[發(fā)明專利]一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)故障信號(hào)特征信息的提取方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810868394.0
• 申請(qǐng)日: 2018-08-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108731945B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-12-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉曉波;高慶生;辜振譜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南昌航空大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M15/02
• 分類號(hào): G01M15/02
• 代理公司: 36128 贛州智府晟澤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)
• 代理人: 鄒圣姬

1.一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)故障信號(hào)特征信息的提取方法，其特征在于，包括如下過(guò)程：

一、航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子碰摩振動(dòng)信號(hào)的采集；通過(guò)電渦流位移傳感器，按確定的時(shí)間間隔或采樣頻率測(cè)取一定數(shù)量的航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子在某個(gè)采樣時(shí)段的碰摩振動(dòng)信號(hào)x[n]，n＝0,1,…，N-1；

二、對(duì)采集航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的碰摩振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行降噪處理，具體步驟為：

(1)構(gòu)建離散傅里葉變換函數(shù)信號(hào)，由式

對(duì)x[n]，n＝0,1,…，N-1進(jìn)行展開(kāi)，展開(kāi)得到

其中，N信號(hào)采樣長(zhǎng)度；

令N＝2k、X[0]與為實(shí)數(shù)，

得到

其中，Re{z₁[n]}為z₁[n]的實(shí)部；

(2)以LTH-FS方式篩選搜索AFIBFs信號(hào)分量，由式

令N₀＝0、N_M＝(-1+N/2)，

得到

三、重構(gòu)信號(hào)，提取轉(zhuǎn)子系統(tǒng)故障信號(hào)特征信息，具體步驟為：

(1)航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子原始信號(hào)的分解重構(gòu)，由式，

其中，1＜n＜N；

令，m＝N-n+1，

得到Hankel矩陣的矢量表達(dá)為

其中，u_i∈R^m×1，v_i∈R^n×1，i＝1,2,…p，p＝min(m，n)；

令A(yù)_i∈R^m×n為Hankel矩陣的行矢量，Q_i，l為A_i的第一列行矢量，H_i，n為A_i除去最后一列矢量第一行數(shù)值的子列矢量，從而構(gòu)造原始信號(hào)的分量信號(hào)Q_i，其矢量表達(dá)為Q_i，l∈R^l×n，H_i，n∈R^(m-l)×n，

按σ₁≥σ₂≥…≥σ_p≥0的順序依次展開(kāi)，得到信號(hào)分解為

X_l＝Q_1，1+Q_2，1+…+Q_p，1

其中，A_i為Q_i，1，Q_i，2，…Q_i，m，Q_i，m∈R^l×n行矢量的疊加，A的行矢量為X₁，X₂，…X_m，X_m∈R^l×n；

令，H_i，n為列矢量H_i，n∈R^(m-1)×1的疊加，A的列矢量為

得到航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子原始信號(hào)的分解重構(gòu)為

(2)提取航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)故障信號(hào)的特征信息，

在分解重構(gòu)后的原始信號(hào)中，包含噪聲的離散碰摩振動(dòng)信號(hào)為x(i)＝s(i)+n(i)，i＝1,2，…，N

其中，s(i)為目標(biāo)信號(hào)，n(i)為噪聲信號(hào)，N為信號(hào)采樣長(zhǎng)度；

由此構(gòu)造離散碰摩振動(dòng)信號(hào)x(i)的Hankel矩陣為A＝A_s+A_n

其中，A_s為目標(biāo)信號(hào)s(i)的Hankel矩陣，A_n為噪聲信號(hào)n(i)的Hankel矩陣，且A_s，A_n∈R^m×n；

再由此構(gòu)造無(wú)噪聲目標(biāo)信號(hào)s(i)中Hankel矩陣A_s的奇異值近似矢量陣σ(A_s)＝(σ_s1,σ_s2,…,σ_sk,0,…,0)

其中，p＝min(m，n)為矩陣的長(zhǎng)；

再由此構(gòu)造Hankel矩陣的奇異值矩陣，令其奇異值排序?yàn)棣?Sub>A＝(σ₁,σ₂,…,σ_p)，并進(jìn)行后向差分，得到

b_i＝σ_i-σ_i+1,i＝1,2，…,p-1；

再由所有的奇異值差分值構(gòu)成奇異值差分譜序列B＝(b₁,b₂，…,b_p-1)

其中，當(dāng)奇異值數(shù)值顯著突變時(shí)，在奇異值差分譜上即出現(xiàn)奇異值差分譜曲線峰值，該點(diǎn)即為信號(hào)突變點(diǎn)，即為航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)故障發(fā)生的起始位置，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子碰摩振動(dòng)信號(hào)中所包含的故障信息的有效提取。