[发明专利]基于惯容的动力吸振器的风机叶片减振及参数优化方法

权利要求书

1.一种基于惯容的动力吸振器的风机叶片减振及参数优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、应用欧拉-拉格朗日方程建立由风力发电机叶片和基于惯容的动力吸振器组成的系统的动力学方程；

步骤2、求解风力发电机叶片所受的外部载荷至叶片摆振方向位移的传递函数并进行无量纲化处理；

步骤3、利用极点配置法求取基于惯容的动力吸振器最优结构参数的解析表达式。

2.根据权利要求1所述的基于惯容的动力吸振器的风机叶片减振及参数优化方法，其特征在于，所述基于惯容的动力吸振器由串联的弹簧k₁、惯容b和阻尼c并联一个弹簧k_d并与附加质量m_d连接组成。

3.根据权利要求2所述的基于惯容的动力吸振器的风机叶片减振及参数优化方法，其特征在于步骤1中所述应用欧拉-拉格朗日方程建立由风力发电机叶片和基于惯容的动力吸振器组成的系统的动力学方程，具体过程如下：

1)定义叶片的方位角Ψ为

Ψ＝Ωt (1)

其中Ω代表叶片旋转的角速度；叶片在距离旋转中心x₂处摆振方向的位移u(x₂,t)可表示为u(x₂,t)＝Φ(x₂)q(t) (2)

其中Φ(x₂)是叶片摆振方向的基础模态振型函数，并且相对叶尖处的振型值进行归一化处理；q(t)是基础模态对应的广义位移；叶片在基于惯容的动力吸振器安装位置x₀处的位移可表示为

u(x₂,t)＝aq(t) (3)

其中a＝Φ(x₀)，取决于动力吸振器安装位置处的模态振型值；

2)整个系统的动能T可以表示成

其中L代表风机叶片长度；μ(x₂)代表叶片单位长度质量；m_d代表附加质量块的质量；v_b和v_m分别代表叶片微元在x₂处的速度与附加质量块在x₀处的速度，并可分别表示成

u_d代表附加质量块的相对位移；

整个系统的势能U可表示成

其中k₀代表叶片的模态刚度，可表示成

其中EI(x₂)代表叶片摆振方向的抗弯刚度，Φ′与Φ″分别代表基础模态振型对x₂的一阶导和二阶导；F_c(x₂,Ω)代表由于叶片旋转所带来的离心力；

令Q代表广义负载向量，主要包括风载荷f_w，重力载荷f_g以及基于惯容的动力吸振器器产生的控制力f_d；由风载荷所做的虚功δW_w、重力负载所做的虚功δW_g和控制力所做的虚功可分别表示为

δW_w＝f_wδq,δW_g＝f_gδq,δW_d＝f_dδu_d (9)

其中

p(x₂,t)代表叶片摆振方向的风载荷密度；

其中代表逆拉普拉斯变换；s代表拉普拉斯算子，F_d代表f_d在拉式域的符号表示，代表质量块的相对位移u_d在拉式域的符号表示；

令u(t)＝[q(t),u_d(t)]^T表示系统的广义坐标向量；则根据虚功原理可得

将(4)、(7)和(13)式代入欧拉拉格朗日方程

其中代表广义坐标向量u对时间的微分；整个系统的运动学方程在拉式域可写成

其中代表叶片广义位移q在拉式域的符号表示，且

其中代表叶片的模态质量，代表拉普拉斯变换。