【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及叶片及叶片控制，尤其涉及一种用于抑制颤振失稳的双变桨叶片及其控制方法。
技术介绍
1、为了满足世界风能产业的发展需求，同时也为了实现风力发电效率成本最优化以及提高风电的市场竞争力，风力发电机单机容量的不断增加、尺寸的大型化、叶片的细长化成为必然发展趋势。然而，随着风力发电机大型化的发展，风力发电机叶片气弹稳定性问题也变得越发突出，尤其是叶片的经典颤振失稳问题，其不仅影响风力发电机工作性能产生气动噪声，此外将显著降低叶片疲劳寿命，更严重的是将导致叶片的直接断裂破坏，对风电系统造成巨大损失。已有文献研究表明，对于下一代10兆瓦以上级别风力发电机而言，其颤振临界转速的理论计算值等于甚至小于额定转速。因此风力发电机叶片颤振失稳问题将成为制约下一代风力发电机发展的关键问题之一。
2、当前针对风力发电机颤振失稳问题的解决措施主要分为两类：一、气动措施，其基本原理是通过改变风力发电机叶片断面气动外形来改善叶片气动荷载，进而提高叶片气弹稳定性。常用的做法包括采用带有主动控制系统的后缘襟翼叶片，或者在叶片尾部安装可主动控制长度的微型扰流片。然而颤振发生在叶片气流附着阶段，且颤振发生临界条件与叶片断面气动升力系数的斜率有关。相关实验证明通过气动措施改变叶片断面升力系数的斜率其效果十分有限，因此通过气动措施抑制颤振发生效果不理想。二、结构措施，其基本原理是通过改变叶片结构特性来提高结构气弹稳定性，比如采用复合材料改变叶片弯扭耦合程度；或者改变叶片铺层材料断面类型来改变截面重心、气动中心以及剪切中心的相对位置；又或者在叶片内增
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种可操作性强、抑颤效率高、成本低且可维护性强的用于抑制颤振失稳的双变桨叶片及其控制方法。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：
3、一种用于抑制颤振失稳的双变桨叶片，包括叶片基部、叶片尖部、用于调节叶片基部桨距角的叶片基部变桨驱动器和用于调节叶片尖部桨距角的叶片尖部变桨驱动器，所述叶片基部通过叶片基部变桨轴承与轮毂转动连接，所述叶片基部变桨驱动器设于所述轮毂内、并与所述叶片基部变桨轴承连接；所述叶片尖部变桨驱动器设于所述叶片基部，所述叶片尖部与所述叶片尖部变桨驱动器连接；
4、采用 pi模糊控制算法对叶片尖部桨距角进行主动控制，其中，以叶片基部顶端扭转角为反馈量，叶片尖部桨距角通过下式确定：
5、，
6、其中，是叶片尖部桨距角角速度，表示时间，是叶片基部顶端扭转角，是叶片基部顶端扭转角角速度，是比例常数，是积分常数，是控制的响应时间。
7、作为上述技术方案的进一步改进，所述叶片基部变桨驱动器连接有主动齿轮，所述叶片基部变桨轴承设有内齿圈，所述主动齿轮与所述内齿圈啮合。
8、作为上述技术方案的进一步改进，所述叶片尖部变桨驱动器连接有叶片尖部传动轴，所述叶片尖部与所述叶片尖部传动轴固定连接。
9、作为上述技术方案的进一步改进，所述叶片尖部变桨驱动器设于叶片基部顶端截面剪切中心处，所述叶片尖部传动轴与所述叶片尖部底端截面剪切中心处固定连接。
10、作为上述技术方案的进一步改进，所述叶片尖部传动轴采用合金材料制成。
11、作为上述技术方案的进一步改进，所述叶片基部顶端截面和所述叶片尖部底端截面采用合金材料封闭。
12、作为上述技术方案的进一步改进，所述叶片基部变桨轴承采用合金结构钢制成。
13、一种上述的用于抑制颤振失稳的双变桨叶片的控制方法，按照如下步骤确定叶片尖部长度最优值：
14、建立不同叶片尖部长度所对应的风力发电机结构模型；
15、求解每种风力发电机结构模型下对叶片尖部桨距角角进行主动控制时的最优控制参数，得到不同叶片尖部长度所对应的最优风力发电机结构模型，所述最优控制参数包括最优叶片尖部长度以及最优叶片尖部传动轴位置参数；
16、对比不同风力发电机叶尖扭转响应值确定响应最小的最优风力发电机结构模型，所述响应最小的最优风力发电机结构模型所对应的叶片尖部长度值即为最终的叶片尖部长度最优值。
17、作为上述技术方案的进一步改进：所述建立不同叶片尖部长度所对应的风力发电机结构模型包括：根据风力发电机叶片三维构造原始数据，通过有限元软件首先建立风力发电机叶片三维精细化壳单元数值模型，随后基于风力发电机叶片三维精细化壳单元数值模型建立不同叶片尖部长度以及叶片尖部传动轴位置所对应风力发电机叶片三维梁单元模型。
