一种基于智能压电阻尼器的输电塔监测方法及设备与流程

1.本技术涉及输电塔监测领域，尤其涉及一种基于智能压电阻尼器的输电塔监测方法及设备。


背景技术：

2.高压输电塔是一种高柔性结构，对风荷载、地震等动力作用比较的敏感，容易产生较大的动力响应，长期进行结构振动，容易对结构产生不良的影响，使高压电塔造成累积性损伤，容易发生安全隐患。
3.现有的高压输电塔一般在塔底安装阻尼器，来提高高压电塔的整体抗振动的特性，但是对于塔顶的风荷载造成的振动，难以做到有效的缓震，又加上高压电缆一般承载于塔顶处，对于塔顶安全问题极为重要，并且难以对塔顶的安全进行有效的监测，往往在事故发生后才能知晓，存在滞后性，且人工巡检的成本大，效率低，对工作人员的安全也难以保障。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供了一种基于智能压电阻尼器的输电塔监测方法及设备，用于解决如下技术问题：高压输电塔的顶端结构易受到风力影响造成损坏，并且难以对高压输电塔的顶部结构进行监测，易造成安全隐患。
5.本技术实施例采用下述技术方案：一方面，本技术实施例提供了一种基于智能压电阻尼器的输电塔监测方法，所述方法包括：将预设的若干智能压电阻尼器安装在输电塔各分段中；对所述输电塔各分段中的风阻振动进行计算，得到各分段的阻尼控制力；根据所述阻尼控制力，对所述智能压电阻尼器进行电场强度调节，得到阻尼约束力；根据所述阻尼约束力，对所述智能压电阻尼器进行压电驱动控制，得到实际阻尼力；将所述阻尼控制力与所述实际阻尼力进行对比，得到对比信息；并将所述对比信息发送到监控中心，以实现对输电塔结构安全的监测。
6.本技术实施例通过安装在输电塔各个分段中的智能压电阻尼器，将输电塔受到的风阻振动进行缓冲，并通过检测智能压电阻尼器的实际阻尼力，来判断阻尼器能否正常工作，能否正常抑制输电塔结构的动力响应。有利于对输电塔顶部结构做到及时的监测，及时发现阻尼器的异常情况，从而排除输电塔的安全隐患，有利于对输电塔塔顶的安全做到及时防护，减少事故隐患的滞后性，降低了人工巡检的成本，大大减少了输电塔结构损坏后造成的安全隐患。
7.在一种可行的实施方式中，将预设的若干智能压电阻尼器安装在输电塔各分段中，具体包括：识别所述输电塔各分段的位置；其中，所述输电塔各分段为输电塔塔身与输电塔塔臂相交的区域分段；将若干所述智能压电阻尼器按照自上而下的顺序，依次安装在所述输电塔各分段的位置处；将所述输电塔分段进行标号处理，得到分段标号。
8.本技术实施例通过对输电塔顶部进行分段标号，能够准确的获取到每个输电塔分
段的阻尼器的具体情况，有利于对输电塔的整体安全情况的监测。
9.在一种可行的实施方式中，对所述输电塔各分段中的风阻振动进行计算，得到各分段的阻尼控制力，具体包括：通过安装在所述输电塔的风阻传感器，对所述输电塔进行风阻受力结构分析，并构建风阻响应结构模型；确定出所述风阻响应结构模型中的响应矩阵；其中所述响应矩阵包括以下任意一项或多项：质量矩阵、阻尼矩阵以及刚度矩阵；通过所述响应矩阵与预设的评价函数，对状态方程进行状态求解，得到所述阻尼控制力；其中，所述状态方程为所述响应矩阵对应计算所得。
10.本技术实施例通过对外部风阻受力的计算，得到输电塔每个分段风荷载的动力响应所产生的对于输电塔结构作用的力，通过实时的检测与计算，能够准确的计算出风阻产生的动力响应，有利于后续对输电塔结构的安全性的判断。
11.在一种可行的实施方式中，通过所述响应矩阵与预设的评价函数，对状态方程进行状态求解，得到所述阻尼控制力，具体包括：通过所述输电塔的风阻传感器，得到风阻向量组；其中，所述风阻向量组至少包括以下任一项或多项：风力控制向量、风速向量以及塔身振动位移向量；通过所述响应矩阵、所述风阻向量以及风力位置向量，构建风阻控制运动方程；其中，所述风力位置向量为根据风力控制向量计算所得；将所述风阻控制运动方程进行结构运动状态的转化，得到所述状态方程；通过所述评价函数，对所述状态方程进行线性二次型控制求解，得到输电塔风阻的所述阻尼控制力。
