风电叶片静力加载控制系统设计及验证

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1、第33卷第12期可再生能源Vol.33No.122015年12月RenewableEnergyResourcesDec.2015风电叶片静力加载控制系统设计及验证崔庆，袁光明，姚锦恺，张磊安，黄雪梅（山东理工大学机械工程学院，山东淄博255049）摘要：风电叶片静力加载过程中各个加载节点之间存在加载力耦合，导致加载不同步。因此，对多节点静力加载控制系统进行了深入研究。控制方案采用PC-主控制器-从控制器-检测装置的网络构架模式，通过Delphi进行数据采集及现场监控；为使5个加载节点同步加载，增强系统的

2、抗干扰性，首次将动态矩阵控制（DMC）应用于风电叶片静力加载过程，达到较为精确解耦的目的。最后，将设计的控制系统应用于Aeroblade62-6.0型风电叶片的静力试验，结果表明，该系统控制效果良好，可以满足静力加载试验的要求。关键词：风电叶片；静力加载；控制系统；AMESim；动态矩阵控制；静力试验中图分类号：TK83；TP27文献标志码：A文章编号：1671-5292（2015）12-1835-05DOI:10.13941/j.cnki.21-1469/tk.2015.12.0140前言设计了一套风

3、电叶片多节点静力加载系统，通过风机叶片是风电机组的重要组成部分，是将5个加载节点，分4个加载阶段逐级进行加载；控风能转换成机械能的关键部件，其刚度和强度对制系统采用PC机-主控制器-从控制器-检测装[1]，[4]风机整体的承载能力和可靠性至关重要。根据置的网络构架模式；数据采集、监控界面通过Del-IEC61400-23标准，对于新研制的叶片或者工艺phi软件编程，主、从控制器为西门子S7-做重大更改后的叶片，均需做静力加载试验，目的200PLC，并且首次采用动态矩阵控制，实现了各是验证叶片的静强度储备

4、，并为刚度检验以及结加载点之间的牵引力同步进行，增强了系统的鲁[5]构优化设计等工作提供必要的数据。棒性，有效解决了各加载点之间的耦合问题；最目前，国内外风力机叶片静力加载试验普遍后，进行多节点静力加载实验。试验结果表明，系以设计方提供的试验弯矩分布为依据，根据叶片统控制效果稳定且良好，能够改善静力加载系统尺寸，沿叶片展向采用3~6节点的加载模式加加载力不协调、强耦合等问题，使加载过程顺利进载。整个加载过程主要分成4个逐级加载阶段，即行。按照最大载荷的40%-60%-80%-100%进行加载1控制方案概

5、述或卸载，在100%阶段则要求持续时间不少于10s。本文设计的风电叶片5节点静力加载系统主由于沿叶片展向的刚度、挠度耦联，导致多节点加要由筒形加载基座、叶片、滑轮、夹具、钢丝绳、液载力互相耦合，耦合效应致使加载牵引力不能协压站和控制系统构成，如图1所示。筒形加载支座调、均匀变化，对加载源的同步加载造成了影响，固定在地面上，叶片通过88个高强度螺栓固定在加载力较难控制。由于被控对象时刻发生变化，很加载基座的筒形支架上。钢丝绳与叶片由夹具连难建立准确的数学模型，给解耦造成一定的困难。接，夹具和叶片之间用塞有

6、橡胶片的木鞍连接以文献[6]，[7]分别采用了无模型自适应控制和前馈减少应力集中和对叶片的磨损。液压站由液压绞补偿解耦控制器来实现对加载源的同步加载，但车、柱塞式变量泵、溢流阀、伺服阀、换向阀、变频控制精度仍有待提高。器等组成。动力源由液压站提供给液压绞车，通过针对以上问题，结合风电叶片静力加载的特控制变频器的频率控制液压绞车的转速，5个节点，对静力加载控制系统进行了研究，着重针对加点同时加载，叶片的位移由激光测距仪测得，各加载力之间的耦合特性和解耦进行深入探讨。本文载点拉力由拉力传感器测得。收稿日期：

7、2015-07-22。基金项目：国家自然科学基金（51405275，51305243）；中国博士后科学基金（2015M571840）；山东省自然科学基金（ZR2014EL027）。作者简介：崔庆（1990-），男，硕士生，研究方向为机电系统建模、仿真与控制。E-mail：justdoit0824@163.com通讯作者：袁光明（1965-），男，博士，副教授，研究方向为机电液控制。E-mail：yuanguangming@263.net·1835·可再生能源2015，33（12）须实现牵引力速度成一定比

8、例。加载进行初期通过计算给予一定的初始值，加载进行一段时间后叶片夹具筒形加载基座通过控制算法计算出各加载点的比例关系，并按钢丝绳照比例协调加载，当偏差较大时通过传感器实时滑轮反馈的数据进行调节来实现静力加载的稳定同步。液压站本文采用动态矩阵控制（DynamicMatrixControl，DMC）来实现上述各加载点协调控制，动图1风电叶片多节点静力加载系统Fig.1Dual-excitersfatigueloadingsystemfor态矩阵