Vibration of a wind turbine tower is related to fatigue wear, influencing reliability of the whole structure. The current paper deals with the problem of Linear-Quadratic-Gaussian (LQG) tower vibration control using specially designed and built simulation and laboratory tower-nacelle models with a horizontally aligned, magnetorheological (MR) damper based tuned vibration absorber located at the nacelle. Force excitation applied horizontally to the tower itself, or to the nacelle, is considered. The MR damper LQG control algorithm, including the Kalman state observer and LQR (Linear-Quadratic-Regulator) controller is analysed numerically and implemented on the laboratory ground, in comparison with the system with a deactivated absorber. Simulation and experimental results are presented.
Wind turbine tower dynamic stress is related to the fatigue wear and reliability of the whole wind turbine structure. This paper deals with the problem of tower vibration control using a specially designed and built laboratory model. The considered wind turbine tower-nacelle model consists of a vertically arranged stiff rod (representing the tower), and a system of steel plates (representing nacelle and turbine assemblies) fixed at its top. The horizontally aligned tuned vibration absorber (TVA) with magnetorheological (MR) damper is located also at the top of the rod (in nacelle system). Force excitation sources applied horizontally to the tower itself and to the nacelle were both considered. The MR damper real-time control algorithms, including ground hook control and its modification, sliding mode control, linear and nonlinear (cubic and square root) damping, and adaptive solutions are compared to the open-loop case with various constant MR damper input current values and system without MR TVA (i.e., MR TVA in “locked” state). Comprehensive experimental analyses and their results are presented.
3
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule opisano implementację tłumika MR w układzie zawieszenia wtórnego mini ciągnika Stiga Park Comfort, do którego zaadaptowano seryjnie produkowany fotel firmy Star. Zbudowano model układu wibroizolacji i przeprowadzono badania symulacyjne w środowisku MATLAB/Simulink. Na podstawie wyznaczonych charakterystyk częstotliwościowych przyjętych współczynników przenoszenia drgań, wykazano skuteczniejsze działanie układu semiaktywnego z regulatorem typu sky-hook w porównaniu z układami pasywnymi.
EN
The paper deals with MR damper implementation in secondary suspension system of the Stiga Park Comfort tractor, with adopted serial operator’s seat by Star. Model of the vibroisolation system and simulation studies in MATLAB/Simulink environment were executed. Based on the frequency characteristics of the introduced transmissibilities coefficients, more effective action of the semiactive system with sky-hook-type controller than passive systems was proved.
Rozważono drgania układu maszt-gondola elektrowni wiatrowej. Maszt zamodelowano jako pryzmatyczną belkę sztywno połączoną z masą skupioną reprezentującą gondolę. Do masy skupionej został dołączony tłumik dynamiczny pracujący w kierunku poziomym. Założono małe, liniowe drgania belki opisanej modelem Eulera-Bernoullego. Układ poddano wymuszeniu siłą poziomą. Równanie ruchu rozwiązano metodą rozdzielenia zmiennych Fouriera. Dokonując czasowej transformacji Laplace'a, otrzymano zależności opisujące amplitudę w dziedzinie częstotliwości dla ugięcia dowolnego przekroju belki.
EN
The paper deals with vibration of wind turbine tower-nacelle assembly. The tower is modelled as a prismatic beam with a lumped mass representing the nacelle. In order to attenuate vibration, a horizontal tuned mass damper is attached to the nacelle. Assuming small and linear vibration, an analytical Euler-Bernoulli model is introduced. The system is subjected to the horizontal excitation force. The solution to the problem is expanded in a Fourier series. Performing time-Laplace transform, formulas describing displacement amplitudes of arbitrary point of the beam may be written in the frequency domain.
W pracy podjęto tematykę analizy drgań konstrukcji elektrowni wiatrowej z zastosowaniem metody elementów skończonych. Kluczowym elementem analizy jest odpowiedni model elektrowni wiatrowej, umożliwiający badanie wpływu warunków pracy na dynamikę konstrukcji, poziom naprężeń i odkształceń. Do modelowania wykorzystano środowisko COMSOL Multiphysics. Poszczególne elementy konstrukcji odwzorowano, korzystając z elementów powierzchniowych o sześciu stopniach swobody w węźle i parametrach wytrzymałościowych odpowiadających elementom rzeczywistym.
EN
The paper deals with vibration analysis of wind turbine structure with the use of finite element method. For the structure dynamics (stress and strain) analysis purposes at different operation conditions, appropriate wind turbine model is necessary. COMSOL Multiphysics was used as modelling environment. The individual elements of the structure (tower, nacelle, rotor with generator, and blades) were modelled using surface elements with six degrees-of-freedom at each node, and applying strength properties of actual elements. Time-varying wind pressure was considered as excitation acting directly on up-wind blades surfaces.
