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风筝发电机翼伞姿态控制方法的研究

贺建平  
【摘要】: 近年来,由于经济的快速发展,可再生能源被大量的消耗,开发新能源迫在眉睫。风能是一种永不枯竭的可再生能源,风能也是一种清洁能源,地球上的风能大大超过水流的能量,风能的利用将大大缓解能源危机。风能利用主要是将大气运动时所具有的动能转化为其它形式的能,风能的利用历史悠久,其具体用途包括:风能发电、风帆助航、风车提水、风力致热采暖等。 地面的风速小,并且不稳定,所以利用地面的风发电也是不稳定的。高空存在稳定的环流风,风速大且稳定,本文所研究的风筝发电机能够达到这样的高度,它像风筝一样升入高空,然后能够送回来源源不断的电能,并且发电能力强、无噪音,但翼伞属于柔性结构,控制翼伞姿态有一定难度,所以研究风筝发电机意义重大。 本文首先介绍了风筝发电机的整体机理,重点对翼伞机构进行了设计,包括翼伞、伞绳、供电装置、伺服电机等,对翼伞在天空中的飞行轨迹进行了路径规划。提出了检测翼伞姿态的新方法,用超声波雷达检测翼伞的位置,由中央控制器实现无线远程控制,达到实时控制翼伞姿态。 本文对翼伞进行了模型缩放,对翼伞模型进行了空气动力学特性测试。由于采用传统机理建模的方法无法得到精确的数学模型,本文建立了动态模糊模型。模糊模型的控制目标是能够根据采集到的信号,实时地控制翼伞,使其保持最优姿态,并对模糊控制系统进行了仿真实验,实验显示,模糊控制器可以保证模糊模型稳定地工作。


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