CN117386568B - 海上浮式风机多风扇驱动实时混合模型试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于海上风能发电技术领域，具体是一种海上浮式风机多风扇驱动实时混合模型试验方法，分为平台物理子结构和风机数值子结构，物理子结构是指漂浮式风机平台模型，数值子结构是用计算机进行风机气动荷载数值模拟。在每一个时间步长，由数值子结构导出力命令通过多风扇驱动系统应用于平台物理子结构，从漂浮式平台测试的运动反馈给数值子结构，用于计算后续的时间步长。两个子结构实时交互是由传感器、控制器和制动器器组成的系统交互实现的。该方法使试验可以在弗劳德标度律下精确模拟气动载荷。系统用数值模拟代替实际的气动载荷来解决标度律冲突，不仅有利于实验室规模的风力机负荷模拟，更具有良好的静态和动态响应性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种属于海上风能发电技术领域，具体涉及一种海上浮式风机多风扇驱动实时混合模型试验方法。
背景技术
海上风电是重要的可再生能源之一，风能资源在水深超过50米的深海区域分布尤为突出。按支撑基础的类型海上风力发电机可分为固定式和漂浮式。在深水区域，考虑安全性和经济性的因素，漂浮式风机在深水风能资源开发中具有较好的经济效益和更广阔的市场前景。目前我国的海上风能开发逐渐从近海走向远海，中国具有非常丰富的深远海风能资源，漂浮式风机将成为未来海上风电开发的必由之路。
海上浮式风力机由风力机、塔架和浮式平台组成。浮动平台通过系泊系统连接到海底以抑制运动，这使得浮式风力机可以在不同的水深和海底土壤条件下工作。与传统的浮式油气平台不同的是，海上浮式风机要承受更大的气动载荷。因此，在对浮式风机进行运动响应分析时，除了考虑水动力和系泊力外，还应考虑气动力的耦合。目前，获得浮式风机运动响应最广泛的方法是基于势流、叶素动量和多体动力学理论建立运动控制方程，结合自动控制算法，进行气动-液压-伺服-弹性耦合数值模拟。由于使用近似理论和经验模型，数值模拟对一些高度非线性的工况表现出显著的不确定性。需要进行高可靠性的模型实验来修正和验证模拟结果。
与固定式海上风力机相比，在气动载荷和水动力载荷的耦合作用下，风力机的运动响应要显著得多。因此，在模型实验中准确、同步地模拟气动和水动力载荷是至关重要的。在实验中，以惯性力为主的水动力载荷应满足弗劳德数相似准则而以粘性力为主的气动载荷应满足雷诺数相似准则。然而，这些相似准则不能同时满足。
目前，浮式风机试验主要基于水池实验室的物理模型，即在全尺寸下计算得到气动荷载按重力相似准则缩放至试验模型尺寸。即风电机组、浮式基础以及锚泊系统均以物理模型的形式来再现，从而在水池中开展试验。试验依据弗劳德数相似准则进行等效，至于风机所受气动载荷，通常在满足弗劳德数相似的基础上忽略次要气动载荷，只模拟主要气动载荷，例如定常风速下的叶轮轴向推力，这也不可避免地给试验带来了误差。此外，传统海洋工程水池的造风质量较差，所模拟风场不能很好再现真实条件，且风场会对水池中的波浪产生影响，使得波浪变形。如何解决海上浮式风机模型试验相似准则冲突和非定常气动模拟问题，是该领域亟待解决的问题。
中国专利CN113654756B公开了一种海上浮式风机主动式实时混合模型试验方法，包括以下步骤：建立浮式风机基础的时域运动的状态空间模型；建立锚链单元的状态空间模型；基于前述两个状态空间模型，建立浮式风机基础耦合运动的响应状态空间模型；建立描述浮式风机基础的运动状态与多自由度机器人的运动之间转换关系的执行机构运动控制方程；采用多自由度机器人对风机塔基截面处运动的实时追踪；设计仿形风机模型；进行风洞试验，测量仿形风机模型所受载荷并输入到响应状态空间模型；实时测量，实时追踪，实时迭代。但是该专利技术，仅能在具有高质量风洞的环境下进行试验，并且对于叶片质量、强度等的制作工艺具有较高的要求
