Ushbu tadqiqot dengizdagi shamol turbinalarida turbulent shamol va to‘satdan yuz beradigan shamol zarbalari rotor tezligi hamda elektr quvvatida hosil qiladigan tebranishlarni kamaytirish uchun LiDAR oldindan ko‘rish boshqaruvi, faol buzilishlarni rad etish boshqaruvi (Active Disturbance Rejection Control, ADRC) va xavfsiz kontekstual Bayes optimallashtirishini (Safe Contextual Bayesian Optimization, SCBO) birlashtiruvchi qanot qiyalik burchagini boshqarish tuzilmasini taklif qiladi. LiDAR o‘lchovlaridan rotorning samarali shamol tezligi baholangan, shamol turbinaga yetib kelishidan oldin oldindan uzatish buyrug‘i hosil qilingan va ADRC tarmoqli kengligi parametrlari shamol tezligini kontekst o‘zgaruvchisi sifatida qo‘llaydigan SCBO yordamida sozlangan. Usul NREL 5 MW deb ataluvchi turbina modelida OpenFAST-MATLAB/Simulink qo‘shma simulyatsiyasi orqali sinovdan o‘tkazilgan. O‘rtacha 16 m/s turbulent shamol sharoitida oldindan uzatishli ADRC uchun rotor tezligi, qiyalik burchagi va generator quvvati standart og‘ishlari mos ravishda 0,2513 rpm, 2,8572° va 0,0821 MW deb bildirilgan. Biroq natijalar faqat simulyatsiyaga asoslangan; haqiqiy LiDAR o‘lchov xatolari, dengiz sharoitlari, fizik turbina apparati va uzoq muddatli charchash muddati tajribaviy ravishda tasdiqlanmagan.

Tadqiqotning asosiy yondashuvi turbina faqat sodir bo‘lib bo‘lgan rotor tezligi xatosiga javob berishi o‘rniga, rotorning taxminan 150 metr oldidagi shamol maydonini LiDAR yordamida oldindan aniqlashdir. Ushbu oldindan ko‘rish ma’lumoti yaqinlashayotgan shamol kuchayishida qanotlarni ertaroq feather holatiga keltirishni; shamol pasayganda esa qiyalik burchagini o‘z vaqtida kamaytirishni ko‘zlaydi. ADRC teskari aloqa qatlami model noaniqliklari va qolgan buzilishlarni baholasa, SCBO boshqaruvchi va kuzatuvchi tarmoqli kengliklarini rotor tezligi hamda qiyalik aktuatori chegaralarini buzmasdan shamol tezligiga qarab o‘zgartiradi.

2-jadval qiymatlaridan qayta hisoblanganda, oldindan uzatishli ADRC asosiy gain-scheduled PI boshqaruvchiga nisbatan rotor tezligi standart og‘ishini taxminan %22,17, qiyalik burchagi standart og‘ishini %12,68 va generator quvvati standart og‘ishini %32,37 kamaytirgan. Faqat ADRC bilan taqqoslanganda oldindan uzatishni qo‘shish rotor tezligi standart og‘ishini taxminan %8,75, qiyalik burchagi standart og‘ishini %3,59 va quvvat standart og‘ishini %15,62 kamaytirgan. Ushbu hisoblar jadvaldagi xom qiymatlardan chiqarilgan; tadqiqotchilar matnda bergan ayrim foizli ifodalar jadval bilan to‘liq mos kelmaydi.

Turkiya nuqtai nazaridan: Usul Turkiyaning Qora dengiz, Marmara va Egey dengizidagi kelajakdagi dengiz shamol energetikasi loyihalarida; yuqori shamol o‘zgaruvchanligi sharoitida quvvat sifatini saqlash, rotorning ortiqcha tezlanishini cheklash va qiyalik aktuatorining keraksiz harakatlarini kamaytirish bo‘yicha tadqiqotlar uchun baholanishi mumkin. Turkiyada qo‘llash uchun mahalliy shamol turbulentligi tuzilmalari, sohil va ochiq dengiz LiDAR o‘lchovlari, to‘lqin-harakat o‘zaro ta’siri, platforma turi, tarmoq talablari va foydalaniladigan haqiqiy turbinaning qiyalik tizimi bilan apparat-kontur sinovlari o‘tkazilishi kerak. Ushbu tadqiqotdan Turkiyada quriladigan dengiz shamol elektr stansiyasida bevosita qo‘llanadigan tayyor boshqaruv dasturi, uskunaning xizmat muddati aniq uzayishi yoki sertifikatlangan xavfsizlik natijasi chiqarib bo‘lmaydi.

Tadqiqotning asosiy muammosi nima?

Shamol turbinasining nominal shamol tezligidan yuqori ishlash mintaqasida asosiy maqsad rotor tezligi va generator quvvatini nominal qiymatlar atrofida ushlab turishdir. Shamol tezlashganda qanotlarning qiyalik burchagi oshirilib, rotor tutib oladigan aerodinamik energiya kamaytiriladi. Shamol sekinlashganda esa energiyani ushlashni davom ettirish uchun qiyalik burchagi kichraytiriladi.

Klassik teskari aloqali boshqaruvchi shamol o‘zgarishini bevosita oldindan bilmaydi. Avval rotor tezligi yoki quvvat o‘zgaradi, sensor bu o‘zgarishni o‘lchaydi, xato hisoblanadi va shundan so‘ng qiyalik mexanizmi harakatga keladi. O‘lchash, hisoblash va mexanik aktuator kechikishlari sababli to‘satdan shamol zarbasida rotor tezligi vaqtincha oshib ketgan bo‘lishi mumkin. Tadqiqot hal qilmoqchi bo‘lgan muammo ushbu kechikishni LiDAR taqdim etadigan yaqinlashayotgan shamol ma’lumoti yordamida kamaytirishdir.

