自適應風電葉片振動控制設(shè)計

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1、目錄1緒論21.1選題背景及意義21.2自適應葉片振動主動控制的主要技術(shù)及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀31.2.1振動主動控制技術(shù)31.2.2飛機發(fā)動機的自適應葉片振動控制研究41.3智能、壓電技術(shù)的研究51.3.1智能材料與結(jié)構(gòu)概念和振動主動控制技術(shù)相結(jié)合51.3.2自適應智能結(jié)構(gòu)振動主動控制技術(shù)51.3.3壓電技術(shù)應用現(xiàn)狀61.3.4壓電陶瓷71.4本文的研究內(nèi)容72壓電陶瓷的力學和電學性能分析72.1壓電陶瓷的介電性質(zhì)72.2壓電陶瓷的彈性關(guān)系92.3壓電陶瓷的壓電效應表達式102.3.1正壓電效應102.3.2逆壓電效應132.3.

2、3壓電方程143壓電智能懸臂梁的主動振動控制143.1壓電智能懸臂梁狀態(tài)空間的動力學建模143.1.1壓電智能懸臂梁的振動模態(tài)分析及壓電作動器分析153.1.2壓電傳感器分析183.1.3壓電智能懸臂梁狀態(tài)空間的動力學模型193.2壓電智能懸臂梁振動控制器的設(shè)計223.2.1線性二次型最優(yōu)控制器233.2.2加權(quán)矩陣的選擇243.2.3壓電智能懸臂梁主動振動控制仿真253.3壓電驅(qū)動器位置的最優(yōu)配置284總結(jié)與展望294.1主要工作總結(jié)294.2今后研究方向和研究內(nèi)容展望30參考文獻30ABSTRACT3132自適應風電葉片振

3、動控制設(shè)計摘要：本文主要是對基于壓電智能機構(gòu)的自適應風電葉片振動主動控制技術(shù)進行了理論的分析和研究。首先分析了壓電陶瓷的力學和電學性能，闡述了正、逆壓電效應，推導出了壓電方程。其次，把風電葉片簡化成柔性懸臂梁，建立了壓電智能懸臂梁狀態(tài)空間的動力學模型，針對此系統(tǒng)利用最優(yōu)控制理論進行主動振動控制，設(shè)計了在系統(tǒng)低階模態(tài)空間的振動控制器，并通過計算機仿真說明了此主動振動控制方法的有效性。關(guān)鍵字：自適應葉片壓電智能結(jié)構(gòu)懸臂梁最優(yōu)控制理論主動振動控制1緒論1.1選題背景及意義（1）世界風力發(fā)電的現(xiàn)狀和前景[16-21]風能是世界上能源利

4、用中增長速度最快的清潔能源，是未來基于可持續(xù)發(fā)展和零污染電能的一線希望。在過去的幾年中，新建風能設(shè)備己經(jīng)超過了新建核能設(shè)備。日前，中、大型風力發(fā)電機組己在世界上40多個國家陸地和近海井網(wǎng)運行，風電增長率比其它電源增長率高的趨勢仍然繼續(xù)。1990年到2002年7年中，風電平均增長率為31%，風電電量己經(jīng)占到世界總電量的0.4%。2002年歐洲風能協(xié)會與綠色和平組織發(fā)表了一份標題為“風力12（WindForce12)”的報告。《風能12%》是一個世界性的行動方案，即使全球電能消耗在20年內(nèi)翻一番，風能仍能提供全世界電能總量的12%

5、?，F(xiàn)在，全世界有45個以上的國家正積極促進風能事業(yè)的發(fā)展。到2002年底，世界累計裝機容量為32037MW，其中2002年新安裝的容量為7231MW。2007年世界風力發(fā)電機的裝機容量將達到83319MW。據(jù)新能源研究咨詢機構(gòu)BTM統(tǒng)計，全球裝機容量從2001年到2009年復合年增長率為26.2％，截止至2009年12月31日累計裝機容量為160,084兆瓦。2009年新增裝機容量38,103兆瓦，相比2008年全球范圍裝機容量增長31％，這一增長率創(chuàng)下了歷年之最。顯示，截至2009年底全球風電累計裝機容量達160,084MW

6、。中國的累計裝機容量僅次于美國排名第二，占全球總量的16%。據(jù)BTM預計，到2014年底，中國的累計裝機容量將達到104,853MW，占全球總量的23%；2011年底中國將在裝機容量上超越美國。同時，BTM認為在2009年排名前五的國家中，中國會是從2009年到2014年這個時期內(nèi)CAGR（復合年增長率）最高的國家。322009——2014年五大風電應用國家裝機容量即復合增長率國家2009201020112012201320142009——2014年復合增長率MW中國258533985354853703538685332.30

7、%美國351594315953159681598315923.30%印度10827133271582719327233272732720.30%西班牙1878420784232842528427784297849.70%德國2581327813302133271335713392138.70%（2）課題的研究意義風能是一種清潔的可再生能源。據(jù)世界氣象組織（WMO)分析，全球總風能為3x1017kW其中可利用的風能為2x1010kW。因此，開發(fā)和利用風能資源，不僅可以為21世紀尋找新的替代能源，而且有利于環(huán)境保護。風力發(fā)電己進入

8、商業(yè)化發(fā)展的前期階段，與之相配套的葉輪技術(shù)的發(fā)展也十分迅速。風力發(fā)電機的風輪是接受風能的最主要部件，也是風力發(fā)電機中最基礎(chǔ)和最關(guān)鍵的部件，其良好的設(shè)計、可靠的質(zhì)量和優(yōu)越的性能是保證機組正常穩(wěn)定運行的決定因素。葉片是風機的核心部件。葉片的受力很復雜，在旋轉(zhuǎn)過程中受氣動力、彈性力