[發明專利]一種傾角傳感器和陀螺儀融合的塔架監測系統及方法

有效

• 申請號: 202010106201.5
• 申請日: 2020-02-21
• 公開（公告）號: CN111397577B
• 公開（公告）日: 2021-11-12
• 發明（設計）人: 羅勇水;曹夢楠;卓沛駿;艾真偉
• 申請（專利權）人: 浙江運達風電股份有限公司
• 主分類號: G01C5/00
• 分類號: G01C5/00;G01C23/00;G08B21/18
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏

1.一種傾角傳感器和陀螺儀融合的塔架監測系統，其特征在于，包括塔頂傳感器組(2.1)、基礎傳感器組(2.2)、數據單元(3)和主控系統(4)，所述塔頂傳感器組(2.1)、基礎傳感器組(2.2)通過數據單元(3)與主控系統(4)相連，

一種傾角傳感器和陀螺儀融合的塔架監測系統的工作方法，包括以下步驟：

①測量獲得塔頂和基礎的傾斜角以及傾斜方向上的角速度；

②基于塔頂的動態特性采用Kalman方法建立濾波方程，并根據測量得到的塔頂傾斜角和角速度，獲得塔頂動態傾斜角的最優估計；

③建立風電塔架的撓度曲線，根據塔頂動態傾斜角的最優估計，獲得所述塔架晃動的動態位移量，根據塔架的結構和尺寸參數，通過仿真方法獲得塔架撓度曲線方程：

γ＝f(v,h)

式中，γ為撓度，f(v,h)為風速v時所述塔架在高度h處的撓度仿真結果，根據所述塔架的撓度曲線，進一步獲得塔頂動態傾角和位移的比例關系P，代入方程求解獲得塔架晃動的動態位移量，式中，s_k為k時刻的塔頂晃動位移量，H為塔架高度，為k時刻塔頂傾斜角的最優估計；

④基于基礎的動態特性建立濾波方程，采用Kalman方法，根據測量得到的基礎傾斜角和角速度，獲得基礎動態傾斜角的最優估計；

⑤根據基礎動態傾斜角的最優估計，結合所述風電塔架尺寸參數，獲得基礎不均勻沉降量；

⑥主控系統對數據單元上傳的數據進行分析并展示，判斷塔頂晃動和基礎不均勻沉降狀態，當發現塔頂晃動和基礎不均勻沉降超過限定值，則機組產生報警并停機。

2.根據權利要求1所述的一種傾角傳感器和陀螺儀融合的塔架監測系統，其特征在于，所述塔頂傳感器組(2.1)安裝在塔架頂端壁面，包括塔頂雙軸傾角傳感器(2.11)和塔頂雙軸陀螺儀(2.12)。

3.根據權利要求1所述的一種傾角傳感器和陀螺儀融合的塔架監測系統，其特征在于，所述基礎傳感器組(2.2)安裝在塔架基礎位置，包括基礎雙軸傾角傳感器(2.21)和基礎雙軸陀螺儀(2.22)。

4.根據權利要求1或2或3所述的一種傾角傳感器和陀螺儀融合的塔架監測系統，其特征在于，所述數據單元(3)安裝在塔基控制柜中，包括通用模塊，分別與塔頂傳感器組(2.1)、基礎傳感器組(2.2)、主控系統(4)相連。

5.根據權利要求1所述的一種傾角傳感器和陀螺儀融合的塔架監測系統，其特征在于，所述步驟①在塔頂和基礎位置，采用傾角傳感器獲得水平面內兩個正交方向上的傾斜角，同時采用陀螺儀獲得對應方向上的角速度。

6.根據權利要求1所述的一種傾角傳感器和陀螺儀融合的塔架監測系統，其特征在于，所述步驟②根據風電塔架頂端的傾斜角和角速度的動態特性，建立塔頂傳感器組的融合方程

即

式中，θ_t為傾角傳感器測量得到的塔頂傾斜角，b_t為塔頂陀螺儀的零點漂移，Δt為迭代步長，為陀螺儀測量得到的塔頂傾斜角速度，w_k為高斯分布的過程噪聲，滿足w_k～(0,q_k)，其中，q_θ和q_b分別表示塔頂傾斜角預測和陀螺儀零偏的誤差，其大小根據塔架動態特性和所用傳感器性能進行設定，下角標k和k+1表示時刻。

7.根據權利要求1所述的一種傾角傳感器和陀螺儀融合的塔架監測系統，其特征在于，所述步驟④根據風電塔架基礎的傾斜角和角速度的動態特性，建立基礎傳感器組的融合方程

即

式中，θ_b為傾角傳感器測量得到的基礎傾斜角，b_b為基礎陀螺儀的零點漂移，為陀螺儀測量得到的基礎傾斜角速度，W_k為高斯分布的過程噪聲，滿足W_k～(0,Q_k)，其中，Q_θ和Q_b分別表示基礎傾斜角預測和陀螺儀零偏的誤差，其大小根據基礎動態特性和所用傳感器性能進行設定。