[發(fā)明專利]一種基于改進(jìn)VMD與SVM的變頻渦旋壓縮機(jī)故障診斷方法

在審

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• 申請日: 2020-12-11
• 公開（公告）號(hào): CN112733603A
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙德安;張健
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號(hào): G06K9/00
• 分類號(hào): G06K9/00;G06K9/62;G06N3/00;F04B51/00
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本發(fā)明公開了一種基于改進(jìn)VMD與SVM的變頻渦旋壓縮機(jī)故障診斷方法，該方法分別從信號(hào)處理、特征提取和分類識(shí)別三個(gè)方面對變頻渦旋壓縮機(jī)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行處理分析，首先進(jìn)行變頻渦旋壓縮機(jī)的振動(dòng)測試試驗(yàn)，針對變頻渦旋壓縮機(jī)的正常、渦旋盤故障、軸承故障和曲軸故障不同狀態(tài)下分別采集振動(dòng)加速度信號(hào)，得到不同故障類型的數(shù)據(jù)樣本；利用包絡(luò)熵?相關(guān)性指標(biāo)作為適應(yīng)度函數(shù)，采用麻雀搜索算法(SSA)優(yōu)化變分模態(tài)分解(VMD)算法處理變頻渦旋壓縮機(jī)振動(dòng)信號(hào)，得到不同尺度的本征模態(tài)函數(shù)；計(jì)算不同本征模態(tài)函數(shù)的多尺度排列熵，構(gòu)成特征向量，輸入基于支持向量機(jī)(SVM)建立起來的分類器進(jìn)行訓(xùn)練和預(yù)測分類，判斷出變頻渦旋壓縮機(jī)的故障類型。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及變頻渦旋壓縮機(jī)故障診斷技術(shù)領(lǐng)域，特別是基于改進(jìn)VMD與SVM的變頻渦旋壓縮機(jī)故障診斷方法。

背景技術(shù)

隨著經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，變頻渦旋壓縮機(jī)是一種工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的關(guān)鍵機(jī)械設(shè)備，被廣泛應(yīng)用于新能源汽車空調(diào)、制冷、空氣壓縮等系統(tǒng)中，且應(yīng)用領(lǐng)域還在不斷擴(kuò)大。由于變頻渦旋壓縮機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的好壞從根本上決定了整個(gè)系統(tǒng)的使用壽命，而且隨著工作時(shí)間的變化，其性能指標(biāo)也在變化著，而振動(dòng)參數(shù)是變頻渦旋壓縮機(jī)常見的故障特征。因此，振動(dòng)信號(hào)的分析是故障診斷的常用手段，這對變頻渦旋壓縮機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測與診斷，特別是對變頻渦旋壓縮機(jī)早期故障診斷方法的研究具有非常重要的意義。

由于變頻渦旋壓縮機(jī)振動(dòng)小，噪聲低，工作頻率會(huì)隨外界工況的不同而變化，再加上各種噪聲的干擾，須把它當(dāng)作非平穩(wěn)信號(hào)來進(jìn)行處理，這就使得振動(dòng)信號(hào)的分析處理會(huì)比一般機(jī)械復(fù)雜得多，傳統(tǒng)的信號(hào)處理方法有：小波變換、經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(EMD)、局部均值分解(LMD)等。盡管上述方法在渦旋壓縮機(jī)故障診斷領(lǐng)域取得了一些不錯(cuò)的效果但是都存在著一些問題難以達(dá)到理想效果。與經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(EMD)、局部均值分解(LMD)遞歸篩選方法不同，變分模態(tài)分解(VMD)是通過求解變分模態(tài)最優(yōu)解的方式實(shí)現(xiàn)模態(tài)分解，有著堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，并能有效避免遞歸篩選方法產(chǎn)生的模態(tài)混疊、端點(diǎn)效應(yīng)等問題，也不用像小波變換那樣選取基函數(shù)。然而，VMD算法中分解層數(shù)和懲罰因子的選擇對算法結(jié)果影響很大，除此之外，在提取到比較全面的特征信息之后，怎樣構(gòu)造特性向量，怎樣對故障類型進(jìn)行識(shí)別都成為變頻渦旋壓縮機(jī)故障診斷的重點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，為解決上述問題，提出了一種基于改進(jìn)VMD與SVM的變頻渦旋壓縮機(jī)故障診斷方法，該方法從信號(hào)處理、特征提取和分類識(shí)別三個(gè)方面對變頻渦旋壓縮機(jī)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行處理分析，實(shí)現(xiàn)渦旋壓縮機(jī)故障的準(zhǔn)確診斷。

1、本發(fā)明解決上述問題的技術(shù)方案是：一種基于改進(jìn)VMD與SVM的變頻渦旋壓縮機(jī)故障診斷方法，包括以下步驟：

(a)進(jìn)行變頻渦旋壓縮機(jī)振動(dòng)測試試驗(yàn)，采集不同故障狀態(tài)下的振動(dòng)加速度信號(hào)；

(b)采用麻雀搜索算法(SSA)優(yōu)化VMD算法，獲得待分析信號(hào)分解效果最佳的分解參數(shù)；

(c)利用最優(yōu)[K,α]參數(shù)組合完成VMD分解，得到所有的模態(tài)分量；

(d)計(jì)算各模態(tài)分量的多尺度排列熵，構(gòu)成特征向量；

(e)將特征向量集輸入至基于支持向量機(jī)分類器中，進(jìn)行訓(xùn)練，并預(yù)測分類。

2、根據(jù)步驟(a)所述的變頻渦旋壓縮機(jī)振動(dòng)測試試驗(yàn)，試驗(yàn)平臺(tái)上安裝了用于固定變頻渦旋壓縮機(jī)的氣缸、模擬壓縮機(jī)工作環(huán)境的測試管路和控制柜，在渦旋壓縮機(jī)上方安裝加速度傳感器，用來采集壓縮機(jī)運(yùn)行過程中的加速度信號(hào)；在控制柜中放置恒流源、調(diào)理模塊、控制板、NI數(shù)據(jù)采集卡PCI6259、艾普斯可編程直流電源等；NI數(shù)據(jù)采集卡PCI6259用于對小野振動(dòng)傳感器NP-3331B測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集；恒流源用于對加速度傳感器供電，轉(zhuǎn)換出標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)；艾普斯可編程直流電源用于對渦旋壓縮機(jī)的變頻板進(jìn)行高直流供電。