中国专利申请CN116011193A公开了一种可用于多种基础型式的海上风机混合模型试验方法，包括以下步骤：(1)确定实验缩尺比及加工物理模型；(2)选定室内波浪水池及波浪条件标定；(3)物理模型及执行机构吊装进场；(4)布置光学测量系统；(5)空气动力学中的叶素动量模型的迭代计算及整体试验开展。通过空气动力学中的叶素动量模型、物理模型、执行机构三部分在截断部位的信息交互，可以反应真实风机所受的荷载及运动响应情况。但是该专利技术，由于多自由度加载制动器本身的质量较大针对不同的风机模型需要定制不同的行架，并且该方法没有考虑海上风机的陀螺效应。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种海上浮式风机多风扇驱动实时混合模型试验方法，使其可以更准确的模拟气动载荷和水动力载荷，确保浮式风机模型试验的真实可靠性，为海上浮式风电的建设提供理论指导与技术支持。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种海上浮式风机多风扇驱动实时混合模型试验方法，包括以下步骤：
步骤（1），建立多风扇驱动系统
根据风机原型参数，建立多风扇驱动系统作为浮式风机运动的执行机构。基于驱动系统的结构建立气动载荷逆解的动力学方程，并进行多风扇系统的校正，实现对多通风机的总载荷的精确控制，驱动系统六自由度载荷方程（参考系统位于塔顶时）如下所示:
方程（1）中，F x 、F y 、F z 、M x 、M y 、M z 分别为系统六自由度载荷，T 1 、T 2 、T 3 、T 4 、T 5 、T 6 分别为1-6号单个风机推力，l为悬臂长度，M 1 、M 2 、M 3 、M 4 、M 5 、M 6分别为1-6号单个风机叶片旋转产生的微小扭矩。
步骤（2），建立风机数值子结构
对OpenFAST软件进行修改，使其能够读取漂浮平台六自由度运动，重新计算相对来风风速，输出驱动系统六自由度载荷，并生成新的OpenFAST可执行应用程序。
步骤（3），建立传感器实时监测系统
建立平台运动测量系统，通过姿态传感器、加速度传感器和激光距离传感器，实时采集设定周期内平台六个自由度的位置和速度，并将测量结果发送到仿真工具，该工具等待数据向前移动一个时间步，并计算空气动力推力的新值。
步骤（4），建立漂浮式平台物理子结构
根据漂浮式平台原型，设计平台实验模型，并将驱动系统安装在风机平台模型上；进行水池实验，实时追踪测量平台在波浪激励下的六自由度运动，并作为数值模型的输入值，计算的气动载荷通过驱动加载到风机平台上，往复循环，实时迭代。
本发明中，所述步骤（1）包括：
步骤（1-1），依据所选的风机原型，推求风机推力曲线；通过推力曲线得到该风机空气动力的预期推力范围；然后再依据模型缩放的比尺进行缩放得到预期的风扇推力范围，以此来选取风扇电机的功率。
步骤（1-2），建立驱动系统，驱动系统包含六个叶片、三个碳纤维悬臂、六个无刷电机、六个负载传感器和ESC(电子伺服控制器)，六个叶片分别安装在一个轻型无刷电机上并与负载传感器相连，组装好的螺旋桨通过碳纤维悬臂与机箱连接，接头处安装阻尼器来纠正悬臂的振动，ESC(电子伺服控制器)、微控制器和电源被紧凑地放置在一个机箱中。
步骤（1-3），根据驱动系统的结构定义多风扇系统总荷载即每个螺旋桨力及其几何配置的函数；将三轴称重传感器布置在塔筒基部或塔筒顶部用作驱动系统的参考系统；驱动系统气动载荷的实现需要将按比例加载六个风扇的单个力；为了更精确地控制每个螺旋桨的力，首先推求确定脉冲宽度模块(PWM)与电机力之间的关系曲线，从而实现对多风扇驱动系统的总载荷的精确控制。
本发明中，所述步骤（2）包括：Open-fast相关步骤
步骤（2-1），修改OpenFAST源代码驱动代码文件，将Program类型改为Subroutine类型，并定义传入变量与传出变量，传入变量包括平台参考点的位移、速度和加速度，传出变量为作用在塔筒顶部或塔筒底部的等效气动荷载；
步骤（2-2），对OpenFAST的ElastonDyn模块进行修改，接受传入变量以考虑平台运动对上部风力机结构带来的惯性力，并传出计算得到稳态风或湍流风条件下风轮转动对塔筒顶部或塔筒底部产生的等效气动荷载；
步骤（2-3），声明所建立新的Subroutine子例程在动态链接库外可被按C调用约定进行调用，并将传入变量与传出变量指定为引用传递，以供所生成的动态链接库文件能够被Matlab、Python程序调用传参。
