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一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械扭振沖擊信號(hào)特征提取方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械扭振沖擊信號(hào)特征提取方法。本發(fā)明將旋轉(zhuǎn)機(jī)械扭振沖擊響應(yīng)信號(hào)看作為一組衰減響應(yīng)信號(hào)，指出扭振幅值衰減過(guò)程可以用包絡(luò)曲線來(lái)模擬，提出通過(guò)Hilbert變換來(lái)提取幅值衰減過(guò)程的包絡(luò)特性。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)包絡(luò)曲線面積來(lái)評(píng)定沖擊響應(yīng)能量，用指數(shù)函數(shù)來(lái)逼近包絡(luò)曲線。將包絡(luò)曲線取對(duì)數(shù)，得到對(duì)數(shù)包絡(luò)曲線。用斜線來(lái)逼近對(duì)對(duì)數(shù)包絡(luò)曲線，由斜線斜率和起點(diǎn)值求得沖擊響應(yīng)信號(hào)阻尼特性和沖擊幅度。這種方法充分利用了Hilbert變換對(duì)瞬態(tài)信號(hào)的包絡(luò)分析能力，簡(jiǎn)化了Prony算法，方法簡(jiǎn)便、可行。
【專利說(shuō)明】一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械扭振沖擊信號(hào)特征提取方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)信號(hào)特征提取方法，能突出反映扭振信號(hào)中的沖擊 特征，尤其適用于旋轉(zhuǎn)機(jī)械扭振監(jiān)測(cè)分析時(shí)扭振沖擊特征提取需求，進(jìn)而幫助機(jī)組開(kāi)展扭 振狀態(tài)監(jiān)測(cè)和疲勞壽命預(yù)測(cè)。主要應(yīng)用領(lǐng)域包括：動(dòng)力、冶金、石化、航空等大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械， 如壓縮機(jī)、發(fā)電機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、泵、風(fēng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)等。

【背景技術(shù)】
[0002] 在非同期并網(wǎng)、電力系統(tǒng)擾動(dòng)、甩負(fù)荷、重合閘、線路開(kāi)關(guān)操作等外界因素作用下， 汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)軸上會(huì)收到瞬態(tài)扭轉(zhuǎn)激勵(lì)，激發(fā)起次同步振蕩，形成沖擊性扭振，對(duì)機(jī)組壽 命產(chǎn)生很大危害。沖擊性扭振信號(hào)的能量和特征是汽輪發(fā)電機(jī)組扭振在線監(jiān)測(cè)和機(jī)組壽命 損耗評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)。
[0003] 汽輪發(fā)電機(jī)組扭振分析時(shí)，Prony法和ITD法是最常用的兩種瞬態(tài)信號(hào)分析方法。 Prony算法是一種能夠根據(jù)采樣值直接估算出信號(hào)幅值、頻率、衰減因子、初相角的分析方 法。該法假設(shè)按等間隔采樣的N個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)可由p個(gè)指數(shù)函數(shù)的線性組合來(lái)模擬（N > 2p)。 為了使擬合值向?qū)嶋H值逼近，根據(jù)平方誤差最小原則，采取最小二乘法求得各系數(shù)值。該 法實(shí)際使用時(shí)存在以下幾點(diǎn)缺陷：（1)算法復(fù)雜；（2)需要將觀測(cè)窗口人為分為若干段來(lái)辨 識(shí)；（3)模型階數(shù)的確定對(duì)識(shí)別結(jié)果影響較大；(4)對(duì)噪聲很敏感。ITD (隨機(jī)減量）法把環(huán) 境激勵(lì)看做是隨機(jī)激勵(lì)，根據(jù)檢測(cè)到的多個(gè)隨機(jī)響應(yīng)信號(hào)計(jì)算結(jié)構(gòu)自由衰減響應(yīng)。該法認(rèn) 為，結(jié)構(gòu)瞬態(tài)沖擊響應(yīng)由確定性部分（脈沖或階躍信號(hào)）和隨機(jī)部分組成。對(duì)測(cè)試到的響 應(yīng)信號(hào)進(jìn)行足夠多的樣本平均后，響應(yīng)的隨機(jī)部分被平均掉，剩余則為沖擊響應(yīng)信號(hào)。這種 方法能夠從含噪信號(hào)中提取微弱沖擊響應(yīng)信號(hào)，但存在以下缺點(diǎn)：（1)測(cè)試結(jié)果對(duì)初值選 取的依賴度很大。不同初值下的計(jì)算結(jié)果可能差別很大，影響了該方法的實(shí)用性和可靠性； (2)需要有足夠長(zhǎng)的樣本來(lái)做平均，一次樣本分析所需的樣本數(shù)量較大。
