[發明專利]一種基于二元經驗模態分解的轉子軸心軌跡提純方法

有效

• 申請號: 201410269605.0
• 申請日: 2014-06-17
• 公開（公告）號: CN104165686B
• 公開（公告）日: 2017-10-03
• 發明（設計）人: 黃傳金;楊世錫;陳曉;宋海軍;周銅;孟雅俊;雷文平;李凌均
• 申請（專利權）人: 中州大學
• 主分類號: G01H17/00
• 分類號: G01H17/00
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司41119
• 代理人: 胡泳棋

技術領域

本發明涉及一種基于二元經驗模態分解的轉子軸心軌跡提純方法，屬于旋轉機械設備技術領域。

背景技術

軸心軌跡作為旋轉機械的一個重要的狀態特征參量，能簡單、直觀、形象地反映設備的運行狀況，它反映了轉子的實際運行狀況。轉子軸心軌跡由轉子同一截面互相垂直方向(例如x方向和y方向)的振動信號組成。

目前對軸心軌跡提純作了大量研究，包括基于諧波窗方法的轉子軸心軌跡提純；用短時傅里葉變換瞬態提純軸心軌跡；用廣義諧波小波提純轉子軸心軌跡；用集成經驗模態分解和空間流形學習算法提純軸心軌跡；采用數學形態學濾波器提純軸心軌跡；采用提取短時軸心軌跡陣列的方法以及采用時頻切片技術提取旋轉機械轉子軸心軌跡的方法。上方法存在一個共有的特性，就是采用一維數字信號處理方法分別分析處理x方向和y方向的振動信號，然后將各個方向分析處理的結果組成轉子軸心軌跡。這種特性可總結為采用一維的數字信號處理方法分別處理兩個一維的數字信號，然后組成一個二維信號。實際上轉子軸心軌跡是一個包含互相垂直方向(如水平方向x和垂直方向y)振動信號的二維信號。在旋轉的過程中，轉子軸心軌跡并不是固定不變的，而上述文獻成果只在二維平面上顯示軸心軌跡，不能觀察轉子軸心軌跡隨時間的變化情況，即不能在三維空間中顯示軸心軌跡。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于二元經驗模態分解的轉子軸心軌跡提純方法，以解決采用一維數字信號處理方法分別分析處理x方向和y方向的振動信號所導致不能觀察轉子軸心軌跡隨時間的變化情況的問題。

本發明的技術方案是：一種基于二元經驗模態分解的轉子軸心軌跡提純方法，該軸心軌跡提純方法包括以下步驟：

1)采集轉子外表面同一截面互相垂直方向的振動信號，將這兩個互相垂直的信號組成一個復數信號作為二元旋轉信號；

2)采用二元經驗模態分解將上述二元旋轉信號按照旋轉速度從高到底的順序分解為系列二元形式的復數信號之和；

3)對分解出的二元復數信號進行全矢譜分析；

4)根據全矢譜分析各個復數信號的頻率信息，將頻率為基頻或小于基頻的復數信號相加得到信號即為轉子的軸心軌跡。

所述步驟1)中的二元旋轉信號為：

z(t)＝x(t)+jy(t)

其中x(t)為水平方向上的振動信號，y(t)為垂直方向上的振動信號。

所述步驟2)中采用二元經驗模態分解將復數信號z(t)分解為系列復數cm(t)之和包括以下步驟：

a)將復數信號投影到N個方向，并將同一時刻t內同一方向所有復數信號的投影值相加，形成N個隨時間變化的信號，第k個方向的投影值可用下式表示：

其中為第k個方向上的投影信號，為系列給定的投影方向，

b)提取第k個方向投影信號的極值點對應的時刻

c)對極值點進行插值擬合得到方向的包絡曲線

d)計算所有包絡曲線的平均值m(t)，

e)從原始信號中減去均值信號得到

S^B[z](t)＝z(t)-m(t)；

f)重復上述過程并求解：

當SD在0.2～0.3時，停止本次迭代過程，分解獲得第1個旋轉分量，記為c₁(t)，

g)從原始信號中把第一個旋轉分量分解出來，獲得新的待分解信號r₁(t)＝z(t)-c₁(t)，若r₁(t)仍為旋轉復合信號，對其重復以上步驟，獲得其他的旋轉信號c_m(t)，直至從待分解信號中分解不出新的旋轉信號。

所述步驟a)中的復值信號中投影方向個數N為6個。

所述的步驟3)的全矢譜分析過程包括以下步驟：

A)對步驟2)分解得到的二元旋轉的復數信號c_m(t)進行復傅里葉變換，得到結果如下：

其中c_mn為c_m(t)的數據序列表示形式，M為序列c_m的長度；

B)根據復傅里葉變換后的結果計算復數信號c_m(t)的全矢譜R_ak，

其中Z_Rk、Z_Ik分別為Z_k的實部和虛部。