[發(fā)明專利]一種EEMD多尺度波動分析狀態(tài)監(jiān)測方法及裝置

在審

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• 申請日: 2020-11-09
• 公開（公告）號: CN112697263A
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發(fā)明（設計）人: 豆春玲;寇興磊
• 申請（專利權(quán)）人: 山東柯瑞申智能科技有限公司
• 主分類號: G01H17/00
• 分類號: G01H17/00;G06F17/10
• 代理公司: 濰坊德信中恒知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(普通合伙) 37302
• 代理人: 尉金洪

本發(fā)明公開了一種EEMD多尺度波動分析狀態(tài)監(jiān)測方法及裝置，利用EEMD算法對設備振動信號進行分解，利用非線性判別算法去除噪聲分量和趨勢項，保留分形信號分量，采用三次樣條插值函數(shù)對局部極值點進行插值，利用最小二乘法擬合包絡，分離頻率調(diào)制部分，利用TEO算法估計瞬時頻率并計算相應的瞬時尺度，根據(jù)分析尺度確定振動信號去趨勢結(jié)果，計算去趨勢信號的多重分形譜，提取多重分形譜的左端點、右端點和極值點所對應的奇異指數(shù)作為設備運行狀態(tài)的特征參數(shù)，識別設備運行狀態(tài)，將上述算法部署到設備狀態(tài)監(jiān)測裝置，能夠準確區(qū)分設備運行狀態(tài)，設備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)具有良好的柔性和便攜性，便于工程應用。

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷領域，具體涉及一種EEMD多尺度波動分析狀態(tài)監(jiān)測方法及裝置。

背景技術(shù)

設備振動信號包含豐富的分形特征，這些分形特征能夠描述設備的運行狀態(tài)。盒維數(shù)、功率譜分析和重標極差方法可以估計平穩(wěn)信號的單重分形參數(shù)，去趨勢波動分析（DFA）能夠估計非平穩(wěn)信號的單重分形維數(shù)。然而，設備出現(xiàn)故障時，其振動信號通常是非平穩(wěn)的，且具有多重分形特征，這時傳統(tǒng)的分形維數(shù)估計方法會產(chǎn)生比較大的誤差。多重分形去趨勢波動分析（MFDFA）能夠估計非平穩(wěn)信號的多重分形參數(shù)，但是MFDFA方法存在著分析尺度需要人工確定、擬合多項式趨勢階數(shù)難以確定和數(shù)據(jù)段之間不連續(xù)的問題。目前，已經(jīng)有文獻提出了基于EMD的MFDFA版本（MFDFAemd），用來解決MFDFA存在的問題。然而，MFDFAemd采用的線性濾波方法容易破壞原始信號的分形結(jié)構(gòu)，且存在著負頻率現(xiàn)象，這些缺陷嚴重影響了MFDFAemd的應用效果。綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)難以準確提取設備振動信號的多重分形特征，難以準確檢測設備運行狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的問題是針對以上不足，提出一種EEMD多尺度波動分析狀態(tài)監(jiān)測方法及裝置（本發(fā)明提出的方法簡稱為MFDFAoeemd）。采用本發(fā)明所提出的方法對設備振動信號進行分析，能夠有效提取設備振動信號的多重分形特征，克服MFDFA方法存在的分析尺度需要人工確定、擬合多項式趨勢階數(shù)難以確定和數(shù)據(jù)段之間不連續(xù)的問題，解決MFDFAemd方法存在的原始信號分形結(jié)構(gòu)破壞和負頻率現(xiàn)象，具有分析結(jié)果準確度和精確度高，設備運行狀態(tài)識別結(jié)果正確率高等優(yōu)點。

為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：一種EEMD多尺度波動分析狀態(tài)監(jiān)測方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：利用加速度傳感器以采樣頻率fs測取設備振動信號x（k）, k=1, 2, …,N，N為采樣信號的長度；

步驟2：采用集合經(jīng)驗模式分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD)算法將信號x（k）分解成n個分量和一個趨勢項之和，即，其中，ci（k）代表由EEMD算法得到的第i個分量，rn（k）代表由EEMD算法得到的趨勢項，本例中，n=10；

步驟3：采用非線性判別算法從EEMD分解結(jié)果中排除噪聲分量和趨勢項，保留包含分形特征的分量cf（k）, f=1,2,…,p，p代表濾波后剩余分量的數(shù)量；

步驟4：確定cf（k）的局部極大值和局部極小值，采用三次樣條插值函數(shù)分別對cf（k）的局部極大值和局部極小值進行插值，采用最小二乘法分別擬合cf（k）的上包絡u(k)和下包絡l(k)，則cf（k）的包絡定義為，符號|x|表示對x取絕對值；

步驟5：重復執(zhí)行公式 m次，j=1,2,…,m，直到，得到cf（k）的頻率調(diào)制部分FMm(k)，ej(k)代表cj(k)的包絡，cj(k)=FM(j-1)(k)，c1(k)= cf（k）；

步驟6：采用Teager能量算子（Teager Energy Operator, TEO）計算FMm(k)的瞬時頻率，獲得cf（k）的瞬時頻率instff(k)，得到cf（k）的瞬時尺度；

步驟7：當尺度為s時，則振動信號x(k)的去趨勢結(jié)果為；