本发明中，所述步骤（3）包括：
步骤（3-1），在实验水池中确定平台坐标原点，并根据实验要求确定波高仪的布置点及平台运动测量系统中的传感器布置点。
步骤（3-2），在实验水池中布置波高仪及激光距离传感器；在平台模型上布置姿态传感器和加速度传感器；在驱动系统上布置负载传感器，测量由驱动系统产生的风推力；传感器信号数据通过串口传输到上位机。
本发明中，所述步骤（4）包括：
步骤（4-1），以漂浮平台原型为基准，结合实验水池条件，设计制作满足试验研究以及预报实体水动力性能的平台模型、等效系泊结构及塔筒结构。
步骤（4-2），将驱动系统安装在浮动平台模型塔顶，并加入了一些压舱物以匹配风轮-机舱组件模型的重量及重心。
步骤（4-3），进行水池实验，造波器产生的波浪激发模型的六自由度运动，由平台运动测量系统实时测量并发送到上位机。
步骤（4-4），上位机接收并放大来自数据采集板的信号；重新编译的OpenFAST软件等待读取当前时间信号的平台运动数据，修改叶片截面的相对风速，综合调用InflowWind、Aerodynamic和Servo-Dynamic模块，完成风力机的气动载荷计算。
步骤（4-5），上位机对六个自由度的加载信号进行缩放，并将其发送给控制器；该控制器基于内置的六自由度负载逆解算法，将所需的PWM信号输出给6个电子调速控制器(ESC)来控制电机转速，从而有效地管理六个自由度负载的输出。
步骤（4-6），实时测量模型运动数据，实时追踪测量平台运动响应，实时计算驱动系统输出的气动载荷，实时迭代。
作为本发明技术方案的进一步改进，所述步骤（1-2）中建立多风扇驱动系统，并根据架构提出相应的六自由度载荷及逆解方程，载荷方程的逆解方程（2）如下所示：
方程（2）中，F x 、F y 、F z 、M x 、M y 、M z 分别为系统六自由度载荷，T 1 、T 2 、T 3 、T 4 、T 5 、T 6 分别为1-6号单个风机推力，l为悬臂长度，M 1 、M 2 、M 3 、M 4 、M 5 、M 6分别为1-6号单个风机叶片旋转产生的微小扭矩。
作为本发明技术方案的进一步改进，所述步骤（1-2）中建立多风扇驱动系统，由驱动系统产生风推力代替实验中质量较低的物理风，相较于其他系统，其可以同时准确模拟气动推力和扭矩，且具有较低的时滞。
作为本发明技术方案的进一步改进，所述步骤（1-2）中风扇螺旋桨与负载传感器相连，可以实时监测风扇推力。在机箱与碳纤维悬臂接口处连接阻尼器纠正悬臂的振动。
作为本发明技术方案的进一步改进，所述步骤（1-3）中，对风扇进行静态标定，建立了PWM周期与风机力之间的关系图。实现对多风扇驱动系统的总载荷的精确控制。
作为本发明技术方案的进一步改进，所述步骤（2）中，针对漂浮式风机模型试验，提出一种改进版的FAST气动-液压伺服-弹性代码，在该代码中，用于查找平台位置、姿态和速度的瞬时值的标准流体动力学计算被从水池实验中测量获得的值实时取代。
作为本发明技术方案的进一步改进，所述步骤（4）中，为达到实时测量平台运动参数，实时计算风推力，优化控制算法及其参数。
本发明的有益效果是：方法将模型实验分为平台物理子结构和风机数值子结构两个子结构。物理子结构是指经过实验验证的漂浮式风机平台模型，而数值子结构是则是用计算机来进行风机气动荷载数值模拟。在每一个时间步长，由数值子结构导出力命令通过多风扇驱动系统应用于平台物理子结构，从漂浮式平台测试的运动反馈给数值子结构，用于计算后续的时间步长。两个子结构的实时交互是由传感器、控制器和制动器器组成的系统交互实现的。该方法使试验可以在弗劳德标度律下精确模拟气动载荷。本发明所提出的系统用数值模拟代替实际的气动载荷来解决标度律冲突，不仅有利于实验室规模的风力机负荷模拟，更具有良好的静态和动态响应性能。本发明还具有以下优点:
(1)推力精度和稳定性；
(2)同时包含各种气动力矩；
(3)变化率快；
(4)捕获高频非定常风速的响应。
此外，轻量级的设计和在风轮-机舱模型组件中添加质量的可能性允许在不同的测试尺度下进行实验，以保持缩放特性。
