一种转子三维空间轴心轨迹提纯方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种转子三维空间轴心轨迹提纯方法及装置，包括：采集转子同一截面上横向、纵向以及轴向的振动信号，并将其组成一个三元旋转信号；将三元旋转信号按照旋转速度从高到低的顺序分解成多个三元子旋转信号；将各个三元子旋转信号从时域变换到频域；将所有频率不大于基频的三元子旋转信号相加，所得结果即为提纯后的转子三维空间轴心轨迹。本发明专利技术将转子三个方向上的振动信号组成一个三元旋转信号，并将该三元旋转信号按旋转速度从高到低的顺序分解成多个三元子旋转信号，将所有频率不大于基频的三元子旋转信号相加，不仅可实现三维空间轴心轨迹的提纯，还在不同的二维平面显示转子轴心轨迹以及变化情况，且自适应程度高，提纯效果好。

【技术实现步骤摘要】
一种转子三维空间轴心轨迹提纯方法及装置
本专利技术涉及一种转子三维空间轴心轨迹提纯方法及装置，属于旋转机械设备

技术介绍
轴心轨迹作为旋转机械的一个重要的状态特征参量，能简单、直观、形象地反映设备的运行状况，它反映了转子的实际运行状况。常规的转子轴心轨迹由转子同一截面互相垂直方向(例如X方向和Y方向)的振动信号组成，反映了转子在XOY平面上的运行状况。传统的轴心轨迹提纯方法均采用一维数字信号处理方法分别分析处理X方向和Y方向的振动信号，然后将各个方向分析处理的结果组成转子轴心轨迹，这种方法在组合轴心轨迹时存在分解尺度不统一的问题。基于二元经验模态分解的转子轴心轨迹提纯方法将互相垂直方向的振动信号组成一个复数，并将该复数作为一个整体来分解，解决了传统方法中存在的尺度不统一问题。然而在实际的转子运转中，转子振动信号包含连个互相垂直方向X和Y的横向振动以及Z方向的轴向振动。基于二元经验模态分解的转子轴心轨迹只能显示转子轴心轨迹在某一个平面上的运动情况，而不能显示转子三维空间的轴心轨迹。西安交大温广瑞等人提出了一种三维轨迹提纯方法，该方法分别对X、Y和Z方向的振动信号进行滤波，然后在时域内对滤波后的信号进行合成得到三维轴心轨迹。但该方法所采用的技术属于一维数字信号处理方法，而且滤波时需要预先确定截止频率，缺乏自适应性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种转子三维空间轴心轨迹提纯方法及装置，用于解决现有转子三维空间轴心轨迹提纯算法缺乏自适应性的问题。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种转子三维空间轴心轨迹提纯方法，包括以下步骤：步骤1，采集转子同一截面上横向、纵向以及轴向的振动信号，并将其组成一个三元旋转信号；步骤2，将所述三元旋转信号按照旋转速度从高到低的顺序分解成多个三元子旋转信号与一个剩余信号之和；步骤3，将各个三元子旋转信号从时域变换到频域，并分析各个三元子旋转信号的频谱，确定基频所对应的三元子旋转信号；步骤4，将所有频率不大于基频的三元子旋转信号相加，所得结果即为提纯后的转子三维空间轴心轨迹。进一步的，步骤1中组成的三元旋转信号w(t)为：w(t)＝ix(t)+jy(t)+kz(t)其中，x(t)为水平方向上的横向振动信号，y(t)为水平方向上的纵向振动信号，z(t)为轴向的振动信号；ijk＝i2＝j2＝k2＝-1，ij＝k，jk＝i，ki＝j。进一步的，步骤2中运用三元经验模态分解将所述三元旋转信号按照旋转速度从高到低的顺序分解成多个三元子旋转信号与一个剩余信号之和，具体步骤包括：步骤2-1，计算所述三元旋转信号w(t)在Z轴的投影，其投影计算表达式为：其中，k2＝-1；θm＝mπ/M，m＝1，2，…，M；φn＝nπ/N，n＝1，2，…，N，M和N为设定的正整数，M＝N，表示输入信号投影的个数；q是一个向量的四元数，其表达式q＝0+cos(φ)i+sin(φ)j+0k，φ为向量四元数在XOY平面内与X轴的夹角，运算符号*表示共轭运算，运算符号.表示卷积运算；步骤2-2，确定投影信号最大值对应的时刻，并对该时刻的信号进行插值运算得到四元包络曲线步骤2-3，通过下式计算所有包络曲线的局部平均值u(t)，其计算表达式为：步骤2-4，求取所述三元旋转信号与所有包络曲线的局部平均值u(t)的差值；步骤2-5，判断差值是否满足设定的迭代终止条件，直至满足时，将得到的信号作为分解获取的第一个三元子旋转信号；步骤2-6，从原始三元旋转信号w(t)中减去分解获取的第一个三元子旋转信号得到新的待分解信号，若新的待分解信号仍为旋转信号，则重复步骤2-1至步骤2-5，获得其他的三元信号形式的子旋转信号，直至从待分解信号中分解不出新的三元子旋转信号。进一步的，步骤2-5中的迭代终止条件为：其中，T为信号总的时间长度，di(t)＝wi(t)-ui(t)，当SD在0.2～0.3时，停止本次迭代过程。进一步的，步骤3采用傅里叶变换将各个三元子旋转信号从时域变换到频域。本专利技术还提供了一种转子三维空间轴心轨迹提纯装置，包括检测单元、分解单元、转换单元和组合单元；所述检测单元用于采集转子同一截面上横向、纵向以及轴向的振动信号，并将其组成一个三元旋转信号；所述分解单元用于将所述三元旋转信号按照旋转速度从高到低的顺序分解成多个三元子旋转信号与一个剩余信号之和；所述转换单元用于将各个三元子旋转信号从时域变换到频域，并分析各个三元子旋转信号的频谱，确定基频所对应的三元子旋转信号；所述组合单元用于将所有频率不大于基频的三元子旋转信号相加，所得结果即为提纯后的转子三维空间轴心轨迹。进一步的，所述检测单元所组成的三元旋转信号w(t)为：w(t)＝ix(t)+jy(t)+kz(t)其中，x(t)为水平方向上的横向振动信号，y(t)为水平方向上的纵向振动信号，z(t)为轴向的振动信号；ijk＝i2＝j2＝k2＝-1，ij＝k，jk＝i，ki＝j。进一步的，所述分解单元运用三元经验模态分解将所述三元旋转信号按照旋转速度从高到低的顺序分解成多个三元子旋转信号与一个剩余信号之和，具体步骤包括：(1)计算所述三元旋转信号w(t)在Z轴的投影，其投影计算表达式为：其中，k2＝-1；θm＝mπ/M，m＝1，2，…，M；φn＝nπ/N，n＝1，2，…，N，M和N为设定的正整数，M＝N，表示输入信号投影的个数；q是一个向量的四元数，其表达式q＝0+cos(φ)i+sin(φ)j+0k，φ为向量四元数在XOY平面内与X轴的夹角，运算符号*表示共轭运算，运算符号.表示卷积运算；(2)确定投影信号最大值对应的时刻，并对该时刻的信号进行插值运算得到四元包络曲线(3)通过下式计算所有包络曲线的局部平均值u(t)，其计算表达式为：(4)求取所述三元旋转信号与所有包络曲线的局部平均值u(t)的差值；(5)判断差值是否满足设定的迭代终止条件，直至满足时，将得到的信号作为分解获取的第一个三元子旋转信号；(6)从原始三元旋转信号w(t)中减去分解获取的第一个三元子旋转信号得到新的待分解信号，若新的待分解信号仍为旋转信号，则重复步骤(1)至步骤(5)获得其他的三元信号形式的子旋转信号，直至从待分解信号中分解不出新的三元子旋转信号。进一步的，步骤(5)中的迭代终止条件为：其中，T为信号总的时间长度，di(t)＝wi(t)-ui(t)，当SD在0.2～0.3时，停止本次迭代过程。进一步的，所述转换单元采用傅里叶变换将各个三元子旋转信号从时域变换到频域。本专利技术的有益效果是：将转子同一截面上横向、纵向以及轴向的振动信号组成一个三元旋转信号，然后将该三元旋转信号按旋转速度从高到低的顺序分解成多个三元子旋转信号，其实质是不断从高频滤波到低频滤波的滤波过程，完全体现了自适应的滤波特性；然后根据各个三元子旋转信号的频谱中频率的大小，确定构成提纯后的转子三维空间轴心轨迹的三元子旋转信号，也就是将所有频率不大于基频的三元子旋转信号相加得到提纯后的转子三维空间轴心轨迹，有效提高了算法的自适应性，而且可在不同的二维平面显示轴心轨迹以及变化情况。附图说明图1为转子三维空间轴心轨迹提纯方法的顺序流程图；图2为原始的转子三维空间轴心轨迹；图3-a为三元子旋转信号w1；图3-b为三元子旋转信号w2；图3-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种转子三维空间轴心轨迹提纯方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，采集转子同一截面上横向、纵向以及轴向的振动信号，并将其组成一个三元旋转信号；步骤2，将所述三元旋转信号按照旋转速度从高到低的顺序分解成多个三元子旋转信号与一个剩余信号之和；步骤3，将各个三元子旋转信号从时域变换到频域，并分析各个三元子旋转信号的频谱，确定基频所对应的三元子旋转信号；步骤4，将所有频率不大于基频的三元子旋转信号相加，所得结果即为提纯后的转子三维空间轴心轨迹。

【技术特征摘要】
1.一种转子三维空间轴心轨迹提纯方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，采集转子同一截面上横向、纵向以及轴向的振动信号，并将其组成一个三元旋转信号；步骤2，将所述三元旋转信号按照旋转速度从高到低的顺序分解成多个三元子旋转信号与一个剩余信号之和；步骤3，将各个三元子旋转信号从时域变换到频域，并分析各个三元子旋转信号的频谱，确定基频所对应的三元子旋转信号；步骤4，将所有频率不大于基频的三元子旋转信号相加，所得结果即为提纯后的转子三维空间轴心轨迹。2.根据权利要求1所述的转子三维空间轴心轨迹提纯方法，其特征在于，步骤1中组成的三元旋转信号w(t)为：w(t)＝ix(t)+jy(t)+kz(t)其中，x(t)为水平方向上的横向振动信号，y(t)为水平方向上的纵向振动信号，z(t)为轴向的振动信号；ijk＝i2＝j2＝k2＝-1，ij＝k，jk＝i，ki＝j。3.根据权利要求1所述的转子三维空间轴心轨迹提纯方法，其特征在于，步骤2中运用三元经验模态分解将所述三元旋转信号按照旋转速度从高到低的顺序分解成多个三元子旋转信号与一个剩余信号之和，具体步骤包括：步骤2-1，计算所述三元旋转信号w(t)在Z轴的投影，其投影计算表达式为：其中，k2＝-1；θm＝mπ/M，m＝1，2，…，M；φn＝nπ/N，n＝1，2，…，N，M和N为设定的正整数，M＝N，表示输入信号投影的个数；q是一个向量的四元数，其表达式q＝0+cos(φ)i+sin(φ)j+0k，φ为向量四元数在XOY平面内与X轴的夹角，运算符号*表示共轭运算，运算符号.表示卷积运算；步骤2-2，确定投影信号最大值对应的时刻，并对该时刻的信号进行插值运算得到四元包络曲线步骤2-3，通过下式计算所有包络曲线的局部平均值u(t)，其计算表达式为：步骤2-4，求取所述三元旋转信号与所有包络曲线的局部平均值u(t)的差值；步骤2-5，判断差值是否满足设定的迭代终止条件，直至满足时，将得到的信号作为分解获取的第一个三元子旋转信号；步骤2-6，从原始三元旋转信号w(t)中减去分解获取的第一个三元子旋转信号得到新的待分解信号，若新的待分解信号仍为旋转信号，则重复步骤2-1至步骤2-5，获得其他的三元信号形式的子旋转信号，直至从待分解信号中分解不出新的三元子旋转信号。4.根据权利要求3所述的转子三维空间轴心轨迹提纯方法，其特征在于，步骤2-5中的迭代终止条件为：其中，T为信号总的时间长度，di(t)＝wi(t)-ui(t)，当SD在0.2～0.3时，停止本次迭代过程。5.根据权利要求1-4中任一项所述的转子三维空间轴心轨迹提纯方法，其特征在于，步骤3采用傅里叶变换将各个三元子旋转信号从时域变换到频域。6.一种转子三维空间...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄传金，周铜，职为梅，孟雅俊，雷文平，李凌均，赵静，
申请(专利权)人：中州大学，
类型：发明
国别省市：河南,41