一种大型风力发电机塔筒摆动位移轨迹计算方法技术

本发明专利技术提供了一种大型风力发电机塔筒摆动位移轨迹计算方法，该方法主要是通过在风力发电机的机舱顶部部署两组GNSS天线（具体为GNSS主天线A与GNSS副天线B），风机机舱旋转过程中，GNSS主天线A与GNSS副天线B在测算到自身所在的位置的同时通过彼此位置测算出彼此方位角度的变化；再通过三角关系，利用已知塔筒中心点与GNSS主天线A与GNSS副天线B的距离和角度高效、精确地换算出风机旋转过程中塔筒中心点的位置，并实现对塔筒摆动位移轨迹的监测，可以为大型风力发电机塔筒摆动位移轨迹监测提供技术支撑。测提供技术支撑。测提供技术支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种大型风力发电机塔筒摆动位移轨迹计算方法


[0001]本专利技术涉及风力发电
，具体涉及一种大型风力发电机塔筒摆动位移轨迹计算方法。

技术介绍

[0002]目前，针对大型风力发电机塔筒摆动位移轨迹的方法较少，使用较多主要有震动仪、应力计等传统监测手段，机理是：对风力发电机塔筒的震动及应力改变进行监测。
[0003]现有技术中有涉及对载体姿态的解算，如使用欧拉角转换载体坐标系与导航坐标系进行。
[0004]现有技术中采用震动仪、应力计等传统监测手段针对大型风力发电机塔筒摆动位移轨迹进行监测，缺陷是：非常不利于后期运维、相对运维成本也较为高昂，此类技术很难保障长期高频环境下监测的准确性以及稳定性。
[0005]现有技术中采用双天线测姿等技术计算载体姿态，此类算法的核心是要明确载体（即需监测物体）的物理中心点。而根据大型风力发电机的构造结构，风力发电机很难通过传统测量方式确定其物理中心点，故无法使用上述算法对风力发电机载体的坐标系与其他坐标之间进行转换，遂无法实现使用GNSS对风力发电机塔筒摆动位移轨迹进行精准测算。
[0006]因此，研发一种能实现大型风力发电机塔筒摆动位移轨迹精准计算的方法意义重大。