Tadqiqot qaysi boshqaruv qatlamlarini birlashtiradi?

Taklif etilgan tuzilma uchta bir-birini to‘ldiruvchi qatlamdan iborat:

1. LiDAR oldindan uzatish qatlami: Rotor oldidagi shamol maydonini o‘lchab, yaqinlashayotgan o‘zgarish uchun oldindan qiyalik burchagi buyrug‘ini hosil qiladi.
2. ADRC teskari aloqa qatlami: Rotor tezligi xatosini tuzatadi va modellashtirilmagan aerodinamik, mexanik hamda tashqi buzilishlarni kengaytirilgan holat kuzatuvchisi bilan baholashga harakat qiladi.
3. SCBO sozlash qatlami: ADRC boshqaruvchi va kuzatuvchi tarmoqli kengliklarini joriy shamol tezligi hamda xavfsizlik cheklovlariga ko‘ra tanlaydi.

11-rasmdagi birlashtirilgan blok diagrammada LiDAR liniyasi, ADRC liniyasi va xavfsiz Bayes optimallashtirishi bir xil boshqaruv konturida ko‘rsatilgan. LiDAR oldindan ko‘rishi tayanch qiyalik komponentini hosil qilsa, ADRC qolgan rotor tezligi xatosini tuzatadi. SCBO esa ishlash va xavfsizlik baholashidan olgan natijalar bilan mos tarmoqli kengligi parametrlarini belgilaydi.

Shamol turbinasining aerodinamik modeli qanday qurilgan?

Tadqiqotda uch qanotli, gorizontal o‘qli va o‘zgaruvchan tezlik-o‘zgaruvchan qiyalikli turbina ishlatilgan. Rotorning shamoldan oladigan aerodinamik quvvati quyidagi asosiy munosabat bilan ifodalangan:

\[ P_a = \frac{1}{2}\rho \pi R^2 v^3 C_p(\beta,\lambda) \]

• P_a, rotor tutib oladigan aerodinamik quvvat bo‘lib, watt birligida ifodalanadi.
• ρ, havoning zichligi bo‘lib, kg/m³ birligida.
• R, rotor radiusi bo‘lib, tadqiqot modelida 63 metrdir.
• v, rotor tekisligidagi shamol tezligi bo‘lib, m/s birligida.
• C_p, quvvat koeffitsiyentidir.
• β, qanot qiyalik burchagi bo‘lib, darajada ifodalanadi.
• λ, qanot uchi tezlik nisbatidir.

Quvvat munosabatida shamol tezligining uchinchi darajasi shamol tezligidagi kichik o‘zgarish aerodinamik quvvatda kattaroq o‘zgarish hosil qilishi mumkinligining asosiy sababidir. Qiyalik boshqaruvi, ayniqsa nominal tezlikdan yuqorida ushbu kuchli shamol-quvvat munosabatini cheklash uchun qo‘llanadi.

Rotor dinamikasi tadqiqotda quyidagi ko‘rinishda modellashtirilgan:

\[ J\dot{\Omega} = T_a(\Omega,\beta,v) - iT_g \]

• J, rotor va uzatma tizimining ekvivalent aylanish inertsiya momentidir.
• Ω, rotor burchak tezligidir.
• T_a, aerodinamik momentdir.
• T_g, generator momentidir.
• i, reduktor uzatish nisbatidir.

Aerodinamik moment esa quvvat koeffitsiyenti yordamida quyidagicha yozilgan:

\[ T_a = \frac{1}{2}\rho \pi R^3 v^2\frac{C_p(\beta,\lambda)}{\lambda} \]

Model rotor va uzatma tizimi qattiq bog‘langan deb faraz qiladi hamda minora tepasidagi aylanishni, uzatma vali buralishini va yuqori tartibli konstruktiv egilish modalarini e’tiborsiz qoldiradi. Ushbu farazlar boshqaruv loyihasini soddalashtiradi, biroq haqiqiy dengiz turbinasidagi barcha aeroelastik va gidrodinamik xatti-harakatlarni ifodalamaydi.

LiDAR shamolni qanday oldindan o‘lchaydi?

Tadqiqotdagi nacellega o‘rnatilgan LiDAR konseptual ravishda optik Doppler effektidan foydalanib, rotor oldidagi shamolning nur yo‘nalishidagi tezlik komponentlarini o‘lchaydi. Tizim ikki tekislikda to‘rtta nurdan foydalanadigan skanerlash geometriyasi bilan ta’riflangan. Nurlarning gorizontal yoyilish burchagi α = 15°, vertikal yoyilish burchagi esa θ = 7,5° deb berilgan.

Birinchi ikki yuqori nur o‘lchagan yo‘nalish tezliklari V_los1 va V_los2 yordamida yon va bo‘ylama komponentlar taxminan quyidagi munosabatlar bilan olinadi:

\[ v_1 = \frac{V_{los1}-V_{los2}}{2\sin\alpha\cos\theta} \]

\[ u_1 = \frac{V_{los1}+V_{los2}}{2\cos\alpha\cos\theta} \]

\[ V_{up} = \sqrt{u_1^2+v_1^2} \]

Xuddi shu amal uchinchi va to‘rtinchi nur uchun qo‘llanib, pastki tekislikka tegishli V_down qiymati hisoblanadi. Rotorning samarali shamol tezligi (Rotor Effective Wind Speed, REWS) yuqori va pastki o‘lchovlarning vaznli yoki oddiy o‘rtachasidan hosil qilinadi.

3-rasmda to‘rtta nurning rotor oldidagi o‘lchash hajmlari, 4-rasmda esa TurbSim hosil qilgan turbulent shamol maydonidagi to‘rtta nur yo‘nalishining tezlik qatorlari ko‘rsatilgan. Tadqiqot atmosfera oqimi uchun mahalliy bir jinslilik va Taylorning muzlagan turbulentlik farazidan foydalanadi. Ushbu faraz o‘lchangan shamol tuzilmasi rotorga ko‘chishda asosiy shaklini saqlab qolishini qabul qiladi.

