漂浮式風(fēng)力機(jī)系泊參數(shù)分析及穩(wěn)定性控制.pdf

1、漂浮式風(fēng)力機(jī)需要依靠其自身結(jié)構(gòu)和系泊系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其在深海海域穩(wěn)定運(yùn)行，因此，對漂浮式風(fēng)力機(jī)進(jìn)行系泊系統(tǒng)分析和穩(wěn)定性研究具有重要的意義。本文以Hywind漂浮風(fēng)力機(jī)模型為研究對象，建立了漂浮式風(fēng)力機(jī)動力學(xué)模型，通過對系泊系統(tǒng)纜繩的參數(shù)分析得到了纜繩參數(shù)對漂浮式風(fēng)力機(jī)穩(wěn)定性的影響規(guī)律，并利用主動結(jié)構(gòu)控制設(shè)計(jì)了能夠?qū)ζ∈斤L(fēng)力機(jī)縱蕩和縱搖控制的主動質(zhì)量阻尼器(Active Mass Damper，AMD)，具體內(nèi)容包括：
　　首先，對漂浮式

2、風(fēng)力機(jī)受到的氣動載荷、波浪載荷分別進(jìn)行了求解。氣動載荷主要研究了風(fēng)輪所受的氣動推力及塔架所受的載荷；波浪載荷計(jì)算時(shí)選用小振幅波理論，利用線性波疊加法模擬隨機(jī)波浪，通過Morison方程計(jì)算了漂浮平臺所受的波浪載荷。
　　其次．針對漂浮式風(fēng)力機(jī)系泊系統(tǒng)的非線性，建立了系泊纜繩的計(jì)算模型，對懸鏈線方程進(jìn)行了推導(dǎo)，得到了纜繩在與海底接觸時(shí)和被完全抬起時(shí)兩種不同情況下的懸鏈線方程，通過改變導(dǎo)纜孔的位置坐杯，得到纜繩恢復(fù)力與導(dǎo)纜孔位移的非線

3、性關(guān)系。
　　再次，建立了漂浮式風(fēng)力機(jī)的動力學(xué)模型，利用Matlab/Simulink模塊得到了漂浮式風(fēng)力機(jī)自由振動響應(yīng)和在隨機(jī)風(fēng)、隨機(jī)波浪聯(lián)合作用下的動力學(xué)響應(yīng)，通過快速博里葉變換(Fasl Fourier Transform，F(xiàn)FT)得到了漂浮式風(fēng)力機(jī)縱蕩和縱搖的固有頻率?；诖四Ｐ停瑢ο挡磪?shù)對漂浮式風(fēng)力機(jī)穩(wěn)定性的影響進(jìn)行了研究。通過改變系泊系統(tǒng)的三個(gè)參數(shù)(系泊半徑、導(dǎo)纜孔位置、纜繩長度)，得到了漂浮式風(fēng)力機(jī)縱蕩最大值、縱搖

4、最大值和纜繩張力最大值隨三個(gè)參數(shù)的變化規(guī)律。
　　最后，利用主動結(jié)構(gòu)控制塒漂浮式風(fēng)力機(jī)穩(wěn)定性控制進(jìn)行了研究，提出了一種雙AMD的結(jié)構(gòu)：將兩個(gè)AMD分別置于風(fēng)力機(jī)機(jī)艙內(nèi)部和漂浮平臺內(nèi)部．并在雙AMD系統(tǒng)內(nèi)部加裝限位塊以防止其與漂浮式風(fēng)力機(jī)發(fā)生碰撞，利用該模型，建立了含雙AMD系統(tǒng)的漂浮式風(fēng)力機(jī)動力學(xué)模型，設(shè)計(jì)了線性二次型調(diào)節(jié)器(Linear Quadratic Regulator，LQR)，得到了漂浮式風(fēng)力機(jī)茌隨機(jī)風(fēng)和隨機(jī)波浪聯(lián)合作