一种火炮间隙特征的检测方法技术

本发明专利技术公开了一种火炮间隙特征检测方法。该方法首先依据预测器和更新器各自的对称性与约束性给定元素相等的初值，再利用算子自适应算法构造最佳匹配信号特征的自适应预测器和自适应更新器，对火炮间隙响应信号进行算子自适应小波包分解与重构，得到多个频带的振动信号；然后计算各频带振动信号的能量值，取能量最大的频带为最佳检测频带，最后计算最佳检测频带上的间隙特征指标；将火炮机构间隙为０．５ｍｍ时最佳检测频带上的间隙特征指标定为阈值，若所测火炮间隙响应信号最佳检测频带上的间隙特征指标小于阈值，则火炮机构间隙合格。该检测方法结果可靠，实时性好，简单易行，适用于现场指导火炮间隙快速动态调整，提高射击精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属机构间隙特征检测领域，具体涉及火炮俯仰机构间隙动态特性的检测方法。
技术介绍
火炮在现在战争中发挥着越来越重要的作用，其重要的性能指标就是射击精度。炮口扰动是影响射击精度的一项重要因素，而炮口的扰动基本上依赖于火炮俯仰机构的间隙。但是由于装配和制造误差等方面各种因素的影响，火炮俯仰机构之间的间隙不可能完全消除。部件之间有间隙存在，就势必存在振动；影响炮口位置并发生扰动，导致射击精度降低。因此研究火炮俯仰机构间隙的检测方法对提高火炮射击密集度有很重要的意义。一方面现场指导火炮间隙快速动态调整，提高射击精度；另一方面也可以为火炮结构设计提供指导。 目前，国内外对于间隙的研究大部分集中在建立数学模型、动力学分析以及由间隙引起的混沌、分叉现象等方面。这些方面的研究对了解机构间隙的运动机理是很有帮助，但对解决工程中的实际问题还很困难。 信号特征提取方法的研究目前已成功应用于一些常见的故障，如转子裂纹、不对中、以及齿轮和轴承的故障等，但在间隙响应信号中应用还很少。机构的间隙响应信号是一种振荡衰减信号，拥有瞬时冲击的特征。选择与间隙响应信号匹配的小波基函数，可在变换中获得较大的小波系数，有效的突出间隙特征。小波系列的信号提取方法可有效的提取间隙信号的动态特征。 算子自适应小波包是给定初值的基础上利用算子自适应算法求取的。在求取自适应预测器和更新器过程中，以减小分解误差为优化指标，极大的提高了小波包的自适应能力。算子自适应小波包的预测器和更新器并不固定，而是随着信号特征自动匹配变化。因此，算子自适应小波包在处理间隙信号时具有突出的优势。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种火炮间隙特征检测方法。该方法首先依据预测器和更新器各自的对称性和约束性给定元素相等的初值，再利用算子自适应算法构造最佳匹配信号特征的自适应预测器和自适应更新器，对火炮间隙响应信号进行算子自适应小波包分解与重构，得到多个频带的振动信号；然后计算各频带振动信号的能量值，取能量最大的频带为最佳检测频带，最后计算最佳检测频带上的间隙特征指标；将火炮机构间隙为0. 5mm时最佳检测频带上的间隙特征指标定为阈值，若所测火炮间隙响应信号最佳检测频带上的间隙特征指标小于该值，则火炮机构间隙合格。该检测方法结果可靠，实时性好，简单易行，适用于现场指导火炮间隙快速动态调整，提高射击精度。 本专利技术的技术方案是这样解决的本专利技术按以下步骤进行 1)首先依据预测器和更新器各自的对称性和约束性给定元素相等的初值，利用算子自适应算法构造最佳匹配信号特征的自适应预测器和自适应更新器，对火炮间隙响应信号进行算子自适应小波包分解和重构，得到多个频带的振动信号。 2)计算各频带振动信号的能量值，取能量最大的频带为最佳检测频带，最后计算最佳检测频带上的间隙特征指标；将火炮机构间隙为0. 5mm时最佳检测频带上的间隙特征指标定为阈值，若计算最佳检测频带间隙特征指标小于阈值，则火炮间隙合格。 所述的构造自适应预测器和自适应更新器，对火炮间隙响应信号进行算子自适应小波包分解和重构，得到多个频带的振动信号包括以下步骤，元素个数为MG;更新器gA/G/2个数为MH，依据预测器和更新器的各自的对称1)预测器G = g-M(3/2+l . g0.../20/Zj… \^/2，元素性g_r+l —=gr，r = 1，2， ...，MG/h—j+1 ==hj， j = 1，2， ...