Nega oldindan ko‘rish vaqti bevosita ishlatilmaydi?

LiDAR shamolni rotorning ma’lum masofa oldida o‘lchagani uchun o‘lchangan havo massasi rotorga yetib kelishi uchun vaqt kerak bo‘ladi. Oldindan ko‘rish vaqti quyidagi munosabat bilan hisoblangan:

\[ T_{pre} = \frac{d_{pre}}{v_{avg}} \]

• d_pre, LiDAR o‘lchov markazi bilan rotor tekisligi orasidagi masofadir.
• v_avg, o‘rtacha shamol tezligidir.
• T_pre, shamolning rotorga yetib kelishi uchun taxminiy vaqtdir.

Qiyalik aktuatorining o‘z mexanik vaqt doimiysi, LiDAR skanerlash vaqti va ma’lumot filtri kechikishi mavjud bo‘lgani uchun shamol signali boshqaruv tizimiga to‘g‘ridan-to‘g‘ri berilmaydi. Tadqiqotda bufer kechikishi quyidagicha aniqlangan:

\[ T_{buffer} = \frac{d_{pre}}{v_{avg}} - 0{,}5T_{scan} - T_{filter} - \tau \]

• T_scan, LiDAR skanerlash kechikishidir.
• T_filter, ma’lumotni filtrlash kechikishidir.
• τ, qiyalik aktuatorining vaqt doimiysidir.

Ushbu buferning maqsadi qanot harakatini shamolning rotor tekisligiga haqiqiy yetib kelish vaqti bilan moslashtirishdir. Kechikish noto‘g‘ri sozlansa, qiyalik buyrug‘i juda erta yoki juda kech qo‘llanishi mumkin va oldindan uzatishning foydasi kamayadi.

Oldindan uzatish qiyalik burchagi qanday hosil qilingan?

Oldindan uzatish boshqaruvchisi nominal shamol tezligidan yuqoridagi doimiy quvvat mintaqasida ishlash uchun loyihalangan. Tadqiqotchilar nominal shamol tezligidan o‘chirish tezligigacha 0,1 m/s oraliqlarda barqaror holat simulyatsiyalarini o‘tkazgan.

Har bir shamol tezligida asosiy gain-scheduled PI boshqaruvchidan foydalanilib, generator quvvatini nominal qiymat atrofida ushlab turuvchi muvozanat qiyalik burchagi izlangan. Shu tarzda shamol tezligi-qiyalik burchagi juftlaridan iborat ma’lumotlar to‘plami hosil qilinib, ushbu ma’lumotlarga polinom egri chizig‘i moslashtirilgan.

8-rasmda qiyalik burchagining shamol tezligi bilan chiziqli bo‘lmagan tarzda ortishi ko‘rsatilgan. LiDAR hisoblagan REWS ushbu egri chiziqqa kiritilganda oldindan uzatish qiyalik buyrug‘i β_ff olinadi. Shamol oshganda ijobiy qiyalik kompensatsiyasi hosil qilinib aerodinamik energiya olish kamaytiriladi, shamol pasayganda esa qiyalik burchagi kichraytiriladi.

ADRC klassik PI boshqaruvchidan qanday farq qiladi?

Faol buzilishlarni rad etish boshqaruvi tizimdagi noma’lum tashqi buzilishlar va model xatolarini bitta “umumiy buzilish” o‘zgaruvchisi ostida baholashni maqsad qiladi. Shu tariqa butun aerodinamik modelni mukammal bilish o‘rniga, buzilishni kontur ichida kuzatish va kompensatsiya qilish ko‘zlanadi.

Aerodinamik moment ish nuqtasi atrofida Taylor yoyilmasi bilan taxminan quyidagi ko‘rinishga keltirilgan:

\[ \Delta T_a = \varepsilon\Delta\Omega + \gamma\Delta\beta + \eta\Delta v + h \]

• ε, aerodinamik momentning rotor tezligiga sezgirligini ifodalaydi.
• γ, momentning qiyalik burchagiga sezgirligidir.
• η, momentning shamol tezligiga sezgirligidir.
• h, yuqori tartibli chiziqli bo‘lmagan hadlarning qoldig‘idir.

Qiyalik aktuatori birinchi tartibli tizim sifatida modellashtirilgan:

\[ \Delta\beta(s) = \frac{1}{\tau s+1}\Delta\beta_r(s) \]

Ushbu o‘zgartirishlardan so‘ng rotor tezligi dinamikasi ADRC uchun quyidagi standart tuzilishga keltirilgan:

\[ \Delta\ddot{\Omega} = b_0\Delta\beta_r + f \]

Bu yerda b₀ taxminiy boshqaruv koeffitsiyenti, f esa shamol o‘zgarishlari, modellashtirish xatolari, generator momenti ta’sirlari va chiziqlashtirish qoldiqlarini o‘z ichiga olgan umumiy buzilishdir.

Kengaytirilgan holat kuzatuvchisi nima qiladi?

Chiziqli kengaytirilgan holat kuzatuvchisi (Linear Extended State Observer, LESO) rotor tezligi o‘zgarishini, rotor tezligining hosilasini va umumiy buzilishni bir vaqtning o‘zida baholash uchun qurilgan. Holatlar quyidagicha aniqlangan:

\[ x_1 = \Delta\Omega,\quad x_2 = \Delta\dot{\Omega},\quad x_3 = f \]

Kuzatuvchi qutblari kuzatuvchi tarmoqli kengligi ω_o yordamida quyidagi xarakteristik tuzilishga joylashtirilgan:

\[ \det(sI-A-LC) = (s+\omega_o)^3 \]

ω_o oshgani sari kuzatuvchining buzilishlarni tezroq kuzatishi kutiladi. Biroq juda yuqori qiymat o‘lchov shovqinini kuchaytirishi yoki sonli sezgirlik muammolarini keltirib chiqarishi mumkin. Tadqiqot ushbu shovqin-ishlash muvozanatini real LiDAR va sensor shovqini ostida sinamagan.

