[发明专利]一种倾角传感器和陀螺仪融合的塔架监测系统及方法

权利要求书

1.一种倾角传感器和陀螺仪融合的塔架监测系统，其特征在于，包括塔顶传感器组(2.1)、基础传感器组(2.2)、数据单元(3)和主控系统(4)，所述塔顶传感器组(2.1)、基础传感器组(2.2)通过数据单元(3)与主控系统(4)相连，

一种倾角传感器和陀螺仪融合的塔架监测系统的工作方法，包括以下步骤：

①测量获得塔顶和基础的倾斜角以及倾斜方向上的角速度；

②基于塔顶的动态特性采用Kalman方法建立滤波方程，并根据测量得到的塔顶倾斜角和角速度，获得塔顶动态倾斜角的最优估计；

③建立风电塔架的挠度曲线，根据塔顶动态倾斜角的最优估计，获得所述塔架晃动的动态位移量，根据塔架的结构和尺寸参数，通过仿真方法获得塔架挠度曲线方程：

γ＝f(v,h)

式中，γ为挠度，f(v,h)为风速v时所述塔架在高度h处的挠度仿真结果，根据所述塔架的挠度曲线，进一步获得塔顶动态倾角和位移的比例关系P，代入方程求解获得塔架晃动的动态位移量，式中，s_k为k时刻的塔顶晃动位移量，H为塔架高度，为k时刻塔顶倾斜角的最优估计；

④基于基础的动态特性建立滤波方程，采用Kalman方法，根据测量得到的基础倾斜角和角速度，获得基础动态倾斜角的最优估计；

⑤根据基础动态倾斜角的最优估计，结合所述风电塔架尺寸参数，获得基础不均匀沉降量；

⑥主控系统对数据单元上传的数据进行分析并展示，判断塔顶晃动和基础不均匀沉降状态，当发现塔顶晃动和基础不均匀沉降超过限定值，则机组产生报警并停机。

2.根据权利要求1所述的一种倾角传感器和陀螺仪融合的塔架监测系统，其特征在于，所述塔顶传感器组(2.1)安装在塔架顶端壁面，包括塔顶双轴倾角传感器(2.11)和塔顶双轴陀螺仪(2.12)。

3.根据权利要求1所述的一种倾角传感器和陀螺仪融合的塔架监测系统，其特征在于，所述基础传感器组(2.2)安装在塔架基础位置，包括基础双轴倾角传感器(2.21)和基础双轴陀螺仪(2.22)。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种倾角传感器和陀螺仪融合的塔架监测系统，其特征在于，所述数据单元(3)安装在塔基控制柜中，包括通用模块，分别与塔顶传感器组(2.1)、基础传感器组(2.2)、主控系统(4)相连。

5.根据权利要求1所述的一种倾角传感器和陀螺仪融合的塔架监测系统，其特征在于，所述步骤①在塔顶和基础位置，采用倾角传感器获得水平面内两个正交方向上的倾斜角，同时采用陀螺仪获得对应方向上的角速度。

6.根据权利要求1所述的一种倾角传感器和陀螺仪融合的塔架监测系统，其特征在于，所述步骤②根据风电塔架顶端的倾斜角和角速度的动态特性，建立塔顶传感器组的融合方程

即

式中，θ_t为倾角传感器测量得到的塔顶倾斜角，b_t为塔顶陀螺仪的零点漂移，Δt为迭代步长，为陀螺仪测量得到的塔顶倾斜角速度，w_k为高斯分布的过程噪声，满足w_k～(0,q_k)，其中，q_θ和q_b分别表示塔顶倾斜角预测和陀螺仪零偏的误差，其大小根据塔架动态特性和所用传感器性能进行设定，下角标k和k+1表示时刻。

7.根据权利要求1所述的一种倾角传感器和陀螺仪融合的塔架监测系统，其特征在于，所述步骤④根据风电塔架基础的倾斜角和角速度的动态特性，建立基础传感器组的融合方程

即

式中，θ_b为倾角传感器测量得到的基础倾斜角，b_b为基础陀螺仪的零点漂移，为陀螺仪测量得到的基础倾斜角速度，W_k为高斯分布的过程噪声，满足W_k～(0,Q_k)，其中，Q_θ和Q_b分别表示基础倾斜角预测和陀螺仪零偏的误差，其大小根据基础动态特性和所用传感器性能进行设定。