漂浮式风力机结构动力响应MIGA算法优化设计
发布时间：2021-06-14 14:31
以ITI Barge平台漂浮式风力机为研究对象,借鉴传统土木工程领域结构控制经验,提出漂浮式风力机MTMD结构控制方法,基于Kane方法建立漂浮式风力机多体动力学模型,研究并对比了风波流作用下有无MTMD时风力机的结构动力学响应特性,并进一步基于多岛遗传算法对MTMD系统进行优化。结果表明:MTMD控制效果较好;所提出优化算法获得的优化参数具有更加明显的控制效果,塔顶侧向位移与平台横摇运动均得到了明显的抑制。不同环境工况下,MTMD都对漂浮式风力机有着明显的控制效果。其中纵向载荷标准差抑制率为78%83%,横向载荷标准差抑制率为14%18%。
【文章来源】：能源工程. 2018,(04)
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
Barge平台风力机及MTMD模型示意环境载荷
得每一节点的风速分布，进一步通过空间相干模型获得整个风场的风速分布。空间相干模型如式(1):Si，j(f)=C(Δr，f)Si，i(f)·Sj，j(f槡)(1)式中:Si，j(f)为节点i、j的互功率谱;C(Δr，f)为空间相干大小，节点之间距离为Δr;Si，i(f)、Sj，j(f)分别为节点i、j的功率谱。以轮毂中心为参考点，以时历平均风速11．4m/s为参考风速，仿真时间为600s，建立三维时变湍流风风场。轮毂点时域风速分布如图2所示。波浪谱以风因素和波浪因素为参量，通过定义有义波高、波浪周期及有限风区等参数即可得到波浪的大致形式。波浪谱是随机波浪的重要统计信息，可直接给出波能相对频率和方向的分布。目前，常见的波浪谱有P-M谱、Jonswap谱和布氏谱等。选取P-M波浪谱生成有义波高为5m，谱峰周期为12．4s的波浪，基于设定参数建立不规则波浪如图3所示。海流是海洋环境中各种流动的集合，是主要载荷之一。海流载荷可视为剪切流，在水平方向海流近似为恒速，本文中设定为1．6m/s;在垂直方向海流流速呈梯度递减，海底流速几乎为0。图2轮毂点时域风速分布图3不规则波浪模型2TMD模型及多岛遗传算法2．1TMD模型调频质量阻尼器(TMD)减振系统主要由弹簧或吊索、固体质量块、阻尼器等组成，其通过改变自身质量或刚度来达到调整自振频率的目的，使其接近被减振结构的固有频率或外部激励频率，当结构在外部激励下产生振动时，将带动TMD振动，TMD产生的调谐惯性力将反作用到结构上，并通过阻尼系统将能量耗散，以达到结构稳定性控制的目
率谱。以轮毂中心为参考点，以时历平均风速11．4m/s为参考风速，仿真时间为600s，建立三维时变湍流风风场。轮毂点时域风速分布如图2所示。波浪谱以风因素和波浪因素为参量，通过定义有义波高、波浪周期及有限风区等参数即可得到波浪的大致形式。波浪谱是随机波浪的重要统计信息，可直接给出波能相对频率和方向的分布。目前，常见的波浪谱有P-M谱、Jonswap谱和布氏谱等。选取P-M波浪谱生成有义波高为5m，谱峰周期为12．4s的波浪，基于设定参数建立不规则波浪如图3所示。海流是海洋环境中各种流动的集合，是主要载荷之一。海流载荷可视为剪切流，在水平方向海流近似为恒速，本文中设定为1．6m/s;在垂直方向海流流速呈梯度递减，海底流速几乎为0。图2轮毂点时域风速分布图3不规则波浪模型2TMD模型及多岛遗传算法2．1TMD模型调频质量阻尼器(TMD)减振系统主要由弹簧或吊索、固体质量块、阻尼器等组成，其通过改变自身质量或刚度来达到调整自振频率的目的，使其接近被减振结构的固有频率或外部激励频率，当结构在外部激励下产生振动时，将带动TMD振动，TMD产生的调谐惯性力将反作用到结构上，并通过阻尼系统将能量耗散，以达到结构稳定性控制的目的。MTMD为解决STMD对主体结构自振频率过于敏感的问题，除在机舱中配置TMD，还在塔架处另配置参数不同的TMD。漂浮式风力机MT-MD模型如图1所示，其控制原理如图4所示。其中H(s)和G(s)分别为主体结构和MTMD结构的传递函数，f(t)为主体结构的初动态响应，p(t)欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟?
