[發(fā)明專利]一種貫流式水輪機振動信號分離方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110480143.7
• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113221986B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馮建軍;李康;羅興锜;朱國俊;吳廣寬
• 申請（專利權(quán)）人: 西安理工大學
• 主分類號: G06K9/62
• 分類號: G06K9/62;G06K9/00;G01H9/00
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所 61214
• 代理人: 羅笛

1.一種貫流式水輪機振動信號分離方法，其特征在于，采用一種水輪機振動數(shù)據(jù)采集試驗系統(tǒng)，包括依次連通的進水管(1)、轉(zhuǎn)輪室(5)、尾水管(6)，所述進水管(1)內(nèi)根據(jù)水流方向依次設(shè)置有燈泡體(2)、導葉(3)，所述導葉(3)連接有轉(zhuǎn)輪(4)，所述轉(zhuǎn)輪(4)位于轉(zhuǎn)輪室(5)內(nèi)，所述轉(zhuǎn)輪室(5)的外側(cè)設(shè)置有激光測振儀(7)，所述激光測振儀(7)通過導線電連接有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(8)，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(8)連接有控制臺(9)，具體按照如下步驟實施：

步驟1，一種水輪機振動數(shù)據(jù)采集試驗系統(tǒng)，水流依次經(jīng)過進水管(1)、燈泡體(2)、導葉(3)、轉(zhuǎn)輪(4)以及尾水管(6)；

步驟2，采用激光測振儀(7)對轉(zhuǎn)輪(4)的振動速度信號進行采集，并將測量數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(8)發(fā)送到控制臺(9)，得到振動速度信號采樣后的時間序列x(t)；

步驟3，將步驟2中采集到的振動速度信號x(t)通過低通濾波器進行濾波得到濾波后的振動速度信號x₁(t)；

步驟4，對濾波后的振動速度信號x₁(t)進行去均值處理，得到處理后的振動速度信號x′₁(t)，x′₁(t)的計算方法為：

x′₁(t)＝x₁(t)-E(x₁(t)) (1)

其中，E(x₁(t))表示振動速度信號的均值，x₁(t)表示經(jīng)步驟3濾波后的振動速度信號x₁(t)；

其中，N表示振動速度信號的長度；

步驟5，對步驟4中去均值處理后的振動速度信號x′₁(t)進行白化處理，得到白化處理后的信號z(t)，z(t)計算方法為：

z(t)＝Qx'(t) (3)

其中，Q為白化矩陣；

由于白化信號滿足以下的公式(4)，其中，I為單位向量；

E{z(t)z(t)^T}＝E(Qx'(t)x'(t)^TQ^T)＝I (4)

對處理后的振動速度信號x′₁(t)的協(xié)方差矩陣R_xx＝{x′₁(t)x′₁(t)^T}進行特征值分解得到以下公式:

R_XX＝EDE^T (5)

其中，E為一個正交矩陣，其組成來自于協(xié)方差矩陣的特征向量，D為一個對角矩陣，其組成來自于特征向量關(guān)聯(lián)的特征值；

根據(jù)(4)和(5)可得到白化矩陣為：

步驟6，對白化處理后的信號為z(t)進行變分模態(tài)分解，得到分解后的信號u(t)；具體為：

步驟6.1，輸入振動信號z(t)，確定初始化模態(tài)數(shù)K，設(shè)定懲罰因子α和帶寬τ；

步驟6.2，根據(jù)步驟6.1中設(shè)定的參數(shù)對振動信號進行變分模態(tài)分解，觀察每個模態(tài)分量的中心頻率ω_k；

步驟6.3，判斷中心頻率ω_k與空化特征頻率f是否相近，判斷方法如下：

當|ω_k-f|≤0.001時，則確定模態(tài)數(shù)K＝K-1，執(zhí)行步驟6.4；

當|ω_k-f|0.001時，則確定模態(tài)數(shù)K＝K+1，返回步驟6.2；

步驟6.4，輸出分解后的信號u(t)；

步驟7，用主成分分析對分解后的信號u(t)進行降維處理，得到新的信號u’(t)；

步驟8，將u’(t)進行獨立分量分析，分離出信號u。