CN111561907A - 一种基于平面倾角测量的塔筒不均匀沉降监测方法 - Google Patents

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CN111561907A CN202010245426.9A CN202010245426A CN111561907A CN 111561907 A CN111561907 A CN 111561907A CN 202010245426 A CN202010245426 A CN 202010245426A CN 111561907 A CN111561907 A CN 111561907A
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CN202010245426.9A
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韩克珍
徐永嘉
刘富强
刘庆超
周颖
张勇铭
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Huadian International Ningxia New Energy Power Generation Co ltd
Huadian Electric Power Research Institute Co Ltd
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Huadian International Ningxia New Energy Power Generation Co ltd
Huadian Electric Power Research Institute Co Ltd
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C5/00—Measuring height; Measuring distances transverse to line of sight; Levelling between separated points; Surveyors' levels

Abstract

本发明公开了一种基于平面倾角测量的塔筒不均匀沉降监测方法，属于机械结构健康监测与评估及机械信号处理技术领域。本发明利用双轴倾角传感数据，通过簇中心迭代数学算法，实时计算出中心位置位移，从而实现对地基平面不均匀沉降监测。本发明方法与已有方法相比更为简单有效，而且灵敏度高。

Description

一种基于平面倾角测量的塔筒不均匀沉降监测方法
技术领域
本发明属于机械结构健康监测与评估及机械信号处理技术领域，特别涉及一种基于平面倾角测量的塔筒不均匀沉降监测方法。
背景技术
近年来，风电机组被广泛的应用于绿色能源，同时，国家政策也明确指出重点研究开发大型风力发电设备。随着装机容量的增长以及服役时间的推移，前期服役的机组已经进入了故障高发时期，高额的设备运维成本降低了风电的经济性，此外密集的偶发性故障也带来了诸多安全问题。开展监测诊断是确保设备安全可靠运动的有效手段。然而，现有技术大多聚焦于机组动力传动系统，诸如回转支撑、增速齿轮箱、发电机等的监测与诊断。针对风机塔筒在线监测及预示的有效技术很少见诸报道。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种基于平面倾角测量的塔筒不均匀沉降监测方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种基于平面倾角测量的塔筒不均匀沉降监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将两轴(X轴、Y轴)倾角传感器分别安装于风机塔筒的底座；两轴需同步测试，每隔12小时测试一组倾角数据，测试时间长度可以根据实际情况而定(推荐大于1分钟)；每次测试所获得的X轴与Y轴两个倾角分别记为x(i)、y(i)，i取1,2,3…N；
步骤二：将步骤一所获得的同一时刻的两个方向的倾角记为二维点的形式，记为p1[x(1),y(1)]，p2[x(2),y(2)]……pN[x(N),y(N)]；将点画于二维坐标之中；
步骤三：以散点坐标为基础，建立聚类中心搜索的目标函数如下式：
Figure BDA0002433864430000011
其中，m为聚类的簇数，i表示第i个样本，j表示第j类，uij表示样本pi属于第j类的隶属度，cj表示第j类的簇中心，||*||为距离度量；
步骤四：通过迭代不断更新隶属度uij和簇中心cj直到结果达到要求，其中：
Figure BDA0002433864430000021
Figure BDA0002433864430000022
其中上述的迭代终止条件为：
Figure BDA0002433864430000023
式(4)中z为迭代次数，ε为误差阈值；
由步骤四的迭代可以获得散点的簇中心cj；
步骤五：计算簇中心到坐标原点的距离，并将其作为风机塔筒不均匀沉降的间接监测指标，称不均匀沉降指标；同时通过长时间的监测，可得到随时间变化的不均匀沉降指标变化趋势图。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：本发明利用双轴倾角传感数据，通过簇中心迭代数学算法，实时计算出中心位置位移，从而实现对地基平面不均匀沉降监测。本发明方法与已有方法相比更为简单有效，而且灵敏度高。
附图说明
图1是本发明实施例中传感器安装结构示意图。
图2是本发明实施例中塔筒倾角变化散点图。
图3是本发明实施例中迭代所得的散点中心图。
图4是本发明实施例中不均匀沉降指标的变化趋势图。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例。
本实施例中，一种基于平面倾角测量的塔筒不均匀沉降监测方法，包括以下步骤：
步骤一：将两轴(X轴、Y轴)倾角传感器分别安装于风机塔筒的底座；其中数字式倾角传感器的角度采样频率应高于10Hz，角度测量精度不得低于0.1度，两轴需同步测试，传感器安装如图1所示；每隔12小时测试一组倾角数据，测试时间长度可以根据实际情况而定(推荐大于1分钟)；每次测试所获得的X轴与Y轴两个倾角分别记为x(i)、y(i)，i取1,2,3…N；
步骤二：将步骤一所获得的同一时刻的两个方向的倾角记为二维点的形式，记为p1[x(1),y(1)]，p2[x(2),y(2)]……pN[x(N),y(N)]；将点画于二维坐标之中的散点图如图2所示；
步骤三：以散点坐标为基础，建立聚类中心搜索的目标函数如下式：
Figure BDA0002433864430000031
其中，m为聚类的簇数(本应用设置m＝1)，i表示第i个样本，j表示第j类，uij表示样本pi属于第j类的隶属度，cj表示第j类的簇中心，||*||为距离度量；
步骤四：通过迭代不断更新隶属度uij和簇中心cj直到结果达到要求，其中：
Figure BDA0002433864430000032
Figure BDA0002433864430000033
其中上述的迭代终止条件为：
Figure BDA0002433864430000034
式(4)中z为迭代次数，ε为误差阈值；
由步骤四的迭代可以获得散点的簇中心cj，图3为迭代所得的散点中心；
步骤五：计算簇中心到坐标原点的距离，并将其作为风机塔筒不均匀沉降的间接监测指标，称不均匀沉降指标；同时通过长时间的监测，可得到随时间变化的不均匀沉降指标变化趋势图，如图4所示。
本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种基于平面倾角测量的塔筒不均匀沉降监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将两轴(X轴、Y轴)倾角传感器分别安装于风机塔筒的底座；两轴同步测试，每隔12小时测试一组倾角数据，测试时间长度根据实际情况而定；每次测试所获得的X轴与Y轴两个倾角分别记为x(i)、y(i)，i取1,2,3…N；
步骤二：将步骤一所获得的同一时刻的两个方向的倾角记为二维点的形式，记为p1[x(1),y(1)]，p2[x(2),y(2)]……pN[x(N),y(N)]；将点画于二维坐标之中；
步骤三：以散点坐标为基础，建立聚类中心搜索的目标函数如下式：
Figure FDA0002433864420000011
其中，m为聚类的簇数，i表示第i个样本，j表示第j类，uij表示样本pi属于第j类的隶属度，cj表示第j类的簇中心，||*||为距离度量；
步骤四：通过迭代不断更新隶属度uij和簇中心cj直到结果达到要求，其中：
Figure FDA0002433864420000012
Figure FDA0002433864420000013
其中上述的迭代终止条件为：
Figure FDA0002433864420000014
式(4)中z为迭代次数，ε为误差阈值；
由步骤四的迭代获得散点的簇中心cj；
步骤五：计算簇中心到坐标原点的距离，并将其作为风机塔筒不均匀沉降的间接监测指标，称不均匀沉降指标；同时通过长时间的监测，得到随时间变化的不均匀沉降指标变化趋势图。
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