動(dòng)周期和振幅；

(e)在水池中對(duì)10-12個(gè)造波頻率逐一模擬相應(yīng)的規(guī)則波，即總共需要模擬10-12個(gè)規(guī)則波，并用浪高儀測(cè)量所模擬規(guī)則波的時(shí)歷曲線；

不規(guī)則波的模擬思路包括以下子步驟：

(A)根據(jù)給定的條件，應(yīng)用計(jì)算機(jī)控制程序，產(chǎn)生造波機(jī)控制信號(hào)的時(shí)間序列，以此控制造波板的振幅與頻率，從而在水池中產(chǎn)生不規(guī)則的波浪；

(B)采用浪高儀在試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間內(nèi)測(cè)量水池中不規(guī)則波的數(shù)據(jù)，進(jìn)行譜分析后便得到模擬的波譜，如果模擬的波譜與給定的目標(biāo)波譜差別較大，則應(yīng)修正控制信號(hào)的時(shí)間序列，重新造波；

(C)譜的迭代修正，在不規(guī)則波的模擬過(guò)程中，第一次是以給定的目標(biāo)波譜作為驅(qū)動(dòng)譜生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)，由此在水池中產(chǎn)生不規(guī)則波的實(shí)測(cè)波譜，如果實(shí)測(cè)波譜與給定的目標(biāo)波譜有差異，需對(duì)驅(qū)動(dòng)譜通過(guò)公式(3)進(jìn)行修正，

式中，S_d1為驅(qū)動(dòng)譜、S_m1為實(shí)測(cè)波譜、S_d2為修正后的驅(qū)動(dòng)譜、S_T為目標(biāo)波譜；采用修正后的驅(qū)動(dòng)譜S_d2生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)，在水池中第二次模擬不規(guī)則波浪，測(cè)量分析得到的實(shí)測(cè)波譜是S_m2，如果S_m2能夠滿足目標(biāo)波譜S_T的要求，便完成了給定條件不規(guī)則波浪的模擬工作，否則要重新修正，再次在水池中模擬不規(guī)則波浪，如此反復(fù)迭代修正，直到滿意為止；

步驟6、工作指令的發(fā)送、通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制計(jì)算機(jī)向測(cè)量?jī)x器發(fā)送工作指令，操控高速攝像機(jī)的工作狀態(tài)，將觀察到的畫面進(jìn)行放大與縮小，以適應(yīng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的需要；

