개별 블레이드 피치 제어(individual blade pitch control)는 각각의 로터 블레이드의 피치각을 독립적으로 조정함으로써 블레이드에 작용하는 공력을 변화시키는 원리로 풍력 터빈 구조물에 발생하는 동적 피로하중을 저감시키기 위한 제어기법이다. 그러나 개별 피치 제어에 의해 발생하는 각 블레이드의 독립적인 피치 운동은 풍력 터빈 회전자에 비대칭성을 야기하고 구조물의 동적 불안정 현상을 발생시킬 수 있기 때문에 이에 대한 정확한 동적 해석이 선행되어야 한다. 하지만 블레이드의 피치 운동이 반영된 풍력 터빈은 시변계로 간주되어 기존의 시불변계 해석기법을 직접 적용할 수 없기 때문에 동적 해석에 어려움이 있다. 이 논문에서는 각각의 블레이드 피치운동을 주기함수로 근사화 함으로써 풍력 터빈을 주기 시변계로 모형화한다. 그리고 효율적으로 주기 시변계의 근사해를 구하기 위한 변조 좌표 변환(modulated coordinate transformation)기법을 적용하여 블레이드의 피치운동이 반영된 풍력 터빈의 동적 안정성 해석을 수행하였다. 그리고 현재 풍력 터빈의 동적 해석에 활용되는 대표적인 해석 기법인 다중 블레이드 좌표변환(multi-blade coordinate transformation)기법을 이용한 해석보다 정확한 결과를 얻을 수 있음을 보였다.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.41
no.3
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pp.210-216
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2013
Rotor blades experience mechanical loads caused by the turbulent wind shear and an impulse-like wind due to the tower shadow effect. These mechanical loads shorten the life of wind turbine. As the size of wind turbine gets bigger, a control system design for mitigating mechanical loads becomes more important. In this paper, individual pitch control(IPC) for the mechanical loads reduction of rotor blades in a transition wind speed region is introduced, and simulation results verifying IPC performance are discussed.
Recently, the concept of Urban Air Mobility (UAM) has expanded to Advanced Air Mobility (AAM). A tilt rotor type of vertical take-off and landing aircraft has been actively studied and developed. A tilt-rotor aircraft can perform a transition flight between vertical and horizontal flights. A blade pitch angle control system can be used for flight stability during transition flight time. In addition, Individual Blade Control (IBC) can reduce noise and vibration generated in transition flight. This paper proposed Disturbance Observer Based Control (DOBC) and Time Delay Control (TDC) for individual blade control of an Electro-Mechanical Actuator (EMA) based blade pitch angle control system. To compare and analyze proposed controllers, numerical simulations were conducted with DOBC and TDC.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.36
no.11
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pp.1427-1432
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2012
As the size of a wind turbine increases, the rotor diameter increases. Rotor blades experience mechanical loads caused by the wind shear and the tower shadow effect. These mechanical loads reduce the life of the wind turbine. Therefore, with increasing size of the wind turbine, wind turbine control system design for the mitigation of mechanical loads is important. In this study, Individual Pitch Control in introduced for reducing the mechanical loads of rotor blades, and a simulation for IPC performance verification is discussed.
This paper describes a research for the performance improvement of the straight-bladed vertical axis wind turbine. To improve the performance of VAWT, the individual blade pitch control method is adopted. For the wind turbine, CFD analysis is carried out by changing blade pitch angle according to the change of wind speed and wind direction. By this method, capacity and power efficiency of VAWT are obtained according to the wind speed and rotating of rotor, and could predict the overall performance of VAWT. It was manufactured to verify performance of the experimental system that consists of rotor including four blades and base. Furthermore, torque sensor and power generator were installed. Also, active controller which can change the pitch angle of the individual blade according to the wind speed and direction was used.
