[发明专利]风机叶片双自由度疲劳加载激振装置、系统及控制方法

权利要求书

1.一种风机叶片双自由度疲劳加载激振装置，其特征在于，包括：支撑主体、摆振组件和挥舞组件；所述摆振组件和所述挥舞组件均安装于所述支撑主体上；所述支撑主体包括第一面板(5)、第二面板(17)、第三面板(18)、横向梁(14)、竖向柱(15)；所述第一面板(5)通过竖向柱(15)分别与所述第二面板(17)、所述第三面板(18)连接，所述第二面板(17)与所述第三面板(18)通过横向梁(14)连接；所述摆振组件设于所述第一面板(5)上，所述摆振组件包括摆振导轨(1)、摆振连杆(2)、摆振伺服电机(3)、摆振圆盘(4)、摆振同步带(7)；所述摆振导轨(1)设有摆振动质量块；所述摆振导轨(1)通过所述摆振连杆(2)与所述摆振动质量块连接；所述摆振同步带(7)连接所述摆振伺服电机(3)和所述摆振圆盘(4)的同步齿轮；所述第二面板(17)和所述第三面板(18)上均设有所述挥舞组件；所述挥舞组件包括挥舞圆盘(8)、挥舞连杆(9)、挥舞导轨(13)、挥舞伺服电机(12)、挥舞同步带；所述挥舞导轨(13)上设有所述挥舞动质量块(11)；所述挥舞圆盘(8)通过挥舞连杆(9)与所述挥舞动质量块(11)连接；所述第二面板(17)上的挥舞圆盘(8)与第三面板(18)上的挥舞圆盘(8)通过圆盘连杆连接，所述圆盘连杆与所述挥舞伺服电机(12)的同步齿轮通过所述挥舞同步带连接。

2.根据权利要求1所述的一种风机叶片双自由度疲劳加载激振装置，其特征在于，所述摆振导轨(1)和所述挥舞导轨(13)竖直截面均呈现倒置梯状。

3.根据权利要求1或2所述的一种风机叶片双自由度疲劳加载激振装置，其特征在于，激振装置还包括台架(16)，所述台架(16)固定在所述第二面板(17)和所述第三面板(18)上；所述台架(16)中间设有贯穿的圆孔，用于通过所述圆盘连杆；所述圆盘连杆分别连接所述第二面板(17)上的挥舞圆盘(8)与所述第三面板(18)上的挥舞圆盘(8)。

4.根据权利要求1所述的一种风机叶片双自由度疲劳加载激振装置，其特征在于，激振装置产生的激振力的计算公式为：

式中，m为动质量块的质量；t为时间；R为曲柄长度；L为连杆长；ω为电机角速度。

5.一种风机叶片双自由度疲劳加载系统，其特征在于，包括：加载支座(19)、上位机(26)、控制柜、激振装置、动态应变采集仪(24)、视觉检测系统(25)；

所述加载支座(19)，用于固定风机叶片(20)；

所述上位机(26)，用于各个设备的通信数据的采集以及控制指令的生成；

所述控制柜，用于控制激振装置的运动参数以及获取动态应变采集仪(24)和视觉检测系统(25)的数据；

所述激振装置，用于驱动风机叶片(20)在挥舞方向和摆振方向振动；

所述动态应变采集仪(24)，用于实时监控风机叶片(20)的应变情况；

所述视觉检测系统(25)，用于实时检测叶片的振动位移数据。

6.根据权利要求5所述的一种风机叶片双自由度疲劳加载系统，其特征在于，所述控制柜包括线性自抗扰控制器，所述线性自抗扰控制器由线性扩张状态观测器、线性PD控制器、误差补偿控制律组成。

7.一种风机叶片双自由度疲劳加载控制方法，其特征在于，具体步骤为：

基于风机叶片双自由度疲劳加载系统建立系统振动动力学模型；

基于相位差共振频率跟踪法，利用系统振动动力学模型的特性获取激振频率的调节方向；

基于激振频率的调节方向对应调节激振频率，实现风机叶片双自由度疲劳加载系统的共振加载。

8.根据权利要求7所述的一种风机叶片双自由度疲劳加载控制方法，其特征在于，系统振动动力学模型包括：

式中，A为风机叶片的振幅；m为动质量块质量；Y₁为复运动位移；k为模型的刚度；r为频率比；ζ为阻尼比；为相位差；β为振幅相对静变形的放大倍数。