【参考文献】：
期刊论文
[1]风力发电机塔架结构减振控制研究综述[J]. 阎石,牛健,于君元,王伟. 防灾减灾工程学报. 2016(01)
[2]基于反馈控制策略的陆上与海上风力机塔架前后振动控制效果分析[J]. 贾文强,谢双义,金鑫. 西华大学学报(自然科学版). 2015(06)
[3]基于多岛遗传算法的二维翼型吸气减阻优化[J]. 赵德建,王延奎,周平,李乾. 北京航空航天大学学报. 2015(05)
[4]填充墙MTMD耗能钢框架结构振动台试验研究[J]. 袁康,何明胜,李英民. 振动与冲击. 2014(11)
[5]利用调频质量阻尼器结构实现海上漂浮式风力机的稳定性控制[J]. 穆安乐,王超,刘宏昭,张明洪,张玉龙. 中国电机工程学报. 2013(35)
[6]单摆式TMD简介及其减振性能分析[J]. 刘勋,施卫星,陈希. 结构工程师. 2012(06)
[7]基于多岛遗传算法的湍流模型优化研究[J]. 宋昕,谷正气,张清林,张海峰. 湖南大学学报(自然科学版). 2011(02)
[8]基于多岛遗传算法的振动控制传感器优化配置[J]. 石秀华,孟祥众,杜向党,曹银萍. 振动、测试与诊断. 2008(01)
[9]用于结构振动控制的MTMD设计模型及最优设计参数[J]. 李春祥,熊学玉. 四川建筑科学研究. 2003(03)
[10]MTMD控制结构地震反应的特性研究[J]. 蔡国平,孙峰,黄金枝,王超. 工程力学. 2000(03)
本文编号：3230029
【文章来源】：能源工程. 2018,(04)
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
Barge平台风力机及MTMD模型示意环境载荷
得每一节点的风速分布，进一步通过空间相干模型获得整个风场的风速分布。空间相干模型如式(1):Si，j(f)=C(Δr，f)Si，i(f)·Sj，j(f槡)(1)式中:Si，j(f)为节点i、j的互功率谱;C(Δr，f)为空间相干大小，节点之间距离为Δr;Si，i(f)、Sj，j(f)分别为节点i、j的功率谱。以轮毂中心为参考点，以时历平均风速11．4m/s为参考风速，仿真时间为600s，建立三维时变湍流风风场。轮毂点时域风速分布如图2所示。波浪谱以风因素和波浪因素为参量，通过定义有义波高、波浪周期及有限风区等参数即可得到波浪的大致形式。波浪谱是随机波浪的重要统计信息，可直接给出波能相对频率和方向的分布。目前，常见的波浪谱有P-M谱、Jonswap谱和布氏谱等。选取P-M波浪谱生成有义波高为5m，谱峰周期为12．4s的波浪，基于设定参数建立不规则波浪如图3所示。海流是海洋环境中各种流动的集合，是主要载荷之一。海流载荷可视为剪切流，在水平方向海流近似为恒速，本文中设定为1．6m/s;在垂直方向海流流速呈梯度递减，海底流速几乎为0。图2轮毂点时域风速分布图3不规则波浪模型2TMD模型及多岛遗传算法2．1TMD模型调频质量阻尼器(TMD)减振系统主要由弹簧或吊索、固体质量块、阻尼器等组成，其通过改变自身质量或刚度来达到调整自振频率的目的，使其接近被减振结构的固有频率或外部激励频率，当结构在外部激励下产生振动时，将带动TMD振动，TMD产生的调谐惯性力将反作用到结构上，并通过阻尼系统将能量耗散，以达到结构稳定性控制的目
