[發明專利]一種基于PSO-NLM權重包絡的單向閥故障診斷方法

在審

• 申請號: 202010981649.1
• 申請日: 2020-09-17
• 公開（公告）號: CN112183266A
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發明（設計）人: 黃國勇;李鍶宇
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G01M13/003;G06N3/00
• 代理公司: 昆明明潤知識產權代理事務所(普通合伙) 53215
• 代理人: 王鵬飛

本發明涉及一種基于PSO?NLM權重包絡的單向閥故障診斷方法，屬于機械故障診斷及信號處理領域。本發明首先運用粒子群優化算法以單向閥原始振動信號經過NLM濾波處理后信號的包絡熵最小作為目標函數選取NLM最優參數；然后，對于NLM算法取平均值的特性在濾波處理時會將部分沖擊特征均值化，直接利用最優參數NLM加權運算得到的信號樣本點權值分布曲線作為包絡信號，從權重角度使故障沖擊得到增強；最后，對權值分布曲線進行包絡譜分析，有效提取單向閥故障特征頻率實現故障診斷。本發明與現有技術相比，主要避免信號分解篩選導致部分信息丟失的問題，能有效提取大量背景噪聲條件下單向閥故障特征頻率。

技術領域

本發明涉及一種基于PSO-NLM權重包絡的單向閥故障診斷方法，屬于機械故障診斷及信號處理領域。

背景技術

礦漿管道輸送是于20世紀60年代興起的一種新的固體物料運輸方式。往復式高壓隔膜泵是礦漿管道運輸時提供動力的核心設備，單向閥是其核心零部件較其他部件更易發生故障。高壓隔膜泵的工作運行狀態是否正常對于礦漿管道輸送的安全、穩定、高效運行起著關鍵作用，直接影響到企業的工作進程與生產效益。

在實際工程應用中，高壓隔膜泵單向閥運行環境惡劣、沖擊壓力及頻次較大，導致故障分析數據采集困難。故障信號表現出多層次性、耦合性和復雜性，致使高壓隔膜泵單向閥故障特征頻率難以提取。目前對于單向閥振動信號采用分解和篩選分量的方式會導致部分有用信息的丟失，而傳統的NLM濾波效果受背景噪聲影響較大，且NLM算法取平均值的特性會導致信號沖擊特征均值化，影響故障特征頻率的提取。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種基于PSO-NLM權重包絡的單向閥故障診斷方法，有效解決大量背景噪聲下，單向閥故障特征頻率難以提取的問題。

本發明的技術方案是：一種基于PSO-NLM權重包絡的單向閥故障診斷方法，采用粒子群算法選擇NLM的最優參數組合，用最優參數NLM加權運算得到的信號樣本點權值分布曲線作為包絡信號，最后對信號進行包絡譜分析提取故障特征頻率，與理論故障特征頻率進行比對，實現單向閥故障診斷。

具體步驟為：

Step1：運用粒子群優化算法，以單向閥原始振動信號經過NLM濾波處理后，振動信號的包絡熵的最小值作為目標函數選取NLM最優參數。

Step2：對于NLM算法取平均值特性在濾波處理時會將部分沖擊特征均值化，直接利用最優參數NLM加權運算得到的信號樣本點權值分布曲線作為包絡信號。

Step3：對權值分布曲線進行包絡譜分析，提取單向閥的特征頻率。

Step4：與單向閥理論故障特征頻率進行比對，對單向閥進行故障診斷。

所述Step1具體步驟為：

(1)NLM算法原理如下：

u為無噪聲真實信號，n為背景噪聲信號，則實際帶噪聲信號y表示為：

y＝u+n

以去噪點t為搜索區域，索區域內N(t)所包含的所有點的權重平均值K(t)可表示為：

其中，Z(t)為歸一化因子，Z(t)計算公式如下：

Z(t)＝∑_s∈N(t)w(t,s)

其中，w(t,s)表示權重，權重計算公式為：

式中，權重w(t,s)值的大小取決于t和s兩點領域塊之間歐式距離的平方和d²(t,s)，權重w(t,s)取值滿足如下兩個條件：

0≤w(t,s)/Z(t)≤1