[发明专利]基于卡尔曼滤波器的轨道阀阀位测量系统及方法

说明书

本申请公开了一种基于卡尔曼滤波器的轨道阀阀位测量系统及方法，包括：布置于轨道阀上的陀螺仪和霍尔传感器，还包括控制器，所述控制器通过数据采集器与陀螺仪和霍尔传感器相连接；所述数据采集器获取陀螺仪和霍尔传感器的测量数据，控制器构建卡尔曼滤波器，控制所述数据采集器对陀螺仪测量数据进行量测更新，得到更新后的一步预测第一状态向量与一步预测系统协方差量；根据预测系统协方差量获得更新的卡尔曼滤波器的增益矩阵；根据所述增益矩阵进一步更新当前第一状态向量与当前系统协方差量。本发明通过融合霍尔传感器与陀螺仪数据，解决了单一传感器测量精度较差的问题。

技术领域

本申请涉及阀门领域的阀位检测技术，尤其涉及一种基于卡尔曼滤波器的轨道阀阀位测量系统及方法。

背景技术

轨道阀作为单阀座双向密封的球阀综合了闸阀、球阀、截止阀和旋塞阀的优点，在输气管道上广泛应用。轨道阀通常配置有反馈阀门阀位反馈器。反馈器配合现场PLC(可编程逻辑电路)系统可实现阀门开关状态的远程反馈，为管理阀门的监控系统提供相应的阀门位置信号输出。但受现有轨道阀结构限制，集成的反馈器主要用于供现场操作人员观察，直接与PLC系统结合采样精度有限，而且现场PLC系统与传感器间的线缆敷设受到控制手轮操作干扰，会对管道上附属设施的装卸造成不良影响。

采用非接触式传感器进行阀门旋转量的采集，目前通用性传感器有陀螺仪、霍尔传感器等。双向霍尔传感器能够对间隔摆放的铁磁物块进行计数，还能辨别增减方向。在轨道阀手轮上安装齿条状圆盘，即可采集阀门的旋转量。然而，在阀门转动过程中，难以避免垂直于旋转面的震动干扰，造成霍尔传感器计数误差。陀螺仪存在温漂、时漂、随机干扰等多种误差，使其难以单独应用于旋转测量系统中。因此，如何实现高效精确的轨道阀阀位测量，成为当前面临的重要技术问题。

发明内容

本申请实施例提供一种基于卡尔曼滤波器的轨道阀阀位测量系统及方法，解决高效精确的轨道阀阀位测量的就技术问题。

本申请的技术方案中提供一种基于卡尔曼滤波器的轨道阀阀位测量系统，包括：布置于轨道阀上的陀螺仪和霍尔传感器，还包括控制器，所述控制器通过数据采集器与陀螺仪和霍尔传感器相连接；其中，

所述数据采集器获取包括陀螺仪阀门转角、陀螺仪角速度、陀螺仪常值偏差、陀螺仪测量噪声的陀螺仪测量数据，获取包括霍尔传感器阀门转角、霍尔传感器测量噪声的霍尔传感器测量数据；所述控制器根据陀螺仪测量数据确定出陀螺仪下一个阀门转角预估值，具体方式为：

θ(k+1)＝θ(k)+(ω(k)-b(k)+w(k))dt

其中，θ(k+1)下一个陀螺仪阀门转角预估值，θ(k)为当前陀螺仪阀门转角，ω(k)为当前陀螺仪角速度，b(k)为当前陀螺仪常值偏差，w(k)为当前陀螺仪测量噪声，dt为测量周期，k表示当前为第k次测量，k+1表示当前为第k+1次测量；

根据霍尔传感器阀门转角、霍尔传感器测量噪声，确定霍尔传感器的阀门转角测量值，具体方式为：

z(k)＝θ(k)+v(k)

其中，k表示当前为第k次测量，z(k)为误差校正后的霍尔传感器的阀门转角测量值，θ(k)为检测到的霍尔传感器真实阀门转角，v(k)为霍尔传感器测量噪声；

以陀螺仪阀门转角作为第一状态向量，以采用霍尔传感器的阀门转角测量值估计得到的陀螺仪常值偏差作为第二状态向量，构建卡尔曼滤波器，所述卡尔曼滤波器为：

其中，系统状态矩阵为：

系统量测向量为：H＝[1 0]

状态向量矩阵为：

k表示第k次测量，k-1表示第k-1次测量，