基于稀疏分解的压气机气动失稳信号检测方法技术

本发明专利技术提出一种基于稀疏分解的压气机气动失稳信号检测方法，首先构建原子函数库{gi(t)}，其次采集压气机出口总压信号s(t)，从s(t)中截取最近T时间段内的信号，并对其进行去均值和归一化处理，得到分析信号sT(t)，进行一步稀疏分解运算，计算最大内积值Rmax，将Rmax与检测阈值Rth进行比较，若Rmax>Rth，发出气动失稳报警信号；否则，不发出报警信号，取检测周期ΔT为5ms，循环进行持续在线检测。本发明专利技术紧扣压气机气动失稳信号本质特征和在线检测系统的特点，提取待检测信号中的最大发散成份；大大降低了稀疏分解算法的计算量，提高了系统的实时性。

【技术实现步骤摘要】
基于稀疏分解的压气机气动失稳信号检测方法
本专利技术涉及叶轮机械防喘振
，具体为一种基于稀疏分解的压气机气动失稳信号检测方法。
技术介绍
气动失稳不仅降低了叶轮机械的性能，而且带来强烈的振动，可能引起结构的破坏而造成重大事故的发生。气动失稳通常包括旋转失速和喘振两种形式。旋转失速表现为失速气团沿周向的传播，而喘振通常表现为流量和压力沿轴线方向的振荡。压力较其它参数容易测量而且对气动失稳现象反应敏感，因此气动失稳检测通常采用压气机出口动态压力作为输入信号，通过对动态压力特征的提取来判断压气机稳定状态。现有采用信号方差变化进行压气机气动失稳检测的方法，其实质是通过判断信号幅值增大也即功率增大超过预设阈值，就发出报警信号。信号幅值增大是报警的前提。因此，报警总是在出现明显的气动失稳现象后给出。稀疏分解是一种新型的信号分析技术，它在超完备原子函数库上采用尽可能少的信号分量表达原始信号。而灵活的原子函数库构建方法，可以深刻地反映信号的本质特征。然而，目前采用稀疏分解原理的压气机气动失稳信号分析和检测，尚未见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供压气机气动失稳信号的一种检测方法。该方法采用Laplace小波构建原子函数库，采用稀疏分解方法，寻找阻尼小于0的时刻，以此进行气动失稳信号的检测。通过Laplace小波可以更加准确地刻画气动失稳信号的本质特征，更及时准确可靠地检测到气动失稳信号。本专利技术的技术方案为：所述一种基于稀疏分解的压气机气动失稳信号检测方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：构建原子函数库{gi(t)}：其中f为频率，取值范围为离散值{0.1:0.2:30,40:10:300}，ζ为阻尼比，取值范围为离散值{-1:0.05:-0.05}，τ为时间参数，A为归一化因子，T为分析窗口长度；原子函数按典型采样率Fs＝10kHz离散化，且原子函数均归一化处理，均值为0，方差为1；步骤2：采集压气机出口总压信号s(t)，采样率取10kHz，采样模式为连续采样；步骤3：截取分析信号sT(t)：从采集的压气机出口总压信号s(t)中截取最近T时间段内的信号，并对其进行去均值和归一化处理，得到分析信号sT(t)；步骤4：进行一步稀疏分解运算，计算最大内积值Rmax：|]]>步骤5：将Rmax与检测阈值Rth进行比较，若Rmax>Rth，发出气动失稳报警信号；否则，不发出报警信号；其中Rth取0.65；步骤6：取检测周期ΔT为5ms，重复步骤3～5，进行持续在线检测。有益效果本专利技术的基于稀疏分解的压气机气动失稳信号检测方法。具有以下特点：1.采用具有收敛、临界稳定和发散的Laplace小波，将其简化为衰减正弦信号构成原子函数库。具有刻画气动失稳信号本质特征的能力。2.结合在线检测的特点，限定了原子函数库{gi(t)}中f、ζ和τ参数的取值范围，减少了原子函数的数量，从而减少了计算量。3.将稀疏分解运算与在线检测的特点相结合，简化了稀疏分解过程。仅计算一步获得最大内积值Rmax的运算，获得最大发散信号成份。然后与预设检测阈值Rth的比较，进行气动失稳信号检测。