定桨距风力发电机在桨叶深失速区运行研究

定桨距风力发电机结构简单、成本较低,在恒速运行时主要依靠失速性能来调节输出功率.为了进一步提高该型风力发电机的输出功率,需要研究其在叶片深失速区内变速运行,实现在低风速区的最大风能跟踪和高风速区的恒功率控制,从而具有与变桨距变速风力发电机相媲美的功率特性.本文采用鲁棒PID控制器设计转速控制系统,其动态响应特性符合设计要求.实验结果表明,定桨距变速风力发电机能够在设计风速范围内稳定运行,其变速控制系统具有良好的动态响应特性,依靠变速控制系统能够实现低风速区的最大风能跟踪和高风速区的恒功率控制.     

风力机变速变桨的LQG/LTR鲁棒控制

针对变速变桨风力机实际工况下同时存在外界输入噪声及内部测量噪声的问题,采用线性二次型/回路传输恢复(Linear quadratic Gauss/loop transfer recovery,LQG/LTR)方法设计改善某风力机叶轮转速及塔架前后弯曲模态的控制器,增强风力机系统在随机干扰下的鲁棒性能。根据风力机空气动力学的圆盘理论和叶素理论,求解风力机受到的扭矩和推力。基于变速变桨风力机的线化模型,分别进行LQG和LQG/LTR控制器设计,分别仿真输出风力机的叶轮转速、塔架塔顶位移和桨距角时间变化曲线。仿真结果表明,LQG/LTR控制器在满足系统控制目标的情况下,可显著提高风力机系统的鲁棒性能及稳定性。     

小型水平轴风力机调速特性的实验研究

对小型水平轴可变桨距风力机调速特性的大量风洞实验结果进行了分析，并结合理论予以讨论，研究了各有关参数对风轮调速特性的影响。结果表明，要使风轮得到理相怕调速效果，必须综合考虑调速机构参数和叶片的设计，只要设计适当，在大于额定风速后，具有螺旋槽变距机构的小型水平轴风力机的速的眯化可以基本保持额定转速不变，得到相当宽的工作风速范围。     

基于VGWO算法的风力机二阶积分滑模转矩控制器设计（英文）

提出了一种基于变速灰狼优化算法(Variable speed grey wolf optimization,VGWO)的二阶积分滑模(Sec?ond?order integral sliding mode control,SOISMC)鲁棒控制策略。该策略的目的是实现风力机的最大风能捕获,提高风力机的发电量。首先,根据风力机的不确定性模型,设计了一种收敛速度快、鲁棒性强且能有效抑制抖振的二阶积分滑模转矩控制器,保证了转矩控制器能够有效地跟踪参考转速。其次,考虑到灰狼优化算法(Grey wolf optimization,GWO)具有较强的局部搜索能力和粒子群优化算法(Particle swarm optimization,PSO)具有较快的收敛速度和较强的全局搜索能力,将PSO的速度分量引入GWO中,使改进的VGWO具有较快的收敛速度、较高的求解精度和较强的全局搜索能力。然后,利用VGWO对风力机转矩控制器的参数进行优化。最后,在Simulink/SimPowerSystem平台上进行了仿真,结果表明了该策略在存在外部干扰和模型不确定性情况下的有效性。     

风力发电机组的混合灵敏度H_∞鲁棒控制

针对风力发电机组非线性系统的不确定性和强干扰等特点,在其数学模型局部线性化基础上,引入一种混合灵敏度H_∞鲁棒控制设计方法,设计了风力发电机组的转速控制器,实现了额定风速以下的风能最大捕获.仿真结果表明:鲁棒控制嚣应用于风力发电机组,具有鲁棒稳定性和抗干扰性能.     

低速风洞快速变速装置实验研究

通过实验研究证明了用主流阻尼器快速调节半开口直流式低速风洞的实验风速的可行性。实验还考察了驻室容积、风扇转速等因素对调速加速度的影响,为稳态扫描环境模拟试验装置快速变速系统提供了必要的设计参数。     

飞机变速恒频电源系统可靠性的Monte-Carlo分析

随着电力电子技术的发展,用静止变换器取代机械式的恒速传动装置成为可能,因而出现了变速恒频电源系统。在变速恒频电源系统中,发电机是直接由飞机发动机来传动的。由于发动机的转速不是恒定的,因而发电机输出的交流电的频率也是变化的,故再用变换器把变频交流电变换为恒频交流电。飞机变速恒频电源系统的主要部件有无刷交流变频发电机、变换器和控制器。 一般情况下,变换器和控制器主要由电子元器件组成,其失效参数服从指数分布。但是发电机的失效参数为正态分布,因此,其可靠性的分析研究,用一般的解析方法是困难的。本文分析了飞机变速恒频电源系统的可靠性模型。应用Monte-Carlo方法对某型号飞机变速恒频电源系统方案的可靠性指标(R(t),MTBF)进行了数字仿真,得到了各主要部件的工作模式重要度,为该系统的研制设计提供了理论基础。     

2.4m跨声速风洞颤振试验流场控制技术研究

颤振试验技术是研究飞行器颤振特性、评估安全飞行包络线的一项重要试验技术.为了满足颤振试验需要的定马赫数阶梯变速压和定总压线性变马赫数的试验要求,结合2.4m跨声速风洞的特点,有针对性地进行了控制策略设计.主要采用运动规律法和智能分段变PI实现变速压智能控制,应用运动函数实现了线性变马赫数智能控制.结果表明:该流场控制技术满足颤振试验的特殊要求,取得了流场调节过程快速、准确、可靠的试验效果.     