附图说明
图1是本发明的方法的实时混合模型实验策略图；
图2是本发明的方法多风扇驱动系统结构的正视示意简图；
图3是本发明的方法多风扇驱动系统结构的立体示意简图；
图4是本发明的驱动系统与平台连接的示意简图；
其中，1.驱动系统，2.漂浮式平台基础，3.平台运动测量系统，4.造波机，5. 塔筒顶部，6.上位机。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
海上浮式风机多风扇驱动实时混合模型试验方法，试验策略如图1所示。采用数值模拟程序对气动载荷进行了计算。代替风机转子的驱动系统是由六单风扇组成的多风扇结构(类似于多旋翼飞机的结构)。风扇的旋转速度和方向由控制器和电机调节，以提供推力和力矩(空气动力学和陀螺效应)。
关于驱动系统的硬件开发，驱动系统1包含六个螺旋桨、铝合金（碳纤维）悬臂、无刷电机和ESC(电子伺服控制器)（如图4）螺旋桨安装在一个轻型无刷电机上，多扇螺旋桨叶片采用聚乳酸(PLA)结构。组装好的螺旋桨通过铝合金（碳纤维）悬臂与机箱连接，接头处安装阻尼器来纠正悬臂的振动。ESC(电子伺服控制器)，微控制器和电源被紧凑地放置在一个机箱中。
关于风扇电机的选取，以试验所需的风机原型为依据，得到风机原型的推力曲线。通过该推力曲线得到该风机原型的空气动力的预期推力范围。然后再依据模型缩放的比尺进行缩放得到试验中所需的风扇推力范围，以此来准则选取风扇电机的功率。
关于多风扇系统的总载荷，驱动系统1的总载荷定义为每个螺旋桨力及其几何配置的函数。可以在叶轮机构与塔架连接处或者塔架与平台的连接处安装多自由度载荷传感器用作参考系统。每个螺旋桨到参考系统的距离和角度构建控制驱动系统的方程，在本系统中、/>朝向x轴，/>朝向y轴，/>朝向z轴，如图2、图3所示，驱动系统的载荷方程（1）为：
方程（1）中，F x 、F y 、F z 、M x 、M y 、M z 分别为系统六自由度载荷，T 1 、T 2 、T 3 、T 4 、T 5 、T 6 分别为1-6号单个风机推力，l为悬臂长度，M 1 、M 2 、M 3 、M 4 、M 5 、M 6分别为1-6号单个风机叶片旋转产生的微小扭矩。
定了多风扇推力组合的负载公式，就需要确定脉冲宽度模块(PWM)与电机力之间的关系。这个过程称为校准，是通过在记录从最小到最大加载PWM信号来控制电机转速同时记录其力的变化过程。确定电机的离散信号和力之间的关系，可以验证所提出公式的准确性，从而实现对多风扇驱动系统的总载荷的精确控制。再通过开展基础固定试验，即将浮式基础固定，测量风机在给定风速下的推力、扭矩及功率特性，验证风机模型在试验中所受到的风力是否符合要求，从而验证模型制作与模拟的准确性，驱动系统的载荷方程的逆解方程（2）为：
方程（2）中，F x 、F y 、F z 、M x 、M y 、M z 分别为系统六自由度载荷，T 1 、T 2 、T 3 、T 4 、T 5 、T 6 分别为1-6号单个风机推力，l为悬臂长度，M 1 、M 2 、M 3 、M 4 、M 5 、M 6分别为1-6号单个风机叶片旋转产生的微小扭矩。
关于改进后的OpenFAST软件，通过修改OpenFAST的结构动力计算模块Elaston和驱动模块Fast，使其能够在预设每一时间步下读入平台六自由度位移、速度和加速度，求解全尺寸风力机结构的相关动力学方程，输出计算得到塔筒顶部5的等效气动荷载，并生成按C调用约定的动态链接库.dll文件。在试验过程中可通过MATLAB、Python等软件加载所生成的.dll文件，在每一时间步向其传入平台运动测量系统3实时测量结果，并返回全尺寸风力机结构塔筒顶部5的等效气动荷载。
以上内容完成了驱动系统的开发包括硬件部分与软件部分，下一步是在试验水池中结合浮动平台物理模型进行实时混合试验，装备布置如图4所示。试验全过程为以漂浮平台原型为基准，结合实验水池条件。设计制作满足试验研究以及预报实体水动力性能的平台模型、等效系泊结构及塔筒结构。将驱动系统安装在浮动平台模型塔筒顶部5，并加入了一些压舱物以匹配风轮-机舱组件模型的重量及重心。在实验水池中确定平台坐标原点，并根据实验要求确定波高仪的布置点及平台运动测量系统3中的传感器布置点。在实验水池中布置波高仪及激光距离传感器。在平台模型上布置姿态传感器、加速度传感器。在驱动系统上布置负载传感器，测量由驱动系统产生的风推力。该步骤完成了物理模型试验的前期准备。