12.在一种可行的实施方式中，根据所述阻尼控制力，对所述智能压电阻尼器进行电场强度调节，得到阻尼约束力，具体包括：根据所述阻尼控制力以及所述智能压电阻尼器的螺栓参数，对所述智能压电阻尼器的电场强度进行计算，得到驱动电场强度；通过所述驱动电场强度以及预设的阻尼形状系数，对所述智能压电阻尼器的螺栓正压力进行计算，得到所述智能压电阻尼器的阻尼约束力；其中，所述阻尼形状系数为根据所述智能压电阻尼器的螺栓参数计算所得。
13.在一种可行的实施方式中，所述阻尼形状系数为根据所述智能压电阻尼器的螺栓参数计算所得，具体包括：将预设的压电陶瓷弹性模量以及预设的压电陶瓷横截面积进行倒数运算，得到压电陶瓷参数；将预设的螺栓有效长度，与预设的螺栓弹性模量以及预设的螺栓横截面积进行比值运算，得到所述螺栓参数；对所述压电陶瓷参数以及所述螺栓参数进行比值计算，得到所述阻尼形状系数。
14.在一种可行的实施方式中，根据所述阻尼约束力，对所述智能压电阻尼器进行压电驱动控制，得到实际阻尼力，具体包括：根据所述阻尼约束力以及预设的最优控制参数，确定出所述智能压电阻尼器中的最优阻尼力；根据所述最优阻尼力，将预设的压电陶瓷驱动器中的驱动电压进行调整，得到驱动电压；根据所述驱动电压，将所述智能压电阻尼器结构中的层间相对速度进行改变，得到相对速度参数；将所述阻尼约束力与所述相对速度参数进行除法计算，得到所述实际阻尼力。
15.本技术实施例通过调整智能压电阻尼器中的压电陶瓷阻尼器中的电压，来调整其结构中的摩擦力，然后通过计算得到实际阻尼力，有利于对压电阻尼器实际产生的阻尼力进行判断，来判断压电阻尼器是否已经损坏，或者老化后达不到对输电塔结构振动缓冲的最低效果。
16.在一种可行的实施方式中，将所述阻尼控制力与所述实际阻尼力进行对比，得到
对比信息，具体包括：获取所述输电塔各分段中的所述阻尼控制力与所述实际阻尼力；将每个分段中的所述阻尼控制力与所述实际阻尼力进行对比计算，得到每个分段的阻尼对比值；将所述每个分段的阻尼对比值与每个分段的第一预设阈值进行对比计算，得到所述对比信息；其中，所述对比信息至少包括以下任一项或多项：比对值、所述阻尼对比值、所述阻尼控制力以及所述实际阻尼力。
17.在一种可行的实施方式中，将所述对比信息发送到监控中心，以实现对输电塔结构安全的监测，具体包括：对每个分段中所述对比信息的比对值进行大小判断；若所述对比信息中的比对值大于第二预设阈值，则将所述对比信息以及分段标号，发送到所述监控中心，以实现对输电塔结构安全的监测；若所述对比信息中的比对值小于或等于第二预设阈值，则将所述对比信息在数据后端进行记录存储。
18.本技术实施将发生故障的压电阻尼器的对比信息以及对应的分段标号发送给输电塔的监控中心中，方便维修人员及时的查看，并对事故的具体情况作出相应的处理策略，有利于对输电塔安全的及时监测，减少输电塔的安全隐患。
19.另一方面，本技术实施例还提供了一种基于智能压电阻尼器的输电塔监测设备，包括：至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有能够被所述至少一个处理器执行的指令，以使所述至少一个处理器能够执行上述任一实施方式所述的一种基于智能压电阻尼器的输电塔监测方法。
20.本技术提供了一种基于智能压电阻尼器的输电塔监测方法及设备，通过将智能压电阻尼器所产生的实际阻尼力与风阻产生的动力响应力相对比，来判断阻尼器能否正常工作，能否正常抑制输电塔结构的动力响应，有利于对输电塔顶部结构做到及时的监测，及时发现阻尼器的异常情况，从而排除输电塔的安全隐患，有利于对输电塔塔顶的安全做到及时防护，减少事故隐患的滞后性，降低了人工巡检的成本，大大减少了输电塔结构损坏后造成的安全隐患。
附图说明
21.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：图1为本技术实施例提供的一种基于智能压电阻尼器的输电塔监测方法流程图；图2为本技术实施例提供的一种输电塔安装结构示意图；图3为本技术实施例提供的一种基于智能压电阻尼器的输电塔监测设备的结构示意图；其中，图2中的标号1、2、3、4分别代表输电塔的1号分段、2号分段、3号分段以及4号分段；图3中的附图标号300为基于智能压电阻尼器的输电塔监测设备，标号301为该设备中的处理器，标号302为该设备中的存储器。
