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1、本 科 生 毕 业 论 文题 目 : 风 力 机 智 能 叶 片 风 洞 实 验 模 型 控 制 系 统 设 计 及 实 现院 系 : 工 学 院 机 械 电 子 工 程 系专 业 年 级 : 机 械 设 计 制 造 及 其 自 动 化姓 名 : 漆 良 文学 号 : 2013094027指 导 教 师 : 陈 严 教 授2017 年 05 月Design and Realization for Smart Rotor ControlSystem of Wind Tunnel Test ModelAuthor： QiLiangwenTutor： ProfessorChenYanADissert
2、ationSubmittedtoShantouUniversityForthebachelorsdegreeofMechanicalengineeringMay2017毕 业 论 文 （ 设 计 ） 使 用 授 权 声 明本 人 授 权 汕 头 大 学 保 存 本 毕 业 论 文 （ 设 计 ） 的 电 子 和 纸 质 文 档 ， 允 许 毕业 论 文 （ 设 计 ） 被 查 阅 和 借 阅 ； 学 校 可 将 本 毕 业 论 文 （ 设 计 ） 的 全 部 或 部 分内 容 编 入 有 关 数 据 库 进 行 检 索 ， 可 以 采 用 影 印 、 缩 印 或 其 它 复 制 手 段 保 存
3、 和汇 编 本 毕 业 论 文 （ 设 计 ） 。作 者 签 名 ： 导 师 签 名 ：日 期 ： 年 月 日 日 期 ： 年 月 日汕头大学本科生毕业论文（设计）诚信承诺书本人承诺呈交的毕业论文（设计）风 力 机 智 能 叶 片 风 洞 实 验 模 型 控 制 系 统 设 计 及 实 现是在指导教师的指导下，独立开展研究取得的成果，文中引用他人的观点和材料，均在文后按顺序列出其参考文献，论文（设计）使用的数据真实可靠。本人签名：日期：年月日摘 要I风力机智能叶片风洞实验模型控制系统设计及实现摘要风 能 以 其 清 洁 和 可 再 生 的 优 点 受 全 世 界 青 睐 。 为 了 充 分 利
4、 用 风 能 ， 大 型 化 是 风 力 发 电机 组 发 展 的 必 然 方 向 。 但 随 着 风 力 机 尺 寸 的 增 大 ， 单 个 叶 片 的 柔 性 和 惯 性 均 增 加 ， 叶 片 载荷 将 复 杂 多 变 并 且 分 布 更 加 不 均 匀 ， 风 力 机 大 型 化 必 然 受 到 叶 片 载 荷 因 素 的 限 制 。 风 力 发电 机 组 的 载 荷 和 制 造 成 本 主 要 来 自 机 组 的 叶 片 ， 因 此 叶 片 载 荷 的 优 化 是 迎 合 风 力 发 电 机 大型 化 趋 势 的 必 要 手 段 。 目 前 对 载 荷 的 优 化 方 式 有 失 速
5、 降 载 、 整 体 变 桨 技 术 和 独 立 变 桨 技 术 ，这 些 技 术 都 难 以 满 足 风 力 发 电 机 控 制 系 统 对 叶 片 气 动 载 荷 “ 快 速 准 确 ” 的 调 节 要 求 ， 而 且变 桨 技 术 会 过 度 调 节 桨 距 角 会 使 得 变 桨 系 统 长 期 处 于 一 个 高 负 载 转 矩 的 环 境 下 ， 以 致 变 桨装 置 疲 劳 损 坏 。 因 此 设 计 一 种 基 于 调 节 叶 片 分 布 式 襟 翼 的 智 能 系 统 将 能 够 有 效 提 高 风 力 机应 对 湍 流 等 特 征 风 况 的 响 应 速 度 和 控 制 叶
6、 片 局 部 载 荷 的 准 确 性 ， 从 而 延 长 叶 片 寿 命 ， 降 低风 场 的 运 营 成 本 。风 力 发 电 系 统 的 控 制 对 象 具 有 高 度 的 时 变 性 和 非 线 性 ， 经 典 PID 算 法 对 工 况 的 适 应 性较 差 ， 而 单 神 经 元 自 适 应 PID算 法 能 够 根 据 系 统 的 运 行 状 态 实 现 参 数 的 自 整 定 ， 因 此 本 文用 单 神 经 元 PID算 法 作 为 控 制 系 统 的 核 心 调 节 算 法 。本 文 着 眼 于 尾 缘 襟 翼 的 风 力 机 智 能 叶 片 控 制 系 统 的 设 计 与
7、研 究 ， 利 用 PLC进 行 数 据 采样 和 输 出 ， Simulink进 行 数 据 分 析 和 处 理 ， Gui进 行 参 数 设 置 ， 实 现 对 叶 片 气 动 参 数 的 智能 控 制 。 本 文 控 制 叶 片 的 气 动 特 性 的 原 理 是 调 节 升 力 特 性 曲 线 左 移 或 右 移 ， 以 使 得 不 同 风速 下 的 升 力 基 本 保 持 不 变 ， 从 而 减 小 因 升 力 波 动 而 引 起 的 疲 劳 载 荷 。 经 过 仿 真 计 算 ， 结 果表 明 ， 本 文 所 设 计 的 智 能 调 控 系 统 能 有 效 通 过 主 动 控 制
8、改 善 了 翼 型 段 的 升 力 特 性 ， 能 显 著减 少 交 替 渐 变 风 、 交 替 阵 风 、 阶 梯 风 和 湍 流 风 风 况 下 载 荷 的 波 动 。关 键 词 ： 风 力 机 智 能 叶 片 ； 载 荷 控 制 ； 尾 缘 襟 翼 ； 单 神 经 元 PID； 自 适 应 控 制AbstractIIDesign and Realization for Smart Rotor ControlSystem of Wind Tunnel Test ModelAbstractWind power has been favored as its clean and renewab
