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eth苏黎世成功故事

使用自主风筝有效地利用风力高于地面上方

苏黎世联邦理工学院是国际领先的技术和自然科学大学之一。它以优秀的教育和开创性的基础研究而闻名。

A team at the Automatic Control Laboratory at ETH Zurich, in collaboration with the Politecnico di Torino, the University of California at Santa Barbara (UCSB), the Laboratoire d’Automatique (LA) at EPF Lausanne, the Center for Synergetic Structures at EMPA Dübendorf, the Fachhochschule Nordwestschweiz (FHNW), and TwingTec AG, aims to develop an airborne wind energy generator, a promising alternative method of energy generation.

“通过Simulink real-time和Speedgoat的Mobile实时目标机的结合,我们能够在实验室中模拟新的控制算法,然后用很少的努力将它们快速部署到真实的硬件上。”

阿尔多·兹格拉根,空中风能团队成员

“由于快速部署能力,在测试期间控制软件的现场更改没有提出问题。”

Lorenzo Fagiano,空中风能团队的成员

成功的故事

空中风能

空中风能通过使用光线,柔性线连接到地面的翅膀,以捕捉风能在风中通常更强大,更符合的高空。在地上500到1000米的风力电源可以高达200米以下的八倍,当时风力涡轮机运行。

发电

发电

当电线受到强风的巨大牵引力时,通过地面装置上的发电机拉线来获得电力。

该控制器利用机翼的非线性空气动力学,在风力牵引力大的情况下收线,在风力小的情况下收线。只有一小部分由地面发电机产生的能量需要用于恢复线路和启动另一个循环。这种操作通常被称为飞行泵送循环,包括牵引和收回阶段。

由于不可预测的风湍流、非线性和开环、不稳定的飞行动力学,这些系统的实施一直受到重大控制挑战的阻碍。

对于该项目,本集团使用了三种商业生产的动力风筝,带有6至12米的区域2.风筝能够从4M / s的风速开发50至300kg的力。

通过改变风筝的两根转向线的长度,在地面单位通过泵送循环实现风筝的转向。

为了帮助确定风筝的位置,接地单元配有传感器,以测量风筝的主线的角度。风速和方向,还测量了线力。风筝本身配备有惯性测量单元,包括三个加速度计,三个磁力计,三个陀螺仪,气压计和GPS。来自这些传感器的数据通过无线电链路传输到地面单元。

控制器开发

Speedgoat的移动实时目标机被用作控制器。利用Simulink设计了实现功率循环自主飞行、系统稳定和发电量最大化的先进算法。

我们使用Simulink real-time从Simulink模型中创建了一个实时应用程序,为了与传感器和致动器建立通信,我们使用了模拟和数字I/O的Speedgoat驱动模块。

成就

在项目结束时,传感器融合和控制算法已经开发并实施,实现了完全自主飞行的目标,包括总共超过24小时的自动飞行,超过100个飞行电源周期。

该项目系统额定功率为20kW,在低风条件下的第一次实验中,平均产生2kW的功率。目前正在设计额定功率高达1MW的商用系统。

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瑞士苏黎世

苏黎世联邦理工学院空中风能

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