相比稀疏分解原始算法或现有改进算法，具有更小的计算量和更快的运算速度。4.可以在压气机出口总压信号s(t)的幅值出现明显增大前检测出气动失稳信号。附图说明图1：Laplace小波波形图；图2：衰减正弦信号；图3：气动失稳信号时域波形及检测结果。具体实施方式现结合实施实例和附图对本专利技术做进一步描述：本实施例中的基于稀疏分解的压气机气动失稳信号检测方法包括以下步骤：步骤1：构建原子函数库{gi(t)}：采用Laplace小波(图1)在实数域蜕化的形式，即衰减正弦信号(图2)构建原子函数库：其中f为频率，取值范围为离散值{0.1:0.2:30,40:10:300}(matlab软件中离散值表示方法)，ζ为阻尼比，取值范围为离散值{-1:0.05:-0.05}，τ为时间参数，这里取0，A为归一化因子，T为分析窗口长度，这里取100ms；原子函数按典型采样率Fs＝10kHz离散化，且原子函数均归一化处理，均值为0，方差为1；步骤2：采集压气机出口总压信号s(t)。采用成都中科动态仪器有限公司PCI4516采集卡采集s(t)，采样率取10kHz，采样模式为连续采样；采用KuliteXT-190M型压力传感器，频响不低于1kHz。包含气动失稳现象的压气机出口总压典型信号如图3(a)所示。步骤3：截取分析信号sT(t)：从采集的压气机出口总压信号s(t)中截取最近T＝100ms时间段内的信号，并对其进行去均值和归一化处理，得到分析信号sT(t)；步骤4：进行一步稀疏分解运算，计算最大内积值Rmax：|]]>步骤5：将Rmax与检测阈值Rth进行比较，若Rmax>Rth，发出气动失稳报警信号；否则，不发出报警信号；其中Rth取0.65；步骤6：取检测周期ΔT为5ms，重复步骤3～5，进行持续在线检测。典型检测结果如图3(b)所示，可在进入喘振之前发出报警信号。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于稀疏分解的压气机气动失稳信号检测方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：构建原子函数库{gi(t)}：其中f为频率，取值范围为离散值{0.1:0.2:30,40:10:300}，ζ为阻尼比，取值范围为离散值{‑1:0.05:‑0.05}，τ为时间参数，A为归一化因子，T为分析窗口长度；原子函数按典型采样率Fs＝10kHz离散化，且原子函数均归一化处理，均值为0，方差为1；步骤2：采集压气机出口总压信号s(t)，采样率取10kHz，采样模式为连续采样；步骤3：截取分析信号sT(t)：从采集的压气机出口总压信号s(t)中截取最近T时间段内的信号，并对其进行去均值和归一化处理，得到分析信号sT(t)；步骤4：进行一步稀疏分解运算，计算最大内积值Rmax：Rmax=max{gi(t)}|<sT(t),gi(t)>|]]>步骤5：将Rmax与检测阈值Rth进行比较，若Rmax>Rth，发出气动失稳报警信号；否则，不发出报警信号；其中Rth取0.65；步骤6：取检测周期ΔT为5ms，重复步骤3～5，进行持续在线检测。

【技术特征摘要】
1.一种基于稀疏分解的压气机气动失稳信号检测方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：采用Laplace小波在实数域蜕化形式构建原子函数库{gi(t)}：其中f为频率，取值范围为离散值{0.1:0.2:30,40:10:300}，ζ为阻尼比，取值范围为离散值{-1:0.05:-0.05}，τ为时间参数，A为归一化因子，T为分析窗口长度；原子函数按典型采样率Fs＝10kHz离散化，且原子函数均归一化处理，均值为0，方差为1；步骤2：采集压气机出口总压信号s(t)，采样率取10kHz，采样模式为连续采样...

【专利技术属性】
技术研发人员：李长征，许思琦，胡智琦，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61