基于磁流变阻尼器半主动结构控制的漂浮式风机减载方法

摘要

本发明公开了一种基于磁流变阻尼器半主动结构控制的漂浮式风机减载方法，包括步骤：1)对磁流变阻尼器结构进行分析，获得磁流变阻尼器的力‑位移关系式；2)建立配置磁流变阻尼器的海上浮式风电机组多自由度结构体系运动方程，并建立风机和磁流变阻尼器的运动方程；3)通过LQR控制器和Fuzzy控制器对磁流变阻尼器进行控制，以减小浮式风机的平台俯仰角和机舱的纵向位移。本发明摒弃了在阻尼器结构控制中被动控制和主动控制的缺点，控制所需外加能量很少、装置简单、不易失稳，能有效减小浮式风电机组的总体载荷，并在一定程度上保证浮台的平稳，进而能提高风力机的使用寿命和输出电能质。

主权项

一种基于磁流变阻尼器半主动结构控制的漂浮式风机减载方法，其特征在于：包括以下步骤：1)对磁流变阻尼器结构进行分析，获得磁流变阻尼器的力‑位移关系式：式中，F为磁流变阻尼力，C₀为阻尼系数，为活塞相对缸体的位移，f_c为库仑力，f₀为由补偿器产生的摩擦力；2)建立配置磁流变阻尼器的海上浮式风电机组多自由度结构体系运动方程，利用Kane动力学方程，分别建立风机和磁流变阻尼器的运动方程：$I_p{\stackrel{··}{\theta }}_p=-d_p{\stackrel{·}{\theta }}_p-k_p{\theta }_p-m_p{\mathrm{gR}}_p{\theta }_p+k_t({\theta }_t-{\theta }_p)+d_t({\stackrel{·}{\theta }}_t-{\stackrel{·}{\theta }}_p),$$I_t{\stackrel{··}{\theta }}_t=m_t{\mathrm{gR}}_t{\theta }_t-k_t({\theta }_t-{\theta }_p)-d_t({\stackrel{·}{\theta }}_t-{\stackrel{·}{\theta }}_p)-F_{MR-TMD}{R}_{MR-TMD}-m_{MR-TMD}g(R_{MR-TMD}{\theta }_t-x_{MR-TMD})$$m_{MR-TMD}{\stackrel{··}{x}}_{MR-TMD}=F_{MR-TMD}+m_{MR-TMD}{\mathrm{g\theta }}_t,$其中，θ_p表示浮台偏离垂直平面的角度，θ_t表示塔架偏离垂直平面的角度；k_p表示Barge的弹性常数，k_t表示塔架弹性常数，d_p表示浮台阻尼系数，d_t表示塔架阻尼系数；x_MR‑TMD表示阻尼器质心到铰链所在垂直面的距离；F_MR‑TMD为磁流变阻尼力；I_p表示浮台转动惯量，I_t表示塔架转动惯量；g表示重力加速度；m_p表示浮台质量，m_t表示塔架质量，m_MR‑TMD表示磁流变阻尼器的质量；R_p表示浮台质心到铰链的距离，R_t表示塔架质心到铰链的距离，R_MR‑TMD表示磁流变阻尼器质心到铰链的距离；3)通过LQR控制器和Fuzzy控制器对磁流变阻尼器进行控制，首先利用LQR控制器计算最优控制力向量U；然后根据磁流变阻尼器本身的控制力范围及最优控制力向量U，得到期望控制力U_d；最后利用Fuzzy控制器控制磁流变阻尼器的电流使磁流变阻尼器能够跟踪期望控制力，以减小浮式风机的平台俯仰角和机舱的纵向位移。