基于LabVIEW的风力机叶片除冰系统研究

发布时间：2021-05-18 20:57

对于地处高寒山区与湿冷地区的风电场,叶片覆冰是导致风电机组非计划停机的主要原因之一,而目前仍没有成熟可靠的自动除冰系统。为实现对风力机叶片的自动除冰,本文从覆冰检测指标提取研究和除冰控制逻辑研究切入,并基于LabVIEW软件,设计并开发了一套具有覆冰检测与除冰功能的在线系统。首先,本文选取长度为1000mm的玻璃钢材料叶片为实验对象,以人工方式模拟风力机叶片覆冰,通过对其做模态分析,获取到覆冰叶片前三阶的模态振型数据。基于覆冰对叶片模态振型曲率的改变与多阶模态信息融合的思想,提取出了一套适用于风力叶片覆冰位置与厚度诊断的定量指标,研究表明该诊断指标具有较高的准确性。基于LabVIEW,并通过Math Scrip节点调用Matlab程序,开发了覆冰状态检测的相关功能模块。其次,本文根据超声波除冰的理论,通过对工程实际中风力机叶片所受外力以及振动形式的分析,确定了沿叶片翼展反向的除冰动作次序。并结合覆冰状态定量检测理论,基于统计学原理与开关控制模型,提取出了除冰控制信号。基于LabVIEW和Modbus,开发了除冰控制等功能模块。从数据流的角度出发,分析了LabVIEW软件的几种主要设计模式。本文选取了基于条件结构的生产者与消费者模式和静态单循环模式对数据采集、覆冰检测、除冰控制模块进行了集成。最后,基于人工环境实验室,设计并搭建了风力机叶片除冰系统模拟实验平台。基软件系统与实验平台系上述研究成果,对软件系统与实验平台系统进行了调试,结果显示整个系统能稳定、准确的运行。采用人工覆冰的方式,对所集成的系统进行了验证,重点观察了系统的覆冰检测结果、除冰机构动作以及超声波除冰现象,结果表明本文所设计的系统是可靠的。
【学位授予单位】：长沙理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM614

文章目录

摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1 研究背景意义及课题来源

1.1.1 研究背景及意义

1.1.2 课题来源

1.2 风力机叶片除冰技术国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 工作模态辨识技术

1.3.1 工作模态辨识技术简介

1.3.2 工作模态辨识技术发展状况

1.4 本文研究内容

第二章叶片超声波除冰系统设计

2.1 系统开发平台

2.1.1 LabVIEW简介

2.1.2 Math Script节点介绍

2.2 软件系统总体设计

2.2.1 软件系统功能设计

2.2.2 软件系统流程设计

2.3 系统硬件选型及设计

2.3.1 硬件系统结构设计

2.3.2 传感器选型

2.3.3 电荷放大器选型

2.3.4 数据采集卡选型

2.3.5 单片机选型

2.3.6 继电器选型

2.3.7 超声波发生器选型

2.3.8 压电陶瓷片选型

2.4 本章小结

第三章叶片覆冰动态检测技术

3.1 覆冰检测理论

3.1.1 振型曲率与覆冰的关系

3.1.2 自互谱法模态分析理论

3.2 覆冰检测特征参数定义及提取方法

3.2.1 覆冰位置检测参数定义

3.2.2 覆冰程度检测参数定义

3.2.3 覆冰检测特征参数提取方法

3.3 覆冰检测特征参数提取实验研究

3.3.1 实验条件

3.3.2 实验内容

3.3.3 实验数据处理方法

3.3.4 振型曲率差值与温度关系

3.3.5 覆冰位置检测指标提取

3.3.6 覆冰程度检测指标提取

3.3.7 覆冰诊断指标验证

3.4 叶片覆冰检测程序设计

3.4.1 数据采集模块

3.4.2 振型提取模块

3.4.3 特征参数计算模块

3.4.4 覆冰状态检测模块

3.5 本章小节

第四章叶片除冰系统控制技术

4.1 超声波除冰机理

4.1.1 超声波除冰基本理论

4.1.2 剪切应力作用机制

4.2 影响覆冰层脱落的因素

4.2.1 作用在叶片的惯性力

4.2.2 作用在叶片的气动力

4.2.3 叶片耦合振动

4.3 叶片除冰控制策略

4.3.1 除冰控制逻辑设计

4.3.2 除冰控制指令的生成

4.4 除冰控制软件设计

4.4.1 LabVIEW与单片机串口通讯

4.4.2 除冰控制开关量信号

4.4.3 除冰控制逻辑实现

4.5 本章小结

第五章叶片除冰系统集成与实验室考核

5.1 系统集成

5.1.1 系统集成的要求

5.1.2 系统集成策略

5.2 集成系统调试

5.2.1 数据采集调试

5.2.2 数据分析程序调试

5.2.3 压电陶瓷片安装调试

5.2.4 除冰控制调试

5.3 实验室考核实验

5.3.1 实验目的

5.3.2 实验内容及步骤

5.3.3 实验平台

5.3.4 除冰实验中发现的现象

5.3.5 实验结果分析

5.4 本章小结

全文总结

1、研究成果

2、创新点

3、研究展望

参考文献

致谢

附录A

【参考文献】