[發(fā)明專利]基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的軸貫流式水輪機空化初生判定方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202211221136.6
• 申請日: 2022-10-08
• 公開（公告）號: CN115452126A
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馮建軍;高菉浛;羅興锜;門弈;朱國俊;吳廣寬
• 申請（專利權(quán)）人: 西安理工大學(xué)
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00;F03B11/00;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所 61214
• 代理人: 王奇

1.一種基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的軸貫流式水輪機空化初生判定方法，其特征在于，具體包括如下步驟：

步驟1，采集軸貫流式水輪機轉(zhuǎn)輪的徑向振動速度信號采樣后的時間序列x(t)；

步驟2，對步驟1得到的徑向振動速度信號采樣后的時間序列x(t)，分別提取該信號的峰峰值、均方根值、整流平均值作為轉(zhuǎn)輪徑向振動速度特征參；

步驟3，用所述特征參數(shù)作為樣本，輸入為轉(zhuǎn)輪徑向振動速度特征參數(shù)，輸出為軸貫流式水輪機不同空化狀態(tài)，樣本分為訓(xùn)練樣本和檢測樣本兩部分；

步驟4，構(gòu)建BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，包含依次連接輸入層、隱藏層和輸出層；

步驟5，進(jìn)行BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，設(shè)置BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的最大訓(xùn)練代數(shù)以及學(xué)習(xí)速率，利用步驟4中采集到的訓(xùn)練樣構(gòu)建的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行訓(xùn)練；進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)仿真，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)達(dá)到預(yù)先設(shè)置的最大訓(xùn)練次數(shù)后，保存網(wǎng)絡(luò)，即為訓(xùn)練好的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

步驟6，將測試集的峰峰值，均方根值，整流平均值作為特征參數(shù)輸入到訓(xùn)練好的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型中，得到診斷結(jié)果。

2.如權(quán)利要求1所述的一種基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的軸貫流式水輪機空化初生判定方法，其特征在于，所述步驟1操作為：不斷改變水輪機的空化系數(shù)，并在不同的空化系數(shù)下分別采用激光測振儀的激光束穿透有機玻璃聚焦在轉(zhuǎn)輪體上，采集水輪機的徑向振動速度信號，并將采集到的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集卡發(fā)送到控制臺，獲得軸貫流式水輪機轉(zhuǎn)輪的徑向振動速度信號采樣后的時間序列x(t)。

3.如權(quán)利要求1所述的一種基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的軸貫流式水輪機空化初生判定方法，其特征在于，所述步驟1還包括：直到水輪機模型效率下降百分之一時，即認(rèn)為軸貫流式水輪機處于空化初生狀態(tài)，則此時采集到的信號為空化初生狀態(tài)下的徑向振動速度信號，其他情況下得到的為正常狀態(tài)下的徑向振動速度信號。

4.如權(quán)利要求1所述的一種基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的軸貫流式水輪機空化初生判定方法，其特征在于，步驟2所述的特征參數(shù)整流平均值、峰峰值、均方根值提取方法為：

所述整流平均值是信號平均值的絕對值，是一階矩，表示為：

其中，x_t(t)表示時間序列信號；n表示數(shù)據(jù)點總數(shù)；

所述峰峰值是指非平穩(wěn)信號中最大值與最小值之間的差值，可以表示為：

Δx_pp＝x_max-x_min

其中，x_max表示非平穩(wěn)信號中的最大值，x_min表示非平穩(wěn)信號中的最小值；

所述均方根值的計算公式如下：

其中：n表示數(shù)據(jù)點總數(shù)；x_i表示第i個數(shù)據(jù)點。

5.如權(quán)利要求1所述的一種基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的軸貫流式水輪機空化初生判定方法，其特征在于，步驟4所述的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，將振動速度信號的整流平均值，峰峰值，均方根值這3個特征量作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入層的神經(jīng)元，即輸入層神經(jīng)元個數(shù)為3；將軸貫流式水輪機不同空化狀態(tài)，即正常狀態(tài)和空化初生兩個狀態(tài)作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出層，即輸出層神經(jīng)元個數(shù)為2；隱藏層神經(jīng)元個數(shù)為512。

6.如權(quán)利要求1所述的一種基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的軸貫流式水輪機空化初生判定方法，其特征在于，步驟4所述的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中隱藏層激活函數(shù)采用relu函數(shù)，輸出層激活函數(shù)采用softmax函數(shù)。