Young-Cheol, Kim;Dong-Hyeop, Kim;Sang-Woo, Kim;Jeong-Hyun, Kang;Dohyung, Kim
Journal of Aerospace System Engineering
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v.16
no.6
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pp.106-113
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2022
The structural safety of the basic design model of the linear actuator for the individual blade pitch control of eVTOL personal aircraft was investigated. Stress analysis based on the finite element method was conducted, and the margin of safety was calculated to examine the structural safety under stall load conditions. Additionally, fatigue analysis was conducted to evaluate the fatigue life of the linear actuators under operating conditions. The load history with the blade pitch angle was calculated using multi-body dynamics analysis, and the static load analysis was used to obtain the stress distribution for the rated load. As a result, it was confirmed that the safety margins exceeded zero, and the fatigue lives of all linear actuator components exceeded 107 cycles, indicating a safe structural range.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.35
no.6
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pp.496-502
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2007
In the present paper, a new version of DYMORE, which is an analysis to solve a nonlinear multi-body dynamics problem, is used to simulate an Individual Blade Control (IBC) algorithm in order to reduce vibration in helicopter rotors. The Active Twist Rotor (ATR), in which Active Fiber Composites (AFC) are embedded, is utilized for IBC. The main purpose of the present investigation is to compare the analytical results with experiments and previous version of DYMORE. The experiments are performed at NASA Langley Transonic Dynamics Tunnel. According to the present result, it is observed that the correlation regarding the vibratory loads is improved.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.38
no.1
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pp.1-9
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2014
Structural loading on a wind turbine is due to cyclic loads acting on the blades under turbulence and periodic wind field. The structural loading generates fatigue damage and fatigue failure of the wind turbine. The individual pitch control(IPC) is an efficient control method for reducing structural loading. In this paper, we present an IPC design method using Decentralized LQR(DLQR) and Disturbance accommodating control(DAC). DLQR is used for regulating rotor speed and DAC is used for canceling out disturbances. The performance of the proposed IPC is compared with CPC, which was designed with a gain-scheduled PI controller. We confirm the effect of fatigue load reduction with the use of damage equivalent load(DEL).
Kim, Taejoo;Wie, Seong-Yong;Kim, Minwoo;Lee, Dong-geon
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.49
no.8
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pp.649-660
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2021
Through analytical method based on S-76 model, the level of rotor hub vibration reduction was analyzed according to higher harmonic actuating by individual blade control. The higher harmonic actuating method for individual blades was divided into a method of generating an additional actuating force from the pitch-link in the rotating part and generating actuating force through the active trailing edge flap control of the blade. In the 100kts forward flight conditions, the hub load analysis was performed by changing the phase angle of 15 degree for the 2P/3P/4P/5P harmonic actuation for individual blades. Through the harmonic actuation results, the sensitivity of the rotor system according to the actuating conditions was analyzed, and the T-matrix representing the characteristics of the rotor system was derived based on this analysis result. And through this T-matrix, optimal higher harmonic actuating condition was derived to minimize hub vibration level for flight condition. In addition, the effect on the performance of the rotor system and the pitch-link load under minimum hub vibration condition, as well as the noise influence through the noise analysis were confirmed.
본 논문에서는 풍력 발전 시스템의 시뮬레이션을 위한 MATLAB/Simulink 기반의 소프트웨어를 개발 하였다. 풍력 발전 시스템을 6가지의 주요 요소 (바람, 기계 요소, 전기 기기, 제어, 전력 변환기, 기타 요소)로 분류 하여 라이브러리를 개발하였고 각각의 모델들은 해당하는 대수방정식 혹은 미분방정식으로 표현하여 구현하였다. 최근 대형화 되고 있는 풍력 터빈의 추이를 고려하여 대형의 풍력 터빈에서 사용되는 개별 피치 제어 모델을 선형화 하여 구현하였다. 또한, 상태 변수가 많은 전기기기 모델들은 미리 컴파일 된 형태의 모델을 추가함으로써 빠른 속도로 시뮬레이션이 가능하다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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