造波机4产生的波浪激发漂浮式平台基础2的六自由度运动，由平台运动测量系统3实时测量并发送到上位机6。上位机6接收并放大该信号，在数值计算中转换成全尺寸位置和角度，计算全尺寸载荷。重新编译的OpenFAST软件等待读取当前时间信号的平台运动数据，修改叶片截面的相对风速，综合调用InflowWind、Aerodynamic和Servo-Dynamic模块，完成风力机的气动载荷计算。上位机6对气动载荷六个自由度的加载信号进行缩放，并将其发送给控制器。该控制器基于内置的六自由度负载逆解算法，将所需的PWM信号输出给六个电子调速控制器(ESC)来控制电机转速，从而有效地管理六个自由度负载的输出。实时测量模型运动数据，实时追踪测量平台运动响应，实时计算驱动系统输出的气动载荷，实时迭代。
综上所述，本发明针对所提出种海上浮式风机实时混合模型试验方法的实时性要求，创新性研发基于时变状态空间的浮式风机耦合运动响应快速高精度计算方法，并形成相应程序，实现混合模型试验中浮式风机气动载荷的实时高精度计算及漂浮式风机平台六自由度运动的实时追踪，在试验中准确实现气动载荷数值仿真和平台物理模型的实时动力耦合作用；创新性提出在水池实验室进行的海上浮式风机实时混合模型试验方法，建立一套可以弥补现有模型试验方法不足、能够真实可靠预报浮式风机运动与动力响应的有效试验方法和流程。
本发明所述的海上浮式风机实时混合模型试验方法的其它内容参见现有技术，在此不再赘述。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (4)
1.一种海上浮式风机多风扇驱动实时混合模型试验方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤（1），建立多风扇驱动系统
根据风机原型参数，建立多风扇驱动系统作为浮式风机运动的执行机构，基于多风扇驱动系统的结构建立气动载荷逆解的动力学方程，并进行多风扇驱动系统的校正，实现对多风扇驱动系统的总载荷的精确控制，多风扇驱动系统六自由度载荷方程（1）如下所示：
方程（1）中，分别为多风扇驱动系统六自由度载荷，T1、T2 、T3 、T4 、T5 、T6分别为1-6号单个风机推力，/>为悬臂长度，/>、/>、/>、/>、/>、/>分别为1-6号单个风机叶片旋转产生的微小扭矩；
载荷方程（1）的逆解方程（2）如下所示：
方程（2）中，分别为多风扇驱动系统六自由度载荷，T1、T2 、T3 、T4 、T5 、T6分别为1-6号单个风机推力，/>为悬臂长度，/>、/>、/>、/>、/>、/>分别为1-6号单个风机叶片旋转产生的微小扭矩；具体步骤包括：
步骤（1-1），依据所选的风机原型，推求风机推力曲线，通过推力曲线得到该风机空气动力的预期推力范围，然后再依据模型缩放的比尺缩放得到预期的风扇推力范围，以此来选取风扇电机的功率；
步骤（1-2），建立多风扇驱动系统，多风扇驱动系统包含六个叶片、三个碳纤维悬臂、六个无刷电机、六个负载传感器和电子伺服控制器，六个叶片分别对应安装在六个轻型无刷电机上并与六个负载传感器对应相连组成螺旋桨，组装好的螺旋桨通过碳纤维悬臂与机箱连接，接头处安装阻尼器来纠正悬臂的振动，电子伺服控制器、微控制器和电源被紧凑地放置在一个机箱中；
步骤（1-3），根据多风扇驱动系统的结构定义多风扇驱动系统总荷载即每个螺旋桨力及其几何配置的函数；将三轴称重传感器布置在塔筒基部或塔筒顶部用作多风扇驱动系统的参考系统；多风扇驱动系统气动载荷的实现需要将按比例加载六个风扇的单个力；为了更精确地控制每个螺旋桨的力，首先推求确定脉冲宽度模块与电机力之间的关系曲线，从而实现对多风扇驱动系统的总载荷的精确控制；
步骤（2），建立风机数值子结构
对OpenFAST软件进行修改，使其能够读取漂浮平台六自由度运动，重新计算相对来风风速，输出多风扇驱动系统六自由度载荷，并生成新的OpenFAST可执行应用程序；
