[发明专利]一种基于毫米波雷达的风机净空预警方法

权利要求书

1.一种基于毫米波雷达的风机净空预警方法，其特征在于包括以下步骤：

S1、基于风机参数和毫米波雷达参数进行模拟仿真，确定毫米波雷达在风机机舱尾部吊装口的安装角度；按确定好的安装角度将毫米波雷达、陀螺仪和步进电机通过万向调节支架吊装于风机机舱尾部；

S2、根据毫米波雷达测量的雷达数据计算净空值；

S3、PLC将净空值结果上传至风机主控单元，若净空值结果小于预警阈值，则同时向主控上送告警信息与变桨请求信号；变桨过程中，PLC实时接收雷达数据、陀螺仪测量的陀螺仪数据以及风机主控单元的风机数据，重新计算毫米波雷达的安装角度，并通过步进电机调整至吻合。

2.根据权利要求1所述的基于毫米波雷达的风机净空预警方法，其特征在于：步骤S1中，雷达安装角度通过以下过程确定：

S101、获取风机参数，所述的风机参数包括轮毂圆周运动圆心与塔筒中轴线间距离、雷达安装位置与塔筒中轴线距离、叶片长度、塔筒高度、机舱底部高度、风机停机时理论安全净空距离、风机正常运行时的最小安全距离、叶片最低点时塔筒直径；获取毫米波雷达参数，所述的毫米波雷达参数包括雷达波束工作范围、水平视野和垂直视野；

S102、根据风机参数和毫米波雷达参数，分别进行叶片运动圆周轨迹拟合和毫米波雷达波束锥投影拟合，获得叶片运动模型和毫米波雷达波束锥模型；

S103、叶片运动模型和毫米波雷达波束锥模型的相交平面作为目标平面，通过以下约束进行模拟仿真，获得包括俯仰角、偏航角和滚转角在内的雷达安装角度：

(a)由毫米波雷达波束锥不被风机塔筒外轮廓模型阻挡原则，确定俯仰角；

(b)由雷达正面法线正对叶片叶尖原则，确定偏航角；

(c)由每只叶片在旋转过程中，在目标平面内被识别到的目标点均匀分布在毫米波雷达正面法线的两侧原则，确定滚转角。

3.根据权利要求2所述的基于毫米波雷达的风机净空预警方法，其特征在于：步骤S3中PLC通过以下过程重新计算毫米波雷达的安装角度并调整：

S301、PLC实时获取毫米波雷达传感器采集到的目标点数目，从陀螺仪获取陀螺仪数据，从风机主控单元获取风机数据；

S302、当PLC获取到风机浆距角变化，监测目标点数目相比风机桨距角变化以前的减少量是否超出预设范围，若超出，则进入步骤S303；

S303、PLC读取毫米波雷达采集到的目标点的坐标，采集陀螺仪的俯仰角、偏航角和滚转角数据，从风机主控单元获取桨距角数据；

S304、PLC将步骤S303采集到的数据传输至上位机，上位机通过风机参数和桨距角重新建立叶片圆周运动模型，通过毫米波雷达参数和俯仰角、偏航角和滚转角重新建立毫米波雷达波束锥模型，叶片运动模型和毫米波雷达波束锥模型的相交平面作为目标平面；

S305、通过以下约束重新仿真获取雷达安装角度：由目标平面面积大于20倍的反射截面积原则确定偏航角；

S306、PLC按照仿真结果驱动步进电机调整偏航角，然后继续驱动步进电机调整滚转角，使实时接收的检测目标点数目在预设范围内。

4.根据权利要求1所述的基于毫米波雷达的风机净空预警方法，其特征在于：步骤S2中具体包括以下过程计算净空值：

S201、毫米波雷达在n个扫描周期内识别出n组叶片目标点，以其中在毫米波雷达坐标系中X轴投影最大的点作为叶尖；

S202、将叶尖在毫米波雷达坐标系的坐标平移到风机坐标系，得到叶尖在风机坐标系中的坐标(X，Y)，将X值减去毫米波雷达安装时与塔筒中轴线的垂直距离与塔筒锥角的影响值之和，得到近似净空值；其中塔筒锥角的影响值通过将塔筒锥角的正切值与Y值相乘近似计算得到；

S203、将Y值近似拟合为叶片长度，即近似叶片长度，基于相似三角形的原理，将净空值乘以叶片长度除以近似叶片长度得到净空值。

5.根据权利要求4所述的基于毫米波雷达的风机净空预警方法，其特征在于：在步骤S2计算净空值的过程中，将净空值与离线根据风机模型仿真模拟得到的几何净空值之间的相对误差值进行K-S和S-W正态性检验，评估误差的随机性；同时计算以下数据的关联趋势：毫米波雷达漏检率、净空值相对误差、风机转速和叶尖坐标(X，Y)，然后评估叶片转速对误差的影响。