[發(fā)明專利]一種基于EMD的松脫件質(zhì)量估計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110244693.9
• 申請(qǐng)日: 2021-03-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112949069B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-10-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬波;張柳;譚逸;盛林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京化工大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G06F30/17;G01N3/303
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

1.一種基于EMD的松脫件質(zhì)量估計(jì)方法，其特征在于，包括以下3個(gè)步驟：

步驟一：沖擊信號(hào)采集與EMD處理

首先通過(guò)在反應(yīng)堆壓力容器底部布置3個(gè)加速度傳感器實(shí)時(shí)采集不同質(zhì)量松脫件沖擊信號(hào)用于后續(xù)質(zhì)量估計(jì)函數(shù)模型建立；記所采集沖擊信號(hào)為A(t)；

基于Hertz理論，小球質(zhì)量M表述為：

M(V₀,f)＝3.93k_h^-2.5V₀^0.5R^0.5f^2.5 (1)

式中，f為信號(hào)主頻率，k_h為材料常數(shù)，V₀為松脫件碰撞速度，R為小球半徑，μ₁、μ₂、E₁、E₂分別代表小球與平板的泊松比與彈性模量；

為準(zhǔn)確估算小球質(zhì)量，關(guān)鍵在于碰撞速度V₀與主頻率f；沖擊信號(hào)中存在其它振動(dòng)波成分干擾，為提取信號(hào)主頻率f，需將其它振動(dòng)波成分分離；信號(hào)A(t)經(jīng)EMD處理后，表述為：

式中，imf_i代表各階IMF分量，c_n(t)代表殘余項(xiàng)；

步驟二：主要IMF成分確定與特征提取

信號(hào)A(t)經(jīng)EMD處理后，得到代表不同頻率成分的各階IMF分量imf_i，為保證質(zhì)量估計(jì)精度，需篩選出集中信號(hào)主要信息的IMF成分imf_m，imf_m幅值應(yīng)盡量接近原信號(hào)，同時(shí)其主要能量集中頻率需與原信號(hào)保持一致，imf_m選取標(biāo)準(zhǔn)由下式表述：

imf_m＝imf_i[max(A_i),f_i→f₀] (4)

式中，A_i為各階IMF分量波形峰值，f_i為各階IMF分量主要能量集中頻帶，f₀為原信號(hào)主要能量集中頻帶；

根據(jù)Hertz碰撞理論如式1所示，質(zhì)量M取決于信號(hào)主頻率f及碰撞速度V₀，其中碰撞速度變化在信號(hào)特征中表現(xiàn)為信號(hào)波形幅值的變化，提出質(zhì)量估計(jì)特征M_E，由下式表述：

M_E＝lg(rms/f) (5)

式中，rms為信號(hào)有效值，N為采樣點(diǎn)數(shù)，x_i為一組數(shù)據(jù)中各點(diǎn)幅值，令信號(hào)主頻率f為imf_m頻譜中峰值對(duì)應(yīng)頻率；

步驟三：質(zhì)量估計(jì)函數(shù)模型建立及質(zhì)量估計(jì)

采用平滑曲線擬合方法，得到由質(zhì)量估計(jì)特征M_E表示的質(zhì)量估計(jì)函數(shù)m＝M(M_E)，采用指數(shù)函數(shù)模型，表述如下：

式中，a、b為待確定參數(shù)，通過(guò)平滑曲線擬合方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合后即得出a、b具體值；

令不同高度下質(zhì)量估計(jì)函數(shù)為j＝1，2…，n；其中n為不同跌落高度條件數(shù)量，表述如下：

其中，a_j和b_j為不同高度質(zhì)量估計(jì)函數(shù)中待確定參數(shù)；

任選一高度下質(zhì)量估計(jì)函數(shù)曲線，令最小質(zhì)量沖擊信號(hào)所得特征值為M_E1，最大質(zhì)量沖擊信號(hào)所得特征值為M_En，在區(qū)間[M_E1，M_Er]內(nèi)等間隔取r點(diǎn)，r100，令各高度下質(zhì)量估計(jì)曲線對(duì)應(yīng)點(diǎn)M_EL；所得質(zhì)量值為m_jL，有：

根據(jù)點(diǎn)(M_EL,m_JL)，L＝1，2,…,r，采用平滑曲線法重新擬合函數(shù)，得到最終質(zhì)量估計(jì)函數(shù)模型M_m(M_E)；

采集實(shí)時(shí)信號(hào)經(jīng)步驟一與步驟二處理后，代入質(zhì)量估計(jì)函數(shù)模型M_m(M_E)，得到最終質(zhì)量估計(jì)值。