一种输电线路二道保护绳张力监测控制方法、设备及介质与流程

本发明属于控制系统，尤其涉及一种输电线路二道保护绳张力监测控制方法、设备及介质。

背景技术：

1、在特高压及跨区域电网的高空施工过程中，导线展放、紧线等作业通常需要通过保护绳进行安全防护，现有保护绳随动控制系统一般由传感器采集保护绳端的张力信号和卷筒转角信号，再由比例积分微分调节器计算目标扭矩，控制电机带动卷筒转动，从而调节保护绳的收放速度，使保护绳张力和下垂量保持在要求范围内。

2、在导线展放、紧线和锚线过程中，强风会使保护绳发生摆动，牵引机构的抽动也会使保护绳受到高频交变载荷，当保护绳在快速松弛和瞬时拉紧之间反复变化时，现有控制系统容易出现跟随滞后和控制超调，若通过增大低通滤波器的平滑周期来抑制信号波动，又会带来额外的相位滞后，并可能引起低频振荡，另一方面，当保护绳逐渐收紧并接近拉紧状态时，其实时垂度会快速减小，采用悬垂线几何模型计算相关状态参数时，若垂度作为公式分母并逐渐趋近于零，容易出现计算数值发散，使状态观测器输出发生突变，进而造成驱动控制不稳定和扭矩超调，此外，大减速比传动机构存在齿轮反向间隙和静摩擦阻力，在卷筒换向以及张力变化率过零时，会形成传动死区，使控制输出不能及时克服机械间隙和静摩擦，导致换向响应迟滞，现有电子控制回路与机械锁止结构之间通常也缺少分级联动控制，在供电中断或驱动偏差超限时，电控部分不能及时带动机械结构完成锁定，容易出现安全锁止延时，例如，授权公告号为cn121028518b的中国发明专利公开了一种导地线放线张力自适应控制方法及系统，通过频带能量分布来判定波动成分，但其在处理多档距干扰时，对振动信号的主导频率及相位信息提取存在滞后，难以满足波动工况下的实时补偿需求，针对现有控制手段在干扰识别与相位匹配上的局限，如何实现对振动干扰的准确辨识与动态解耦，是提升放线张力控制精度的关键技术问题。

3、因此，如何避免保护绳接近拉紧状态时悬垂计算出现数值异常，减小传动间隙和静摩擦对换向响应的影响，并提高电子控制与机械锁止之间的配合能力，是现有输电线路保护绳张力控制过程中需要解决的问题。

技术实现思路

1、为解决背景技术中的问题，本发明的技术方案如下：一种输电线路二道保护绳张力监测控制方法，包含以下步骤：

2、步骤s1，同步采集保护绳的实时张力信号与卷筒转角信号，利用卡尔曼滤波器处理实时张力信号与卷筒转角信号，输出去噪张力数据与卷筒角速度数据；

3、步骤s2，根据卷筒角速度数据推算实时垂度，取实时垂度与预设下垂量下限中的最大值生成平滑下垂参量，依据平滑下垂参量与去噪张力数据计算出悬垂预紧张力分量与动态扰动张力分量；

4、步骤s3，根据悬垂预紧张力分量与预设基准张力的偏差计算稳态跟随控制量，依据动态扰动张力分量与卷筒角加速度计算前馈补偿控制量，依据系统转动惯量与卷筒角加速度计算惯性补偿扭矩，若卷筒角加速度符号与动态扰动张力分量的微分变化率符号相反，则生成死区偏置扭矩，将稳态跟随控制量、前馈补偿控制量、惯性补偿扭矩与死区偏置扭矩求和得到目标扭矩指令；

5、步骤s4，监测微分变化率与系统供电电压，若微分变化率大于动态变化率上限或系统供电电压小于欠压门限，则切断驱动机构动力输出回路，并控制机械自锁机构咬合锁定卷筒。

6、优选的，在步骤s2中，依据平滑下垂参量与去噪张力数据计算出悬垂预紧张力分量与动态扰动张力分量包含以下子步骤：步骤s21，依据公式：，计算悬垂预紧张力分量；其中，为保护绳单位长度质量，为作业跨度长度，为平滑下垂参量，为重力加速度，为保护绳自重重力；步骤s22，将去噪张力数据减去悬垂预紧张力分量，得出动态扰动张力分量。

7、优选的，在步骤s3中，生成死区偏置扭矩包含以下子步骤：步骤s31，提取卷筒角加速度的正负方向标识作为第一符号，提取微分变化率的正负方向标识作为第二符号；步骤s32，实时比对第一符号与第二符号，当第一符号与第二符号不一致，或者微分变化率发生过零交越时，输出固定幅值的脉冲扭矩作为死区偏置扭矩，以补偿驱动传动链的反向齿轮间隙与静摩擦力矩，在步骤s1中，利用卡尔曼滤波器处理实时张力信号与卷筒转角信号包含以下子步骤：步骤s11，构建以真实张力与张力变化率为变量的状态向量，设定针对离散时间步进的状态转移矩阵以及关联观测变量的测量矩阵；步骤s12，以预设采样频率获取实时张力信号的离散序列，利用状态转移矩阵与测量矩阵对状态向量更新，滤除离散序列中的高频噪声分量，映射输出去噪张力数据与卷筒角速度数据。

