[發明專利]基于階比濾波器的旋轉設備轉速波動源提取方法

有效

• 申請號: 201710942856.4
• 申請日: 2017-10-11
• 公開（公告）號: CN107782909B
• 公開（公告）日: 2019-12-10
• 發明（設計）人: 谷立臣;劉丹
• 申請（專利權）人: 西安建筑科技大學
• 主分類號: G01P3/44
• 分類號: G01P3/44;H03H17/02;H03M1/12
• 代理公司: 61200 西安通大專利代理有限責任公司
• 代理人: 田洲

本發明公開一種基于階比濾波器的旋轉設備轉速波動源提取方法，包括階比濾波器設計原理和基于階比濾波器的旋轉設備轉速波動源提取流程。階比濾波器用于角度域中，利用雙線性變換法可求得其系統函數；結合階比分析法，將變轉速工況下回轉部件的時間域非平穩轉速波動序列轉換為角度域平穩轉速波動序列，由離散傅里葉變換求得其轉速階比幅值譜，在此基礎上，設計階比濾波器并對角度域平穩轉速波動序列進行濾波，獲得各待分析階比分量角度域轉速波動序列，經角度—時間轉換后，實現時間域中各待分析階比分量轉速波動序列的有效分離。本發明能夠解決了變轉速下旋轉設備各轉速波動源的提取問題，為變轉速下旋轉設備運行狀態監測和故障溯源提供了新思路和新方法。

技術領域

本發明屬于旋轉設備運行狀態監測領域，特別涉及一種旋轉設備轉速波動源提取方法。

背景技術

旋轉設備幾乎涉及到工業、民用、國防等領域的各種關鍵設備，但無論是簡單機械還是復雜裝備，大都處于變轉速的工作狀態，此時，設備的振動信號出現調頻、調幅、調相等非平穩特征，且易受傳遞路徑的影響，因此，振動分析并不能有效地實現變轉速下旋轉設備的狀態監測與性能評價。與振動信號相比，轉速波動信號能夠直接反映回轉部件的運動和動力學信息，且信號傳遞路徑短，信噪比高，但由于設備在實際服役過程中，常常疊加了多種轉速波動成份，給旋轉設備狀態監測及故障溯源造成困難，因此，在變轉速下將各轉速波動成份進行有效地分離變得至關重要。

變轉速工況下，旋轉設備的轉頻與各諧波轉頻均隨時間變化，但兩者比值，即階比不變，因此，采用階比分析方法獲得的轉速階比幅值譜圖能夠反映各轉速波動成份及其能量分布，算法簡單，且去除了與轉頻無關的分量，但其無法揭示各轉速波動成份隨設備轉速變化的歷程；若采用時變濾波器對轉速波動序列進行濾波，可獲得各波動成份隨時間變化的轉速波動曲線，但關鍵問題在于中心頻率和濾波帶寬的準確獲取，運算過程相當復雜，且由于計算誤差，保留了較多的噪聲成份，因此，為了準確地獲取各轉速波動成份隨設備轉速變化的歷程及避免復雜的運算，需要從算法和思路上進行改進。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于階比濾波器的旋轉設備轉速波動源提取方法，以解決上述問題。本發明以階比分析法和雙線性變換法為依據，設計多個階比濾波器并同時追蹤各待分析階比分量，獲得角度域各待分析階比分量轉速波動序列，再從角度域轉換到時間域，實現轉速波動源在時域中的分離，為變轉速工況下旋轉設備轉速波動過程提取提供了新思路和新方法，并為旋轉設備狀態監測、性能評估和故障溯源提供了理論基礎與方法支持。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

基于階比濾波器的旋轉設備轉速波動源提取方法，包括：

步驟1：變轉速工況下，測得回轉部件的轉速方波，經數據采集卡A/D采樣后，利用測速算法求得其非平穩瞬時轉速序列s(n)；

步驟2：去除轉速變化趨勢項，獲得時間域非平穩轉速波動序列x(n)，對其進行階比分析，獲得角度域平穩轉速波動序列y(n)和轉速階比幅值譜；

步驟3：采用雙線性變換法設計多個階比濾波器H(Ls)；

步驟4：利用步驟3設計的多個階比濾波器同時對平穩轉速波動序列y(n)進行濾波，獲得各待分析階比分量角度域轉速波動序列y1(n)、y2(n)…；

步驟5：根據階比分析時間—角度轉換原理，對各待分析階比分量角度域轉速波動序列y1(n)、y2(n)…進行角度—時間轉換，實現時間域各待分析階比分量轉速波動序列x1(n)、x2(n)…的有效分離。

進一步的，所述階比濾波器為帶通數字濾波器。

進一步的，所述階比濾波器用于角度域中。