Praca dotyczy badań symulacyjnych układu redukcji drgań z tłumikiem magnetoreologicznym (MR) i przetwornikiem elektromagnetycznym. Przedstawiono model Spencera tłumika MR przy zmiennym polu magnetycznym oraz model przetwornika elektromagnetycznego. Opisano wyniki symulacji układu redukcji drgań w trzech konfiguracjach (pasywnej, ze sprzężeniem zwrotnym oraz zasilanego energią odzyskaną z drgań obiektu) dla obiektu o jednym stopniu swobody.
EN
The paper concerns simulation analysis of vibration reduction system for one degree-of-freedom object, equipped with a magnetorheological (MR) damper and an electromagnetic transducer. The MR damper's Spencer model for fluctuating magnetic fields and the model of the electromagnetic transducer are described. Results of simulations for three system configurations: passive, feedback, and the one powered by the energy extracted from the vibrating object are provided.
W artykule rozważono płaski model zawieszenia pojazdu o trzech stopniach swobody, wyposażony w tłumiki magnetoreologiczne. Do teoretycznej analizy dynamiki układu wykorzystano ogólny oraz uproszczony model matematyczny. W celu zminimalizowania wpływu drgań podłoża na kierowcę/operatora pojazdu zaproponowano kaskadowy, liniowo-kwadratowy algorytm sterowania tłumikami w zestawieniu z modelem odwrotnym tłumika. Wybrane wyniki analizy teoretycznej poddano weryfikacji eksperymentalnej.
EN
The paper concerns a pitch-plane vehicle suspension model with three degrees-of-freedom, equipped with magnetorheological dampers. The general and simplified mathematical models were used for the theoretical analysis of system dynamics. In order to minimise the base vibration influence on the vehicle driver/operator, cascade linear-quadratic control algorithm in conjunction with the damper inverse model is proposed. Selected results of the theoretical analysis are verified experimentally.
W artykule poruszono zagadnienie sterowania drganiami płaskiego modelu zawieszenia pojazdu o dwóch stopniach swobody, wyposażonego w niezależnie sterowane tłumiki MR w części przedniej i tylnej. Model zawieszenia badano w układzie otwartym oraz zamkniętym, przy harmonicznych oraz prostokątnych wymuszeniach podłoża. Badania eksperymentalne prowadzono z wykorzystaniem specjalnie zaprojektowanego stanowiska laboratoryjnego wyposażonego w aparaturę pomiarowo-sterującą współpracującą ze środowiskiem MATLAB/Simulink. Uzyskane rezultaty potwierdzają efektywność tłumików MR w zakresie redukcji drgań rezonansowych oraz nadrezonansowych.
EN
The paper concerns the vibration control in a two-degree-of-freedom model of vehicle suspension equipped with independently controlled MR dampers in front and rear sections. The suspension model was tested in open-loop and feedback system configurations under harmonic and square base excitations. The experiments were conducted on the specially designed laboratory setup with data acquisition and control system configured in MATLAB/Simulink environment. The obtained results reveal effectiveness of MR dampers in vibration isolation for a wide range of excitation frequencies.
The paper is concerned with the experimental study of vibration control in a vehicle suspension model equipped with independently controlled magnetorheological (MR) dampers in front and rear sections of the vehicle body, and in the driver’s seat suspension. Pitch-plane suspension model with one pitch degree of freedom (DOF) and two bounce DOFs was considered. The system was tested under harmonic excitations with an open loop and feedback. Performance of standard skyhook controller was compared with cascade controllers, in which the reference resistance forces determined by linear-quadratic or skyhook principles were fed to the inverse model of an MR damper. The tests were conducted in the experimental setup with measurement and control system configured in MATLAB/Simulink environment.
PL
W artykule przedstawiono analizę eksperymentalną układu sterowania drganiami modelu zawieszenia pojazdu wyposażonego w niezależnie sterowane tłumiki magnetoreologiczne (MR) umiejscowione w przednim i tylnym zawieszeniu nadwozia pojazdu, oraz w zawieszeniu fotela kierowcy/operatora. Rozważono płaski model zawieszenia posiadający jeden stopień swobody związany z przechyłem wzdłużnym oraz dwa stopnie swobody związane z przemieszczeniem pionowym. Przeprowadzono badania układu otwartego oraz układu zamkniętego przy wymuszeniach harmonicznych. Dokonano porównania działania regulatora typu skyhook z regulatorami kaskadowymi, dla których referencyjne siły oporu uzyskane jako wyjścia algorytmu skyhook lub rozwiązania problemu liniowo-kwadratowego były odwzorowywane z wykorzystaniem modelu odwrotnego tłumika MR. Badania przeprowadzono na stanowisku laboratoryjnym z wykorzystaniem układu pomiarowo-sterującego skonfigurowanego w środowisku MATLAB/Simulink.
The study concerns 2 DOF and 3 DOF pitch-plane models of a semi-active vehicle suspension comprising magnetorheological (MR) dampers. The 2 DOF pitch-plane model with two independent spring - MR damper suspension sets enables us to study bounce and pitch motions of the suspended body. The 3 DOF pitch-plane model takes into account also a model of driver's seat and for this reason the third spring - MR damper suspension set was introduced. The mechanical structure, data acquisition and control equipment of the 2 DOF and 3 DOF system configurations are reviewed. Finally, selected results of functional testing conducted in the presented setups are provided.