，MH/和约束性给定元素相等的初值G^tfG0 =、 1 「1WG节信号D112M 2M2Mti，t利用初始的预测器G°和更新器H°对原始信号x (n)进行分解，可得1层分解的细=(di)iEz与逼近信号S二 (Si)iez:《w y J_(d乂=—a/〃/2+i/ = l,2，...，w,x其中，i为样本序号，1为分解层数，el,)为1层细节信号的第i个样本。d(o)———为原始信号的第2i+l个样本，Si(°) = x2i为原始信号的第2i个样本。 将所有细节信号D置零，对信号进行重构，获得重构信号 X"、("+l;gA("，/:l,2，…," 将原始信号与重构信号对比，可获得重构误差JD^。再根据预测器的约束条件，可得目标函数产n五-2、y & (K—i+o/ =1-《+义Z 1 MG/26 为使jD^(g， A)最小，分别对^与A求偏导数，即<formula>formula see original document page 7</formula>。由预测器的对称性，可获得自 将上述方程求解，可获得系数.适应预测器G, ={g_M。/2+1…g。 … gMfi/2}。 自适应更新器Ha。w的设计是将所有逼近信号S置零，然后对信号进行重构，获得新的重构信号M /2 /MG/2，Z = 1,2，".,"与原始信号相比，可得重构误差js^，新目标函数为AV2十五.AV2 MG/2 MG/2)=1 " ，1 .广■!M一2 ^4 ^7.为使JS = °(h， Y)最小，分别对hj与Y取偏导数，然后对方程求解可得系数&…。由预测器的对称性，可获得自适应预测器"麵={^,,/2+1 ... ^ &… 2)利用算子自适应小波包对火炮间隙响应信号x(n)进行分解和重构，首先对原始信号进行分成奇偶两个序列x。和xe，x。 = {x(2i+l)) ， xe(i) = (x(2i)) ， f = 1，2，…，n/2—1 其中，i为子序列x。和xe中的样本序号， 然后利用下式可获得算子自适应小波包第1层分解的各频带信号A/G/2 阔('')= —"fo (0 - 2 (z' + r + MG / 2 -1)—/2+1 hl，2,…，2 、l，2，…,"/2'苴中，kA/ /2 ，，, 八I ， a W ('.)= (0 + S V(/-"fe (z' + +MH / 2 -1)为分解后频带的编号，Xlk。(i)即为1层k频段信号奇序列中的第i个样本。 重构过程是将待重构频带信号保留，而将其它频带信号置零，按照下式进行重构，可获得21个频带的振动信号7<formula>formula see original document page 8</formula> 所说的计算各频带振动信号的能量值，取能量最大的频带为最佳检测频带，计算 最佳检测频带上的间隙特征指标；将火炮机构间隙为0. 5mm时最佳检测频带上的间隙特征 指标定为阈值，若计算最佳检测频带间隙特征指标小于阈值，则火炮间隙合格包括以下步 骤 1)首先，计算信号分解后第1层的21个频段的振动信号的能量值 ^ "1,2,…'，2' = max(A ， ￡2,…，￡2,) 算子自适应小波包对原始信号分解重构后得到21个频段的振动信号，每个频段的 振动信号对间隙特征的反映是不同的。能量最大的信号最能反映间隙特征，因此选取能量 最大的频带作为最佳检测频带。 2)对最佳检测频带的重构信号进行m等分，得到每等分的数据长度为nm = n/m， 然后按照下式计算信号的间隙特征指标 <formula>formula see original document p本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种火炮间隙特征检测方法，其特征在于：１）首先依据预测器和更新器各自的对称性与约束性给定元素相等的初值，利用算子自适应算法构造最佳匹配信号特征的自适应预测器和自适应更新器，对火炮间隙响应信号进行算子自适应小波包分解和重构，得到多个频带的振动信号；２）计算各频带振动信号的能量值，取能量最大的频带为最佳检测频带，最后计算最佳检测频带上的间隙特征指标；将火炮机构间隙为０．５ｍｍ时最佳检测频带上的间隙特征指标定为阈值，若计算最佳检测频带间隙特征指标小于阈值，则火炮间隙合格。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈雪峰，申中杰，李兵，何正嘉，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]