具体实施方式
22.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术中的技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施
例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护的范围。
23.需要说明的是，压电阻尼器只是一个构件，使用在不同地方或不同工作环境就有不同的阻尼作用，本技术中采用的智能压电阻尼器为压电陶瓷阻尼器，其他类型的压电阻尼器也均可实现本技术中所涉及监测方法，在本技术中不做限定。
24.本技术实施例提供了一种基于智能压电阻尼器的输电塔监测方法，如图1所示，基于智能压电阻尼器的输电塔监测方法具体包括步骤101-105：步骤101、将预设的若干智能压电阻尼器安装在输电塔各分段中。
25.具体地，识别输电塔各分段的位置。其中，输电塔各分段为输电塔塔身与输电塔塔臂相交的区域分段。将若干智能压电阻尼器按照自上而下的顺序，依次安装在输电塔各分段的位置处。将输电塔分段进行标号处理，得到分段标号。
26.在一个实施例中，图2为本技术实施例提供的一种输电塔安装结构示意图。如图2所示，在输电塔上部的塔身与塔臂的交界区域安装智能压电阻尼器，并将该区域自上而下进行区域分段，并将每个分段进行标号，得到分段标号，也就是图2中1、2、3、4分别所表示的1号分段、2号分段、3号分段以及4号分段。
27.步骤102、对输电塔各分段中的风阻振动进行计算，得到各分段的阻尼控制力。
28.具体地，通过安装在输电塔的风阻传感器，对输电塔进行风阻受力结构分析，并构建风阻响应结构模型。确定出风阻响应结构模型中的响应矩阵。其中，响应矩阵包括以下任意一项或多项：质量矩阵、阻尼矩阵以及刚度矩阵。
29.进一步地，通过输电塔的风阻传感器，得到风阻向量组。其中，风阻向量组至少包括以下任一项或多项：风力控制向量、风速向量以及塔身振动位移向量。通过响应矩阵、风阻向量以及风力位置向量，构建风阻控制运动方程。其中，风力位置向量为根据风力控制向量计算所得。将风阻控制运动方程进行结构运动状态的转化，得到状态方程；通过评价函数，对状态方程进行线性二次型控制求解，得到输电塔风阻的阻尼控制力。
30.作为一种可行的实施方式，通过输电塔的风阻传感器，对输电塔进行风阻力的分析，然后构建风阻响应结构模型，得到质量矩阵f，阻尼矩阵g，以及刚度矩阵h，然后根据，得到风阻控制运动方程，其中，j为风阻向量，l为风力位置向量，u为风力控制向量，x为塔身振动位移向量，为风速向量，为风力加速度向量，将风阻控制运动方程转化为对应的状态方程，即，其中，状态向量，，，，a、b、d为状态中间量矩阵，y=c0z为观测向量，然后将风力控制向量u以及评价函数再与风阻控制运动方程进行结合，最终得到输电塔风阻的阻尼控制力，其中，q为线性二次型lqr控制算法中的半正定矩阵，r为线性二次型lqr控制算法中的正定矩阵，m为反馈增益矩阵，且，反馈参数p还满足。
31.步骤103、根据阻尼控制力，对智能压电阻尼器进行电场强度调节，得到阻尼约束力。
32.具体地，根据阻尼控制力以及智能压电阻尼器的螺栓参数，对智能压电阻尼器的电场强度进行计算，得到驱动电场强度。通过驱动电场强度以及预设的阻尼形状系数，对智能压电阻尼器的螺栓正压力进行计算，得到智能压电阻尼器的阻尼约束力。
33.其中，阻尼形状系数为根据智能压电阻尼器的螺栓参数计算所得。首先将预设的压电陶瓷弹性模量以及预设的压电陶瓷横截面积进行倒数运算，得到压电陶瓷参数。将预设的螺栓有效长度，与预设的螺栓弹性模量以及预设的螺栓横截面积进行比值运算，得到螺栓参数。然后对压电陶瓷参数以及螺栓参数进行比值计算，得到阻尼形状系数。
34.作为一种可行的实施方式，根据，得到驱动电场强度e，其中，l为螺栓有效长度，y为螺栓弹性模量，a为是压电陶瓷驱动器的横截面积，s为螺栓横截面积，d为压电陶瓷驱动器的轴向压电应变常数，ε为库伦参数。根据，得到阻尼形状系数k，其中，为压电陶瓷参数，为螺栓参数，p为压电陶瓷驱动器的轴向高度。根据，得到智能压电阻尼器的阻尼约束力，f0为压电陶瓷阻尼器的预紧固力。
