كنترلگر مقاوم و تطبيقي دستگاه آزمون پره توربين بادي

Robust and Adaptive Controller for Wind Turbine Blade Testing Machine

پره توربين بادي از مواد كامپوزيتي ساخته مي‌شود و در معرض بارهاي تصادفي نوساني قرار مي‌گيرد. انجام آزمون‌هاي پره كامل توربين بادي به دليل اهميت پره، رفتار پيچيده مواد كامپوزيتي به كار رفته و بارگذاري نوساني با دامنه متغير، الزامي مي‌باشد. سازندگان براي اطمينان از تحمل بارهاي وارده بايد آزمون‌هاي استاتيكي و خستگي پره كامل توربين بادي را مطابق با استانداردهاي بين‌المللي انجام دهند. در اين پژوهش دستگاه آزمون پره توربين بادي كوچك كه توانمندي انجام آزمون‌هاي استاتيكي و خستگي مطابق با استانداردهاي بين‌المللي را دارد، معرفي گرديده است. واحد كنترل اين دستگاه براي انجام آزمون خستگي با بارگذاري بلوكي در محدوده فركانس 1تا 3 هرتز ارتقا داده شده است. كنترلگرهاي تناسبي-انتگرالي و مقاوم براي دستگاه طراحي و تحليل شده‌اند. به علت عدم كارايي مناسب كنترلگرهاي طراحي شده در رديابي سيگنال مرجع، كنترلگر تطبيقي پيشخور بر مبناي الگوريتم زمان‌بندي بهره طراحي و به كنترلگر مقاوم اضافه شده است. كنترلگر مقاوم باعث جبران عدم قطعيت ناشي از عدم مدل سازي ديناميك فركانس بالاي سيستم و حذف اثر نويز اندازه‌گيري مي‌گردد. كنترلگر تطبيقي عدم قطعيت فركانس پايين سيستم را جبران مي‌كند. آزمايشات متعدد انجام شده در محدوده فركانسي مورد نظر مويد صحت عملكردي واحد كنترل توسعه يافته مي باشد.

The wind turbine blades are made of composite materials, and are subjected to severe operational loadings. Complexity of the composite material behavior along with the variable amplitude loadings dictates the need for experimental setups, which can conduct a real-part test as close as possible to in-service loadings. In this regard, the wind turbine blade manufacturers are obliged to perform standard ultimate and fatigue tests on their products. In this research work, a cost-effective blade testing machine (BTM) is proposed, which is capable of conducting ultimate static and fatigue tests according to the wind turbine blade standards. A new control unit is designed and implemented to track fatigue block loading in the frequency range of 1-3 Hz. The main focus is on designing a controller to perform the desired block loading fatigue tests with proper performance. PI and robust feedback controllers are designed and analyzed. Due to the poor robust performance, an adaptive feed-forward controller is proposed based on the gain scheduling algorithm. The proposed robust controller compensates un-modeled high-frequency dynamics and rejects measurement noises, while the adaptive controller compensates low-frequency uncertainty and improves reference tracking. Extensive experimentations carried out within the desired frequency range confirm proper performance of the developed controller.