Boshqaruvchining xato teskari aloqa qutblari esa ω_c bilan sozlangan:

\[ s^2+k_2s+k_1 = (s+\omega_c)^2 \]

ω_c boshqaruvchining javob tezligini belgilaydi. Katta ω_c tezroq qiyalik buyrug‘ini hosil qilishi mumkin; biroq aktuator harakati, mexanik yuk va tezlik chegarasi ortishi mumkin.

S-egri chizig‘i qiyalik aktuatorini qanday himoya qiladi?

Tadqiqot qiyalik buyrug‘iga S-egri shaklli tezlik profili chegarasini qo‘shgan. Buyruq boshlanganda qiyalik tezligi noldan ruxsat etilgan eng yuqori tezlikka bosqichma-bosqich ko‘tariladi, maqsad burchakka yaqinlashganda esa yana nolga tushiriladi.

10-rasmda tezlanish, doimiy tezlik, sekinlashish va maqsadga joylashish bosqichlaridan iborat oltita faza ko‘rsatilgan. Ushbu yondashuv keskin pog‘onali buyruqlar keltirib chiqarishi mumkin bo‘lgan mexanik zarba va jerk deb ataladigan tezlanish o‘zgarish tezligini kamaytirishni maqsad qiladi. Biroq tadqiqotda podshipnik charchashi yoki real aktuator xizmat muddati bevosita hisoblanmagan.

Xavfsiz kontekstual Bayes optimallashtirishi nimani sozlaydi?

SCBO ADRCning ikkita asosiy tarmoqli kengligini optimallashtiradi:

\[ \mathbf{x} = [\omega_c,\omega_o]^T \]

Shamol tezligi v esa kontekst o‘zgaruvchisi z sifatida aniqlangan. Maqsad har bir shamol sharoitida ishlash xarajatini kamaytiradigan, biroq xavfsizlik cheklovlarini buzmaydigan parametrlarni topishdir:

\[ \mathbf{x}^* = \arg\min_{\mathbf{x}\in X}J(\mathbf{x};z) \]

\[ \Pr(g_i(\mathbf{x};z)\leq C_i)\geq 1-\delta \]

δ = 0,05 tanlangani uchun algoritm o‘z ehtimollik modeliga ko‘ra har bir qaror bosqichida cheklovlar kamida %95 ishonch bilan bajariladigan parametrlarni baholashni ko‘zlaydi. Ushbu ishonch darajasi dasturiy ta’minot sertifikati yoki real turbina xavfsizligi kafolati emas; Gauss jarayoni modeli va simulyatsiya ma’lumotlarining aniqligiga bog‘liq.

Gauss jarayoni va xavfsiz to‘plam qanday ishlaydi?

Gauss jarayoni (Gaussian Process, GP) boshqaruvchi parametrlari bilan ishlash orasidagi noma’lum munosabatni ehtimollik surrogat modeli bilan yaqinlashtiradi. Har bir yangi parametr nuqtasi uchun ham kutilayotgan ishlash o‘rtachasi, ham model noaniqligi baholanadi.

Yangi so‘rov nuqtasidagi posterior o‘rtacha tadqiqotda quyidagicha berilgan:

\[ \mu_t(\mathbf{x}_*) = \mathbf{k}_t(\mathbf{x}_*)^T(K_t+\sigma_\omega^2I)^{-1}\mathbf{y}_t \]

Posterior dispersiya esa:

\[ \sigma_t^2(\mathbf{x}_*) = k(\mathbf{x}_*,\mathbf{x}_*)-\mathbf{k}_t(\mathbf{x}_*)^T(K_t+\sigma_\omega^2I)^{-1}\mathbf{k}_t(\mathbf{x}_*) \]

O‘rtacha parametrlarning kutilayotgan boshqaruv ishlashini; dispersiya esa modelning o‘sha hududdagi bilim yetishmasligini ifodalaydi. Algoritm xavfsizlik cheklovlarini yetarli ehtimol bilan bajaradigan nuqtalarni xavfsiz S_t to‘plamiga oladi va faqat shu to‘plam ichida qidiruv olib boradi.

Keyingi parametr nuqtasi xavfsiz to‘plamdagi quyi ishonch chegarasini minimallashtiradigan tarzda tanlanadi:

\[ \mathbf{x}_t = \arg\min_{\mathbf{x}\in S_t}\left(\mu_{t-1}(\mathbf{x},z_t)-\beta_t\sigma_{t-1}(\mathbf{x},z_t)\right) \]

Birinchi had ma’lum yaxshi hududlardan foydalanishni, noaniqlik hadi esa hali yetarlicha sinab ko‘rilmagan xavfsiz hududlarni tadqiq etishni qo‘llab-quvvatlaydi.

Kontekst bilan boshqaruvchi parametrlari qanday bog‘langan?

Tadqiqot ADRC parametrlari bilan shamol tezligi ta’sirlarini ajratish uchun ko‘paytma yadrosidan foydalangan:

\[ k((\mathbf{x},z),(\mathbf{x}',z')) = k_X(\mathbf{x},\mathbf{x}')\otimes k_Z(z,z') \]

Parametr va kontekst yadrolari uchun kvadratik eksponensial yadro ko‘rsatilgan. Xulosada Avtomatik Relevansni Aniqlash (Automatic Relevance Determination, ARD) yadrosi tilga olingan bo‘lsa-da, metod bo‘limida ARD uzunlik masshtablari yoki ularning sonli qiymatlari aniq berilmagan. Shu sababli yadro qo‘llanilishining to‘liq tafsilotlarini matndan qayta tiklab bo‘lmaydi.

