[發(fā)明專利]基于HHT方法的閘門運(yùn)行控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710007530.2
• 申請日: 2017-01-05
• 公開（公告）號: CN106843104B
• 公開（公告）日: 2019-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何小敏;李超;劉鵬;蔡超;劉潔玉;孫春華
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電建集團(tuán)西北勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司
• 主分類號: G05B19/048
• 分類號: G05B19/048;E02B7/20
• 代理公司: 西安吉盛專利代理有限責(zé)任公司 61108
• 代理人: 張恒陽

本發(fā)明提供一種基于HHT方法的閘門運(yùn)行控制方法，用于優(yōu)化閘門運(yùn)行、減小閘墩震動。包括閘墩動位移監(jiān)控、過閘水流脈動壓力監(jiān)控、基于HHT方法的降噪處理、利用NExT(自然激勵(lì)技術(shù)法)和STD方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)模態(tài)識別及利用AR現(xiàn)代譜方法對脈動壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析。該閘門運(yùn)行控制方法能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控閘墩結(jié)構(gòu)的震動特性和安全狀況，以及水流脈動壓力特性，指導(dǎo)運(yùn)行管理人員通過調(diào)節(jié)閘門開度使水流脈動壓力主頻遠(yuǎn)離閘墩各階主要振型的頻率，從而減小閘墩的震動幅值，起到優(yōu)化閘門運(yùn)行的作用；能明顯增強(qiáng)閘墩等輕型建筑物的可靠性、耐久性、抗震性和安全性，具有良好的社會、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境生態(tài)效益。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于河道及水電站水閘運(yùn)行技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于HHT方法的閘門運(yùn)行控制方法。

背景技術(shù)

大壩、攔河閘、廠房等水工建筑物長期在水流脈動壓力作用下，有可能發(fā)生疲勞破壞，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失事，引發(fā)災(zāi)難性后果。如何快速、準(zhǔn)確、直觀的反映閘墩等結(jié)構(gòu)在脈動水流荷載作用下的振動特性，及水流荷載的頻率特性，從而為運(yùn)行人員合理控制閘門開度，以減少閘墩等結(jié)構(gòu)震動幅度提供依據(jù)，是亟待解決的問題。

減小閘墩等結(jié)構(gòu)在水流荷載作用下的振幅，有效途徑是讓閘墩等結(jié)構(gòu)的主要振型的頻率遠(yuǎn)離水流脈動壓力頻率，故必須首先獲得結(jié)構(gòu)的各階工作頻率，及水流脈動壓力的主頻率。利用HHT(Hilbert-Huang Transform)方法分析閘墩等結(jié)構(gòu)在水流脈動壓力用下的位移響應(yīng)，及水流脈動壓力的主頻，是研究閘墩等結(jié)構(gòu)震動特性的前提。

Hilbert-Huang變換由經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(Empirical Mode Decomposition，EMD)和希爾伯特變換(Hilbert Transform，HT)兩部分組成，其核心是EMD。通過EMD方法分解結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)信號，得到的各個(gè)固有模態(tài)函數(shù)(Intrinsic Mode Function，IMF)，使原信號中由于信息成分復(fù)雜而導(dǎo)致被強(qiáng)信息成分淹沒的弱信息成分在IMF分量中較明顯地表現(xiàn)出來。

隨著計(jì)算機(jī)及振動理論的發(fā)展，HHT(Hilbert-Huang Transform)方法已在航天、汽車工業(yè)及水利工程中得到應(yīng)用，利用該方法能夠?qū)Y(jié)構(gòu)振動響應(yīng)進(jìn)行分解，將環(huán)境噪聲及傳感器自身缺陷所摻入的噪聲進(jìn)行剔除，從而提高信噪比，為后續(xù)識別結(jié)構(gòu)各階振動模態(tài)提供真實(shí)數(shù)據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種基于HHT方法的閘門運(yùn)行控制方法，針對閘墩等輕型水工結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控水流脈動壓力頻譜特性，實(shí)時(shí)分析結(jié)構(gòu)各階模態(tài)振動特性，依據(jù)結(jié)構(gòu)的振動特性調(diào)整閘門開度，使水流脈動壓力頻率遠(yuǎn)離結(jié)構(gòu)的主振頻率，從而達(dá)到減小閘墩等輕型結(jié)構(gòu)的震幅，延長結(jié)構(gòu)使用壽命的目標(biāo)。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：基于HHT方法的閘門運(yùn)行控制方法，包括如下步驟：

(1)通過在閘墩設(shè)置動位移傳感器來采集動位移數(shù)據(jù)；以及通過在閘墩水流淹沒部分設(shè)置脈動壓力傳感器來采集脈動壓力數(shù)據(jù)；

(2)對采集到的動位移數(shù)據(jù)及脈動壓力數(shù)據(jù)采用HHT方法進(jìn)行實(shí)時(shí)降噪處理；

(3)利用經(jīng)過步驟(2)降噪處理后的動位移數(shù)據(jù)，采用NExT方法(自然激勵(lì)技術(shù)法)和STD方法(基于時(shí)域識別的模態(tài)參數(shù)識別方法)對閘墩結(jié)構(gòu)各階振動模態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)求解，算出閘墩各階主要振型的頻率；

利用AR現(xiàn)代譜方法(自回歸(Auto Regressive)模型現(xiàn)代譜估計(jì))對降噪處理后的脈動壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析，根據(jù)功率譜圖上功率譜密度峰值得出水流脈動壓力的主頻率；

(4)閘門運(yùn)行人員通過實(shí)時(shí)的將閘墩結(jié)構(gòu)的主要振型的頻率及水流脈動壓力的主頻率進(jìn)行比較，進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)控閘門開度，使二者頻率相差達(dá)到所規(guī)定的要求范圍(使二者頻率相差較大)，從而減小閘墩、閘門等結(jié)構(gòu)的振動，達(dá)到優(yōu)化閘門運(yùn)行的目標(biāo)。