[發明專利]一種VMD多尺度波動分析狀態監測方法及裝置

在審

• 申請號: 202011240545.1
• 申請日: 2020-11-09
• 公開（公告）號: CN112697482A
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發明（設計）人: 豆春玲;寇興磊
• 申請（專利權）人: 山東柯瑞申智能科技有限公司
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00;G01M13/021;G01M13/028;G06F17/15
• 代理公司: 濰坊德信中恒知識產權代理事務所(普通合伙) 37302
• 代理人: 尉金洪

1.一種VMD多尺度波動分析狀態監測方法，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：采用變分模式分解( Variational Mode Decomposition，VMD)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，c_i（k）代表由VMD算法得到的第i個分量，r_n（k）代表由VMD算法得到的趨勢項；

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

步驟4：確定c_f（k）的局部極大值和局部極小值，采用分段線性插值函數分別對c_f（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c_f（k）的上包絡u(k)和下包絡l(k)，則c_f（k）的包絡定義為，符號|x|表示對x取絕對值；

步驟5：重復執行公式 m次，j=1,2,…,m，直到，得到c_f（k）的頻率調制部分FM^m(k)，e^j(k)代表c^j(k)的包絡，c^j(k)=FM^(j-1)(k)，c¹(k)= c_f（k）；

步驟6：采用Teager能量算子（Teager Energy Operator, TEO）計算FM^m(k)的瞬時頻率，獲得c_f（k）的瞬時頻率instf_f(k)，得到c_f（k）的瞬時尺度；

步驟7：當尺度為s時，則振動信號x(k)的去趨勢結果為；

步驟8：將Y_s(k)分成不重疊的N_s段長度為s的數據，由于數據長度N通常不能整除s，所以會剩余一段數據不能利用；為了充分利用數據的長度，再從數據的反方向以相同的長度分段，這樣一共得到2N_s段數據；

步驟9：計算每段數據的方差：

；

步驟10：計算q階函數：

；

步驟11：改變s的取值，s=s_f，f=1,2,…,p，重復上述步驟3到步驟10，得到關于q和s的方差函數F_q(s);

步驟12：如果x(k)存在分形特征，則F_q(s)和尺度s之間存在冪律關系：F_q(s)~s^H(q)，H(q)代表x(k)的廣義Hurst指數；

當q=0時， H(0)通過下式所定義的對數平均過程來確定：

；

步驟13：計算信號x(k)的標準標度指數τ(q)=qH(q)-1，q在(-5, 5)范圍內取值；

步驟14：計算信號x(k)的奇異指數α和多重分形譜f(α)：

α=H(q)+q H^’(q),

f(α)=q(α-H(q))+1，其中H^’(q)代表H(q)的一階導數；

步驟15：提取多重分形譜f(α)的左端點、右端點和極值點所對應的奇異指數，利用這3個參數來描述設備的運行狀態。