步驟7、監(jiān)測(cè)信息的反饋，浮式風(fēng)機(jī)模型通過(guò)編碼器信號(hào)的形式將測(cè)量?jī)x器測(cè)得的數(shù)據(jù)傳遞給伺服驅(qū)動(dòng)器，接下來(lái)，伺服驅(qū)動(dòng)器將編碼器信號(hào)傳遞給編碼器接口卡，編碼器接口卡通過(guò)ISA總線與運(yùn)動(dòng)控制計(jì)算機(jī)相連，從而使實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷谋O(jiān)測(cè)信息得以傳送給運(yùn)動(dòng)控制計(jì)算機(jī)，以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)信息實(shí)時(shí)有效的反饋。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述測(cè)量方法中的測(cè)量裝置，包括操縱系統(tǒng)部分及實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ筒糠郑涮卣髟谟冢核霾倏v系統(tǒng)部分，包括氣動(dòng)荷載模擬系統(tǒng)、監(jiān)控單元、運(yùn)動(dòng)控制計(jì)算機(jī)、編碼器接口卡和伺服驅(qū)動(dòng)器，所述氣動(dòng)荷載模擬系統(tǒng)與監(jiān)控單元相連，監(jiān)控單元與運(yùn)動(dòng)控制計(jì)算機(jī)之間通過(guò)以太網(wǎng)相連，運(yùn)動(dòng)控制計(jì)算機(jī)與編碼器接口卡之間通過(guò)ISA總線相連，所述伺服驅(qū)動(dòng)器還分別與運(yùn)動(dòng)控制計(jì)算機(jī)、編碼器接口卡及實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ筒糠窒噙B；由運(yùn)動(dòng)控制計(jì)算機(jī)對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)送控制信號(hào)，伺服驅(qū)動(dòng)器會(huì)通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)來(lái)控制實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ筒糠郑瑫r(shí)，實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ筒糠謺?huì)將編碼器信號(hào)通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)器反饋給編碼器接口卡，最終傳給氣動(dòng)荷載模擬系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)荷載模擬系統(tǒng)與實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ筒糠种g的信息傳遞；所述實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ筒糠郑ㄋ丶爸糜谒刂械娘L(fēng)機(jī)模型，水池內(nèi)側(cè)四周邊緣凸臺(tái)上安裝有第一、二、三、四電動(dòng)缸，第一、二、三、四、五、六滑輪道組，第一、二、三、四無(wú)線拉力傳感器及風(fēng)速儀，所述第一電動(dòng)缸通過(guò)第一滑輪道組及牽引線與風(fēng)機(jī)模型葉片端點(diǎn)D連接，第一電動(dòng)缸還通過(guò)第二無(wú)線拉力傳感器、第二滑輪道組及牽引線與風(fēng)機(jī)模型葉片端點(diǎn)B連接，當(dāng)?shù)谝浑妱?dòng)缸工作時(shí)，帶動(dòng)與其相連的第一、二滑輪道組及第二無(wú)線拉力傳感器工作，通過(guò)牽引線將力傳遞給與其相連的風(fēng)機(jī)模型葉片上，進(jìn)而來(lái)模擬風(fēng)機(jī)模型的推力；所述第二電動(dòng)缸通過(guò)第三滑輪道組及牽引線與風(fēng)機(jī)模型葉片端點(diǎn)C連接，第二電動(dòng)缸還通過(guò)第四無(wú)線拉力傳感器、第四滑輪道組及牽引線與風(fēng)機(jī)模型葉片端點(diǎn)A連接，當(dāng)?shù)诙妱?dòng)缸工作時(shí)，帶動(dòng)與其相連的第三、四滑輪道組及第四無(wú)線拉力傳感器工作，通過(guò)牽引線將力傳遞給與其相連的風(fēng)機(jī)模型葉片上，進(jìn)而來(lái)模擬風(fēng)機(jī)模型的恢復(fù)力；所述第三電動(dòng)缸通過(guò)第五滑輪道組、第一無(wú)線拉力傳感器及牽引線與風(fēng)機(jī)模型葉片端點(diǎn)A連接，所述第四電動(dòng)缸通過(guò)第六滑輪道組、第三無(wú)線拉力傳感器及牽引線與風(fēng)機(jī)模型葉片端點(diǎn)C連接，當(dāng)?shù)谌妱?dòng)缸和第四電動(dòng)缸工作時(shí)，分別帶動(dòng)與其相連的第五、六滑輪道組，第一、三無(wú)線拉力傳感器工作，通過(guò)牽引線將力傳遞給與其相連的風(fēng)機(jī)模型葉片上，進(jìn)而來(lái)模擬風(fēng)機(jī)模型的扭矩，所述伺服驅(qū)動(dòng)器分別與第一、二、三、四電動(dòng)缸相連；所述實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷纳戏郊扒胺椒謩e設(shè)置有第一、二高速攝像機(jī)用于對(duì)整個(gè)測(cè)量裝置的非接觸快速全程測(cè)量，所述水池內(nèi)壁上分別安裝有造波板和消波面板，水池底部安裝有流速儀，水池中的水面上懸置有浪高儀，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，造波板推動(dòng)水池中的水作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，浪高儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)通過(guò)其所在位置的浪高與周期，流速儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)通過(guò)其所在位置的水流速度及方向，浪高儀與流速儀將其所測(cè)到的參數(shù)通過(guò)數(shù)據(jù)線傳遞給伺服驅(qū)動(dòng)器，消波面板起到了消減波浪的作用，用以防止波浪碰到水池內(nèi)壁反射后所形成的反射波浪與造波板所造的波浪相互干擾，影響實(shí)驗(yàn)效果。