Optimallashtirish xarajati qaysi maqsadlarni muvozanatlashtiradi?

Umumiy xarajat rotor tezligini kuzatish bilan qiyalik mexanizmi harakatini birgalikda baholaydi:

\[ J(\mathbf{x},z) = w_1\widetilde{J}_{speed}(\mathbf{x},z)+w_2\widetilde{J}_{pitch}(\mathbf{x},z) \]

• J̃_speed, normallashtirilgan rotor tezligi kuzatuv xatosidir.
• J̃_pitch, odatda qiyalik tezligining L₂ normasi bilan ifodalangan aktuator harakati xarajatidir.
• w₁ = 0,5 va w₂ = 0,5 tanlangan.

Ushbu teng og‘irlik tanlovi rotor tezligi barqarorligi bilan aktuator ishlatilishini bir xil ahamiyatda baholaydi. Turli texnik xizmat xarajatlari yoki tarmoq talablari bo‘lgan haqiqiy turbinada og‘irliklarni qayta belgilash talab qilinishi mumkin.

SCBO qaysi qidiruv va xavfsizlik chegaralaridan foydalangan?

Optimallashtirish fazosi tadqiqotda quyidagicha aniqlangan:

\[ 0{,}1 \leq \omega_c \leq 4 \]

\[ 1 \leq \omega_o \leq 25 \]

\[ 3\omega_c \leq \omega_o \]

Kuzatuvchi boshqaruvchidan tezroq ishlashini ta’minlash uchun ω_o qiymatining kamida uch baravar katta bo‘lishi sharti qo‘yilgan. Biroq simulyatsiya bo‘limida qo‘lda sozlangan boshqaruvchi uchun ω_c = 4,15 deb yozilgan. Bu qiymat SCBO qidiruv fazosidagi 4 rad/s yuqori chegaradan oshadi. Qo‘lda sozlangan boshqaruvchining nima uchun boshqa oraliqda saqlangani izohlanmagan.

Xavfsizlik cheklovlari quyidagilar:

• Onlik rotor tezligi nominal rotor tezligining %140’idan oshmasligi kerak. 1-jadvaldagi 12,1 rpm nominal tezlikka ko‘ra bu taxminan 16,94 rpm’dir.
• Qiyalik burchagi mexanik harakat chegaralari ichida qolishi kerak; biroq burchak chegarasining sonli qiymati berilmagan.
• Qiyalik tezligi 6°/s qiymatidan oshmasligi kerak. Fizik chegara 8°/s deb ko‘rsatilgan va 2°/s xavfsizlik zaxirasi qoldirilgan.

Xavfsiz to‘plam tasviri nimani ko‘rsatadi?

13-rasmda 15 m/s shamol tezligi uchun 1., 25. va 50. iteratsiyalardagi xavfsiz parametr sohalari ko‘rsatilgan. Ko‘k hududlar xavfsiz deb qabul qilingan, oq hududlar esa algoritm hali xavfsizligini tasdiqlamagan sohalardir. Qizil nuqta tegishli iteratsiyada tanlangan parametr juftini ko‘rsatadi.

Boshida xavfsiz soha kichik va konservativdir. Yangi nuqtalar sinovdan o‘tkazilgan sari GP noaniqligi kamayadi va xavfsiz deb baholangan hudud kengayadi. Tasvir algoritmning ishlashini tushuntiradi; biroq haqiqiy turbina ustida xavfsiz tadqiqot o‘tkazilganini isbotlamaydi.

Shamol tezligi oshganda optimal tarmoqli kengliklar qanday o‘zgargan?

14-rasm ham kuzatuvchi tarmoqli kengligi ω_o, ham boshqaruvchi tarmoqli kengligi ω_c qiymatlari shamol tezligi bilan oshishini ko‘rsatadi. Kuzatuvchi tarmoqli kengligi tezroq ortadi, taxminan 18 m/s dan yuqori hududda esa ikkala egri ham sekinroq o‘zgaradigan tuzilishga yaqinlashadi.

Tadqiqotchilar ushbu plato xatti-harakatini yuqoriroq tarmoqli kengliklar endi boshqaruv ishlashini yaxshilash o‘rniga qiyalik tezligi chegarasini zo‘riqtira boshlashi bilan izohlaydi. Grafik bu talqinni qo‘llab-quvvatlovchi tendensiyani ko‘rsatsa-da, boshqa xarajat og‘irliklari yoki xavfsizlik chegaralari ostida ayni parametr yo‘li hosil bo‘lishi ko‘rsatilmagan.

To‘satdan shamol zarbasi tajribasida nima kuzatilgan?

12 m/s boshlang‘ich sharoitdagi Ekstremal Ishlash Shamol Zarbası (Extreme Operating Gust, EOG) simulyatsiyasida LiDAR o‘lchovi shamol o‘zgarishini rotor tekisligidan oldin aniqlagan. Rasmda oldindan uzatishli ADRC qiyalik burchagini asosiy ADRCga qaraganda ertaroq o‘zgartirgani ko‘rsatiladi.

Erta qiyalik harakati rotor tezligidagi cho‘qqi va tebranishni kamaytiradi. Biroq ushbu rasm uchun cho‘qqi qiymatlari, joylashish vaqti yoki xato integrali jadval ko‘rinishida berilmagan. Shu sababli vizual sifat natijasi kuchli bo‘lsa-da, sonli yaxshilanish ulushini tadqiqotdan aniq chiqarib bo‘lmaydi.

Pog‘onali shamol tajribasida SCBO-ADRC qanday ishlagan?