变转速旋翼直升机的续航性能与变速策略

根据飞行状态合理调整旋翼转速有利于降低需用功率和油耗,能够给直升机飞行性能带来好处。本文通过航程和航时的建模与分析,评估变转速旋翼对续航性能的影响。在此基础上,进行无级变速和有级变速策略研究,提出一级、二级变速方法。研究结果表明,优化转速对续航性能的提升很明显,旋翼有限级变速(一级、二级)和额定转速相比,可以显著减小其型阻功率,综合考虑,一级变速较适合于工程应用。     

具有输入时滞的集群无人机事件触发协同最优控制

针对带有输入时滞和外部干扰的集群无人机系统,提出了一种基于强化学习的集群无人机事件触发分布式自适应最优控制方法。为了实现最优控制,引入了基于神经网络的强化学习算法,并设计了一种与系统控制性能有关的动态事件触发策略,该策略可以在尽可能降低对一致性控制性能不利影响的前提下,减少通信资源的浪费,同时该策略不存在Zeno行为。此外,在控制器设计过程中,引入了一种含有积分项的坐标变换来处理系统的输入时滞问题。在输入时滞和外部干扰的影响下,所提出的基于干扰观测器的最优分布式协同神经网络控制策略能够保证每个无人机系统所有信号都有界,并且每个无人机系统的输出能够实现一致性。最后,仿真结果验证了所提控制方法的有效性。     

数据驱动的风能转换系统最优控制

风能转换系统具有很强的非线性,为了解决风能转换系统的建模困难问题,实现额定风速以下风能捕获率的最大化,根据数据驱动控制理论,在风能转换系统中采用数据驱动的最优控制方法。利用风能转换系统的输入输出数据获取马尔可夫参数,并构造一个数据驱动的控制器状态观测器,通过差分R iccati方程的闭合解设计出最优反馈控制器。仿真结果表明,采用数据驱动的最优控制方法,功率系数和叶尖速比都可以维持在最优值附近,有效地实现额定风速以下风能转换系统的最大风能捕获。     

风轮气动特性及新型动力系统的研究

介绍了风轮的空气动力特性及其对应的各种工况，接着介绍了目前风洞中风轮特性实验研究采用的两种基本方法：测力法和加速度法，探讨了这两种测试方法所存在的问题和应用的局限性，特别是在测力法中，目前广泛应用的两种动力系统对风轮气动特性测试的限制。在此基础上提出一种新型的动力系统－采用脉冲宽度调速技术，并以电流控制内环，转速调节外环的双闭环的动力系统，新型动力系统应用于风轮特性测试结果表明，它完全适用于风洞对     

考虑平稳风修正和塔架干扰的风力机叶片3-D风场模拟

为准确模拟风力机纵向、横向和垂直向的3-D随机风场,以南京航空航天大学自主研发的NH1500风力机为例,首先采用考虑沿高度变化的指数模型、塔影效应影响的潜流模型和上游风机尾流影响的涡流粘度模型对平稳风进行修正。然后基于空间变化的改进Von Karman风谱模型,结合谐波叠加法模拟风力机的来流脉动风速时程,再利用改进的叶素-动量理论获得考虑叶片旋转效应和塔架-叶片相干效应的风力机纵向、横向和垂直向3-D随机风场。该方法充分考虑风力机风场模拟的外界干扰因素和自身特性,提高了风力机系统风场模拟的准确度。算例分析表明,本文方法可以准确地模拟给定风环境的风力机系统3-D风场。     

GNSS-R海面风速反演算法

针对目前GNSS-R海面风速反演方法观测量单一，精度较低的问题，提出一种基于时延多普勒相关功率图（Delay Doppler map，DDM）的分割多普勒波形匹配反演算法。该方法利用新的DDM观测量，经过训练后，可以反演海面风速。使用该算法根据给定条件建立风场反演模型，以CYGNSS数据作为仿真输入量。仿真结果表明，利用该方法在海面风速20 m/s以下，反演风速的均方根误差为2.01 m/s，结果优于传统GNSS-R风速反演使用的峰值功率法和前缘坡度匹配法（Leading edge slope matching method，LES）。     

三维旋转水平轴风力机流场的PIV试验和数值模拟

通过粒子图像测速仪(Particle image velocimetry,PIV)测量和定常计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)数值模拟相结合的方法,对某三维旋转水平轴风力机模型的流场展开研究。在风洞开口实验段,来流风速为8m/s,针对不同尖速比(λ=4,8)利用PIV技术对风力机叶片的瞬时速度场进行测试。通过定常CFD数值模拟,获得了风力机叶片在相应工况下的流场细节。在8m/s来流风速下,当尖速比大于7.4时,试验测得的风轮扭矩和风能利用率与数值模拟结果趋于一致。尖速比小于7.4时,试验测得的扭矩值低于计算值,其风能利用效率也较低。通过速度矢量分布可以看出,在λ=4时,PIV测得靠近叶根的两个截面S1,S2在叶背有明显的流动分离,CFD结果中仅在S1截面叶背存在流动分离,S2截面叶背存在低速区。在λ=9.8时,PIV和CFD结果均显示叶片绕流流场没有流动分离。尝试采用Gamma Theta转捩模型进行了数值模拟,在考虑了层流影响后,计算所得风轮扭矩更加接近试验值。     

风力机叶片气动弹性实验研究

风力机叶片在风洞中作气动弹性实验的模拟方法、简化原理、模型设计原理和数据处理等有关问题及其弯曲／摆振颤振模型的地面实验和风洞吹风实验结果，文中都进行了讨论，根据模型实验的频谱和时域图，分析模型可能发生颤振的速度，用＂频率重合理论＂确定了模型的颤振点以及发生颤振时的颤振速度和颤振频率。