[0004] 本發(fā)明提出一種新的扭振沖擊信號(hào)特征提取和分析方法。本發(fā)明將扭振沖擊響應(yīng) 信號(hào)看作為一組衰減響應(yīng)信號(hào)，指出扭振幅值衰減過(guò)程可以用包絡(luò)曲線來(lái)模擬，提出通過(guò) Hilbert變換來(lái)提取幅值衰減過(guò)程的包絡(luò)特性。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)包絡(luò)曲線面積來(lái)評(píng)定沖擊 響應(yīng)能量，用指數(shù)函數(shù)來(lái)逼近包絡(luò)曲線，用斜線來(lái)逼近對(duì)包絡(luò)信號(hào)取對(duì)數(shù)值后的曲線，由斜 線斜率和起點(diǎn)值求得沖擊響應(yīng)信號(hào)阻尼特性和沖擊幅度。這種方法充分利用了 Hilbert變 換對(duì)瞬態(tài)信號(hào)的包絡(luò)分析能力，簡(jiǎn)化了 Prony算法，方法簡(jiǎn)便、可行。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提出一種新的旋轉(zhuǎn)機(jī)械扭振沖擊信號(hào)特征提取方法。
[0006] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：
[0007] -種旋轉(zhuǎn)機(jī)械扭振沖擊信號(hào)特征提取方法，本發(fā)明特征是：
[0008] 1)將扭振沖擊響應(yīng)信號(hào)看作為一組衰減響應(yīng)信號(hào)，用Hilbert變換來(lái)提取幅值衰 減過(guò)程
[0009] 的包絡(luò)曲線；
[0010] 2)根據(jù)包絡(luò)曲線面積評(píng)定沖擊響應(yīng)能量；
[0011] 3)求取對(duì)數(shù)包絡(luò)曲線，用斜線來(lái)逼近對(duì)數(shù)包絡(luò)曲線，由斜線斜率和起點(diǎn)值求得沖 擊響應(yīng)
[0012] 信號(hào)阻尼特性和沖擊幅度；
[0013] 其具體步驟為：
[0014] (1)測(cè)量原始扭振信號(hào)y(t)，用五點(diǎn)平滑法降噪得到待分析信號(hào)yi(t);
[0015] (2)應(yīng)用Hilbert變換求取待分析信號(hào)yi(t)的包絡(luò)信號(hào)；首先，計(jì)算待分析信號(hào) y! (t)的 Hilebrt 變換信號(hào) y2 (t)
[0016]

【權(quán)利要求】
1. 一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械扭振沖擊信號(hào)特征提取方法，其特征是： 1) 將扭振沖擊響應(yīng)信號(hào)看作為一組衰減響應(yīng)信號(hào)，用Hilbert變換來(lái)提取幅值衰減過(guò) 程 的包絡(luò)曲線； 2) 根據(jù)包絡(luò)曲線面積評(píng)定沖擊響應(yīng)能量； 3) 求取對(duì)數(shù)包絡(luò)曲線，用斜線來(lái)逼近對(duì)數(shù)包絡(luò)曲線，由斜線斜率和起點(diǎn)值求得沖擊響 應(yīng) 信號(hào)阻尼特性和沖擊幅度； 其具體步驟為： (1) 測(cè)量原始扭振信號(hào)y(t)，用五點(diǎn)平滑法降噪得到待分析信號(hào)yi(t); (2) 應(yīng)用Hilbert變換求取待分析信號(hào)yi(t)的包絡(luò)信號(hào)；首先，計(jì)算待分析信號(hào)yi(t) 的Hilebrt變換信號(hào) 72(〇
由原始信號(hào)yi (t)和Hilbert變換后的信號(hào)構(gòu)造新的解析信號(hào)： y3(t) = y1(t)+jy2(t) 解析信號(hào)的幅值就是實(shí)信號(hào)yi(t)的包絡(luò)信號(hào)y4(t):
(3) 設(shè)定沖擊信號(hào)的觸發(fā)閾值為b，將待分析時(shí)間段內(nèi)的包絡(luò)曲線74(〇分為若干組沖 擊事件4^ = 1，2，...，11;一組沖擊事件41的定義如下： 信號(hào)起點(diǎn)處：74(1^)〈1：|，74(1:+八 1:)彡匕 信號(hào)終點(diǎn)處：(t) >b, y4 (t+ Δ t)彡b 其中，At為采樣時(shí)間間隔； (4) 計(jì)算一組沖擊事件&的包絡(luò)面積Si
其中，h，t2為沖擊事件所對(duì)應(yīng)的起點(diǎn)和終點(diǎn)時(shí)刻； (5) 用指數(shù)衰減函數(shù)^(〇來(lái)逼近包絡(luò)曲線74(〇 y5(t) = Ae_〇t 其中，A為沖擊響應(yīng)幅值，σ為反映沖擊事件衰減快慢程度的量，與系統(tǒng)阻尼有關(guān)； (6) 求解Α和σ 將上式等號(hào)兩邊取對(duì)數(shù)得 y6(ti) = ln[y5(t)] = ln[Ae_〇t] = 1η(Α)-σ t t = Ο時(shí)刻信號(hào)y6 (tD的函數(shù)值為In (A),信號(hào)y6 (tD的斜率為-σ。
【文檔編號(hào)】G01H17/00GK104111108SQ201410338983
【公開(kāi)日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2014年7月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月16日
【發(fā)明者】彭斌, 董川, 董鴻魁, 崔海波, 周成建, 沈發(fā)榮, 楊辰曜 申請(qǐng)人:云南電力試驗(yàn)研究院（集團(tuán)）有限公司電力研究院, 云南電網(wǎng)公司技術(shù)分公司