15-rasmda shamol tezligi 13 m/s dan 19 m/s gacha pog‘onalar bilan oshirilgan ssenariy ko‘rsatilgan. Gain-scheduled PI boshqaruvchida har bir pog‘onadan so‘ng rotor tezligida uzoqroq davom etadigan tebranishlar kuzatiladi. SCBO bilan sozlangan ADRC esa rotor tezligini nominal qiymat atrofiga tezroq yaqinlashtiradi.

Qiyalik burchagi grafigida SCBO-ADRC yangi shamol darajasiga to‘g‘ridan-to‘g‘riroq yo‘nalishi, PI boshqaruvchida esa ayniqsa past shamol pog‘onalarida takroriy tebranishlar yuzaga kelishi ko‘rinadi. Biroq ushbu tajriba uchun xatolar kvadratlari yig‘indisi, maksimal oshish yoki aktuator energiya sarfi berilmagan.

Turbulent shamol tajribasining sharoitlari qanday?

Turbulent shamol tajribasi OpenFASTning InFlowWind moduli bilan bajarilgan. LiDAR o‘lchov nuqtasi rotor tekisligining 150 metr oldiga joylashtirilgan, o‘rtacha shamol tezligi 16 m/s tanlangan.

To‘rtta boshqaruv tuzilmasi taqqoslangan:

• Gain-scheduled PI
• Oldindan uzatishli gain-scheduled PI
• ADRC
• Oldindan uzatishli ADRC

16-rasmda shamol tezligi, qiyalik burchagi, rotor tezligi va generator quvvati vaqt qatorlari birgalikda ko‘rsatilgan. Oldindan uzatishli ADRC egri chizig‘i, ayniqsa dastlabki o‘tish rejimida rotor tezligi va quvvat tebranishlarini torroq diapazonda ushlab turadi.

2-jadvalning xom natijalari qanday?

Past standart og‘ish tegishli o‘zgaruvchining vaqt davomida nominal qiymat atrofida kamroq tebranishini ko‘rsatadi. Jadvalga ko‘ra, oldindan uzatishli ADRC rotor tezligi va generator quvvati bo‘yicha to‘rtta usul ichida eng past standart og‘ishni hosil qilgan. Qiyalik burchagi bo‘yicha eng past qiymat 2,8423° bilan oldindan uzatishli PI’da; oldindan uzatishli ADRC qiymati 2,8572° bo‘lib, atigi taxminan %0,52 yuqori.

Jadval qiymatlaridan hisoblangan taqqoslashlar

Ushbu nisbatlar tadqiqotchilarning matndagi foizlari emas, 2-jadvaldagi qiymatlardan qayta hisoblangan taqqoslashlardir. Tadqiqot matnida ADRC uchun rotor tezligi va quvvat kamayishi `%15 va %25`, oldindan uzatishli ADRC uchun esa `%16 va %23` deb ifodalangan. Qaysi taqqoslash bazasi ishlatilgani aniq bo‘lmagani uchun ushbu nisbatlarni jadvaldan to‘liq qayta hosil qilib bo‘lmaydi.

Aktuator xizmat muddati haqiqatan uzaytirilganmi?

Tadqiqotning xarajat funksiyasi qiyalik tezligini cheklaydi, S-egri chizig‘i keskin harakatlarni kamaytiradi va 6°/s tezlik chegarasini qo‘llaydi. Ushbu choralar mexanik foydalanish intensivligini kamaytirishga qaratilgan.

Biroq tadqiqot podshipnik yuk spektri, zarar ekvivalent yuki, Miner charchash yig‘indisi, moylashning yomonlashishi, aktuator energiya sarfi yoki yillar bo‘yicha xizmat muddati hisobini taqdim etmagan. Shu sababli “aktuator xizmat muddatini uzaytirish” natijasi bevosita o‘lchangan topilma emas, balki tartibliroq va cheklangan qiyalik harakatidan kelib chiqadigan ehtimoliy muhandislik kutilmasidir.

Tadqiqotning kuchli tomonlari nimalar?

• LiDAR oldindan ko‘rishi, buzilishni kuzatish va xavfsiz parametr optimallashtirishi bitta boshqaruv arxitekturasida birlashtirilgan.
• Shamol tezligi boshqaruvchi parametrlarining kontekst o‘zgaruvchisi sifatida bevosita ishlatilgan.
• Rotorning ortiqcha tezligi, qiyalik burchagi va qiyalik tezligi uchun xavfsizlik cheklovlari aniqlangan.
• SCBO boshlanishi uchun xavfsiz oraliqda 10 Latin hypercube namunasi ishlatilgan.
• To‘satdan shamol zarbasi, pog‘onali shamol va uzluksiz turbulentlik kabi turli simulyatsiya ssenariylari baholangan.
• OpenFAST bilan MATLAB/Simulink o‘rtasida S-Function asosidagi qo‘shma simulyatsiya qurilgan.
• Natijalar faqat grafik bilan emas, turbulent sharoit uchun standart og‘ish jadvali bilan ham berilgan.

Tadqiqotning asosiy cheklovlari nimalar?

