跳转至主要内容

苏黎世联邦理工学院:利用自动风筝在高空有效地利用风力

“有了Simulink real和Speedgoat的移动实时目标机的结合,我们能够在实验室里模拟新的控制算法,然后用很少的努力迅速部署到真实的硬件上。”

Aldo Zgraggen,空中风能小组成员

“在测试飞行得益于快速部署能力,在控制软件领域的变化并没有带来问题。”

Lorenzo Fagiano,空中风能团队的成员

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。它以其优良的教育和开拓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.

机载风能

空气风能的工作原理是将翅膀与地面通过轻盈灵活的线条连接起来,在风力通常更强、更稳定的高空捕获风能。距离地面500到1000米的风力发电能力是距离地面200米以下的8倍,目前距离地面200米的风力涡轮机都在运行。

发电

发电

当电线受到强风产生的巨大牵引力时,通过地面上的发电机将电线卷走,从而获得电力。

控制器利用机翼的非线性空气动力学,当机翼受到较大的风力牵引力时,可以卷出线,在较小的牵引力下卷进线。地面发电机所产生的能量中,只有一小部分用来恢复线路并启动另一个循环。这种操作通常被称为飞抽循环,包括牵引和收缩阶段。

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,这些重大的控制挑战阻碍了这种系统的实施。

该项目的组中使用三种可商产生的功率风筝区域范围从6〜12μm的2。风筝是能够发展50从刚刚4m / s的风速300公斤的力。

通过泵的循环,风筝的转向是通过改变风筝的两条转向线的长度在地面单位实现的。

为了帮助确定风筝的位置,地面单元装配有传感器,以测量所述风筝的主线的角度。风速和风向,以及线的力进行了测定。风筝本身装备有由三个加速度计,三个磁,陀螺仪3,气压计的惯性测量单元,以及全球定位系统。来自这些传感器的数据经由无线链路传送到地面设备。

控制器的开发

Speedgoat的一个移动实时目标机被用作控制器。利用Simulink设计了自主飞行功率循环、稳定系统和最大发电量的算法。

在Simulink模型的基础上,利用Simulink实时创建了一个实时应用程序,并使用了模拟和数字I/O的Speedgoat driver block与传感器和执行器进行通信。

成就

通过该项目结束时,传感器融合和控制算法已经制定和实施,实现完全自主飞行的目标,共包括超过24小时自动飞行,以及超过100飞行动力循环。

该项目系统额定功率为20kW,在低风量条件下首次试验平均输出功率为2kW。高达1MW的商用系统正在设计中。

成就

瑞士苏黎世

苏黎世联邦理工学院空中风能

下载

使用的Speedgoat产品

使用MathWorks公司的软件

  • MATLAB®
  • 的Simulink
  • MATLAB编码器™
  • Simulink的编码器™
  • 仿真软件实时™

相关用户故事

资源