[发明专利]一种大型风力机叶片主动降载控制系统及方法

摘要

本发明涉及一种大型风力机叶片主动降载控制系统及方法。光纤应变传感器测量叶片根部的应力值，传输至控制单元，控制单元包括使用教与学算法进行参数寻优的PID控制器和对叶片根部的应变力信号进行处理的模糊控制器，通过模糊控制器与PID控制器对襟翼摆角进行切换控制，综合了模糊控制与PID控制各自的优点；同时，机前风场信号传感设备测量风力机前风速并传输至控制单元，控制单元中的前馈控制器通过实时监测机前风速变化，计算出因降低随机风或湍流风引起的不均匀载荷所需的控制量；控制单元将两部分控制量进行耦合，完成对襟翼摆角的控制。本发明有效降低了叶片根部的应变力，延长了叶片的使用寿命，降低了风力机组的使用成本。

主权项

1.一种大型风力机叶片主动降载控制系统，其特征在于，所述系统包括信号采集模块、控制模块和电气伺服模块；所述信号采集模块包括光纤应变传感器、机前风场信号传感设备和光纤应变信号处理设备；所述控制模块包括5路低通滤波器，5路模数转换器，4路控制单元，PLC，4路数模转换器和4路信号隔离器；所述电气伺服模块包括4路襟翼作动器驱动电路和4路襟翼作动器；所述光纤应变传感器安装在风力机叶片根部，并与光纤应变信号处理设备连接；光纤应变信号处理设备的1路信号输出和机前风场信号传感设备对应4路襟翼的4路信号输出分别对应1路低通滤波器和1路模数转换器顺次连接；与光纤应变信号处理设备对应的1路模数转换器分别连接至4路控制单元，与机前风场信号传感设备对应的4路模数转换器一一对应连接至4路控制单元，每路控制单元通过PLC分别对应1路数模转换器、1路信号隔离器、1路襟翼作动器驱动电路和1路襟翼作动器顺次连接；所述光纤应变传感器用于采集叶片根部的应变力信号，所述光纤应变信号处理设备用于将光纤应变传感器采集的信号转换为电压信号；所述机前风场信号传感设备用于测量风力机前风速；光纤应变信号处理设备和机前风场信号传感设备分别将信号传送至对应的低通滤波器，所述低通滤波器用于滤掉高频干扰信号；所述模数转换器用于将模拟信号转换成数字信号；所述控制单元包括对机前风场信号进行处理的前馈控制器，使用教与学算法进行参数寻优的PID控制器和对叶片根部的应变力信号进行处理的模糊控制器，用于减小叶片根部应力的控制运算；所述PLC用于切换PID控制器和模糊控制器的输出信号，并耦合来自前馈控制器的控制信号；所述数模转换器用于将数字信号转换成模拟信号；所述信号隔离器用于将控制系统输出信号和电气伺服模块隔离开；所述襟翼作动器驱动电路产生驱动襟翼作动器的电信号；所述襟翼作动器根据襟翼作动器驱动电路输出信号调节襟翼使其产生不同的摆角。