35.步骤104、根据阻尼约束力，对智能压电阻尼器进行压电驱动控制，得到实际阻尼力。
36.具体地，根据阻尼约束力以及预设的最优控制参数，确定出智能压电阻尼器中的最优阻尼力。根据最优阻尼力，将预设的压电陶瓷驱动器中的驱动电压进行调整，得到驱动电压。根据驱动电压，将智能压电阻尼器结构中的层间相对速度进行改变，得到相对速度参数。将阻尼约束力与相对速度参数进行除法计算，得到实际阻尼力。
37.作为一种可行的实施方式，根据，得到最优阻尼力，其中，w为最优控制参数，z为状态向量，然后根据最优阻尼力对压电陶瓷驱动器中的驱动电压进行对应的调整，其中，每一个最优阻尼力对应一个驱动电压u(t)，根据，得到智能压电阻尼器的实际阻尼力f3，其中，β为库伦电荷量，sgn(x)相对速度参数。
38.步骤105、将阻尼控制力与实际阻尼力进行对比，得到对比信息，并将对比信息发送到监控中心，以实现对输电塔结构安全的监测。
39.具体地，获取输电塔各分段中的阻尼控制力f1与实际阻尼力f3。将每个分段中的阻尼控制力f1与实际阻尼力f3进行对比计算，得到每个分段的阻尼对比值。将每个分段的阻尼对比值与每个分段的第一预设阈值进行对比计算，得到对比信息。其中，对比信息至少包括以下任一项或多项：比对值、阻尼对比值、阻尼控制力以及实际阻尼力。
40.进一步地，对每个分段中对比信息的比对值进行大小判断。若对比信息中的比对值大于第二预设阈值，则将对比信息以及分段标号，发送到监控中心，以实现对输电塔结构安全的监测。若对比信息中的比对值小于或等于第二预设阈值，则将对比信息在数据后端
进行记录存储。
41.在一个实施例中，如图2所示，对于2号分段来说，首先将2号分段获取的阻尼控制力以及实际阻尼力进行对比计算，得到2号分段的阻尼对比值，将该阻尼对比值再与2号分段中的第一预设阈值进行对比计算，得到对比信息的对比值，并与2号分段中第二预设阈值进行大小判断，若2号分段中的对比值大于第二预设阈值，则将2号分段中的对比信息与分段标号信息一起发送给输电塔的监控中心中，方便工作人员的审查与处理决策的形成，若2号分段中对比值小于或等于第二预设阈值，则将2号分段的对比信息，放在数据后端进行记录存储，有利于输电塔安全信息的管理。
42.另外，本技术实施例还提供了一种基于智能压电阻尼器的输电塔监测设备，如图3所示，基于智能压电阻尼器的输电塔监测设备300具体包括：至少一个处理器301，以及，与至少一个处理器301通信连接的存储器302。其中，存储器302存储有能够被至少一个处理器301执行的指令，以使至少一个处理器301能够执行：对输电塔各分段中的风阻振动进行计算，得到各分段的阻尼控制力；根据阻尼控制力，对智能压电阻尼器进行电场强度调节，得到阻尼约束力；根据阻尼约束力，对智能压电阻尼器进行压电驱动控制，得到实际阻尼力；将阻尼控制力与实际阻尼力进行对比，得到对比信息；并将对比信息发送到监控中心，以实现对输电塔结构安全的监测。
43.本技术提供了一种基于智能压电阻尼器的输电塔监测方法及设备，通过将智能压电阻尼器所产生的实际阻尼力与风阻产生的动力响应力相对比，来判断阻尼器能否正常工作，能否正常抑制输电塔结构的动力响应，有利于对输电塔顶部结构做到及时的监测，及时发现阻尼器的异常情况，从而排除输电塔的安全隐患，有利于对输电塔塔顶的安全做到及时防护，减少事故隐患的滞后性，降低了人工巡检的成本，大大减少了输电塔结构损坏后造成的安全隐患。
44.本技术中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
45.上述对本技术特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
46.以上所述仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说，本技术的实施例可以有各种更改和变化。凡在本技术实施例的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。