CN115200916A - 一种风电机组载荷解耦加载装置、方法、系统及控制系统 - Google Patents

一种风电机组载荷解耦加载装置、方法、系统及控制系统 Download PDF

Info

Publication number
CN115200916A
CN115200916A CN202211125308.XA CN202211125308A CN115200916A CN 115200916 A CN115200916 A CN 115200916A CN 202211125308 A CN202211125308 A CN 202211125308A CN 115200916 A CN115200916 A CN 115200916A
Authority
CN
China
Prior art keywords
loading
actuator
load
bearing
wind turbine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202211125308.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN115200916B (zh
Inventor
秦世耀
贾海坤
薛扬
王瑞明
付德义
孙勇
王安庆
孔令行
王文卓
李婷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI
Original Assignee
China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI filed Critical China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI
Priority to CN202211125308.XA priority Critical patent/CN115200916B/zh
Publication of CN115200916A publication Critical patent/CN115200916A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115200916B publication Critical patent/CN115200916B/zh
Priority to EP23805441.5A priority patent/EP4368960A1/en
Priority to PCT/CN2023/115258 priority patent/WO2024055834A1/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • G01M99/007—Subject matter not provided for in other groups of this subclass by applying a load, e.g. for resistance or wear testing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D17/00—Monitoring or testing of wind motors, e.g. diagnostics
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00—Testing of machine parts
    • G01M13/02—Gearings; Transmission mechanisms
    • G01M13/025—Test-benches with rotational drive means and loading means; Load or drive simulation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • G01M99/005—Testing of complete machines, e.g. washing-machines or mobile phones
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D17/00—Monitoring or testing of wind motors, e.g. diagnostics
    • F03D17/027—Monitoring or testing of wind motors, e.g. diagnostics characterised by the component being monitored or tested
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/83—Testing, e.g. methods, components or tools therefor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

本发明属于风力发电机组试验检测技术领域，具体涉及一种风电机组载荷解耦加载装置、方法、系统及控制系统；所述加载装置包括多个作动器、第一加载轴承、旋转轴和第二加载轴承；所述旋转轴与地面水平设置，所述第一加载轴承和第二加载轴承分别套接于旋转轴的两端；所述第一加载轴承远离旋转轴一端连接外部电动机；所述第二加载轴承远离旋转轴一端连接外部测试样机；所述多个作动器分别与第一加载轴承及第二加载轴承连接；作动器通过第一加载轴承和第二加载轴承为测试样机提供五自由度载荷,电动机为测试样机提供转矩载荷,本发明根据五自由度载荷，实现对加载装置中多个作动器的控制，增强风电机组传动链加载控制准确性，提升风电机组实验精度。

