[發明專利]一種基于改進變分模態分解的工業過程非線性振蕩檢測方法有效
| 申請號： | 201811570914.6 | 申請日： | 2018-12-21 |
| 公開（公告）號： | CN109542089B | 公開（公告）日： | 2020-07-17 |
| 發明（設計）人： | 謝磊;陳啟明;郎恂;蘇宏業 | 申請（專利權）人： | 浙江大學 |
| 主分類號： | G05B23/02 | 分類號： | G05B23/02 |
| 代理公司： | 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224 | 代理人： | 胡紅娟 |
| 地址： | 310013 浙江*** | 國省代碼： | 浙江;33 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 一種 基于 改進 變分模態 分解 工業 過程 非線性 振蕩 檢測 方法 | ||
1.一種基于改進變分模態分解的工業過程非線性振蕩檢測方法，其特征在于，包括：
(1)采集一組待檢測工業過程的回路輸出信號；
(2)計算該回路輸出信號的頻譜和相位校正信號均值頻譜，確定模態數量和中心頻率初始值；具體過程如下：
(2-1)計算過程輸出信號x(t)的傅里葉頻譜和經過相位校正信號均值處理后的頻譜；
(2-2)根據如下公式確定模態數量K
K＝max{Kfft,KPRSA}+1
其中，Kfft表示傅里葉頻譜中的峰值個數，KPRSA表示經過相位校正信號均值處理后的頻譜的峰值個數；
(2-3)將所有峰值的頻率值作為中心頻率初始化值ωinit；
(3)設定懲罰系數的搜索范圍和步長，計算不同懲罰系數對應VMD分解得到各個模態的歸一化排列熵之和，得到求和排列熵；
(4)選取最小求和排列熵所對應的懲罰系數作為最優懲罰系數；
(5)用模態數量、中心頻率初始值和選取的懲罰系數作為參數進行VMD分解，根據歸一化排列熵和相關系數得到有效模態；有效模態的挑選規則為：歸一化相關系數大于0.2且歸一化排列熵小于0.4；其中，歸一化相關系數計算公式如下：
Cov代表協方差，uk(t)代表分解得到的模態，x(t)代表回路輸出信號，σx(t)代表回路輸出信號的標準差，代表第k個模態的標準差，ρk代表回路輸出信號x(t)和第k個模態之間的相關系數，max代表取最大值，λk代表第k個模態的歸一化相關系數；
(6)計算這些有效模態的中心頻率是否存在倍數關系，進而判斷是否存在非線性振蕩。
2.根據權利要求1所述的基于改進變分模態分解的工業過程非線性振蕩檢測方法，其特征在于，步驟(3)中，懲罰系數的搜索范圍為100至10000，步長取值為500至1000。
3.根據權利要求1所述的基于改進變分模態分解的工業過程非線性振蕩檢測方法，其特征在于，步驟(3)的具體過程為：
(3-1)從懲罰系數的取值從搜索范圍的下限到上限，間隔一個步長取一個值；
(3-2)計算每個懲罰系數所對應的VMD分解所得的各個模態的歸一化排列熵以及求和排列熵，計算公式如下：
NPEk＝PEk/ln(N-d+1)
其中，NPEk是第k個模態的歸一化排列熵值，PEk是第k個模態的原始排列熵值，N是回路輸出信號的長度，d的值取5，SPE是求和排列熵。
4.根據權利要求1所述的基于改進變分模態分解的工業過程非線性振蕩檢測方法，其特征在于，步驟(6)中，判斷是否存在非線性振蕩的具體方式為：
如果兩個或者多個有效模態之間的中心頻率滿足ωj/ωi＝k,i≠j，且|round(k)-k|≤0.2，則等效于存在倍數關系，那么這幾個有效模態就屬于同一個非線性振蕩，其中，round表示與k最鄰近的整數；
如果有單個有效模態不和其他任何模態的中心頻率存在倍數關系，那么這個模態就被視為一個單獨的線性振蕩。
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