率谱。以轮毂中心为参考点，以时历平均风速11．4m/s为参考风速，仿真时间为600s，建立三维时变湍流风风场。轮毂点时域风速分布如图2所示。波浪谱以风因素和波浪因素为参量，通过定义有义波高、波浪周期及有限风区等参数即可得到波浪的大致形式。波浪谱是随机波浪的重要统计信息，可直接给出波能相对频率和方向的分布。目前，常见的波浪谱有P-M谱、Jonswap谱和布氏谱等。选取P-M波浪谱生成有义波高为5m，谱峰周期为12．4s的波浪，基于设定参数建立不规则波浪如图3所示。海流是海洋环境中各种流动的集合，是主要载荷之一。海流载荷可视为剪切流，在水平方向海流近似为恒速，本文中设定为1．6m/s;在垂直方向海流流速呈梯度递减，海底流速几乎为0。图2轮毂点时域风速分布图3不规则波浪模型2TMD模型及多岛遗传算法2．1TMD模型调频质量阻尼器(TMD)减振系统主要由弹簧或吊索、固体质量块、阻尼器等组成，其通过改变自身质量或刚度来达到调整自振频率的目的，使其接近被减振结构的固有频率或外部激励频率，当结构在外部激励下产生振动时，将带动TMD振动，TMD产生的调谐惯性力将反作用到结构上，并通过阻尼系统将能量耗散，以达到结构稳定性控制的目的。MTMD为解决STMD对主体结构自振频率过于敏感的问题，除在机舱中配置TMD，还在塔架处另配置参数不同的TMD。漂浮式风力机MT-MD模型如图1所示，其控制原理如图4所示。其中H(s)和G(s)分别为主体结构和MTMD结构的传递函数，f(t)为主体结构的初动态响应，p(t)欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟?
【参考文献】：
期刊论文
[1]风力发电机塔架结构减振控制研究综述[J]. 阎石,牛健,于君元,王伟. 防灾减灾工程学报. 2016(01)
[2]基于反馈控制策略的陆上与海上风力机塔架前后振动控制效果分析[J]. 贾文强,谢双义,金鑫. 西华大学学报(自然科学版). 2015(06)
[3]基于多岛遗传算法的二维翼型吸气减阻优化[J]. 赵德建,王延奎,周平,李乾. 北京航空航天大学学报. 2015(05)
[4]填充墙MTMD耗能钢框架结构振动台试验研究[J]. 袁康,何明胜,李英民. 振动与冲击. 2014(11)
[5]利用调频质量阻尼器结构实现海上漂浮式风力机的稳定性控制[J]. 穆安乐,王超,刘宏昭,张明洪,张玉龙. 中国电机工程学报. 2013(35)
[6]单摆式TMD简介及其减振性能分析[J]. 刘勋,施卫星,陈希. 结构工程师. 2012(06)
[7]基于多岛遗传算法的湍流模型优化研究[J]. 宋昕,谷正气,张清林,张海峰. 湖南大学学报(自然科学版). 2011(02)
[8]基于多岛遗传算法的振动控制传感器优化配置[J]. 石秀华,孟祥众,杜向党,曹银萍. 振动、测试与诊断. 2008(01)
[9]用于结构振动控制的MTMD设计模型及最优设计参数[J]. 李春祥,熊学玉. 四川建筑科学研究. 2003(03)
[10]MTMD控制结构地震反应的特性研究[J]. 蔡国平,孙峰,黄金枝,王超. 工程力学. 2000(03)
本文编号：3230029
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