Description

一种风电机组载荷解耦加载装置、方法、系统及控制系统
技术领域
本发明属于风力发电机组试验检测技术领域，具体涉及一种风电机组载荷解耦加载装置、方法、系统及控制系统。
背景技术
风电机组传动链位于机舱中，传动链主要由主轴、轴承、齿轮箱、发电机、变流器等部件构成，其对于整机性能的优劣至关重要。随着海上风电的发展，风电机组容量越来越大，整机的现场测试难度也随之增加。在风电事故的统计中，传动链及其齿轮箱、变流器等部件的故障发生率较高，对传动链部件进行测试非常必要。由于海上环境恶劣，现场测试难以开展。对海上风电机组进行地面全尺寸测试已成为行业发展趋势。如“模拟风力机载荷的电液加载装置的设计研究”中，提出了一种加载装置，如图1所示，该技术给出了垂直方向机械结构力。机舱全尺寸地面试验,又叫传动链全尺寸地面试验，可以快速有效地对新技术、新设计、新产品进行试验、验证和测试，及早发现设计问题及安全隐患，达到降低技术风险、减少产品开发费用、缩短研发周期等目的。
机舱全尺寸地面试验仅对风电机组除塔筒和风轮之外的机舱主体部分进行地面加载试验，将风电机组运行时的风轮载荷等效为主轴上的六自由度载荷，包括沿x、y、z方向上的力FX,FY,FZ和绕x、y、z轴的力矩MX,MY,MZ，如图1所示。其中绕x轴的力矩为风轮的气动转矩Mx，通过电动机施加在机舱的主轴上，其他方向上的五自由度非扭载荷通过五自由度加载装置施加到风电机组样机的主轴端，从而对实验过程中的发电特性、传动链机械特性进行测试。六自由度载荷值来自于风电机组设计阶段由设计软件计算得出的载荷值，均作用于轮毂中心位置。
美国国家可再生能源实验室(NREL)、德国弗朗霍夫研究所(Fraunhofer IWES)、英国海上可再生能源孵化中心(ORE Catapult)、西班牙国家可再生能源中心(CENER)、丹麦林都海洋可再生能源中心(LORC)等都建有国家级的大型风电机组传动链地面公共测试系统。美国、英国、德国、丹麦等国的传动链地面测试系统功率等级目前已达到10MW~15MW。
《模拟风力机载荷的电液加载装置的设计研究》中提出了一种加载装置，包括1底座，2垂直作动器，3,6静压轴承外套，4水平作动器，5力矩筒，7连接法兰,8水平连杆。作动器作动器分别分布在垂直平面和水平平面。水平方向由两个作动器完成轴向加载，垂直方向由两对作动器在两个垂直面上完成径向加载。由于水平作动器对垂直作动器的影响可以忽略不计，因此水平方向的加载可以独立出来也较为简单，该技术只给出了垂直方向机械结构力。该技术中给出了加载装置的结构形式，没有提出五自由度加载原理和方法。该技术中的加载方法仅仅实现了FX,FY,FZ的加载，没有实现MY,MZ的加载。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明提出一种风电机组载荷解耦加载装置，所述加载装置包括：多个作动器、第一加载轴承、旋转轴和第二加载轴承；
所述旋转轴与地面水平设置，所述第一加载轴承和第二加载轴承分别套接于所述旋转轴的两端；所述第一加载轴承远离所述旋转轴的一端与外部电动机连接；所述第二加载轴承远离旋转轴的一端与外部测试样机连接；
所述多个作动器的输出端分别连接在所述第一加载轴承水平方向上和竖直方向上，以及第二加载轴承竖直方向上；所述水平方向上的作动器的固定端连接和地面固定的支撑结构；所述竖直方向上的作动器的固定端与地面固定；
所述作动器通过第一加载轴承和第二加载轴承为所述测试样机提供五自由度载荷；
所述电动机依次通过第一加载轴承、旋转轴和第二加载轴承为所述测试样机提供转矩载荷。
优选的，所述连接在所述第一加载轴承竖直方向上的作动器，包括：作动器
Figure 135817DEST_PATH_IMAGE001
和作 动器
Figure 890015DEST_PATH_IMAGE002
；且所述作动器
Figure 358912DEST_PATH_IMAGE001
、作动器
Figure 605085DEST_PATH_IMAGE002
分别连接于加载轴承的两侧。
优选的，所述连接在所述第一加载轴承水平方向上的作动器，包括：作动器
Figure 99520DEST_PATH_IMAGE003
和作 动器
Figure 786854DEST_PATH_IMAGE004
，且所述作动器
Figure 528717DEST_PATH_IMAGE003
和作动器
Figure 793346DEST_PATH_IMAGE004
分别水平连接于第一加载轴承接近旋转轴的两侧。
优选的，所述连接在所述第二加载轴承竖直方向上的作动器，包括：作动器
Figure 91472DEST_PATH_IMAGE005
和作 动器
Figure 633311DEST_PATH_IMAGE006
，且所述作动器
Figure 929164DEST_PATH_IMAGE005
和作动器
Figure 884350DEST_PATH_IMAGE006
分别连接于第二加载轴承的两侧。
优选的，所述作动器
Figure 658271DEST_PATH_IMAGE001
和作动器
Figure 382513DEST_PATH_IMAGE002
的输出端通过球形铰链与第一加载轴承的两侧 连接；
所述作动器
Figure 380425DEST_PATH_IMAGE005
和作动器
Figure 26170DEST_PATH_IMAGE006
的输出端通过球形铰链与第二加载轴承的两侧连接；
所述作动器
Figure 400520DEST_PATH_IMAGE003
和作动器
Figure 916952DEST_PATH_IMAGE004
的输出端通过球形铰链与第一加载轴承连接，固定端连 接和地面固定的支撑结构；
所述球形铰链与第一加载轴承和第二加载轴承的水平中心线平齐，作动器
Figure 289027DEST_PATH_IMAGE001
、作 动器
Figure 422068DEST_PATH_IMAGE002
、作动器
Figure 803371DEST_PATH_IMAGE005
和作动器
Figure 502206DEST_PATH_IMAGE006
的固定端与地面固定。
优选的，所述第一加载轴承和第二加载轴承下方还连接有水平连杆；当所述作动器对第一加载轴承或第二加载轴承进行加载时，水平连杆对所述第一加载轴承和第二加载轴承施加反作用力。
本发明还提出一种风电机组载荷解耦加载系统，包括：风电机组仿真设备、控制器组、电动机、测试样机和如上述任一项所述的风电机组载荷解耦加载装置；
所述控制器组分别与风电机组仿真设备、电动机和加载装置连接；所述加载装置还与测试样机连接；
所述风电机组仿真设备用于计算出测试样机需要加载的转矩载荷和五自由度载荷后发送给控制器组；
所述电动机用于基于控制器组提供的转矩载荷确定转速和转矩并传递给加载装置；
所述加载装置用于分别将所述转速和转矩以及控制器组提供的五自由度载荷作用于测试样机。
优选的，所述电动机与所述加载装置中的第一加载轴承和旋转轴连接；所述加载装置中的第二加载轴承与测试样机的主轴顶端中心连接；所述控制器组包括：电动机控制器和多个作动器控制器；所述电动机控制器分别与仿真设备和电动机连接；所述作动器控制器与仿真设备连接，所述作动器控制器的数量与加载装置中的作动器数量一致，且每个作动器控制器还分别与一个作动器连接。
优选的，所述风电机组仿真设备具体用于计算转矩载荷和五自由度载荷，并根据所述五自由度载荷计算出每一个作动器的加载值。
优选的，所述各作动器控制器分别用于控制相连接的作动器产生加载力，通过对对应的第一加载轴承或第二加载轴承施加加载力，生成加载至测试样机的五自由度载荷；
其中，所述五自由度载荷包括水平方向载荷和竖直方向载荷；所述加载力包括：顶推力和/或收缩力。
优选的，所述第一加载轴承根据第一加载轴承水平方向的作动器提供的加载力，生成水平方向载荷；
所述第一加载轴承和第二加载轴承根据第一加载轴承竖直方向和第二加载轴承竖直方向的作动器提供的加载力，生成竖直方向载荷。
优选的，所述电动机控制器具体用于基于所述转矩载荷控制电动机驱动所述旋转轴旋转进而通过带动第一加载轴承动作进而将所述转矩载荷作用在测试样机的主轴顶端中心。
优选的，所述系统还包括联轴器；所述第一加载轴承通过所述联轴器与电动机连接。
优选的，所述系统还包括适配器；所述第二加载轴承加载装置通过适配器和测试样机固定连接。