• Tadqiqot hakamlar ko‘rib chiqishidan o‘tmagan preprintdir.
• Barcha tekshiruvlar simulyatsiyada bajarilgan; fizik turbina yoki apparat-kontur tajribasi mavjud emas.
• Haqiqiy LiDAR signal yo‘qolishi, yomg‘ir, tuman, dengiz purkagichi, vibratsiya, o‘lchov shovqini va nur to‘silishi modellashtirilmagan.
• Taylorning muzlagan turbulentlik farazidagi buzilishlar va shamolning o‘lchov tekisligidan rotorga ko‘chishda o‘zgarishi batafsil o‘rganilmagan.
• To‘lqin, oqim, suzuvchi platforma harakati, minora tagidagi moment va qanot ildizi yuklari hisobot qilinmagan.
• Model minora aylanishi, uzatma vali buralishi va yuqori tartibli konstruktiv modalarni e’tiborsiz qoldiradi.
• Xavfsiz tadqiqot faqat simulyatsiya modeli chegaralari ichida ko‘rsatilgan.
• Optimallashtirishning hisoblash vaqti va real vaqt o‘rnatilgan tizim talablari berilmagan.
• SCBOning turli boshlang‘ich namunalar yoki tasodifiy urug‘lar ostidagi takrorlanuvchanligi ko‘rsatilmagan.
• PI va ADRCdan tashqari model predictive control, H∞ control yoki boshqa ilg‘or usullar bilan taqqoslash qilinmagan.
• 2-jadval bilan matndagi foizli yaxshilanish nisbatlari mos emas.
• Rasm va bo‘lim raqamlarida takrorlanish hamda ketma-ketlik muammolari mavjud.
• Qo‘lda ω_c qiymati ko‘rsatilgan SCBO qidiruv fazosi yuqori chegarasidan oshadi.
• Maqola NREL 5 MW modelidan foydalanganini bildirsa-da, 1-jadvalda nominal quvvat 5,25 MW deb berilgan.
• Moliyalashtirish, manfaatlar to‘qnashuvi, ma’lumot almashish va dasturiy kodga kirish ma’lumotlari ushbu versiyada mavjud emas.

Tadqiqot nimani qo‘llab-quvvatlaydi?

• Simulyatsiya muhitida LiDAR oldindan ko‘rishi ADRC qiyalik buyrug‘ini yaqinlashayotgan shamol o‘zgarishidan oldin ishga tushira olishini qo‘llab-quvvatlaydi.
• Shamol tezligiga bog‘liq SCBO sozlashi doimiy parametrli ADRCga nisbatan moslashuvchanroq boshqaruv tuzilmasini hosil qilishi mumkinligini ko‘rsatadi.
• Oldindan uzatishli ADRC 16 m/s o‘rtacha turbulent sharoitda rotor tezligi va quvvat standart og‘ishlarini o‘rganilgan boshqa usullardan pastroq ushlab turganini ko‘rsatadi.
• Ehtimollik xavfsiz to‘plam yondashuvi belgilangan simulyatsiya cheklovlari ichida parametr qidiruvini amalga oshira olishini ko‘rsatadi.

Tadqiqot nimani isbotlamaydi?

• Haqiqiy dengiz shamol turbinasida xuddi shu boshqaruv natijasi olinishi isbotlanmagan.
• LiDAR ma’lumotlari barcha ob-havo va dengiz sharoitlarida ishonchli bo‘lishi ko‘rsatilmagan.
• Qiyalik podshipnigi yoki aktuatorining xizmat muddati ma’lum foizga uzaygani isbotlanmagan.
• Qanot, minora, uzatma tizimi yoki suzuvchi platforma yuklari kamaygani bevosita ko‘rsatilmagan.
• SCBO sertifikatlangan turbina boshqaruv tizimida xavfsiz ekani isbotlanmagan.
• Taklif etilgan usul barcha turbina quvvat sinflari va platforma turlariga bevosita ko‘chirilishi mumkinligi ko‘rsatilmagan.

Tadqiqot usuli va natijalari

Tadqiqot turi

Tadqiqot fizik tajriba o‘z ichiga olmaydigan yuqori aniqlikdagi boshqaruv tizimini modellashtirish va qo‘shma simulyatsiya tadqiqotidir. OpenFAST turbina modeli MATLAB/Simulink ichidagi boshqaruvchilar bilan S-Function interfeysi orqali ishlatilgan.

Foydalanilgan turbina modelining parametrlari

LiDAR va oldindan uzatish sozlamalari

• To‘rt nurli, ikki tekislikli skanerlash tuzilmasi ishlatilgan.
• Gorizontal nur burchagi 15°, vertikal burchak 7,5° deb aniqlangan.
• Shamol yo‘nalishi o‘lchovlari ma’lumotlarni birlashtirish va Kalman filtrlash jarayonidan o‘tkazilgan.
• Turbulent tajribada o‘lchov nuqtasi rotorning 150 m oldiga joylashtirilgan.
• Oldindan uzatish qiyalik egri chizig‘i 0,1 m/s shamol tezligi qadamlarida hosil qilingan.
• Boshqaruv asosan nominal shamol tezligidan yuqoridagi doimiy quvvat mintaqasida qo‘llangan.

Qo‘lda ADRC parametrlari

• Kuzatuvchi tarmoqli kengligi: ω_o = 14,63
• Boshqaruvchi tarmoqli kengligi: ω_c = 4,15

Ushbu qiymatlar muhandislik tajribasiga asoslangan qo‘lda sozlash bilan belgilangan. Keyin SCBO tarmoqli kengliklarini shamol tezligiga qarab o‘zgartiradigan jadval hosil qilgan.

SCBO boshlang‘ich va xavfsizlik sozlamalari

• Boshlang‘ich GP modeli uchun xavfsiz parametr sohasidan 10 Latin hypercube namunasi olingan.
• Yadro giperparametrlari maksimal log-marginal likelihood bilan sozlangan.
• Rotor tezligi xatosi va qiyalik harakati og‘irliklari teng ravishda 0,5 tanlangan.
• Xavf ehtimoli δ = 0,05 deb belgilangan.
• Rotor tezligi xavfsizlik chegarasi nominal tezlikning %140’idir.
• Qiyalik tezligi chegarasi 6°/s, ko‘rsatilgan fizik chegara 8°/s’dir.

