[发明专利]风力机叶片多激振器同步疲劳加载控制系统及控制方法

说明书

本发明公开了风力机叶片多激振器同步疲劳加载控制系统，基于电驱动惯性式激振装置，多激振器加载可提高疲劳试验载荷精度及激振能力。为了消除风电叶片激振器加载过程中耦合效应，基于虚拟主令相邻交叉耦合结构，设计激振器同步PID控制算法，自适应控制叶片振动幅值。采用运动控制器实现繁杂的控制规则，实现疲劳加载同步控制，提高了控制系统的自适应性和鲁棒性。控制算法基于无模型的控制方式，通过样机在风电叶片试验现场使用，控制算法能使激振器快速跟随，加载能较好的维持同步状态，激振器之间的相位差的波动很小，叶片振幅稳定，实现了风电叶片的平稳有效加载，取得了较好的效果，有较高的推广价值。

技术领域

本发明涉及一种加载控制系统，尤其涉及一种风力机叶片多激振器同步疲劳加载控制系统。

本发明还涉及一种风力机叶片多激振器同步疲劳加载控制方法。

背景技术

叶片作为风力发电机组的关键部件，对它进行疲劳性能测试是投入使用的必需环节。由于对试验设备和试验成本要求较低，国内进行叶片疲劳加载试验主要采用单激振器，用于对疲劳安全系数较小的危险区域进行针对性测试。随着风电机组叶片规模越大，单点激振方式不仅在试验精度上达不到要求，激振能力更有待于提高，采用多激振器对风电叶片进行合力驱动加载成为新的发展方向。控制同步是实现激振联动的有效方式之一，在实际应用中是激振频率工作在共振情况下，各种干扰的不确定性、机械耦合作用的复杂性、电动机参数随环境变化的非线性等都对系统的同步状态产生影响。

众多学者提出了若干控制方法应用于风电叶片疲劳试验，这些研究主要基于偏心块驱动或液压驱动的加载模式，且采用控制算法大多是基于模型的控制方式。

多激振器振动系统是一个复杂的非线性机电耦合系统，振动过程中存在着能量传递，机电耦合作用影响控制的效果，增加了实际振动同步控制的难度。因此，对于多激振器疲劳加载系统，要求控制方法具有一定的鲁棒性及可实现性，使各电动机在稳态时的外负载分配的合理性，系统达到能量的均衡，同时，控制策略与控制算法需要简单易实现，具有工程实用性。

发明内容

随着叶片逐渐向大功率方向发展，解决激振能力低的问题，多激振器同步疲劳加载，基于电驱动惯性式激振装置，利用现代传感技术、控制技术与网络技术，将多台激振器进行组网，实现激振器之间的电子柔性连接，本发明提供一种风力机叶片多激振器同步疲劳加载控制系统。

为了消除风电叶片激振器加载过程中耦合效应，本发明还提供一种风力机叶片多激振器同步疲劳加载控制方法。引入相邻交叉耦合同步结构，提出虚拟主令同步控制策略，以PID控制算法设计误差补偿器，采用运动控制器实现繁杂的控制规则，实现疲劳加载同步控制，提高了控制系统的自适应性和鲁棒性。

本发明提供的一种风力机叶片多激振器同步疲劳加载控制系统，该控制系统主要由三个子闭环系统构成，

PID控制器控制驱动器输出驱动伺服电动缸，旋转编码器采集伺服电机角位移，旋转编码器将伺服电机实时角位移反馈到驱动器进行伺服电机角位移控制；

电动缸直线位移经过位移传感器转换成脉冲信号反馈到同步控制器，根据脉冲信号同步控制器对虚拟轴和从动轴的跟随误差进行修正，确保系统的同步误差得到有效控制；

激光测距仪测量叶片振动位移，对照目标值对叶片幅值控制。

该控制系统中采用了虚拟轴同步控制方式，控制算法中模拟了一个电子虚拟轴，系统中每个电机都接受同一指令单元的信号。

同步控制器包括三个子控制器，即一个跟随误差控制器和两个相邻同步误差控制器，每台激振器同步控制器。