本发明还提出一种风电机组载荷解耦加载方法，包括：
通过风电机组载荷解耦加载系统的风电机组仿真设备计算得到转矩载荷和五自由度载荷；
通过风电机组载荷解耦加载系统的控制器组控制电动机为测试样机提供转矩载荷；
将所述五自由度载荷带入到作动器加载值矩阵计算式，求解得到风电机组载荷解耦加载装置的各作动器的目标加载值；
通过风电机组载荷解耦加载系统的控制器组将所述目标加载值和转矩载荷同步加载到测试样机的主轴上。
优选的，所述通过风电机组载荷解耦加载系统的控制器组将所述目标加载值和转矩载荷同步加载到测试样机的主轴上，包括：
控制器组中的每个作动器控制器根据所述目标加载值分别控制作动器施加加载力，生成五自由度载荷，并与所述转矩载荷同步加载到测试样机的主轴上；
其中，所述每个作动器控制器根据目标加载值控制对应的作动器对风电机组载荷解耦加载装置的第一加载轴承或第二加载轴承进行加载，通过预设的传感器反馈对应作动器的实际加载值，当所述实际加载值与目标加载值不相等时，对作动器施加的加载力进行调整，直到作动器的实际加载值与目标加载值相等。
优选的，所述控制器组中的每个作动器控制器根据所述目标加载值分别控制作动器施加加载力，生成五自由度载荷，包括：
各作动器控制器根据所述目标加载值控制相连接的作动器产生加载力，通过对对应的第一加载轴承或第二加载轴承施加加载力，生成加载至测试样机的五自由度载荷；
其中，所述五自由度载荷包括水平方向载荷和竖直方向载荷；所述加载力包括：顶推力和/或收缩力。
优选的，所述将所述五自由度载荷带入到作动器加载值矩阵计算式，求解得到风电机组载荷解耦加载装置的各作动器的目标加载值，包括：
通过所述五自由度载荷确定五自由度载荷向量；
将所述五自由度载荷向量和作动器载荷的转换矩阵带入到作动器加载值矩阵计算式中，计算出作动器加载值矩阵；其中，
所述作动器加载值矩阵由各作动器的目标加载值确定；
所述转换矩阵由第一力臂系数和第二力臂系数确定；
其中，所述第一力臂系数是由作动器
Figure 638658DEST_PATH_IMAGE002
的输出端到第一加载轴承中心的力臂与水 平连杆到第二加载轴承中心的力臂的比值构成的系数；
所述第二力臂系数是由作动器
Figure 462257DEST_PATH_IMAGE006
的输出端到第二加载轴承中心的力臂与水平连 杆到第二加载轴承中心的力臂的比值构成的系数。
优选的，所述转换矩阵如下：
Figure 443989DEST_PATH_IMAGE007
其中，
Figure 466171DEST_PATH_IMAGE008
为第一力臂系数；
Figure 180050DEST_PATH_IMAGE009
为第二力臂系数；
Figure 84421DEST_PATH_IMAGE010
为加载系统中第一加载轴承与第 二加载轴承之间力臂长度，
Figure 604264DEST_PATH_IMAGE011
为第二加载轴承与测试样机主轴端力臂长度。
优选的，所述作动器加载值矩阵计算式如下：
Figure 215373DEST_PATH_IMAGE012
其中，
Figure 365732DEST_PATH_IMAGE013
为作动器加载值矩阵，
Figure 288558DEST_PATH_IMAGE014
为作动器载荷的转换矩阵，
Figure 815354DEST_PATH_IMAGE015
为五自由度载荷 向量，所述五自由度载荷向量是由五自由度载荷构成的；其中，
Figure 280970DEST_PATH_IMAGE016
其中，
Figure 71072DEST_PATH_IMAGE017
为沿预设的x方向上的力,
Figure 481193DEST_PATH_IMAGE018
为沿预设的y方向上的力,
Figure 280522DEST_PATH_IMAGE019
为沿预设的z方 向上的力，
Figure 600645DEST_PATH_IMAGE020
为绕预设的y轴的力矩，
Figure 92806DEST_PATH_IMAGE021
为绕预设的z轴的力矩。
本发明还提出一种风电机组载荷解耦方法的仿真控制系统，设置在风电机组仿真设备中，包括：
风电机组仿真模块：用于通过风电机组载荷解耦加载系统的风电机组仿真设备计算得到转矩载荷和五自由度载荷；
电动机控制模块：用于通过风电机组载荷解耦加载系统的控制器组控制电动机为测试样机提供转矩载荷；
五自由度载荷计算模块：用于将所述五自由度载荷带入到作动器加载值矩阵计算式，求解得到风电机组载荷解耦加载装置的各作动器的目标加载值；
作动器控制模块：用于通过风电机组载荷解耦加载系统的控制器组将所述目标加载值和转矩载荷同步加载到测试样机的主轴上。
优选的，所述作动器控制模块，包括：
控制器组中的每个作动器控制器根据所述目标加载值分别控制作动器施加加载力，生成五自由度载荷，并与所述转矩载荷同步加载到测试样机的主轴上；
其中，所述每个作动器控制器根据目标加载值控制对应的作动器对风电机组载荷解耦加载装置的第一加载轴承或第二加载轴承进行加载，通过预设的传感器反馈对应作动器的实际加载值，当所述实际加载值与目标加载值不相等时，对作动器施加的加载力进行调整，直到作动器的实际加载值与目标加载值相等。
优选的，所述控制器组中的每个作动器控制器根据所述目标加载值分别控制作动器施加加载力，生成五自由度载荷，包括：
各作动器控制器根据所述目标加载值控制相连接的作动器产生加载力，通过对对应的第一加载轴承或第二加载轴承施加加载力，生成加载至测试样机的五自由度载荷；
其中，所述五自由度载荷包括水平方向载荷和竖直方向载荷；所述加载力包括：顶推力和/或收缩力。
优选的，所述将所述五自由度载荷带入到作动器加载值矩阵计算式，求解得到风电机组载荷解耦加载装置的各作动器的目标加载值，包括：
通过所述五自由度载荷确定五自由度载荷向量；
将所述五自由度载荷向量和作动器载荷的转换矩阵带入到作动器加载值矩阵计算式中，计算出作动器加载值矩阵；其中，
所述作动器加载值矩阵由各作动器的目标加载值确定；
所述转换矩阵由第一力臂系数和第二力臂系数确定；
其中，所述第一力臂系数是由作动器
Figure 131169DEST_PATH_IMAGE002
的输出端到第一加载轴承中心的力臂与水 平连杆到第二加载轴承中心的力臂的比值构成的系数；
所述第二力臂系数是由作动器
Figure 468610DEST_PATH_IMAGE006
的输出端到第二加载轴承中心的力臂与水平连 杆到第二加载轴承中心的力臂的比值构成的系数。
优选的，所述转换矩阵如下：
Figure 174398DEST_PATH_IMAGE007
其中，
Figure 368619DEST_PATH_IMAGE008
为第一力臂系数；
Figure 956595DEST_PATH_IMAGE009
为第二力臂系数；
Figure 300988DEST_PATH_IMAGE010
为加载系统中第一加载轴承与第 二加载轴承之间力臂长度，
Figure 658020DEST_PATH_IMAGE011
为第二加载轴承与测试样机主轴端力臂长度。
优选的，所述作动器加载值矩阵计算式如下：
Figure 226405DEST_PATH_IMAGE012
其中，
Figure 504940DEST_PATH_IMAGE013
为作动器加载值矩阵，
Figure 918603DEST_PATH_IMAGE014
为作动器载荷的转换矩阵，
Figure 926880DEST_PATH_IMAGE015
为五自由度载荷 向量，所述五自由度载荷向量是由五自由度载荷构成的；其中，
Figure 931745DEST_PATH_IMAGE016
其中，
Figure 697575DEST_PATH_IMAGE017
为沿预设的x方向上的力,
Figure 773985DEST_PATH_IMAGE018
为沿预设的y方向上的力,
Figure 777713DEST_PATH_IMAGE019
为沿预设的z方 向上的力，
Figure 382892DEST_PATH_IMAGE020
为绕预设的y轴的力矩，
Figure 370440DEST_PATH_IMAGE021
为绕预设的z轴的力矩。
本发明还提出一种计算机设备，包括：一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，实现如上述的一种风电机组载荷解耦加载方法。