9、le characteristics. To take advantageof wind power, upsizing will become the only development trend for the future wind turbines.The larger windturbines are, themoreflexibleandmore inertial blades willbe, whichwill bringmore complicated and unsteady loads to wind turbines.Thus the upsizing trend of
10、wind turbineswill be certainly limited by the loads of the blades. Centring the loads of blades is the effectivestrategy tocater to the upsizing trend of wind turbines as the loads and cost of wind turbines aremainly from blades. There are three types of ways to optimize the loads of wind turbines,d
11、ynamic stall, collective pitch control and individual pitch control. However, it will be difficultfor conventional technology to meet the need of veracity and rapidity in the control system ofwind turbines and overusing the conventional techniques will leave the control system with ahigh-load torque
12、, which will lead to the fatigue damage in control system. Therefore, Itsessential to develop an effective technology that will improve the response speed to theturbulence and the accuracy to control partial loads, which will extend the life of wind turbines,lowertheoperationcostandcatertotheupsizin
13、gtrendofwindturbines.The control object of the system of wind turbines has highly time-varying and nonlinearcharacteristics.TheconventionalPIDalgorithmhaspooradaptabilityforrealconditionwhilethesingle neuron PID algorithm is capable of adapting the parameters according tothe system state.Thustheessa
14、yusedthiskindofPIDasthecentraladaptingalgorithmofthesystem.This paper focuses on the control system of wind tunnel test model, which is based ontrailingedgeflap.Inordertofulfillthesmartcontroloftheaerodynamiccharacteristicsofblades,The system uses PLC tosample and output data whileSimulink for data
15、processing and GUI forparameterssetting.Theprincipleofcontroltheaerodynamiccharacteristicsofbladesistryingtokeep the lift force in different velocity constant, then reducing the fatigue load owing to thefluctuation of lift force by adjusting the curve of lift force characteristics. The consequencess
16、hows the designed control system indeed optimized the lift force characteristics of the airfoilsectionaccordingtothesimulatingcalculation,especiallyasitnotablyreducedthefluctuationofdynamicloadintheconditionofalternativegradientwind， thealternativegust， thechoppywindandtheturbulence.K eywords:smartwindrotor； loadcontrol； trailingedgeflap； singleneuronPID； adaptivecontrol目 录III目录摘 要 .
