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漂浮式风力机需要依靠其自身结构和系泊系统实现其在深海海域稳定运行,因此,对漂浮式风力机进行系泊系统分析和稳定性研究具有重要的意义。本文以Hywind漂浮风力机模型为研究对象,建立了漂浮式风力机动力学模型,通过对系泊系统缆绳的参数分析得到了缆绳参数对漂浮式风力机稳定性的影响规律,并利用主动结构控制设计了能够对漂浮式风力机纵荡和纵摇控制的主动质量阻尼器(Active Mass Damper,AMD),具体内容包括: 首先,对漂浮式风力机受到的气动载荷、波浪载荷分别进行了求解。气动载荷主要研究了风轮所受的气动推力及塔架所受的载荷;波浪载荷计算时选用小振幅波理论,利用线性波叠加法模拟随机波浪,通过Morison方程计算了漂浮平台所受的波浪载荷。 其次.针对漂浮式风力机系泊系统的非线性,建立了系泊缆绳的计算模型,对悬链线方程进行了推导,得到了缆绳在与海底接触时和被完全抬起时两种不同情况下的悬链线方程,通过改变导缆孔的位置坐杯,得到缆绳恢复力与导缆孔位移的非线性关系。 再次,建立了漂浮式风力机的动力学模型,利用Matlab/Simulink模块得到了漂浮式风力机自由振动响应和在随机风、随机波浪联合作用下的动力学响应,通过快速博里叶变换(Fasl Fourier Transform,FFT)得到了漂浮式风力机纵荡和纵摇的固有频率。基于此模型,对系泊参数对漂浮式风力机稳定性的影响进行了研究。通过改变系泊系统的三个参数(系泊半径、导缆孔位置、缆绳长度),得到了漂浮式风力机纵荡最大值、纵摇最大值和缆绳张力最大值随三个参数的变化规律。 最后,利用主动结构控制埘漂浮式风力机稳定性控制进行了研究,提出了一种双AMD的结构:将两个AMD分别置于风力机机舱内部和漂浮平台内部.并在双AMD系统内部加装限位块以防止其与漂浮式风力机发生碰撞,利用该模型,建立了含双AMD系统的漂浮式风力机动力学模型,设计了线性二次型调节器(Linear Quadratic Regulator,LQR),得到了漂浮式风力机茌随机风和随机波浪联合作用下控制前后纵荡和纵摇响应的对比,仿真结果表明:双AMD系统能够有效降低漂浮式风力机纵荡和纵摇振动,并且减小了缆绳张力。