基于组网摄像测量的风力机叶片模态测试方法研究

The blades are the most important critical parts of wind turbine. And the manufacturing cost of wind turbine blade is about 15–20% of wind turbine production cost. Modal test of blade structure dynamic performance is very important, also the necessary link of blade design, manufacture. It is proposed to utilize videogrammetry technology to the large size variable cross-section wind turbine blade vibration modal test because of its advantages of non-contact, high precision, real time dynamic measurement. Through the establishment of large size variable cross-section fan blade three-dimensional finite element model and considering the test field conditions , make sure the surface cooperation marks and the cameras’ space position and angle. Research the multi-cameras system calibration method, the blade vibration measurement and modal parameter identification method, forming a set of new measurement method of vary aerofoil structure wind turbine blades modal test. The result of this research provides theoretical basis and technical support for the blade dynamic performance analysis, designing, manufacturing as well as safety working.

风力机叶片是风电机组最重要的部件之一，其制造成本达到整机成本的15%-20%，模态测试叶片结构动态性能十分重要，是叶片设计、制造的必需环节。摄像测量具有非接触、高精度、动态实时测量等优点，项目拟将摄像测量技术应用于大尺寸变截面风力机叶片振动模态测试，通过建立大尺寸变截面风机叶片三维有限元模型进行分析，并结合大视场实验现场条件约束，提出叶片表面合作标志与像机空间位姿设计方案，研究多摄像机系统参数标定方法以及叶片振动测量及模态参数辨识方法，形成一套针对叶片翼型结构的模态测试摄像测量新方法，为叶片动态性能分析、设计制造、改型和安装运行提供理论指导和技术支持。

针对传统接触式振动测量方法用于大尺寸非规则曲面风力机叶片时存在传感器通道数受限、粘贴布线困难等问题，本项目提出基于组网摄像的风力机叶片振动测量及模态辨识方法。具体进行以下三个方面的研究：(1)应用双目摄像测量原理对风力机叶片进行多摄像机同步组网摄像，在深入研究多摄像机系统全局标定、特征追踪和匹配技术的基础上，对大尺寸非规则曲面构件多摄像机同步组网振动摄像测量原理与方法进行了较为系统深入的研究。(2)搭建了一个可扩展的多摄像机并行分布式组网摄像测量平台，分析了摄像机位置、距离和硬件性能等因素对系统测量精度的影响关系，确定了测量系统的空间布局和硬件参数，实现对风力机叶片的振动响应测量；(3)针对摄像测量获得的振动数据，研究了风力机叶片模态自动识别方法。提出的多摄像机组网摄像振动测量与模态辨识方法，对发展与丰富大型复杂结构振动模态测试理论与方法具有重要的理论意义。同时，该方法可有效应用于风力机叶片等大尺寸非规则曲面构件，为实现叶片振动特性分析、质量检测、故障诊断和预报、结构动力特性的优化设计和安装运行提供依据与技术支撑，具有较好的工程应用前景。