本发明还提出一种计算机可读存储介质，其上存有计算机程序，所述计算机程序被执行时，实现如上述的一种风电机组载荷解耦加载方法。
与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：
本发明提供了一种风电机组载荷解耦加载装置、方法、系统及控制系统，包括：多个作动器、第一加载轴承、旋转轴和第二加载轴承；所述旋转轴与地面水平设置，所述第一加载轴承和第二加载轴承分别套接于所述旋转轴的两端；所述第一加载轴承远离所述旋转轴的一端与外部电动机连接；所述第二加载轴承远离旋转轴的一端与外部测试样机连接；所述多个作动器的输出端分别连接在所述第一加载轴承水平方向上和竖直方向上，以及第二加载轴承竖直方向上；所述水平方向上的作动器的固定端连接和地面固定的支撑结构；所述竖直方向上的作动器的固定端与地面固定；所述作动器通过第一加载轴承和第二加载轴承为所述测试样机提供五自由度载荷；所述电动机依次通过第一加载轴承、旋转轴和第二加载轴承为所述测试样机提供转矩载荷。本发明利用风电机组载荷加载系统，对六自由度载荷中的转矩载荷和五自由度非扭载荷作为加载值分别传输至发动机和加载装置中，控制发动机和加载装置同步加载，可以快速有效地通过测试样机对新技术和新产品进行试验、验证和测试；通过考虑转矩载荷对发动机的影响，扩大自由度载荷计算样本；根据五自由度非扭载荷加载式计算出五自由度非扭载荷，实现对加载装置中的多个作动器进行控制，增强了风电机组传动链加载控制的准确性，提升了风电机组实验精度。
附图说明
图1为现有技术涉及的载荷模拟器结构；
图2为本发明提供的一种风电机组载荷解加载装置结构图；
图3为如图2提供的一种风电机组载荷解加载装置的A方向的结构图；
图4为如图2提供的一种风电机组载荷解加载装置的B方向的结构图；
图5为如图2提供的一种风电机组载荷解加载装置的C方向的结构图；
图6为本发明提供的一种风电机组载荷解耦加载装置中的风电机组坐标系示意图；
图7为本发明提供的一种风电机组载荷解耦加载系统的机械结构意图；
图8为本发明提供的一种风电机组传动链载荷解耦加载方法的流程图；
图9为本发明提供的一种风电机组传动链载荷解耦加载系统中控制器组的示意图；
图10为本发明提供的实施例中的风电机组传动链载荷解耦的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。
实施例1：
本发明提供的一种风电机组载荷解耦加载装置，如图2所示，包括：多个作动器、第一加载轴承、旋转轴和第二加载轴承；
所述旋转轴与地面水平设置，所述第一加载轴承和第二加载轴承分别套接于所述旋转轴的两端；所述第一加载轴承远离所述旋转轴的一端与外部电动机连接；所述第二加载轴承远离旋转轴的一端与外部测试样机连接；
所述多个作动器的输出端分别连接在所述第一加载轴承水平方向上和竖直方向上，以及第二加载轴承竖直方向上；所述水平方向上的作动器的固定端连接和地面固定的支撑结构；所述竖直方向上的作动器的固定端与地面固定；
所述作动器通过第一加载轴承和第二加载轴承为所述测试样机提供五自由度载荷；
所述电动机依次通过第一加载轴承、旋转轴和第二加载轴承为所述测试样机提供转矩载荷。
具体的，连接在所述第一加载轴承竖直方向上的作动器，如图3所示，包括：作动器
Figure 657064DEST_PATH_IMAGE001
和作动器
Figure 780878DEST_PATH_IMAGE002
；且所述作动器
Figure 596388DEST_PATH_IMAGE001
、作动器
Figure 336810DEST_PATH_IMAGE002
分别连接于加载轴承的两侧。
具体的，连接在所述第一加载轴承水平方向上的作动器，如图4所示，包括：作动器
Figure 161547DEST_PATH_IMAGE003
和作动器
Figure 139867DEST_PATH_IMAGE004
，且所述作动器
Figure 657436DEST_PATH_IMAGE003
和作动器
Figure 681893DEST_PATH_IMAGE004
分别水平连接于第一加载轴承接近旋转轴的 两侧。
具体的，连接在所述第二加载轴承竖直方向上的作动器，如图5所示，包括：作动器
Figure 575900DEST_PATH_IMAGE005
和作动器
Figure 674306DEST_PATH_IMAGE006
，且所述作动器
Figure 752989DEST_PATH_IMAGE005
和作动器
Figure 202425DEST_PATH_IMAGE006
分别连接于第二加载轴承的两侧。
具体的，作动器
Figure 634543DEST_PATH_IMAGE001
和作动器
Figure 915352DEST_PATH_IMAGE002
的输出端通过球形铰链与第一加载轴承的两侧连接；
所述作动器
Figure 837040DEST_PATH_IMAGE005
和作动器
Figure 711455DEST_PATH_IMAGE006
的输出端通过球形铰链与第二加载轴承的两侧连接；
所述作动器
Figure 665374DEST_PATH_IMAGE003
和作动器
Figure 410476DEST_PATH_IMAGE004
的输出端通过球形铰链与第一加载轴承连接，固定端连 接和地面固定的支撑结构；
所述球形铰链与第一加载轴承和第二加载轴承的水平中心线平齐，作动器
Figure 440749DEST_PATH_IMAGE001
、作 动器
Figure 599198DEST_PATH_IMAGE002
、作动器
Figure 107539DEST_PATH_IMAGE005
和作动器
Figure 35044DEST_PATH_IMAGE006
的固定端与地面固定。
具体的，所述第一加载轴承和第二加载轴承下方还连接有水平连杆；当所述作动器对第一加载轴承或第二加载轴承进行加载时，水平连杆对所述第一加载轴承和第二加载轴承施加反作用力。
本发明提供的加载装置，在风电机组的风轮载荷等效果用于风电机组轮毂的时候，可以等效为六自由度载荷，加载装置作用是将六自由度载荷等效加载于测试样机的主轴上，其中,如图6所示，六自由度载荷，包括沿x、y、z方向上的力FX,FY,FZ和绕x、y、z轴的力矩MX,MY,MZ；载荷MX由电动机提供，经加载系统旋转轴加载到测试样机上，五自由度非扭载荷FX,FY,FZ,MY,MZ通过加载系统中控制作动器的动作进行加载；其中，五自由度非扭载荷即为五自由度载荷。载荷的加载点位于测试样机主轴顶端中心位置，即坐标系XYZ原点位置。本发明的作动器的型式除了本技术中使用的作动器外，还可使用其他能够实现伸缩运动的机械装置，如：电动机驱动螺纹杆做伸缩运动的装置，液压马达驱动螺纹杆做伸缩运动的装置。加载装置的加载轴承和配套作动器的形成组合体，组合体的数量理论上可以为两个或两个以上，按本技术的加载原理推导方法，即可得出加载系统的五自由度非扭载荷的加载公式。
实施例2：
本发明还提供一种风电机组载荷解耦加载系统，如图7所示，包括：风电机组仿真设备、控制器组、电动机、测试样机和如实施例1中所述的风电机组载荷解耦加载装置；
所述控制器组分别与风电机组仿真设备、电动机和加载装置连接；所述加载装置还与测试样机连接；
所述风电机组仿真设备用于计算出测试样机需要加载的转矩载荷和五自由度载荷后发送给控制器组；
所述电动机用于基于控制器组提供的转矩载荷确定转速和转矩并传递给加载装置；
所述加载装置用于分别将所述转速和转矩以及控制器组提供的五自由度载荷作用于测试样机。
具体的，电动机与所述加载装置中的第一加载轴承和旋转轴连接；所述加载装置中的第二加载轴承与测试样机的主轴顶端中心连接；所述控制器组包括：电动机控制器和多个作动器控制器；所述电动机控制器分别与仿真设备和电动机连接；所述作动器控制器与仿真设备连接，所述作动器控制器的数量与加载装置中的作动器数量一致，且每个作动器控制器还分别与一个作动器连接。
具体的，风电机组仿真设备具体用于计算转矩载荷和五自由度载荷，并根据所述五自由度载荷计算出每一个作动器的加载值。
具体的，所述各作动器控制器分别用于控制相连接的作动器产生加载力，通过对对应的第一加载轴承或第二加载轴承施加加载力，生成加载至测试样机的五自由度载荷；
