[發明專利]一種風力機的智能快速剎車系統的控制方法

有效

• 申請號: 201811421234.8
• 申請日: 2018-11-27
• 公開（公告）號: CN109578205B
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 劉廷瑞;常林
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: F03D7/00
• 分類號: F03D7/00
• 代理公司: 北京科家知識產權代理事務所(普通合伙) 11427
• 代理人: 陳娟

1.一種風力機的智能快速剎車系統，其特征在于：由轉子罩、定子固連罩、旋轉軸密封圈、變阻尼液、彈簧、伸縮插片、電磁鐵、線圈、輔助板、輔助架、開關、電源、熔斷器、電氣箱組成，所述轉子罩上面開螺紋孔，所述轉子罩與風力機主軸固定連接；所述轉子罩和定子罩連接時，使用旋轉軸密封圈進行密封，防止內部液體泄漏，所述轉子罩和定子罩連接的軸接凹槽內部填充變阻尼液。

2.根據權利要求1所述的風力機的智能快速剎車系統，其特征在于：所述定子固連罩為圓環形、中空，所述定子固連罩的罩體上面開螺紋孔，且與風力機機艙或機艙內的固定物通過螺栓固定連接，在定子固連罩的兩側開矩形孔，實現伸縮片的伸縮動作，所述矩形孔與伸縮片緊密接觸，并且在孔中安裝橡膠封圈以防液體泄漏。

3.根據權利要求1所述的風力機的智能快速剎車系統，其特征在于：所述變阻尼液選取磁流變液，所述磁流變液在磁場作用下剛度增加。

4.根據權利要求2所述的風力機的智能快速剎車系統，其特征在于：所述伸縮片一段開有兩個孔，兩個孔分別于彈簧連接。

5.根據權利要求1所述的風力機的智能快速剎車系統，其特征在于：所述輔助架由兩根兩端固連在定子固連罩上的鐵棒組成，固連方式可為焊接，鐵棒中間開限位孔，限制輔助板的兩個極限位置。

6.根據權利要求1所述的風力機的智能快速剎車系統，其特征在于：所述輔助板由帶有限位板的軸與板體和板體底部鑲嵌的鐵塊組成，帶有限位板的軸上有兩個軸肩，軸兩端插入輔助架的限位孔，軸上的限位板與限位孔相互作用可以限制輔助板的兩個極限位置，軸與板體本身為一體，可由直接澆鑄生成。

7.根據權利要求1所述的風力機的智能快速剎車系統，其特征在于：所述開關、電源、熔斷器之間以導線連接，開關、電源、熔斷器放置在電氣箱中，開關可以設置為繼電器開關，由風力機主控系統控制。

8.一種風力機的智能快速剎車系統控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)首先實現常規的風輪葉片運轉系統的二階系統建模，系統變量包括三個變量：葉尖的揮舞位移(z)、風輪轉角位移驅動磁流變液的線圈中的電流(i)，常規二階系統方程描述為：

其中，狀態變量M₀、C₀、K₀分別為常規建模確定的3×3質量矩陣、阻尼矩陣、剛度矩陣；B₀為3×1揮舞、擺振方向的氣動力矩陣；

(2)將二階系統轉化為一階系統并離散化，令則方程(1)轉化為：

其中，

將系統進一步離散化為：

其中，η_x、η_y為預測變量與實際物理量之間的偏移量；

3)基于偏移量控制的MPC算法：

將上述方程(3)寫為增量形式：

式中I為單位矩陣。然后進一步定義新的狀態變量X(k)＝[Δx(k)^T y_m(k)^T]^T，將式(4)重寫為偏移量信號：

其中，

根據系統方程(5)，預測未來第k+j(j＝1,2,...p)時刻的運動軌跡為：

其中，p、p_c分別為預測水平和控制水平系數。取預測水平系數10≤p≤15，可以取得良好的控制效果，且p_c＝p-1；

在偏移量控制的MPC中，為充分利用LQR控制的優點而加速收斂，取相應的偏差域和控制域罰權值矩陣分別定義為：

其中LQR控制器的加權值矩陣分別為Q、R。則相應的控制性能指標可以描述為：

J_min＝ΔY^TY_wΔY+Δu^Tu_wΔu (8)

同時在偏移量的控制中需給定輸出信號的目標值為：

其中，r_e為目標調節的性能參數,一般情況下取默認值r_e＝0.1。