Simulyatsiya ssenariylari

Asosiy sonli topilmalar

• Oldindan uzatishli ADRC rotor tezligi standart og‘ishi: 0,2513 rpm.
• Oldindan uzatishli ADRC qiyalik burchagi standart og‘ishi: 2,8572°.
• Oldindan uzatishli ADRC generator quvvati standart og‘ishi: 0,0821 MW.
• Asosiy PI rotor tezligi standart og‘ishi: 0,3229 rpm.
• Asosiy PI generator quvvati standart og‘ishi: 0,1214 MW.
• Oldindan uzatishli ADRC, asosiy PIga nisbatan rotor tezligi standart og‘ishini jadvaldan hisoblanganda taxminan %22,17 kamaytirgan.
• Oldindan uzatishli ADRC, asosiy PIga nisbatan quvvat standart og‘ishini taxminan %32,37 kamaytirgan.
• Oldindan uzatishli PI qiyalik burchagi standart og‘ishida 2,8423° bilan eng past qiymatni bergan.

Statistik baholash

Tadqiqotda standart og‘ishlar berilgan bo‘lsa-da, mustaqil simulyatsiya takrorlari, ishonch oralig‘i, p qiymatlari yoki tasodifiy shamol maydonlari orasidagi variatsiya taqdim etilmagan. Shu sababli standart og‘ish farqlari tavsifiy ishlash ko‘rsatkichlaridir; statistik ahamiyat natijasi sifatida baholanmasligi kerak.

Haqiqiy tizimga o‘tish uchun zarur tekshiruvlar

• Turli turbulentlik intensivliklari va ko‘p sonli tasodifiy TurbSim urug‘lari bilan Monte Carlo simulyatsiyalari
• LiDAR o‘lchov shovqini, ma’lumot yo‘qolishi va ko‘rish yomonlashuvini modellashtirish
• To‘lqin, oqim va suzuvchi platforma harakatlarini qo‘shma modelga kiritish
• Qanot ildizi, minora tagi va uzatma tizimi yuklarini baholash
• Boshqaruvchining real vaqt hisoblash vaqti va protsessor yukini o‘lchash
• Apparat-konturda qiyalik aktuatori va turbina boshqaruv bloki sinovlari
• Ochiq dengiz sinov maydonida haqiqiy LiDAR va turbina ma’lumotlari bilan tasdiqlash
• Charchash zarari va aktuator xizmat muddatini miqdoriy hisoblash
• SCBO xavfsizlik sertifikatsiyasi va nosozlik holatlariga qarshi xavfsiz qaytish mantig‘i

Manba va usul haqida izoh

Tadqiqotning asl nomi: LiDAR Feedforward-based Pitch Active Disturbance Rejection Control for Offshore Wind Turbines using Safe Contextual Bayesian Optimization

Mualliflar: WANG Hong-du; ZHI Ying-xin; LIU Xiao-ying; LI Ming; Fu Dongfei; Junrong Wang; WU Songhua.

Mualliflar tartibi: Yuqoridagi ro‘yxat tadqiqotdagi asl tartibni saqlaydi.

Teng hissa haqida ma’lumot: Ushbu versiyada teng birinchi muallif yoki teng hissa bayonoti mavjud emas.

Mas’ul muallif: Ushbu versiyada mas’ul muallif belgisi yoki aloqa e-pochtasi berilmagan.

Muassasalar:

• Ocean University of China, Engineering College, Qingdao 266100, China.
• Ocean University of China, College of Marine Technology, Qingdao 266100, China.

DOI:10.2139/ssrn.7202168

Rasmiy platforma: SSRN.

Rasmiy tadqiqot havolasi:SSRN tadqiqot sahifasi

Nashr yili: 2026.

Jurnal: Ushbu versiya uchun hakamlikdan o‘tgan jurnal yoki jurnal qabul ma’lumoti mavjud emas.

Asl nashriyot: Hakamlik jurnali nashriyoti mavjud emas. Tadqiqot SSRN preprint platformasida joylashgan; platforma Elsevier tomonidan boshqariladi.

Manba turi: Dengiz shamol turbinasini boshqarishga qaratilgan sonli modellashtirish va OpenFAST-MATLAB/Simulink qo‘shma simulyatsiya tadqiqoti xususiyatidagi preprint.

Hakamlik holati: Ushbu tadqiqot hakamlik baholashidan o‘tmagan preprintdir; natijalar ushbu cheklov hisobga olinib o‘qilishi kerak.

Moliyalashtirish: Moliyalashtirish ma’lumoti ushbu versiyada mavjud emas.

Manfaatlar to‘qnashuvi: Manfaatlar to‘qnashuvi bayonoti ushbu versiyada mavjud emas.

Ma’lumot va kodga kirish: Simulyatsiya ma’lumotlari, MATLAB/Simulink kodi, OpenFAST kirish fayllari va SCBO dastur kodi uchun kirish havolasi berilmagan.

Ushbu o‘zbekcha izoh yuklangan 25 sahifalik tadqiqotning matni, matematik tenglamalari, boshqaruv bloklari, algoritm psevdokodi, xavfsiz to‘plam grafiklari, shamol ssenariylari va sonli natijalar jadvallari o‘rganilib tayyorlangan. Ilmiy mazmunga tadqiqotdan tashqari yangi topilma qo‘shilmagan. Tashqi manba tekshiruvi faqat SSRN qaydi, DOI va nashr platformasi kabi bibliografik identifikatsiya ma’lumotlarini tasdiqlash uchun ishlatilgan.

Tadqiqotning eng muhim cheklovi natijalar fizik dengiz turbinasida emas, OpenFAST-Simulink muhitida olinganidir. LiDAR o‘lchov xatolari, dengiz sharoitlari, apparat kechikishlari, konstruktiv yuklar, haqiqiy aktuator charchashi va boshqaruv tizimi sertifikatsiyasi tajribaviy ravishda baholanmagan. Bundan tashqari jadval bilan matndagi foizli natijalar, ayrim rasm va bo‘lim raqamlari, qo‘lda tarmoqli kenglik bilan SCBO qidiruv chegarasi hamda turbina nominal quvvati ifodalari orasida nomuvofiqliklar mavjud.