其中，所述五自由度载荷包括水平方向载荷和竖直方向载荷；所述加载力包括：顶推力和/或收缩力。
具体的，所述第一加载轴承根据第一加载轴承水平方向的作动器提供的加载力，生成水平方向载荷；
所述第一加载轴承和第二加载轴承根据第一加载轴承竖直方向和第二加载轴承竖直方向的作动器提供的加载力，生成竖直方向载荷。
具体的，所述电动机控制器具体用于基于所述转矩载荷控制电动机驱动所述旋转轴旋转进而通过带动第一加载轴承动作进而将所述转矩载荷作用在测试样机的主轴顶端中心。
具体的，所述系统还包括联轴器；所述第一加载轴承通过所述联轴器与电动机连接。
具体的，所述系统还包括适配器；所述第二加载轴承加载装置通过适配器和测试样机固定连接。
本发明通过控制加载系统中加载装置的作动器和加载系统中的电动机，实现对FX,FY,FZ,MY,MZ的加载，同时满足在五自由度载荷加载的基础上对Mx进行同步加载，大大提高了载荷解耦加载的准确性，提升测试精度。
实施例3：
本发明还提供一种风电机组载荷解耦加载方法，如图8所示，包括：
通过风电机组载荷解耦加载系统的风电机组仿真设备计算得到转矩载荷和五自由度载荷；
通过风电机组载荷解耦加载系统的控制器组控制电动机为测试样机提供转矩载荷；
将所述五自由度载荷带入到作动器加载值矩阵计算式，求解得到风电机组载荷解耦加载装置的各作动器的目标加载值；
通过风电机组载荷解耦加载系统的控制器组将所述目标加载值和转矩载荷同步加载到测试样机的主轴上。
具体的，所述通过风电机组载荷解耦加载系统的控制器组将所述目标加载值和转矩载荷同步加载到测试样机的主轴上，如图9所示，包括：
控制器组中的每个作动器控制器根据所述目标加载值分别控制作动器施加加载力，生成五自由度载荷，并与所述转矩载荷同步加载到测试样机的主轴上；
其中，所述每个作动器控制器根据目标加载值控制对应的作动器对风电机组载荷解耦加载装置的第一加载轴承或第二加载轴承进行加载，通过预设的传感器反馈对应作动器的实际加载值，当所述实际加载值与目标加载值不相等时，对作动器施加的加载力进行调整，直到作动器的实际加载值与目标加载值相等。
具体的，所述控制器组中的每个作动器控制器根据所述目标加载值分别控制作动器施加加载力，生成五自由度载荷，包括：
各作动器控制器根据所述目标加载值控制相连接的作动器产生加载力，通过对对应的第一加载轴承或第二加载轴承施加加载力，生成加载至测试样机的五自由度载荷；
其中，所述五自由度载荷包括水平方向载荷和竖直方向载荷；所述加载力包括：顶推力和/或收缩力。
具体的，所述将所述五自由度载荷带入到作动器加载值矩阵计算式，求解得到风电机组载荷解耦加载装置的各作动器的目标加载值，包括：
通过所述五自由度载荷确定五自由度载荷向量；
将所述五自由度载荷向量和作动器载荷的转换矩阵带入到作动器加载值矩阵计算式中，计算出作动器加载值矩阵；其中，
所述作动器加载值矩阵由各作动器的目标加载值确定；
所述转换矩阵由第一力臂系数和第二力臂系数确定；
其中，所述第一力臂系数是由作动器
Figure 298535DEST_PATH_IMAGE002
的输出端到第一加载轴承中心的力臂与水 平连杆到第二加载轴承中心的力臂的比值构成的系数；
所述第二力臂系数是由作动器
Figure 944280DEST_PATH_IMAGE006
的输出端到第二加载轴承中心的力臂与水平连 杆到第二加载轴承中心的力臂的比值构成的系数。
具体的，所述转换矩阵如下：
Figure 318630DEST_PATH_IMAGE007
其中，
Figure 366220DEST_PATH_IMAGE008
为第一力臂系数；
Figure 738296DEST_PATH_IMAGE009
为第二力臂系数；
Figure 668074DEST_PATH_IMAGE010
为加载系统中第一加载轴承与第 二加载轴承之间力臂长度，
Figure 580536DEST_PATH_IMAGE011
为第二加载轴承与测试样机主轴端力臂长度。
具体的，所述作动器加载值矩阵计算式如下：
Figure 482633DEST_PATH_IMAGE012
其中，
Figure 25609DEST_PATH_IMAGE013
为作动器加载值矩阵，
Figure 380367DEST_PATH_IMAGE014
为作动器载荷的转换矩阵，
Figure 34203DEST_PATH_IMAGE015
为五自由度载荷 向量，所述五自由度载荷向量是由五自由度载荷构成的；其中，
Figure 790806DEST_PATH_IMAGE016
其中，
Figure 504684DEST_PATH_IMAGE017
为沿预设的x方向上的力,
Figure 612317DEST_PATH_IMAGE018
为沿预设的y方向上的力,
Figure 69844DEST_PATH_IMAGE019
为沿预设的z方 向上的力，
Figure 415374DEST_PATH_IMAGE020
为绕预设的y轴的力矩，
Figure 565733DEST_PATH_IMAGE021
为绕预设的z轴的力矩；
Figure 754138DEST_PATH_IMAGE022
其中，
Figure 749775DEST_PATH_IMAGE023
为作动器
Figure 215392DEST_PATH_IMAGE003
和作动器
Figure 802231DEST_PATH_IMAGE004
的目标加载值，
Figure 87719DEST_PATH_IMAGE024
为作动器
Figure 824731DEST_PATH_IMAGE001
的目标加载值，
Figure 410433DEST_PATH_IMAGE025
为作动器
Figure 637015DEST_PATH_IMAGE002
的目标加载值，
Figure 3274DEST_PATH_IMAGE026
为作动器
Figure 340714DEST_PATH_IMAGE005
的目标加载值，
Figure 780923DEST_PATH_IMAGE027
为作动器
Figure 264161DEST_PATH_IMAGE006
的目标加载值。
具体的，对于风电机组，选取6个工况，提取轮毂所受五自由度非扭载荷，明细如下：
Figure 993082DEST_PATH_IMAGE028
表1.工况提取轮毂所受的五自由度非扭载荷表
根据提取的轮毂所受五自由度非扭载荷，计算各个作动器的加载值，如图10所示， 假设加载系统参数如为：
Figure 399793DEST_PATH_IMAGE029
，
Figure 756825DEST_PATH_IMAGE030
，
Figure 325209DEST_PATH_IMAGE031
，
Figure 603744DEST_PATH_IMAGE032
非扭载荷到作动器载荷的转换矩阵
Figure 548566DEST_PATH_IMAGE033
。
具体的，对于工况1：
五自由度非扭载荷向量为
Figure 760105DEST_PATH_IMAGE034
，求解
Figure 968232DEST_PATH_IMAGE035
，得到
Figure 747445DEST_PATH_IMAGE036
。即作动器h1和h2各施加1000kN的顶推力，其他作动器作用 力为0。
具体的，对于工况2：
五自由度非扭载荷向量为
Figure 495958DEST_PATH_IMAGE037
，求解
Figure 30845DEST_PATH_IMAGE035
，得到
Figure 3349DEST_PATH_IMAGE038
，即作动器h1和h2作动器作用力为0，作动 器l1顶推166.67kN，作动器r1收缩力166.67kN，作动器l2收缩力1166.67kN，作动器r2顶推 力1166.67kN。
具体的，对于工况3：
五自由度非扭载荷向量为
Figure 459738DEST_PATH_IMAGE039
，求解
Figure 808680DEST_PATH_IMAGE035
，得到
Figure 198073DEST_PATH_IMAGE040
，即作动器h1和h2作动器作用力为0，作动器l1顶推 250kN，作动器r1顶推力250kN，作动器l2收缩力1750kN，作动器r2收缩力1750kN。
具体的，对于工况4：
五自由度非扭载荷向量为
