风电机组叶片振动液压控制设计-第2页-北极星风力发电网

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该控制器中放大比例环节会使系统动作迅速，反应速度快，稳态误差变小，但比例系数过大会使系统的振荡次数增加，调节时间变长。积分环节可消除系统的稳态误差，提高系统的无差度。微分环节可以提高系统动态特性，反映偏差信号的变化趋势，并能在偏差信号变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调节时间。风电机组叶片振动的能量受到叶片阻尼的影响进行衰减，根据阻尼使振动停止的效果不同，可以分为欠阻尼，过阻尼和临界阻尼。这三种阻尼振动的方式不同，当阻尼取一个特定的数值的时候，塔筒前后振动会很快地靠近平衡位置，以临界阻尼回到平衡位置所需时间最短，其阻尼数值小于过阻尼，而大于欠阻尼。所以根据风速变化造成的叶片振动的大小，通过该控制系统进行叶片控制实际调节了叶片的阻尼特性，使其达到临界阻尼状态，能够有效的消除振动的影响。通过综合考虑风电机组的动态性能和静态性能，对PID 三个控制系数进行合理的设定逐步的调节，能够兼顾系统稳定快速以及对目标参考曲线的快速跟踪，满足控制性能的要求。PID 控制器计算出控制输出即液压减震器节流孔的流通面积以后，将该控制输出信号传给振动液压控制执行系统。

风电机组振动液压控制执行系统

风电机组液压控制执行系统接收PID 控制器输出的控制信号，通过改变液压减震器节流孔的流通面积调节振动阻尼系数的大小，输出信号到被控对象风电机组叶片上，可以改善叶片因风速变化引起的振动现象。液压减震器工作力矩较大，控制精度较高，能够满足减小叶片振动的要求。液压减震器中K 为弹性刚度，A 为液压减震器活塞上的节流孔， δ 为减震器的阻尼系数，m 为叶轮质量。液压减震器的活塞液压缸里充满黏性液压油，活塞上有节流孔A，使得上下腔中的油液互相流动。油液通过节流孔A 时将产生阻尼，节流孔越小，油的黏度越大，阻尼力越大。在叶片上下振动时，减振器活塞上下移动，弹性系统的振动被减振器阻尼吸收。减震器的阻尼系数δ 为：

其中，ρ 为液压油的密度，B 为液压缸工作面积，C 为阀口流量系数。由上面的公式可知，通过调整节流口孔A的流通面积，可以调整减震器的阻尼系数δ。对于叶片在轴向方向上的振动系统来说，其振动阻尼比ξ 为：

其中K 为弹性刚度， δ 为减震器的阻尼系数，m 为叶轮质量。

因为叶片轴向方向上的振动是周期衰减振动，阻尼比ξ 的大小决定了叶片振动的运动性能。对于叶片低频的振动，阻尼比ξ 对系统的影响不大，可以将阻尼比调整为较小的数值。对于叶片振动比较明显的共振段，需要加大阻尼比ξ，降低系统振动的峰值。对于叶片振动的高频段，系统自身对于输入的振动位移具有减弱的作用，阻尼比在高频振动的情况下对系统的影响变小，需要降低阻尼比ξ，降低系统的能量损失。所以液压减振器接收PID 控制器输出的控制信号，将液压减震器节流孔的流通面积A 调整到PID 控制器给出的数值，就改变了减震器的阻尼系数δ，进而改变了叶片振动阻尼系数的ξ 大小，改善了叶片在因风速变化激励产生的振动。这使得叶片振动被该液压控制执行系统通过对叶片前后振动的能量进行吸收，降低了风电机组叶片前后振动的峰值，达到了调节风电机组叶片振动的效果。

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