本發明專利技術提出一種微速差雙轉子系統的不平衡信號提取方法，以解決現有技術中對于該系統的不平衡信號難以提取的問題。對于非衰減實值正弦信號，采用改進的Prony方法（Improved?Prony?Method，簡稱IPM）可以較準確的估計出每個正弦信號的頻率。本發明專利技術針對微速差雙轉子中的拍振信號特點，先采用帶通跟蹤濾波方法降噪，然后從濾波后的數據中抽取樣本，采用IPM方法實現兩個鄰近頻率信號的頻率識別，最后采用最小二乘法識別拍振信號的幅值和相位。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于機械測量
，特別涉及。
技術介紹
微速差雙轉子系統廣泛應用于石油、化工、制藥等行業，此類系統的振動信號中兩個頻率相近的工頻信號合成拍振信號，這給不平衡信號提取帶來較大困難。目前針對此類轉子系統的不平衡信號提取方法有兩類，一類是不解拍方法，從時域波形上分析拍峰和拍谷，然后根據拍振原理，經簡單的計算得到兩個轉子振動的幅值和相位，此方法至少需要一個拍振周期以上的測量時間，且需通過復雜算法才能確定兩個振幅各屬于哪一個轉子，一次測量的不平衡去重率只有70%左右。第二類是解拍方法，通過信 號處理方法分離出兩個工頻信號，從而提取各自的幅值和相位。傳統的解拍方法普遍采用相關分析法，該方法需要在整拍振周期內做數字積分才能獲得較高精度，同樣存在需要測量時間長的缺點，且準確獲得拍振周期也相當困難。.上述兩方法都需要精確的測量到兩個轉子的速差，較小的速差測量誤差就會對信號提取精度產生較大的影響，而實際系統中內轉子一般封閉在外轉子內而無法安裝轉速傳感器，再加上實際的嵌入式測量系統準確測量微小速差也不易實現。雖然采用FFT分析可以從振動信號中得到信號頻率，但需要很長時間內的數據樣本才能得到較高的頻率分辨率，此方法實時性太差而不適合于工程應用。
技術實現思路
本專利技術提出，以解決現有技術中對于該系統的不平衡信號難以提取的問題。Prony方法可以使用較短數據樣本實現高精度頻譜估計，廣泛應用于電力系統故障信號識別，對于非衰減實值正弦信號，采用改進的Prony方法(Improved Prony Method,簡稱IPM)可以較準確的估計出每個正弦信號的頻率。本專利技術針對微速差雙轉子中的拍振信號特點，先采用帶通跟蹤濾波方法降噪，然后從濾波后的數據中抽取樣本，采用IPM方法實現兩個鄰近頻率信號的頻率識別，最后采用最小二乘法識別拍振信號的幅值和相位。本專利技術的技術方案是，，包括以下步驟Al，令采樣周期為T，以T為周期對所述微速差雙轉子系統的振動信號進行等間隔采樣，得到一組數據序列{D(kT)}，k= 1，2，…K，K為一正整數；A2,取中心頻率為&，品質因數Q > 2，采用數字帶通跟蹤濾波器對{D(kT)}進行濾波，得到{y(kT)}，k= 1，2，…K，其中，數字帶通跟蹤濾波器的脈沖傳遞函數為H(z) = k 1 二 —2 式中各系數 I+ γΖ + Q1Z ~ ，權利要求1.，其特征在于，包括以下步驟 Al，令采樣周期為T，以T為周期對所述微速差雙轉子系統的振動信號進行等間隔采樣，得到一組數據序列{D(kT)}，k= 1，2，…K，K為一正整數； A2,取中心頻率為&，品質因數Q >2，采用數字帶通跟蹤濾波器對{D(kT)}進行濾波，得到{y(kT)}，k= 1，2，…K，其中，數字帶通跟蹤濾波器的脈沖傳遞函數為I-Z全文摘要本專利技術提出，以解決現有技術中對于該系統的不平衡信號難以提取的問題。對于非衰減實值正弦信號，采用改進的Prony方法(Improved Prony Method，簡稱IPM)可以較準確的估計出每個正弦信號的頻率。本專利技術針對微速差雙轉子中的拍振信號特點，先采用帶通跟蹤濾波方法降噪，然后從濾波后的數據中抽取樣本，采用IPM方法實現兩個鄰近頻率信號的頻率識別，最后采用最小二乘法識別拍振信號的幅值和相位。