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一種旋轉(zhuǎn)機械扭振沖擊信號特征提取方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種旋轉(zhuǎn)機械扭振沖擊信號特征提取方法。本發(fā)明將旋轉(zhuǎn)機械扭振沖擊響應(yīng)信號看作為一組衰減響應(yīng)信號，指出扭振幅值衰減過程可以用包絡(luò)曲線來模擬，提出通過Hilbert變換來提取幅值衰減過程的包絡(luò)特性。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)包絡(luò)曲線面積來評定沖擊響應(yīng)能量，用指數(shù)函數(shù)來逼近包絡(luò)曲線。將包絡(luò)曲線取對數(shù)，得到對數(shù)包絡(luò)曲線。用斜線來逼近對對數(shù)包絡(luò)曲線，由斜線斜率和起點值求得沖擊響應(yīng)信號阻尼特性和沖擊幅度。這種方法充分利用了Hilbert變換對瞬態(tài)信號的包絡(luò)分析能力，簡化了Prony算法，方法簡便、可行。
【專利說明】一種旋轉(zhuǎn)機械扭振沖擊信號特征提取方法

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

【背景技術(shù)】
[0002] 在非同期并網(wǎng)、電力系統(tǒng)擾動、甩負(fù)荷、重合閘、線路開關(guān)操作等外界因素作用下， 汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)軸上會收到瞬態(tài)扭轉(zhuǎn)激勵，激發(fā)起次同步振蕩，形成沖擊性扭振，對機組壽 命產(chǎn)生很大危害。沖擊性扭振信號的能量和特征是汽輪發(fā)電機組扭振在線監(jiān)測和機組壽命 損耗評價的重要指標(biāo)。
[0003] 汽輪發(fā)電機組扭振分析時，Prony法和ITD法是最常用的兩種瞬態(tài)信號分析方法。 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個數(shù)據(jù)點可由p個指數(shù)函數(shù)的線性組合來模擬（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 法實際使用時存在以下幾點缺陷：（1)算法復(fù)雜；（2)需要將觀測窗口人為分為若干段來辨 識；（3)模型階數(shù)的確定對識別結(jié)果影響較大；(4)對噪聲很敏感。ITD (隨機減量）法把環(huán) 境激勵看做是隨機激勵，根據(jù)檢測到的多個隨機響應(yīng)信號計算結(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）和隨機部分組成。對測試到的響 應(yīng)信號進(jìn)行足夠多的樣本平均后，響應(yīng)的隨機部分被平均掉，剩余則為沖擊響應(yīng)信號。這種 方法能夠從含噪信號中提取微弱沖擊響應(yīng)信號，但存在以下缺點：（1)測試結(jié)果對初值選 取的依賴度很大。不同初值下的計算結(jié)果可能差別很大，影響了該方法的實用性和可靠性； (2)需要有足夠長的樣本來做平均，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特征提取和分析方法。本發(fā)明將扭振沖擊響應(yīng) 信號看作為一組衰減響應(yīng)信號，指出扭振幅值衰減過程可以用包絡(luò)曲線來模擬，提出通過 Hilbert變換來提取幅值衰減過程的包絡(luò)特性。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)包絡(luò)曲線面積來評定沖擊 響應(yīng)能量，用指數(shù)函數(shù)來逼近包絡(luò)曲線，用斜線來逼近對包絡(luò)信號取對數(shù)值后的曲線，由斜 線斜率和起點值求得沖擊響應(yīng)信號阻尼特性和沖擊幅度。這種方法充分利用了 Hilbert變 換對瞬態(tài)信號的包絡(luò)分析能力，簡化了 Prony算法，方法簡便、可行。


【發(fā)明內(nèi)容】

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

【權(quán)利要求】
1. 一種旋轉(zhuǎn)機械扭振沖擊信號特征提取方法，其特征是： 1) 將扭振沖擊響應(yīng)信號看作為一組衰減響應(yīng)信號，用Hilbert變換來提取幅值衰減過 程 的包絡(luò)曲線； 2) 根據(jù)包絡(luò)曲線面積評定沖擊響應(yīng)能量； 3) 求取對數(shù)包絡(luò)曲線，用斜線來逼近對數(shù)包絡(luò)曲線，由斜線斜率和起點值求得沖擊響 應(yīng) 信號阻尼特性和沖擊幅度； 其具體步驟為： (1) 測量原始扭振信號y(t)，用五點平滑法降噪得到待分析信號yi(t); (2) 應(yīng)用Hilbert變換求取待分析信號yi(t)的包絡(luò)信號；首先，計算待分析信號yi(t) 的Hilebrt變換信號 72(〇
由原始信號yi (t)和Hilbert變換后的信號構(gòu)造新的解析信號： y3(t) = y1(t)+jy2(t) 解析信號的幅值就是實信號yi(t)的包絡(luò)信號y4(t):
(3) 設(shè)定沖擊信號的觸發(fā)閾值為b，將待分析時間段內(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： 信號起點處：74(1^)〈1：|，74(1:+八 1:)彡匕 信號終點處：(t) >b, y4 (t+ Δ t)彡b 其中，At為采樣時間間隔； (4) 計算一組沖擊事件&的包絡(luò)面積Si
其中，h，t2為沖擊事件所對應(yīng)的起點和終點時刻； (5) 用指數(shù)衰減函數(shù)^(〇來逼近包絡(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 將上式等號兩邊取對數(shù)得 y6(ti) = ln[y5(t)] = ln[Ae_〇t] = 1η(Α)-σ t t = Ο時刻信號y6 (tD的函數(shù)值為In (A),信號y6 (tD的斜率為-σ。
【文檔編號】G01H17/00GK104111108SQ201410338983
【公開日】2014年10月22日 申請日期: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 申請人:云南電力試驗研究院（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