• CN:11-2187/TH
  • ISSN:0577-6686

机械工程学报 ›› 2022, Vol. 58 ›› Issue (8): 250-257.doi: 10.3901/JME.2022.08.250

• 可再生能源与工程热物理 • 上一篇    下一篇

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混合质量阻尼器在海上漂浮式风力机振动响应抑制中的应用

杨佳佳, 贺尔铭, 陈鹏翔, 舒俊成   

  1. 西北工业大学航空学院 西安 710000
  • 收稿日期:2021-01-05 修回日期:2021-08-05 出版日期:2022-04-20 发布日期:2022-06-13
  • 通讯作者: 贺尔铭(通信作者),男,1964年出生,博士,教授,博士研究生导师。主要研究方向为振动噪声分析与控制、结构振动与控制。E-mail:heerming@nwpu.edu.cn
  • 作者简介:杨佳佳,男,1989年出生,博士研究生。主要研究方向为振动与控制。E-mail:yang212522@163.com;陈鹏翔,男,1997年出生。主要研究方向为结构动力学与振动控制,力学仿真分析及试验。E-mail:351096656@qq.com
  • 基金资助:
    国家自然科学基金资助项目(51675426)。

Application of Hybrid Mass Damper in Vibration Suppression of Floating Offshore Wind Turbine

YANG Jiajia, HE Erming, CHEN Pengxiang, SHU Juncheng   

  1. School of Aeronautics, Northwestern Polytechnical University, Xi'an 710000
  • Received:2021-01-05 Revised:2021-08-05 Online:2022-04-20 Published:2022-06-13

摘要: 针对海上漂浮式风力机在风浪激励下产生较大振动响应的问题,采用混合质量阻尼器(Hybrid mass damper,HMD)主动控制系统抑制风力机的结构振动。基于拉格朗日能量方程建立Spar式风力机的气动-水动-结构-调谐质量阻尼器(Tuned mass damper,TMD)-HMD耦合动力学模型,并采用遗传算法优化TMD的刚度和阻尼系数;在机舱TMD上施加主动控制力,设计了变增益状态反馈H∞控制器,将控制器的求解问题转化为线性矩阵不等式的优化问题,从而得到最优主动控制力;研究了不同工况下HMD主动控制系统对风力机的减振效果。结果表明,相对于TMD被动控制系统,HMD主动控制系统能够进一步降低风力机的平台纵摇(Platform pitch,PFPI)运动和塔顶纵向(Tower top fore-aft,TTFA)挠度。

关键词: 海上漂浮式风力机, 振动响应, 主动控制, 调谐质量阻尼器, 混合质量阻尼器

Abstract: The tremendous wind-wave excitations bring about structural vibrations on floating offshore wind turbines(FOWTs). A hybrid mass damper(HMD) active control system is used to reduce the structural vibrations of FOWTs. The aero-hydro-structure-tuned mass damper(TMD)-HMD coupling dynamic model of the spar FOWTs is established based on Lagrange's equations. Subsequently, the stiffness and damping coefficients of TMD are optimized using genetic algorithm. A variable-gain state feedback H∞ controller is designed with the active control force acting on the nacelle TMD, and the solution of the controller is transformed into the optimization problem of linear matrix inequalities to obtain the optimal active control force. Finally, the vibration reduction effects on spar FOWTs are studied employing HMD control system in different load cases. Results demonstrate that the HMD active control system could further reduce the platform pitch(PFPI) movement and the tower top fore-aft (TTFA) deflection relative to the TMD passive control system.

Key words: floating offshore wind turbine, vibration responses, active control, TMD, HMD

中图分类号: