一种基于相似性分析的往复压缩机信号整周期相位校准方法技术

本发明专利技术针对实际往复压缩机在线监测中键相信号异常导致故障分析诊断无法进行的问题，对信号相位校准方法进行研究，提出了一种基于相似性分析的往复压缩机信号整周期相位校准方法。利用往复压缩机各测点因键相信号异常后出现相位偏差的波形与相位正常的波形是相似的这一特点，对出现相位偏差后的波形进行相位偏移，再与正常波形进行对比，计算相似性系数，通过不断的偏移迭代计算，获得相似性系数最大值对应的偏移相位值；当大多数信号波形最大相似性系数对应的偏移相位值相等时，即可通过该偏移相位值对键相信号异常后的波形进行相位校准。该方法较好地解决了因键相信号异常导致故障诊断无法进行的问题，同时也为下一步往复压缩机故障特征提取方法研究奠定了基础。

【技术实现步骤摘要】
一种基于相似性分析的往复压缩机信号整周期相位校准方法
本专利技术属于往复压缩机故障诊断
，涉及一种基于相似性分析的往复压缩机信号整周期相位校准方法。
技术介绍
往复压缩机运行状态具有显著周期性，需根据时域信号相位特征进行故障监测诊断。实际在线监测过程中，键相传感器是信号触发采集的基础也是进行故障监测诊断的关键。有了键相信号，往复压缩机不同测点的加速度信号、速度信号、位移信号等均可实现整周期同步分析，实现了信号与活塞在缸体内的实际位置之间的精确匹配。但是，实际工程应用中，在线监测系统键相传感器出现损坏的几率较大，一旦出现键相传感器损坏或后端接线故障，导致键相信号异常，如大幅波动、信号断路等，在线监测系统只能通过额定转速模拟键相信号，并基于此进行信号的采集。由于实际机组运行转速与额定转速之间存在偏差，不可避免地导致采集的各类信号出现相位不准现象：信号无法与活塞在缸体内的实际位置实现匹配。这给往复压缩机故障诊断带来了极大的困难。针对该问题，对信号相位校准方法进行研究，提出了一种基于相似性分析的往复压缩机信号整周期相位校准方法。如前文所说，往复压缩机振动、位移、压力等信号具有显著的周期性，当键相信号出现异常后，通过额定转速采集会造成信号波形出现相位偏差；但是出现偏差后的波形与相位正常的波形是相似的，可对出现相位偏差后的波形进行相位偏移，再与正常波形进行对比，计算相似性系数。通过不断的偏移迭代计算，获得相似性系数最大值对应的偏移相位值。当大多数信号波形最大相似性系数对应的偏移相位值相等时，即可通过该偏移相位值对键相信号异常后的波形进行相位校准。该方法较好地解决了因键相信号异常导致故障诊断无法进行的问题，同时也为下一步往复压缩机故障特征提取方法研究奠定了基础。
技术实现思路
本专利技术涉及往复压缩机故障诊断，是一种基于相似性分析的往复压缩机信号整周期相位校准方法，该方法基于在线监测信号相似性分析，提取不同监测信号相似性指数，通过对比正常信号与异常信号之间的相似性指数，完成相位异常信号的自动校准，其特征在于包括以下步骤：1)针对单一往复压缩机，获得键相信号正常情况下的往复压缩机在线监测的加速度振动测点、速度振动测点、位移测点和动态压力测点信号，上述测点的数量依次为I，J，K，L；对每个加速度振动、每个速度振动、每个位移和每个动态压力测点，各提取一个单周期数据波形，加速度振动波形为Ai，i＝1～I，速度振动波形为Vj，j＝1～J，位移波形为Dk，k＝1～K，动态压力波形为Pl，l＝1～L；N代表上述测点总个数，N＝I+J+K+L；2)对键相信号出现异常，采用额定转速采集的加速度振动、速度振动、位移、动态压力数据，提取每个加速度振动、每个速度振动、每个位移和每个动态压力测点的单个周期波形，加速度振动波形为Axi，速度振动波形为Vxj，位移波形为Dxk，动态压力波形为Pxl；3)对信号Ai，Vj，Dk，Pl与Axi，Vxj，Dxk，Pxl进行无量纲化处理，得到去量纲后的数据波形与处理方式如下：上式中：(1)X代表某种类型的有量纲波形，(2)代表某种类型的无量纲波形，(3)min(X)代表有量纲波形X的最小值，(4)max(X)代表有量纲波形X的最大值，(5)m代表有量纲波形X的不同的数据点；4)将数据波形与均匀划分为360段，提取每一段的如下参数：(1)加速度振动波形：每一段的加速度值正常和异常最大值，分别分别记为与n＝1～360；(2)速度振动波形：每一段的速度有效值正常和异常最大值，分别记为与n＝1～360；(3)位移波形：每一段的位移值正常和异常平均值，分别记为与n＝1～360；(4)动态压力波形：每一段的压力值正常和异常平均值，分别记为与n＝1～360；5)计算数据波形与与与与之间的相似性系数αAi，αVj，αDk，αPl，计算方法如下：上式中与分别代表正常和异常加速度振动波形划分为360段后峰值的平均值，与分别代表正常和异常速度振动波形划分为360段后有效值的平均值，与分别代表正常和异常位移波形划分为360段后位移值的平均值，与分别代表正常和异常动态压力波形划分为360段后压力的平均值；6)对信号人工平移相位，每次平移的相位为Δθ，计第z次平移后的信号为相对平移的角度为Δθ*z，与与与与之间的相似性系数采用如步骤5)的公式进行计算；当Δθ*z＝360时，停止计算；7)对上述步骤5)～6)所计算的全部相似性系数获得每个系数取最大值时所对应的z的取值；当存在N个系数最大值对应的Δθ*z值偏差在6°以内，对波形Axi，Vxj，Dxk，Pxl平移N个系数最大值对应相位的加权平均值，平均值需取整，实现信号整周期相位校准；所述的一种基于相似性分析的往复压缩机信号整周期相位校准方法，其特征在于：能够省略动态压力波形为Pl的计算，即只计算的全部相似性系数获得每个系数取最大值时所对应的z的取值；当存在全部系数最大值对应的Δθ*z值偏差在6°以内，对波形Axi，Vxj，Dxk平移全部系数最大值对应相位的加权平均值，平均值需取整，实现信号整周期相位校准。附图说明图1是本专利技术的流程图；图2是往复压缩机曲轴转角与活塞位置对应关系图；图3是键相信号正常情况下加速度振动测点1、速度振动测点1、位移测点1信号波形；图4是键相信号异常情况下加速度振动测点1、速度振动测点1、位移测点1信号波形；图5是本专利技术正常情况下归一化后的加速度振动测点1、速度振动测点1、位移测点1信号波形；图6是本专利技术计算的加速度振动信号相似性系数变化趋势；图7是本专利技术计算的速度振动信号相似性系数变化趋势；图8是本专利技术计算的位移振动信号相似性系数变化趋势；图9是本专利技术加速度振动测点1校准后的波形与原有正常波形对比；图10是本专利技术速度振动测点1校准后的波形与原有正常波形对比；图11是本专利技术位移测点1校准后的波形与原有正常波形对比。具体实施方式如图1所示，本专利技术通过在线监测数采器采集往复压缩机不同监测信号，包括加速度振动、速度振动、位移、动态压力信号，由于往复压缩机运行的周期性，需要对上述信号进行整周期采集，从而将不同信号的特征与往复压缩机活塞具体位置相对应，进行故障监测与诊断。往复压缩机活塞在气缸内的具体位置则可通过曲轴转角方式进行表现，曲轴旋转360度，活塞完成一个工作行程，如图2所示。根据本专利技术的流程，选择了实际发生键相信号异常的往复压缩机在线监测数据，检验本方明的有效性。数据中含有加速度振动测点2个，速度振动测点2个，位移测点2个，N＝6。以曲轴转角为横坐标，可绘制不同信号随曲轴转角变化的波形，如图3所示。往复压缩机在线监测的键相传感器起到的作用有两个，一个是计算机组转速，另一个是进行信号整周期触发采集。键相传感器的安装位置有特殊要求，通常以第一级气缸活塞位于外止点位置，在飞轮上刻键相槽或安装键相块，并在对应的位置上安装键相传感器，可选用电涡流传感器或光电传感器、霍尔传感器等。当机组运行时，每当键相槽或键相块运动到传感器对应位置，第一级气缸活塞就位于外止点，记此时的曲轴转角为0度，当活塞运动到内置点，记曲轴转角为180度。当键相槽或键相块与键相传感器相遇时，传感器将产生一个脉冲信号，基于该脉冲信号，在线监测数据采集器可完成其他振动、位移、动态压力等信号的触发采集本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于相似性分析的往复压缩机信号整周期相位校准方法，其特征在于包括以下步骤：1)针对单一往复压缩机，获得键相信号正常情况下的往复压缩机在线监测的加速度振动测点、速度振动测点、位移测点和动态压力测点信号，上述测点的数量依次为I，J，K，L；对每个加速度振动、每个速度振动、每个位移和每个动态压力测点，各提取一个单周期数据波形，加速度振动波形为Ai，i＝1～I，速度振动波形为Vj，j＝1～J，位移波形为Dk，k＝1～K，动态压力波形为Pl，l＝1～L；N代表上述测点总个数，N＝I+J+K+L；2)对键相信号出现异常，采用额定转速采集的加速度振动、速度振动、位移、动态压力数据，提取每个加速度振动、每个速度振动、每个位移和每个动态压力测点的单个周期波形，加速度振动波形为Axi，速度振动波形为Vxj，位移波形为Dxk，动态压力波形为Pxl；3)对信号Ai，Vj，Dk，Pl与Axi，Vxj，Dxk，Pxl进行无量纲化处理，得到去量纲后的数据波形与处理方式如下：▿Xm=Xm-min(X)max(X)-min(X)]]>上式中：(1)X代表某种类型的有量纲波形，(2)代表某种类型的无量纲波形，(3)min(X)代表有量纲波形X的最小值，(4)max(X)代表有量纲波形X的最大值，(5)m代表有量纲波形X的不同的数据点；4)将数据波形与均匀划分为360段，提取每一段的如下参数：(1)加速度振动波形：每一段的加速度值正常和异常最大值，分别分别记为与n＝1～360；(2)速度振动波形：每一段的有效值正常和异常最大值，分别记为与n＝1～360；(3)位移波形：每一段的位移值正常和异常平均值，分别记为与n＝1～360；(4)动态压力波形：每一段的压力值正常和异常平均值，分别记为与n＝1～360；5)计算数据波形与与与与之间的相似性指数αAi，αVj，αDk，αPl，计算方法如下：αAi=Σn=1360(ain-ai‾)×(axin-axi‾)Σn=1360(ain-ai‾)2×Σn=1360(axin-axi‾)2,]]>αVj=Σn=1360(vjn-vj‾)×(vxjn-vxj‾)Σn=1360(vjn-vj‾)2×Σn=1360(vxjn-vxj‾)2,]]>αDk=Σn=1360(dkn-dk‾)×(dxkn-dxk‾)Σn=1360(dkn-dk‾)2×Σn=1360(dxkn-dxk‾)2,]]>αPl=Σn=1360(pln-pl‾)×(pxln-pxl‾)Σn=1360(pln-pl‾)2×Σn=1360(pxln-pxl‾)2,]]>上式中与分别代表正常和异常加速度振动波形划分为360段后峰值的平均值，与分别代表正常和异常速度振动波形划分为360段后有效值的平均值，与分别代表正常和异常位移波形划分为360段后位移值的平均值，与分别正常和异常代表动态压力波形划分为360段后压力的平均值；6)对信号人工平移相位，每次平移的相位为Δθ，计第z次平移后的信号为相对平移的角度为Δθ*z，与与与与之间的相似性系数采用如步骤5)的公式进行计算；当Δθ*z＝360时，停止计算；7)对上述步骤5)～6)所计算的全部相似性系数获得每个系数取最大值时所对应的z的取值；当存在N个系数最大值对应的Δθ*z值偏差在6°以内，对波形Axi，Vxj，Dxk，Pxl平移N个系数最大值对应相位的加权平均值，平均值需取整，实现信号整周期相位校准。...

【技术特征摘要】
1.一种基于相似性分析的往复压缩机信号整周期相位校准方法，其特征在于包括以下步骤：1)针对单一往复压缩机，获得键相信号正常情况下的往复压缩机在线监测的加速度振动测点、速度振动测点、位移测点和动态压力测点信号，上述测点的数量依次为I，J，K，L；对每个加速度振动、每个速度振动、每个位移和每个动态压力测点，各提取一个单周期数据波形，加速度振动波形为Ai，i＝1～I，速度振动波形为Vj，j＝1～J，位移波形为Dk，k＝1～K，动态压力波形为Pl，l＝1～L；N代表上述测点总个数，N＝I+J+K+L；2)对键相信号出现异常，采用额定转速采集的加速度振动、速度振动、位移、动态压力数据，提取每个加速度振动、每个速度振动、每个位移和每个动态压力测点的单个周期波形，加速度振动波形为Axi，速度振动波形为Vxj，位移波形为Dxk，动态压力波形为Pxl；3)对信号Ai，Vj，Dk，Pl与Axi，Vxj，Dxk，Pxl进行无量纲化处理，得到去量纲后的数据波形与处理方式如下：上式中：(1)X代表某种类型的有量纲波形，(2)代表某种类型的无量纲波形，(3)min(X)代表有量纲波形X的最小值，(4)max(X)代表有量纲波形X的最大值，(5)m代表有量纲波形X的不同的数据点；4)将数据波形与均匀划分为360段，提取每一段的如下参数：(1)加速度振动波形：每一段的加速度值正常和异常最大值，分别分别记为与n＝1～360；(2)速度振动波形：每一段的速度有效值正常和异常最大值，分别记为与n＝1～360；(3)位移波形：每一段的位移值正常和异常平均值，分别记为与n＝1～360；(4)动态压力波形：每一段的压力值正常和异常平均值，分别记为与n＝1～360；5)计算数据波形与与与与之间的相似性系数αAi，αVj，αDk，αPl，计算方法如下：

【专利技术属性】
技术研发人员：董良遇，江志农，王庆锋，张进杰，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11