Flight control of tethered kites in autonomous pumping cycles for airborne wind energy

Energy harvesting based on tethered kites benefits from exploiting higher wind speeds at higher altitudes. The setup considered in this paper is based on a pumping cycle. It generates energy by winching out at high tether forces, driving an electrical generator while flying crosswind. Then it winches in at a stationary neutral position, thus leaving a net amount of generated energy.The focus of this paper is put on the flight control design, which implements an accurate direction control towards target points and allows for a flight with an eight-down pattern. An extended overview on the control system approach, as well as details of each element of the flight controller, is presented. The control architecture is motivated by a simple, yet comprehensive model for the kite dynamics.In addition, winch strategies based on an optimization scheme are presented. In order to demonstrate the real world functionality of the presented algorithms, flight data from a fully automated pumping-cycle operation of a small-scale prototype are given. The setup is based on a 30 m² kite linked to a ground-based 50 kW electrical motor/generator by a single line.     

Real-time nonlinear MPC and MHE for a large-scale mechatronic application

Progress in optimization algorithms and in computational hardware made deployment of Nonlinear Model Predictive Control (NMPC) and Moving Horizon Estimation (MHE) possible to mechatronic applications. This paper aims to assess the computational performance of NMPC and MHE for rotational start-up of Airborne Wind Energy systems. The capabilities offered by an automatic code generation tool are experimentally verified on a real physical system, using a model comprising 27 states and 4 inputs at a sampling frequency of 25 Hz. The results show the feedback times less than 5 ms for the NMPC with more than 1500 variables.     

光纤光栅传感器在公路隧道衬砌结构安全监测中的应用

从工程实用角度归纳了光纤光栅传感器相对于其他传统监测仪器的主要优势,阐述了其在隧道结构安全监测中的适宜性.在此基础上结合某公路隧道衬砌结构的薄弱部位和具体条件,设计了现场自动化监测和无线数据通信系统,采用光纤光栅传感器对隧道支护结构的变形和受力状态进行了实时监测实验,结果真实有效地反映了结构物的运行性态,表明光纤光栅传感器在公路隧道结构安全监测中具有良好的实用效果.     

PLC和iFIX在公路隧道交通监控中的应用

隧道作为路段的特殊构造物,具有易发生事故及事故危害程度大,难于处理的特点。为保障公路隧道内道路畅通和行车安全,减少交通事故的发生,防止造成二次事故,隧道需要设置交通控制系统。以青海柳梢沟隧道监控系统为例,系统通过组建ABB AC500 PLC冗余系统OPC服务器,由组态软件i FIX自带的OPC客户端驱动读取服务器数据,与工业以太网技术相结合来实现公路隧道的远程数据采集。实际运行表明,该系统操作简便、易于维护、通信稳定且数据传输速率高。     

山西省近50年风速变化及突变特征分析

利用线性拟合、M-K方法对山西省22个气象观测站1960—2010年的逐日风速资料进行了倾向、突变、逐年代变化等特征分析。研究表明,近50年来山西省平均风速存在明显的下降趋势,平均风速由20世纪60年代的2.16 m/s下降到21世纪初的1.86 m/s;不同时间段呈现不同的变化特征,1979—1989年风速出现显著下降,年均递减率达到0.046 m/s,变率远超出其他时段;对近50年山西省平均风速进行M-K检验后发现,在1982年出现明显的突变点。山西省四季平均风速均呈下降趋势,四季风速下降速率最快的为春季,冬季次之,夏季风速下降速率最慢。同样,四季风速均发生突变,突变时间点分布在1980—1985年间。除8月外,山西省各个月份风速也呈下降趋势,且均出现突变现象。     

引洮7~#隧洞含水疏松砂岩地层冻结法施工数值模拟

为探究含水疏松砂岩地层引水隧洞冻结施工中冻土帷幕的形成过程及力学特性,对引水隧洞的冻结施工及开挖过程进行三维数值模拟。研究了冻土帷幕的温度场、应力及位移的分布,计算出冻土帷幕完全形成所需的时间及其压、拉、剪应力极值并确定极值发生的位置。结合现场监测数据,分析了冻结过程中冻土的温度变化规律及冻土帷幕的形成机理,最后提出了相应的措施及建议。     

南水北调中线工程几个技术问题的解决与思考

根据南水北调中线一期工程建设过程中的科技攻关,本文重点介绍了长距离自流输水线路输水型式选择、施工测量控制、混凝土重力坝再加高和软基中承受内水压力的水工隧洞设计施工中的几个关键技术问题,系统阐述了上述关键技术问题的解决思路和作者的再思考。     

吉音水利枢纽竖井旋流泄洪洞水力特性试验研究

通过1∶30的水工模型对吉音水利枢纽竖井旋流泄洪洞的水流流态、压力分布、流量系数等水力特性进行了研究,分析了在进水口溢流堰末端增设掺气坎对进水口及竖井内流态及通气孔风速的影响。研究结果表明:在溢流堰末端增设掺气跌坎有利于减小溢流堰面的负压、防止空蚀破坏、简化进口体型设计,且有利于泄洪洞的安全运行。     

全防水复合衬砌隧洞结构设计

本文介绍了一种有压输水隧洞复合衬砌结构与高密度聚乙烯(HDPE)自粘胶膜防水卷材结合技术,即:采用自粘型防水卷材作为主要防水层,配以混凝土自防水的复合衬砌防水体系。该技术适用于具有防水要求的双层衬砌结构输水隧洞。采用这种双层衬砌防水技术,可以将防水层从以往的径向防渗增强为径向、轴向、环向防渗,解决了输水隧洞因为外衬或内衬局部渗水而导致衬砌间窜水的现象,增加了结构耐久性。这种结构便于运行期间进行检修、排查渗漏点。该技术已成功地在北京市南水北调配套工程东干渠工程中大规模应用。     

数值模拟法在隧道涌水量预测中的应用

隧道涌水量的预测是规划公路、铁路线路很重要的一个环节。随着隧道设计水平、施工技术的提高以及施工机械的进步,采用长大隧道乃至特长大埋深越岭隧道的设计方案越来越多,使隧道涌水量的预测问题变得日益突出和迫切需要解决。以某实际隧道工程为例,提出了运用水文地质数值模拟法计算隧道涌水量的新方法。将该地区的水文地质特征参数与现场监测数据选定后,可得到一种适用于该地区的水文地质地下水模型。通过与传统方法的预测结果比较后,证明了该方法的合理性。