18、与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
19、本专利技术当叶片发生扭转颤振时，采用 pi模糊控制算法对叶片尖部桨距角进行主动控制，在叶片尖部主动控制策略控制下叶片尖部变桨驱动器自动调节叶片尖部桨距角至目标值，从而改变叶片尖部气动荷载，叶片尖部荷载合力产生的扭矩传动轴传递到叶片基部，该扭矩对叶片基部的扭转变形起到抑制作用，进而抑制叶片颤振，达到最佳的叶片颤振抑制效果。本专利技术可操作性强，无需改变叶片内部构造；同时可维护性强，维修人员仅需更换较短的叶片尖部，无需对整个叶片进行维修；同时本专利技术控制效果好，制造成本低，且具有良好的通用性。
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1.一种用于抑制颤振失稳的双变桨叶片，其特征在于：包括叶片基部、叶片尖部、用于调节叶片基部桨距角的叶片基部变桨驱动器和用于调节叶片尖部桨距角的叶片尖部变桨驱动器，所述叶片基部通过叶片基部变桨轴承与轮毂转动连接，所述叶片基部变桨驱动器设于所述轮毂内、并与所述叶片基部变桨轴承连接；所述叶片尖部变桨驱动器设于所述叶片基部，所述叶片尖部与所述叶片尖部变桨驱动器连接；
2.根据权利要求1所述的用于抑制颤振失稳的双变桨叶片，其特征在于：所述叶片基部变桨驱动器连接有主动齿轮，所述叶片基部变桨轴承设有内齿圈，所述主动齿轮与所述内齿圈啮合。
3.根据权利要求1所述的用于抑制颤振失稳的双变桨叶片，其特征在于：所述叶片尖部变桨驱动器连接有叶片尖部传动轴，所述叶片尖部与所述叶片尖部传动轴固定连接。
4.根据权利要求3所述的用于抑制颤振失稳的双变桨叶片，其特征在于：所述叶片尖部变桨驱动器设于叶片基部顶端截面剪切中心处，所述叶片尖部传动轴与所述叶片尖部底端截面剪切中心处固定连接。
5.根据权利要求3所述的用于抑制颤振失稳的双变桨叶片，其特征在于：所述叶片尖部传
6.根据权利要求4所述的用于抑制颤振失稳的双变桨叶片，其特征在于：所述叶片基部顶端截面和所述叶片尖部底端截面采用合金材料封闭。
7.根据权利要求1所述的用于抑制颤振失稳的双变桨叶片，其特征在于：所述叶片基部变桨轴承采用合金结构钢制成。
8.一种如权利要求1至7中任一项所述的用于抑制颤振失稳的双变桨叶片的控制方法，其特征在于：
9.根据权利要求8所述的用于抑制颤振失稳的双变桨叶片的控制方法，其特征在于：所述建立不同叶片尖部长度所对应的风力发电机结构模型包括：根据风力发电机叶片三维构造原始数据，通过有限元软件首先建立风力发电机叶片三维精细化壳单元数值模型，随后基于风力发电机叶片三维精细化壳单元数值模型建立不同叶片尖部长度以及叶片尖部传动轴位置所对应风力发电机叶片三维梁单元模型。
...【技术特征摘要】
1.一种用于抑制颤振失稳的双变桨叶片，其特征在于：包括叶片基部、叶片尖部、用于调节叶片基部桨距角的叶片基部变桨驱动器和用于调节叶片尖部桨距角的叶片尖部变桨驱动器，所述叶片基部通过叶片基部变桨轴承与轮毂转动连接，所述叶片基部变桨驱动器设于所述轮毂内、并与所述叶片基部变桨轴承连接；所述叶片尖部变桨驱动器设于所述叶片基部，所述叶片尖部与所述叶片尖部变桨驱动器连接；
2.根据权利要求1所述的用于抑制颤振失稳的双变桨叶片，其特征在于：所述叶片基部变桨驱动器连接有主动齿轮，所述叶片基部变桨轴承设有内齿圈，所述主动齿轮与所述内齿圈啮合。
3.根据权利要求1所述的用于抑制颤振失稳的双变桨叶片，其特征在于：所述叶片尖部变桨驱动器连接有叶片尖部传动轴，所述叶片尖部与所述叶片尖部传动轴固定连接。
4.根据权利要求3所述的用于抑制颤振失稳的双变桨叶片，其特征在于：所述叶片尖部变桨驱动器设于叶片基部顶端截面剪切中心处，所述叶片尖部传动轴与所述叶片尖部底...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈孛，华旭刚，王文熙，巫发明，罗涛，卜凯霖，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：
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