Open-fast相关步骤：
步骤（2-1），修改OpenFAST源代码驱动代码文件，将Program类型改为Subroutine类型，并定义传入变量与传出变量，传入变量包括平台参考点的位移、速度和加速度，传出变量为作用在塔筒顶部或塔筒底部的等效气动荷载；
步骤（2-2），对OpenFAST的ElastonDyn模块修改，接受传入变量以考虑平台运动对上部风机结构带来的惯性力，并传出计算得到稳态风或湍流风条件下风轮转动对塔筒顶部或塔筒底部产生的等效气动荷载；
步骤（2-3），声明所建立新的Subroutine子例程在动态链接库外能被按C调用约定调用，并将传入变量与传出变量指定为引用传递，以供所生成的动态链接库文件能够被Matlab、Python程序调用传参；
步骤（3），建立传感器实时监测系统
建立平台运动测量系统，通过姿态传感器、加速度传感器和激光距离传感器，实时采集设定周期内平台六个自由度的位置和速度，并将测量结果发送到仿真工具，该工具等待数据向前移动一个时间步，并计算空气动力推力的新值；
步骤（4），建立漂浮式平台物理子结构
根据漂浮式平台原型，设计平台实验模型，并将多风扇驱动系统安装在风机平台模型上，进行水池实验，实时追踪测量平台在波浪激励下的六自由度运动，并作为数值模型的输入值，计算的气动载荷通过多风扇驱动系统加载到风机平台上，往复循环，实时迭代；
具体步骤包括：
步骤（4-1），以漂浮平台原型为基准，结合实验水池条件，设计制作满足试验研究以及预报实体水动力性能的平台模型、等效系泊结构及塔筒结构；
步骤（4-2），将多风扇驱动系统安装在风机平台模型塔顶，并加入压舱物以匹配风轮-机舱组件模型的重量及重心；
步骤（4-3），进行水池实验，造波器产生的波浪激发模型的六自由度运动，由平台运动测量系统实时测量并发送到上位机；
步骤（4-4），上位机接收并放大来自数据采集板的信号，重新编译的OpenFAST软件等待读取当前时间信号的平台运动数据，修改叶片截面的相对风速，综合调用InflowWind、Aerodynamic和Servo-Dynamic模块，完成风机的气动载荷计算；
步骤（4-5），上位机对六个自由度的加载信号进行缩放，并将其发送给控制器，该控制器基于内置的六自由度负载逆解算法，将所需的脉冲宽度模块信号输出给六个电子调速控制器来控制电机转速，从而有效地管理六个自由度负载的输出；
步骤（4-6），实时测量模型运动数据，实时追踪测量平台运动响应，实时计算多风扇驱动系统输出的气动载荷，实时迭代。
2.如权利要求1所述的海上浮式风机多风扇驱动实时混合模型试验方法，其特征是，所述步骤（1-2）中风扇螺旋桨与负载传感器相连，能够实时监测风扇推力；在机箱与碳纤维悬臂接口处连接阻尼器纠正悬臂的振动。
3.如权利要求1所述的海上浮式风机多风扇驱动实时混合模型试验方法，其特征是，所述步骤（1-3）对风扇静态标定，建立脉冲宽度模块周期与风机力之间的关系图，实现对多风扇驱动系统的总载荷的精确控制。
4.如权利要求1所述的海上浮式风机多风扇驱动实时混合模型试验方法，其特征是，所述步骤（3）包括：
步骤（3-1），在实验水池中确定平台坐标原点，并根据实验要求确定波高仪的布置点及平台运动测量系统中的传感器布置点；
步骤（3-2），在实验水池中布置波高仪及激光距离传感器，在平台模型上布置姿态传感器和加速度传感器，在多风扇驱动系统上布置负载传感器，测量由多风扇驱动系统产生的风推力，传感器信号数据通过串口传输到上位机。
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2023
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| Title |
|---|
| 刘浩学 ; 温斌荣 ; 魏汉迪 ; 汪学锋 ; 彭志科 ; 田新亮 ; .海上浮式风机混合模型试验系统开发.实验室研究与探索.2020,(第05期),全文. * |
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