PL
W artykule opisano płaskie modele semiaktywnego zawieszenia pojazdu o dwóch (2 DOF) i trzech (3 DOF) stopniach swobody. W modelach tych wykorzystano magnetoreologiczne (MR) tłumiki drgań. Model 2 DOF posiadający dwa niezależne układy zawieszenia: sprężyna - tłumik MR, umożliwia analizę ruchu pionowego i przechyłów wzdłużnych resorowanego nadwozia pojazdu. Model 3 DOF uwzględnia dodatkowo fotel kierowcy wraz z zawieszeniem, które stanowi trzeci układ sprężyna - tłumik MR. Dla obydwu modeli przedstawiono strukturę mechaniczną stanowisk badawczych wraz z aparaturą pomiarowo-sterującą. Zaprezentowano wybrane wyniki badań funkcjonalnych przeprowadzonych na obu stanowiskach.
The paper is concerned with the experimental study of vibration control in a suspension equipped with independently controlled magnetorheological shock absorbers (MRAs) in front and rear sections. For research purposes, the pitch-plane suspension model with bounce and pitch motions was considered. This suspension model was tested in open-loop and feedback system configurations under harmonic and square excitations. The experiments were conducted on a specially designed experimental setup with a data acquisition and control system configured in the MATLAB/Simulink environment. The obtained results reveal effectiveness of MRAs for vibration suppression in the investigated suspension model.
PL
W artykule przedstawiono analizę eksperymentalną sterowania drganiami zawieszenia z dwoma niezależnymi amortyzatorami magnetoreologicznymi. Do analizy wykorzystano model zawieszenia w płaszczyźnie przechyłów wzdłużnych, posiadający dwa stopnie swobody (ruch pionowy i przechył wzdłużny). Model ten zbadano w układach otwartym i zamkniętym przy harmonicznych oraz prostokątnych wymuszeniach kinetycznych. Eksperymenty przeprowadzono na wykonanym według własnego projektu stanowisku badawczym przy użyciu środowiska pomiarowo-sterującego MATLAB/Simulink. Wyniki pomiarów potwierdziły skuteczność stewwania drganiami za pomocą amortyzatorów magnetoreologicznych w rozważanym układzie zawieszenia.
12
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule rozważano zagadnienie sterowania drganiami w układzie zawieszenia magnetoreologicznego. Przyjęto model zawieszenia o dwóch stopniach swobody w płaszczyźnie przechyłów wzdłużnych. Sformułowano model matematyczny układu i zadanie sterowania. Dokonano syntezy regulatora kaskadowego, wykorzystującego rozwiązanie problemu liniowo-kwadratowego. Przeprowadzono obliczenia numeryczne dla układu otwartego i zamkniętego przy wymuszeniach sinusoidalnych, prostokątnych oraz szarpnięciach impulsowych. Porównano wartości wskaźników jakości dla obu układów.
EN
The paper is concerned with a problem of vibration control in magnetorheological suspension system. A two-degree-of-freedom pitch plane model was assumed. A mathematical model for the system and control task was formulated. A cascade controller synthesis with linear-quadratic problem solution implementation was realized. Numerical calculations for open and feedback systems assuming sine, rounded pulse jerk and square displacement-input excitations were carried out. Quality ratings for both systems were compared.
The paper describes an analytical model and simulation results of semi-active vehicle suspension with magnetorheological (MR) dampers. 2DOF (vertical and longitudinal pitch motions) simplifled vehicle suspension model has been considered. Two independent spring-MR damper sets provide vibroisolation of the vehicle. The mathematical model of the analysed system and its implementation in Matlab/Simulink has been described. Simulation results for multiple system parameters and various kinematic excitations have been shown. The possibility of comfort improvement for the vehicle equipped with this sort of suspension has been proved.
14
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Praca opisuje zastosowanie cyfrowego regulatora liniowo-kwadratowego od stanu do sterowania procesem transportu i wymiany ciepła w nagrzewnicy rurowej. Po sformułowaniu modelu procesu o parametrach rozłożonych, a następnie jego wersji skupionej, zaproponowano modyfikacje algorytmu sterowania poprawiające dynamikę układu zamkniętego. Wprowadzono część całkującą regulatora a także predyktor wartości zadanej tych stanów modeli, które nie są zdefiniowane w sposób jawny. Zamieszczone w pracy wyniki symulacyjne i eksperymentalne potwierdzają poprawę jakości regulacji.
EN
This paper describes the application of LQ technique in the design of a digital controller for the process of heating the air flowing in the tube. Distributed and lumped mathematical models of the process is introduced. In order to improve the performance of the LQ control method some modifications of the control algorithm are proposed. First, the integral action of the controller is taken into account. Next, a predictor of the desired states is defined and integrated with the basic controller. The simulation and experimental results are presented to confirm the performance of the modified algorithm.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.