文檔編號G01M1/16GK102944360SQ201210407628公開日2013年2月27日 申請日期2012年10月23日 優先權日2012年10月23日專利技術者李傳江, 張自強, 李莉, 陳海雄, 費敏銳, 周鳴, 殷業 申請人:上海師范大學本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種微速差雙轉子系統的不平衡信號提取方法，其特征在于，包括以下步驟：A1，令采樣周期為T，以T為周期對所述微速差雙轉子系統的振動信號進行等間隔采樣，得到一組數據序列{D(kT)},k＝1,2,…K,K為一正整數；A2,取中心頻率為f0，品質因數Q＞2，采用數字帶通跟蹤濾波器對{D(kT)}進行濾波，得到{y(kT)},k＝1,2,…K，其中，數字帶通跟蹤濾波器的脈沖傳遞函數為H(z)=k1-z-21+a1z-1+a2z-2,式中各系數k=tan(f0T2)Q+tan(f0T2)+Qtan2(f0T2)a1=2Qtan2(f0T2)-2QQ+tan(f0T2)+Qtan2(f0T2)a2=Q-tan(f0T2)+Qtan2(f0T2)Q+tan(f0T2)+Qtan2(f0T2);A3，以一個預設的規則，對{y(kT)}作數據抽取，獲得數據序列{x[n]}，式中n＝0,1…N?1為時間序列，N為一正整數；A4，設{x[n]}含有噪聲的正弦信號的組成為x[n]＝a1cos(ω1n+φ1)+a2cos(ω2n+φ2)+e(n)(1)式中n＝0,1…N?1為時間序列，a1,a2為不平衡信號幅值、ω1,ω2為不平衡信號頻率和φ1,φ2為不平衡信號相位，構造N?4行差分方程矩陣為X[n]＝[x[n]+x[n+4],x[n+1]+x[n+3],x[n+2]]（2）Prony方法表明，上述方程的齊次解指定了eiω中的4階多項式系數，因采樣數據都是實數，eiω中的4階多項式可被改寫成關于cos(2ω)的式子，從而可以用 Chebyshev多項式來解決，由矩陣X構造方差矩陣G，G=1MΣXn,12ΣXn,1Xn,22ΣXn,1Xn,3ΣXn,1Xn,2ΣXn,222ΣXn,2Xn,32ΣXn,1Xn,32ΣXn,2Xn,32ΣXn,3---(3)式中M＝N?4，所有的求和上下限為從0到M?1，方差矩陣G的最小特征值通過其特征方程多項式c1λ3+c2λ2+c3λ+c4＝0（4）的系數來求取，該系數c為c=1-G1,1-G2,2-G3,3G1,1G2,2+G1,1G3,3+G2,2G3,3-G1,22-G1,32-G2,32-G1,1G2,2G3,3-2G1,2G1,3G2,3+G1,1G2,32+G2,2G1,32+G3,3G1,22---(5)則最小特征值為λ0=-c2/3-(S+T)/2+i3(S-T)/2---(6)其中S、T計算公式為，S=R+Q3+R23T=R-Q3+R23Q=(3c3-c22)/9R=(9c2c3-27c4-2c23)/54---(7)最小特征值λ0對應的特征向量為v=-λ02+(G2,2+G3,3)λ0-G2,2G3,3+G2,32G1,2G3,3-G1,3G2,3-G1,2λ02(G1,3G2,2-G1,2G2,3-G1,3λ0)---(8)通過矩陣分解求出G矩陣的最小特征值λ0和其對應的特征向量則矩陣X的總體最小二乘解為v=12vλ0[K+1][vλ0[1]vλ0[2]···vλ0[K]2vλ0[K+1]]---(9)由Chebyshev多項式知，cos(2ω)＝2(cos(ω))2?1（10）齊次解v和2個未知信號中的任一個的頻率都滿足方程2cos(2ωk)v1+2cos(ωk)v2+v3＝0（11）則未知信號的頻率估計值為ω^1=cos-1(v2+v22-4v1v3+8v124v1)ω^2=cos-1(v2-v22-4v1v3+8v124v1)---(12)得到微速差雙轉子系統振動信號中不平衡信號的頻率ω1和ω2；A5，利用最小二乘法估計ω1和ω2幅值和相位，式（1）可寫成x[n]＝a1cos(ω1n)cos(φ1)?a1sin(ω1n)sin(φ1)+a2cos(ω2n)cos(φ2)?a2sin(ω2n)sin(φ2)+e(n)（13）設y1＝a1cos(φ1),y2＝a1sin(φ1),y3＝a2cos(φ2),y4＝a2sin(φ2)，待估計參數為y1,y2,y3,y4，根據各次觀測值x[n]（n＝1,2,…N)，可得出Ay＝x的線性方程組（14），求其最小二乘解即可辨識出各...
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：李傳江，張自強，李莉，陳海雄，費敏銳，周鳴，殷業，
申請(專利權)人：上海師范大學，
類型：發明
國別省市：
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