Figure 138216DEST_PATH_IMAGE041
，求解
Figure 347480DEST_PATH_IMAGE035
，得到
Figure 437796DEST_PATH_IMAGE042
，即作动器h1和h2作动器作用力为0，作 动器l1顶推1166.67kN，作动器r1顶推力1166.67kN，作动器l2收缩力1166.67kN，作动器r2 收缩力1166.67kN。
具体的，对于工况5：
五自由度非扭载荷向量为
Figure 681695DEST_PATH_IMAGE043
，求解
Figure 199264DEST_PATH_IMAGE035
，得到
Figure 161404DEST_PATH_IMAGE044
，即作动器h1和h2作动器作用力为0，作动器l1顶推 3750kN，作动器r1收缩力3750kN，作动器l2顶推力3750kN，作动器r2收缩力3750kN。
具体的，对于工况6：
五自由度非扭载荷向量为
Figure 789832DEST_PATH_IMAGE045
，求解
Figure 622658DEST_PATH_IMAGE035
，得到
Figure 311129DEST_PATH_IMAGE046
，即作动器h1和h2作动器 顶推力为500，作动器l1收缩力5341kN，作动器r1收缩力1075kN，作动器l2顶推力 4891.67kN，作动器r2顶推力25kN。
本发明利用加载装置上的作动器加载，通过计算各个作动器上的载荷目标值，并控制作动器上的载荷大小，使其将加载点的受力等效为风轮除转矩之外的五自由度非扭载荷，从而实现五自由度载荷的加载，提高了测试准确度和测试效率。
实施例4：
本发明还提供一种风电机组载荷解耦方法的仿真控制系统，设置在风电机组仿真设备中，包括：
风电机组仿真模块：用于通过风电机组载荷解耦加载系统的风电机组仿真设备计算得到转矩载荷和五自由度载荷；
电动机控制模块：用于通过风电机组载荷解耦加载系统的控制器组控制电动机为测试样机提供转矩载荷；
五自由度载荷计算模块：用于将所述五自由度载荷带入到作动器加载值矩阵计算式，求解得到风电机组载荷解耦加载装置的各作动器的目标加载值；
作动器控制模块：用于通过风电机组载荷解耦加载系统的控制器组将所述目标加载值和转矩载荷同步加载到测试样机的主轴上。
具体的，所述作动器控制模块具体用于：
控制器组中的每个作动器控制器根据所述目标加载值分别控制作动器施加加载力，生成五自由度载荷，并与所述转矩载荷同步加载到测试样机的主轴上；
其中，所述每个作动器控制器根据目标加载值控制对应的作动器对风电机组载荷解耦加载装置的第一加载轴承或第二加载轴承进行加载，通过预设的传感器反馈对应作动器的实际加载值，当所述实际加载值与目标加载值不相等时，对作动器施加的加载力进行调整，直到作动器的实际加载值与目标加载值相等。
具体的，所述控制器组中的每个作动器控制器根据所述目标加载值分别控制作动器施加加载力，生成五自由度载荷，包括：
各作动器控制器根据所述目标加载值控制相连接的作动器产生加载力，通过对对应的第一加载轴承或第二加载轴承施加加载力，生成加载至测试样机的五自由度载荷；
其中，所述五自由度载荷包括水平方向载荷和竖直方向载荷；所述加载力包括：顶推力和/或收缩力。
具体的，所述将所述五自由度载荷带入到作动器加载值矩阵计算式，求解得到风电机组载荷解耦加载装置的各作动器的目标加载值，包括：
通过所述五自由度载荷确定五自由度载荷向量；
将所述五自由度载荷向量和作动器载荷的转换矩阵带入到作动器加载值矩阵计算式中，计算出作动器加载值矩阵；其中，
所述作动器加载值矩阵由各作动器的目标加载值确定；
所述转换矩阵由第一力臂系数和第二力臂系数确定；
其中，所述第一力臂系数是由作动器
Figure 494985DEST_PATH_IMAGE002
的输出端到第一加载轴承中心的力臂与水 平连杆到第二加载轴承中心的力臂的比值构成的系数；
所述第二力臂系数是由作动器
Figure 927104DEST_PATH_IMAGE006
的输出端到第二加载轴承中心的力臂与水平连 杆到第二加载轴承中心的力臂的比值构成的系数。
具体的，所述转换矩阵如下：
Figure 145595DEST_PATH_IMAGE047
其中，
Figure 739388DEST_PATH_IMAGE008
为第一力臂系数；
Figure 410541DEST_PATH_IMAGE009
为第二力臂系数；
Figure 177508DEST_PATH_IMAGE010
为加载系统中第一加载轴承与第 二加载轴承之间力臂长度，
Figure 250507DEST_PATH_IMAGE011
为第二加载轴承与测试样机主轴端力臂长度。
具体的，所述作动器加载值矩阵计算式如下：
Figure 280779DEST_PATH_IMAGE012
其中，
Figure 235966DEST_PATH_IMAGE013
为作动器加载值矩阵，
Figure 9887DEST_PATH_IMAGE014
为作动器载荷的转换矩阵，
Figure 202971DEST_PATH_IMAGE015
为五自由度载荷 向量，所述五自由度载荷向量是由五自由度载荷构成的；其中，
Figure 404145DEST_PATH_IMAGE048
其中，
Figure 784311DEST_PATH_IMAGE017
为沿预设的x方向上的力,
Figure 424240DEST_PATH_IMAGE018
为沿预设的y方向上的力,
Figure 471830DEST_PATH_IMAGE019
为沿预设的z方 向上的力，
Figure 843906DEST_PATH_IMAGE020
为绕预设的y轴的力矩，
Figure 383471DEST_PATH_IMAGE021
为绕预设的z轴的力矩。
实施例5：
基于同一种发明构思，本发明还提供了一种计算机设备，该计算机设备包括处理器以及存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器用于执行所述计算机存储介质存储的程序指令。处理器可能是中央处理单元(CentralProcessing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital SignalProcessor、DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable GateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等，其是终端的计算核心以及控制核心，其适于实现一条或一条以上指令，具体适于加载并执行计算机存储介质内一条或一条以上指令从而实现相应方法流程或相应功能，以实现上述实施例中一种风电机组载荷解耦加载方法的步骤。
实施例6：
基于同一种发明构思，本发明还提供了一种存储介质，具体为计算机可读存储介质（Memory），所述计算机可读存储介质是计算机设备中的记忆设备，用于存放程序和数据。可以理解的是，此处的计算机可读存储介质既可以包括计算机设备中的内置存储介质，当然也可以包括计算机设备所支持的扩展存储介质。计算机可读存储介质提供存储空间，该存储空间存储了终端的操作系统。并且，在该存储空间中还存放了适于被处理器加载并执行的一条或一条以上的指令，这些指令可以是一个或一个以上的计算机程序（包括程序代码）。需要说明的是，此处的计算机可读存储介质可以是高速RAM 存储器，也可以是非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。可由处理器加载并执行计算机可读存储介质中存放的一条或一条以上指令，以实现上述实施例中一种风电机组载荷解耦加载方法的步骤。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是:以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其保护范围的限制,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:本领域技术人员阅读本发明后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (23)

