我们的解决方案

MapleSim，一个现代化的高性能物理建模工具，特别适用于建模风力涡轮机等多域系统，其中机械、信号模块、控制器和电气组件必须平滑地并行运行以确保正常运行。在MapleSim中，通过简单地将适当的组件拖放到绘图区域并将它们连接在一起，可以轻松地生成发电塔、螺旋桨、船尾和对先前测量的风速/方向数据作出响应的船尾位置控制器的机械模型。

在这个特定的例子中，机械模型是使用多体组件设计的，其中一个旋转连接用来表示船尾围绕垂直轴线的运动。船尾的朝向由电动机控制，首先连接到一个高比齿轮，然后连接到旋转连接。这个控制系统从数据文件中读取风向。这个值与船尾的实际方向进行比较，然后控制器向电动机施加所需的电压以将船尾与风向对齐。风对螺旋桨叶片施加的扭矩是根据风速和方向以及风向与螺旋桨叶片方向之间的相对角度计算的。第二个控制器用于通过调整叶片的俯仰角（攻角）来调节螺旋桨的旋转速度。其目标是在不同的风载荷条件下保持输出功率（与螺旋桨角速度成正比）尽可能稳定。

为了演示 MapleSim 模型可以很好地用于研究风力涡轮机系统的行为，下面展示了在风载荷条件变化的情况下对系统进行模拟的结果。从结果中可以看出，叶片角度随着风速和方向的变化而变化。这导致叶片速度相对稳定，这转化为所需的近乎恒定的300kW功率输出。

由于风力涡轮机模型是完全参数化的，因此可以轻松地为不同的配置和工作条件进行更新。此外，由于不同的组件被模块化，因此可以轻松快速地独立调整每个组件模型。这种灵活性代表了在研究和开发中节省时间和成本的巨大优势。