[發(fā)明專利]一種航空發(fā)動機機械振動故障信號特征提取方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910555424.7
• 申請日: 2019-06-25
• 公開（公告）號: CN110186684A
• 公開（公告）日: 2019-08-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 彭玉懷;潘向鵬;吳菁晶
• 申請（專利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類號: G01M15/00
• 分類號: G01M15/00
• 代理公司: 北京易捷勝知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11613
• 代理人: 韓國勝

1.一種航空發(fā)動機機械振動故障信號特征提取方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1、獲取發(fā)動機振動數(shù)據(jù)，并對獲得的振動數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)預(yù)處理；

S2、采用小波分解算法將經(jīng)過數(shù)據(jù)預(yù)處理的振動數(shù)據(jù)進行局部化分解，獲得原始振動數(shù)據(jù)的頻域特征和時域特征；

S3、在頻域特征上尋找各個頻率突變點，然后計算突變點的頻段在時域特征上的一階導(dǎo)數(shù)，若該一階導(dǎo)數(shù)大于閾值T，則將該變化作為一個待分辨特征；

S4、通過聚類算法對待分辨特征和突變點時刻發(fā)動機頻率變化的控制輸入數(shù)據(jù)進行聚類，獲得故障特征。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提取方法，其特征在于，所述聚類為故障分類；

根據(jù)發(fā)動機振動故障類型為各個故障分類命名；

所述故障類型至少包括：正常狀態(tài)、軸承對中性故障、支撐系統(tǒng)在垂直與水平面不等故障、轉(zhuǎn)子或靜子松動故障、葉片摩擦故障、密封碰摩故障、次諧波共振故障、軸承內(nèi)外環(huán)損傷故障、工作葉片裂紋故障、失衡故障、震蕩柵燒故障、旋轉(zhuǎn)失速故障、臨街轉(zhuǎn)速故障、失穩(wěn)故障、結(jié)構(gòu)共振故障。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的提取方法，其特征在于，

所述小波包分解算法要求原始振動數(shù)據(jù)的采樣頻率為10240Hz，奈奎斯特采樣頻率是5120Hz。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的提取方法，其特征在于，

所述小波包分解算法采用dmey小波函數(shù)對原始振動數(shù)據(jù)進行8層分解，得到256個頻段的時頻特征。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的提取方法，其特征在于，

所述小波包分解算法的表達式為：

其中，f(t)表示基于時間的原始震動信號，表示小波包中第j層上第i個小波包系數(shù)；G、H分別為小波分解濾波器。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提取方法，其特征在于，

所述待分辨特征的表達式為：F′_j(t)，含義為該信號在第j個頻段，t時刻的一階導(dǎo)數(shù)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的提取方法，其特征在于，所述聚類算法為自組織映射神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的提取方法，其特征在于，所述自組織映射神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法包括使用歐式距離作為判別函數(shù)：

其中d_j(x)表示自組織神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的輸出節(jié)點j與輸入節(jié)點之間的判別函數(shù)，w_ij表示各輸入單元i和神經(jīng)元j之間的連接權(quán)重，判別函數(shù)最小的為勝利者。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的提取方法，其特征在于，所述自組織映射神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法判別出獲勝節(jié)點后，假定此刻的優(yōu)勝節(jié)點為I(x)，以I(x)節(jié)點為中心，t時刻為權(quán)值調(diào)整域，計算優(yōu)勝鄰域j，鄰域函數(shù)為：

其中表示節(jié)點j與I(x)的歐氏距離，σ是一個隨時間衰減的函數(shù)，表示方式為：

σ＝σ₀*e^-t/2

其中σ₀為常數(shù)。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的提取方法，其特征在于，所述自組織映射神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法還包括更新節(jié)點參數(shù)，使用梯度下降法：

Δw_ij＝η(t)*T_j,I(x)(t)*(x_i-w_ij)。

其中，η(t)訓(xùn)練時間t和鄰域神經(jīng)元與獲勝神經(jīng)元I(x)之間的拓撲距離的關(guān)聯(lián)函數(shù)，表示的是學(xué)習(xí)效率。