技术实现思路

[0007]本专利技术目的在于提供一种能快速且高精准度获取大型风力发电机塔筒摆动位移轨迹的方法，具体是一种大型风力发电机塔筒摆动位移轨迹计算方法，具体技术方案如下：一种大型风力发电机塔筒摆动位移轨迹计算方法，包括如下步骤：步骤一、组装设备，具体是：在机舱的顶部设置GNSS主天线A与GNSS副天线B；在GNSS主天线A、GNSS副天线B以及塔筒中心点的相对位置分别设置倾斜传感器；步骤二、获取参数，具体是：获取GNSS主天线A的位置坐标以及获取GNSS副天线B的位置坐标；获取塔仓的横滚角、俯仰角以及方位角；为GNSS主天线A的第i次测量坐标，i为测量次数且其取大于等于1的自然数且小于等于k，k为测量的总次数；步骤三、通过下式计算GNSS主天线A的相位中心点与大型风力发电机的旋转中心点C在载体坐标系b中的杆臂矢量： ；其中：为第i次测量的姿态转换矩阵；为第i次测量GNSS主天线A的相位中心点与大型风力发电机的旋转中心点C在导航坐标系n中的杆臂矢量；步骤四、利用步骤三获得的GNSS主天线A的相位中心点与大型风力发电机的旋转
中心点C在载体坐标系b中的杆臂矢量通过下式获取大型风力发电机的旋转中心点C的计算坐标： ；其中：为的转置矩阵。
[0008]优选的，所述第i次的姿态转换矩阵为：；其中：其中： 。
[0009]优选的，所述倾斜传感器的X轴与机舱的纵轴平行，则有：；其中：；；。
[0010]优选的，所述步骤二中：大型风力发电机的旋转中心点C在0
°‑
360
°
之间进行旋转，且其坐标位置不变；GNSS主天线A旋转角度X后，记录一组数据，其中：数据包括GNSS主天线A的位置坐标、GNSS副天线B的位置坐标、塔仓的横滚角、塔仓的俯仰角、塔仓的方位角；X取值为5
°‑
180
°
。
[0011]优选的，所述X取值为45
°‑
90
°
。
[0012]优选的，第i次测量GNSS主天线A的相位中心点与大型风力发电机的旋转中心点C在导航坐标系n中的杆臂矢量采用下式计算得到：；其中：为大型风力发电机的旋转中心点C的平均坐标，采用下式计算得到：；其中：为GNSS主天线A的第i次测量的三维坐标，为GNSS副天线B第i次测量的三维坐标。
[0013]优选的，还包括步骤五，具体是：将大型风力发电机的旋转中心点C的计算坐标
进行展开为如下：进行展开为如下：；其中：、和为大型风力发电机的旋转中心点C在导航坐标系n中三维坐标；、和为GNSS主天线A的相位中心点在导航坐标系n中三维坐标；、和为GNSS主天线A的相位中心点与大型风力发电机的旋转中心点C在载体坐标系b三维坐标。
[0014]应用本专利技术的技术方案，该方法主要是通过在风力发电机的机舱顶部部署两组GNSS天线（具体为GNSS主天线A与GNSS副天线B），风机机舱旋转过程中，GNSS主天线A与GNSS副天线B在测算到自身所在的位置的同时通过彼此位置测算出彼此方位角度的变化；再通过三角关系，利用已知塔筒中心点与GNSS主天线A与GNSS副天线B的距离和角度高效、精确地换算出风机旋转过程中塔筒中心点的位置，并实现对塔筒摆动位移轨迹的监测，可以为大型风力发电机塔筒摆动位移轨迹监测提供技术支撑。
[0015]除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本专利技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本专利技术作进一步详细的说明。
附图说明
[0016]构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是本实施例中风力发电装备的结构示意图；图2是本实施例中旋转中心C的位置根据GNSS主天线A与GNSS副天线的位置与塔仓姿态参数换算原理图；图3是图1中风机机舱旋转位置变化示意图（示意了旋转8次，即进行了8次测量，1
‑
8次测量的计数顺序为0、1、2、3、4、5、6、7；图中仅标注了4个位置）；其中，1、安装基础，2、塔架，3、机舱，4、风轮，5、风。
具体实施方式
[0017]以下结合附图对本专利技术的实施例进行详细说明，但是本专利技术可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
[0018]实施例：参见图1，风力发电设备具体包括塔架2、机舱3和风轮4，塔架2安装在安装基础1（如地面）上，机舱3设置在塔架2上，风轮4可转动式设置在机舱3上。（具体构造可参见现有技术）。风轮上叶片的锥角为S0，叶轮中心轴线与水平面的夹角（此处为仰角）为M0，风轮中心距离安装基础高度为D0。
[0019]本实施例基于大型风力发电机塔筒摆动位移轨迹计算方法，基于北斗双天线定位定向实现，具体如下：第一步、组装设备，具体是：在机舱3的顶部设置GNSS主天线A与GNSS副天线B；在GNSS主天线A、GNSS副天线B以及塔筒中心点的相对位置分别设置倾斜传感器；详见图2。
[0020]第二步、获取参数，具体是：获取GNSS主天线A的位置坐标以及获取GNSS副天线B
的位置坐标；获取塔仓的横滚角、俯仰角以及方位角；为GNSS主天线A的第i次测量坐标，i为测量次数且其取大于等于1的自然数且小于等于k，k为测量的总次数；大型风力发电机的旋转中心点C在0
°‑
360
°
之间进行旋转，且其坐标位置不变；GNSS主天线A旋转角度X后，记录一组数据，其中：数据包括GNSS主天线A的位置坐标、GNSS副天线B的位置坐标、塔仓的横滚角、塔仓的俯仰角、塔仓的方位角；X取值为5
°‑
180
°
（可根据实际工况确定）；此处k取值为8，X取值本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大型风力发电机塔筒摆动位移轨迹计算方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、组装设备，具体是：在机舱的顶部设置GNSS主天线A与GNSS副天线B；在GNSS主天线A、GNSS副天线B以及塔筒中心点的相对位置分别设置倾斜传感器；步骤二、获取参数，具体是：获取GNSS主天线A的位置坐标以及获取GNSS副天线B的位置坐标；获取塔仓的横滚角、俯仰角以及方位角；为GNSS主天线A的第i次测量坐标，i为测量次数且其取大于等于1的自然数且小于等于k，k为测量的总次数；步骤三、通过下式计算GNSS主天线A的相位中心点与大型风力发电机的旋转中心点C在载体坐标系b中的杆臂矢量： ；其中：为第i次测量的姿态转换矩阵；为第i次测量GNSS主天线A的相位中心点与大型风力发电机的旋转中心点C在导航坐标系n中的杆臂矢量；步骤四、利用步骤三获得的GNSS主天线A的相位中心点与大型风力发电机的旋转中心点C在载体坐标系b中的杆臂矢量通过下式获取大型风力发电机的旋转中心点C的计算坐标： ；其中：为的转置矩阵。2.根据权利要求1所述的大型风力发电机塔筒摆动位移轨迹计算方法，其特征在于，所述第i次的姿态转换矩阵为：；其中：其中： 。3.根据权利要求2所述的大型风力发电机塔筒摆动位移轨迹计算方法，其特征在于，所述倾斜传感器的X轴与机舱的纵轴平行，则有：；其中：；；。4.根据权利要求1所述的大型风力发电机塔筒摆动位移轨迹计算方法，其特征在于，所述步骤二中：大型风力发电机的旋转中心点C...

【专利技术属性】
技术研发人员：李荣学，梁晓东，谢鸿，张涛，匡宇龙，孙永旭，吴勇生，
申请(专利权)人：湖南联智科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：