1.一种风电机组载荷解耦加载装置，其特征在于，所述加载装置包括：多个作动器、第一加载轴承、旋转轴和第二加载轴承；
所述旋转轴与地面水平设置，所述第一加载轴承和第二加载轴承分别套接于所述旋转轴的两端；所述第一加载轴承远离所述旋转轴的一端与外部电动机连接；所述第二加载轴承远离旋转轴的一端与外部测试样机连接；
所述多个作动器的输出端分别连接在所述第一加载轴承水平方向上和竖直方向上，以及第二加载轴承竖直方向上；所述水平方向上的作动器的固定端连接和地面固定的支撑结构；所述竖直方向上的作动器的固定端与地面固定；
所述作动器通过第一加载轴承和第二加载轴承为所述测试样机提供五自由度载荷；
所述电动机依次通过第一加载轴承、旋转轴和第二加载轴承为所述测试样机提供转矩载荷。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述连接在所述第一加载轴承竖直方向上的 作动器，包括：作动器
Figure 607678DEST_PATH_IMAGE001
和作动器
Figure 587135DEST_PATH_IMAGE002
；且所述作动器
Figure 491506DEST_PATH_IMAGE001
、作动器
Figure 949032DEST_PATH_IMAGE002
分别连接于加载轴承的两 侧。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述连接在所述第一加载轴承水平方向上的 作动器，包括：作动器
Figure 825721DEST_PATH_IMAGE003
和作动器
Figure 444921DEST_PATH_IMAGE004
，且所述作动器
Figure 774272DEST_PATH_IMAGE003
和作动器
Figure 35489DEST_PATH_IMAGE004
分别水平连接于第一加 载轴承接近旋转轴的两侧。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述连接在所述第二加载轴承竖直方向上的 作动器，包括：作动器
Figure 94580DEST_PATH_IMAGE005
和作动器
Figure 415840DEST_PATH_IMAGE006
，且所述作动器
Figure 701328DEST_PATH_IMAGE005
和作动器
Figure 94132DEST_PATH_IMAGE006
分别连接于第二加载轴承 的两侧。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述作动器
Figure 476572DEST_PATH_IMAGE001
和作动器
Figure 640837DEST_PATH_IMAGE002
的输出端通过球形 铰链与第一加载轴承的两侧连接；
所述作动器
Figure 7096DEST_PATH_IMAGE005
和作动器
Figure 344537DEST_PATH_IMAGE006
的输出端通过球形铰链与第二加载轴承的两侧连接；
所述作动器
Figure 784745DEST_PATH_IMAGE003
和作动器
Figure 41283DEST_PATH_IMAGE004
的输出端通过球形铰链与第一加载轴承连接，固定端连接和 地面固定的支撑结构；
所述球形铰链与第一加载轴承和第二加载轴承的水平中心线平齐，作动器
Figure 35784DEST_PATH_IMAGE001
、作动器
Figure 176915DEST_PATH_IMAGE002
、作动器
Figure 533947DEST_PATH_IMAGE005
和作动器
Figure 367911DEST_PATH_IMAGE006
的固定端与地面固定。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一加载轴承和第二加载轴承下方还连接有水平连杆；当所述作动器对第一加载轴承或第二加载轴承进行加载时，水平连杆对所述第一加载轴承和第二加载轴承施加反作用力。
7.一种风电机组载荷解耦加载系统，其特征在于，包括：风电机组仿真设备、控制器组、电动机、测试样机和如权利要求1至6任一项所述的风电机组载荷解耦加载装置；
所述控制器组分别与风电机组仿真设备、电动机和加载装置连接；所述加载装置还与测试样机连接；
所述风电机组仿真设备用于计算出测试样机需要加载的转矩载荷和五自由度载荷后发送给控制器组；
所述电动机用于基于控制器组提供的转矩载荷确定转速和转矩并传递给加载装置；
所述加载装置用于分别将所述转速和转矩以及控制器组提供的五自由度载荷作用于测试样机。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述电动机与所述加载装置中的第一加载轴承和旋转轴连接；所述加载装置中的第二加载轴承与测试样机的主轴顶端中心连接；所述控制器组包括：电动机控制器和多个作动器控制器；所述电动机控制器分别与仿真设备和电动机连接；所述作动器控制器与仿真设备连接，所述作动器控制器的数量与加载装置中的作动器数量一致，且每个作动器控制器还分别与一个作动器连接。
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述风电机组仿真设备具体用于计算转矩载荷和五自由度载荷，并根据所述五自由度载荷计算出每一个作动器的加载值。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，各作动器控制器分别用于控制相连接的作动器产生加载力，通过对对应的第一加载轴承或第二加载轴承施加加载力，生成加载至测试样机的五自由度载荷；
其中，所述五自由度载荷包括水平方向载荷和竖直方向载荷；所述加载力包括：顶推力和/或收缩力。
11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述第一加载轴承根据第一加载轴承水平方向的作动器提供的加载力，生成水平方向载荷；
所述第一加载轴承和第二加载轴承根据第一加载轴承竖直方向和第二加载轴承竖直方向的作动器提供的加载力，生成竖直方向载荷。
12.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述电动机控制器具体用于基于所述转矩载荷控制电动机驱动所述旋转轴旋转进而通过带动第一加载轴承动作进而将所述转矩载荷作用在测试样机的主轴顶端中心。
13.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述系统还包括联轴器；所述第一加载轴承通过所述联轴器与电动机连接。
14.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述系统还包括适配器；所述第二加载轴承加载装置通过适配器和测试样机固定连接。
15.一种风电机组载荷解耦加载方法，其特征在于，包括：
通过风电机组载荷解耦加载系统的风电机组仿真设备计算得到转矩载荷和五自由度载荷；
通过风电机组载荷解耦加载系统的控制器组控制电动机为测试样机提供转矩载荷；
将所述五自由度载荷带入到作动器加载值矩阵计算式，求解得到风电机组载荷解耦加载装置的各作动器的目标加载值；
通过风电机组载荷解耦加载系统的控制器组将所述目标加载值和转矩载荷同步加载到测试样机的主轴上。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述通过风电机组载荷解耦加载系统的控制器组将所述目标加载值和转矩载荷同步加载到测试样机的主轴上，包括：
控制器组中的每个作动器控制器根据所述目标加载值分别控制作动器施加加载力，生成五自由度载荷，并与所述转矩载荷同步加载到测试样机的主轴上；
其中，所述每个作动器控制器根据目标加载值控制对应的作动器对风电机组载荷解耦加载装置的第一加载轴承或第二加载轴承进行加载，通过预设的传感器反馈对应作动器的实际加载值，当所述实际加载值与目标加载值不相等时，对作动器施加的加载力进行调整，直到作动器的实际加载值与目标加载值相等。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述控制器组中的每个作动器控制器根据所述目标加载值分别控制作动器施加加载力，生成五自由度载荷，包括：
各作动器控制器根据所述目标加载值控制相连接的作动器产生加载力，通过对对应的第一加载轴承或第二加载轴承施加加载力，生成加载至测试样机的五自由度载荷；
其中，所述五自由度载荷包括水平方向载荷和竖直方向载荷；所述加载力包括：顶推力和/或收缩力。
18.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述将所述五自由度载荷带入到作动器加载值矩阵计算式，求解得到风电机组载荷解耦加载装置的各作动器的目标加载值，包括：
通过所述五自由度载荷确定五自由度载荷向量；
将所述五自由度载荷向量和作动器载荷的转换矩阵带入到作动器加载值矩阵计算式中，计算出作动器加载值矩阵；其中，
所述作动器加载值矩阵由各作动器的目标加载值确定；
所述转换矩阵由第一力臂系数和第二力臂系数确定；
其中，所述第一力臂系数是由作动器
Figure 380867DEST_PATH_IMAGE002
的输出端到第一加载轴承中心的力臂与水平连 杆到第二加载轴承中心的力臂的比值构成的系数；
所述第二力臂系数是由作动器
Figure 388006DEST_PATH_IMAGE006
的输出端到第二加载轴承中心的力臂与水平连杆到第 二加载轴承中心的力臂的比值构成的系数。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述转换矩阵如下：
Figure 537227DEST_PATH_IMAGE007
其中，
Figure 807672DEST_PATH_IMAGE008
为第一力臂系数；
Figure 104661DEST_PATH_IMAGE009
为第二力臂系数；
Figure 259699DEST_PATH_IMAGE010
为加载系统中第一加载轴承与第二加 载轴承之间力臂长度，
Figure 794585DEST_PATH_IMAGE011
为第二加载轴承与测试样机主轴端力臂长度。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述作动器加载值矩阵计算式如下：
Figure 704772DEST_PATH_IMAGE012
其中，
Figure 692320DEST_PATH_IMAGE013
为作动器加载值矩阵，
Figure 775682DEST_PATH_IMAGE014
为作动器载荷的转换矩阵，
Figure 633917DEST_PATH_IMAGE015
为五自由度载荷向 量，所述五自由度载荷向量是由五自由度载荷构成的；其中，
Figure 980585DEST_PATH_IMAGE016
其中，
Figure 455428DEST_PATH_IMAGE017
为沿预设的x方向上的力,
Figure 217848DEST_PATH_IMAGE018
为沿预设的y方向上的力,
Figure 461748DEST_PATH_IMAGE019
为沿预设的z方向 上的力，
Figure 737175DEST_PATH_IMAGE020
为绕预设的y轴的力矩，
Figure 433735DEST_PATH_IMAGE021
为绕预设的z轴的力矩。
21.一种风电机组载荷解耦方法的仿真控制系统，设置在风电机组仿真设备中，包括：
风电机组仿真模块：用于通过风电机组载荷解耦加载系统的风电机组仿真设备计算得到转矩载荷和五自由度载荷；
电动机控制模块：用于通过风电机组载荷解耦加载系统的控制器组控制电动机为测试样机提供转矩载荷；
五自由度载荷计算模块：用于将所述五自由度载荷带入到作动器加载值矩阵计算式，求解得到风电机组载荷解耦加载装置的各作动器的目标加载值；
作动器控制模块：用于通过风电机组载荷解耦加载系统的控制器组将所述目标加载值和转矩载荷同步加载到测试样机的主轴上。
22.一种计算机设备，其特征在于，包括：一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，实现如权利要求15至20中任一项所述的一种风电机组载荷解耦加载方法。
23.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存有计算机程序，所述计算机程序被执行时，实现如权利要求15至20中任一项所述的一种风电机组载荷解耦加载方法。
CN202211125308.XA 2022-09-16 2022-09-16 一种风电机组载荷解耦加载装置、方法、系统及控制系统 Active CN115200916B (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211125308.XA CN115200916B (zh) 2022-09-16 2022-09-16 一种风电机组载荷解耦加载装置、方法、系统及控制系统
EP23805441.5A EP4368960A1 (en) 2022-09-16 2023-08-28 Load decoupling loading apparatus, method and system for wind turbine generator set, and control system
PCT/CN2023/115258 WO2024055834A1 (zh) 2022-09-16 2023-08-28 一种风电机组载荷解耦加载装置、方法、系统及控制系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211125308.XA CN115200916B (zh) 2022-09-16 2022-09-16 一种风电机组载荷解耦加载装置、方法、系统及控制系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115200916A true CN115200916A (zh) 2022-10-18
CN115200916B CN115200916B (zh) 2023-02-07