8、优选的，步骤s4还包含一级告警控制步骤，切断驱动机构动力输出回路为二级锁止响应步骤：步骤s41，在一级告警控制步骤中，若微分变化率小于或等于动态变化率上限，且去噪张力数据大于绝对张力上限，则向驱动机构下发降速指令，并将目标扭矩指令钳位至恒扭矩保载模式对应的预设扭矩值；步骤s42，在二级锁止响应步骤中，当微分变化率大于动态变化率上限，或系统供电电压小于欠压门限，或控制系统响应目标扭矩指令的实际偏差时间大于预设时间门限时，阻断电磁制动器的供电电源，以触发机械自锁机构，在步骤s3中，计算稳态跟随控制量与前馈补偿控制量包含以下子步骤：步骤s33，将预设基准张力与悬垂预紧张力分量的偏差乘以卷筒半径并除以减速比与传动效率的乘积，输出电机轴端基础扭矩作为稳态跟随控制量；步骤s34，对卷筒角速度数据求导获得卷筒角加速度，利用预设微分增益系数对微分变化率进行乘积放大得出前馈补偿控制量。

9、优选的，在步骤s42中，触发机械自锁机构包含：当电磁制动器失电时，复位弹簧驱动对称布置于卷筒侧端的双组棘爪向棘轮外齿运动；棘爪的齿形角度与棘轮齿槽几何型面匹配，在棘爪嵌入棘轮齿槽后形成超越自锁结构，阻断卷筒向保护绳松弛方向的转动自由度；电磁制动器的摩擦盘在失电状态下由弹簧力压紧于制动盘表面，形成机械摩擦与齿形咬合的双重物理锁止。

10、优选的，预设下垂量下限的数值为0m至0.01m；动态优选的，在步骤s21中，取实时垂度与预设下垂量下限中的最大值生成平滑下垂参量包含：当监测到随动收紧过程使实时垂度减小且满足时，向状态观测器强制写入替换作为数学分母输入项，以阻断悬垂预紧张力分量因分母趋近零位引发的数值发散。

11、优选的，还包含在步骤s1之前的参数标定步骤：提取保护绳的材质密度与截面积计算出单位长度质量，测量放线作业档距获取跨度长度数据，将单位长度质量与跨度长度数据固化至存储器中，作为计算过程中的静态常量。

12、一种输电线路二道保护绳张力监测控制设备，包括：存储器，用于存储计算机程序指令；处理器，用于执行计算机程序指令以实现所述方法的步骤。

13、一种输电线路二道保护绳张力监测控制介质，输电线路二道保护绳张力监测控制介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现方法的步骤。

14、相对于现有技术，本发明一种输电线路二道保护绳张力监测控制方法、设备及介质，具有以下优势：

15、1、在一种输电线路二道保护绳张力监测控制中，通过设置平滑下垂参量对实时垂度进行下限限制，可避免保护绳逐渐收紧并接近拉紧状态时，因垂度趋近于零而引起悬垂计算数值发散，从而减少状态观测结果突变以及由此产生的控制打滑和扭矩波动，同时，将实时张力分为悬垂预紧张力分量和动态扰动张力分量，使保护绳自身下垂状态与风偏、牵引抽动等快速扰动能够分别处理，减小高频载荷对稳态张力调节的影响，使目标扭矩指令在保护绳趋紧过程中保持较为平滑的变化，提高随动收紧时的控制稳定性。

16、2、通过死区偏置扭矩对传动机构的反向齿轮间隙和静摩擦力矩进行补偿，可在卷筒换向或张力变化率过零时及时克服传动死区，减小因机械间隙造成的换向等待和张力波动，由此，可使驱动机构在保护绳收放方向发生变化时更快建立有效传动力矩，降低换向过程中出现响应迟滞和控制超调的可能，使保护绳张力调节更加连续、平稳。

17、3、通过对张力变化情况、实际张力以及系统供电状态进行分级判断，使一般超限工况和失电、驱动异常等严重工况能够采用不同的处理方式，在一般异常情况下，可先通过降速和恒扭矩保载减缓张力冲击；在供电异常或驱动响应持续异常时，则通过机械自锁机构直接限制卷筒向保护绳松弛方向转动，这样既可减小瞬时冲击对保护绳张力的影响，又可避免系统失电后单纯依赖电子控制，在高空输电线路施工出现异常工况时提高卷筒锁止的及时性和可靠性。