Family

ID=83572284

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211125308.XA Active CN115200916B (zh) 2022-09-16 2022-09-16 一种风电机组载荷解耦加载装置、方法、系统及控制系统

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP4368960A1 (zh)
CN (1) CN115200916B (zh)
WO (1) WO2024055834A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116358867A (zh) * 2023-05-09 2023-06-30 南京工大数控科技有限公司 一种超大型重载轴承试验台
WO2024055834A1 (zh) * 2022-09-16 2024-03-21 中国电力科学研究院有限公司 一种风电机组载荷解耦加载装置、方法、系统及控制系统

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11252957A (ja) * 1998-03-05 1999-09-17 Nikon Corp リニア型振動アクチュエータの特性測定装置
US20130092785A1 (en) * 2008-07-11 2013-04-18 Davidson Technologies, Inc. System and method for guiding and controlling a missile using high order sliding mode control
CN106052986A (zh) * 2016-04-29 2016-10-26 中国地震局工程力学研究所 三向六自由度力位移混合控制方法
CN109765020A (zh) * 2019-03-21 2019-05-17 哈尔滨工业大学 加载系统及其加载控制方法
CN110426211A (zh) * 2019-07-24 2019-11-08 中国电力科学研究院有限公司 一种风电机组加载装置
CN111859650A (zh) * 2020-07-10 2020-10-30 中国科学院电工研究所 基于在线式联合仿真的风电机组传动链虚拟地面试验方法
CN112857667A (zh) * 2021-03-15 2021-05-28 合肥工业大学 一种应变式六维力传感器的混合激励动态标定方法
CN113865862A (zh) * 2021-08-26 2021-12-31 中国电力科学研究院有限公司 一种风电机组传动链全尺寸地面测试系统及其控制方法
CN114544166A (zh) * 2022-02-23 2022-05-27 重庆大学 模拟风电变速变载及非扭转受载的机电耦合模拟实验台

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010017456B4 (de) * 2010-06-18 2017-01-05 Industrieanlagen-Betriebsgesellschaft Mbh Belastungsvorrichtung, Prüfstand mit einer derartigen Belastungsvorrichtung, Prüfanordnung und Prüfverfahren
CN102156047B (zh) * 2011-04-02 2012-09-05 浙江大学 风力发电机组试验台模拟加载装置
CN202083551U (zh) * 2011-04-02 2011-12-21 浙江大学 一种风力发电机组试验台模拟加载装置
CN103900818B (zh) * 2014-03-10 2016-08-17 浙江大学 复现风力机五自由度载荷的静压油腔加载系统及方法
CN111859649B (zh) * 2020-07-10 2023-10-03 中国科学院电工研究所 基于虚拟仿真的风电机组传动链地面试验工况建立方法
CN115200916B (zh) * 2022-09-16 2023-02-07 中国电力科学研究院有限公司 一种风电机组载荷解耦加载装置、方法、系统及控制系统

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11252957A (ja) * 1998-03-05 1999-09-17 Nikon Corp リニア型振動アクチュエータの特性測定装置
US20130092785A1 (en) * 2008-07-11 2013-04-18 Davidson Technologies, Inc. System and method for guiding and controlling a missile using high order sliding mode control
CN106052986A (zh) * 2016-04-29 2016-10-26 中国地震局工程力学研究所 三向六自由度力位移混合控制方法
CN109765020A (zh) * 2019-03-21 2019-05-17 哈尔滨工业大学 加载系统及其加载控制方法
CN110426211A (zh) * 2019-07-24 2019-11-08 中国电力科学研究院有限公司 一种风电机组加载装置
CN111859650A (zh) * 2020-07-10 2020-10-30 中国科学院电工研究所 基于在线式联合仿真的风电机组传动链虚拟地面试验方法
CN112857667A (zh) * 2021-03-15 2021-05-28 合肥工业大学 一种应变式六维力传感器的混合激励动态标定方法
CN113865862A (zh) * 2021-08-26 2021-12-31 中国电力科学研究院有限公司 一种风电机组传动链全尺寸地面测试系统及其控制方法
CN114544166A (zh) * 2022-02-23 2022-05-27 重庆大学 模拟风电变速变载及非扭转受载的机电耦合模拟实验台

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
严伟鑫: "《风电传动链非扭矩载荷技术研究》", 15 July 2012 *
王成东: "《模拟风力机载荷的电液加载装置的设计研究》", 15 July 2016 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024055834A1 (zh) * 2022-09-16 2024-03-21 中国电力科学研究院有限公司 一种风电机组载荷解耦加载装置、方法、系统及控制系统
CN116358867A (zh) * 2023-05-09 2023-06-30 南京工大数控科技有限公司 一种超大型重载轴承试验台

Also Published As

Publication number Publication date
EP4368960A1 (en) 2024-05-15
CN115200916B (zh) 2023-02-07
WO2024055834A1 (zh) 2024-03-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN115200916B (zh) 一种风电机组载荷解耦加载装置、方法、系统及控制系统
CN102156047B (zh) 风力发电机组试验台模拟加载装置
CN203490072U (zh) 风力发电机组齿轮箱试验装置
CN104048826A (zh) 一种风电传动系统的多向交变载荷模拟试验装置及方法
CN201680969U (zh) 大功率风力发电机组整机试验台的载荷加载装置
CN111859650B (zh) 基于在线式联合仿真的风电机组传动链虚拟地面试验方法
CN102768693A (zh) 风力发电机组在虚拟样机仿真软件中建模的方法
CN111859649A (zh) 基于虚拟仿真的风电机组传动链地面试验工况建立方法
CN110513253A (zh) 一种海上漂浮式风机波浪环境模拟平台装置及其工作方法
CN106324501B (zh) 复现风力机6自由度载荷的电机加载试验台及电机加载策略
CN207600320U (zh) 一种模拟弹体气动载荷加载的装置
CN113933016B (zh) 一种模拟漂浮式风电机组运动响应的风洞试验装置与方法
CN105185206B (zh) 一种风力发电机组风况载荷模拟器
CN206876339U (zh) 一种风力发电机联轴器打滑力矩标定试验台
CN108256704A (zh) 风力发电机的子系统动态特征的仿真方法及仿真设备
CN111963389B (zh) 一种低风速风电机组的多场耦合整机模型建立方法
CN202075127U (zh) 大功率风力发电机组变桨轴承试验台
CN106289783B (zh) 复现风力机6自由度载荷的液压加载试验台及液压加载策略
CN202083551U (zh) 一种风力发电机组试验台模拟加载装置
CN114544166B (zh) 模拟风电变速变载及非扭转受载的机电耦合模拟实验台
CN115683609A (zh) 一种风电机组传动链加载方法及系统
CN202274985U (zh) 风力发电机组的偏航变桨测试装置
CN115508091A (zh) 一种风力发电机组主轴、偏航、变桨轴承性能测试试验台
CN116484671A (zh) 风力机叶片全耦合动力响应精细化分析方法
CN201955236U (zh) 大功率风力发电机组整机试验台的载荷加载装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant