[发明专利]一种基于能量算子k-梯度的往复机械振动信号冲击始点自适应提取方法

说明书

本发明提供一种基于能量算子k‑梯度的往复机械振动信号冲击始点自适应提取方法，避免了传统冲击始点提取技术中阈值设定不合理和适应性差的问题，达到自适应及优化提取振动信号冲击始点的效果。该方法首先对振动信号进行EMD自适应滤波处理，去除信号中的低频成分，保留高频成分；然后计算Teager能量算子，突出瞬态振动冲击能量；再计算Teager能量算子的k‑梯度和k‑梯度邻域，并将k‑梯度邻域在时间序列里的第一个点作为冲击起始点；最后根据往复机械振动信号冲击的准周期特性，对计算结果利用3‑σ准则进行离群点检验，并通过自动调整k值和设定的准则优化离群点的计算结果，从而达到自适应精确提取振动信号冲击始点的目的。

技术领域

本发明涉及一种振动冲击始点提取的振动特征处理方法，尤其涉及一种往复机械振动信号冲击始点自适应提取方法，适用于基于振动信号的状态监测及故障诊断领域。

背景技术

冲击通常是因接触碰撞导致零部件受力发生突变而产生的，进而使相应机械部件受力不平衡发生振动，在设备的振动信号上体现为瞬间增大并快速衰减的局部冲击。往复机械的实际振动信号一般主要由具有明确物理意义的局部冲击组成，例如内燃机的缸盖振动信号一般由点火冲击、气门开闭冲击等组成；往复压缩机气缸振动信号一般由阀片冲击振动组成。冲击始点是局部冲击信号的一个重要特征，一般可作为故障敏感特征用于设备故障诊断，例如内燃机气门开闭的冲击始点特征可用于诊断气门间隙异常故障。

目前，对于振动冲击信号始点提取，阈值判断是最常用的技术之一。针对单个局部冲击信号而言，振动幅值首次穿越阈值线的位置一般被当作冲击始点。但由于阈值的设置通常是根据经验确定，在由多个不同幅值冲击组成的实际复杂振动信号中，普遍存在阈值设定不合理或自适应性差的问题。此外，基于能量最大上升梯度的冲击始点识别方法能够达到自适应计算的目的，但实际振动信号受许多干扰因素的影响，冲击起始位置的振动能量上升梯度可能是该冲击区域中的较大者，而不是最大者，通过识别能量梯度最大值位置的提取方法往往存在较大误差。

本发明根据冲击区域能量变化的特点，结合Teager能量算子在识别瞬态振动变化方面的优势，通过设计合理的规则自适应提取能量上升梯度符合设定条件的较大值点，提出一种基于Teager能量算子上升梯度的振动冲击始点自适应精确提取新方法，从而克服传统方法中阈值设定自适应性差、计算精度差的问题，以达到自适应精确提取振动信号冲击始点的目的。

发明内容

本发明的目的在于针对现行普遍采用的冲击始点提取方法适应性差、精度不高的问题，提供一种基于Teager能量算子上升梯度的冲击始点自适应精确提取方法。

本发明通过以下技术方案实现：首先对振动信号进行EMD自适应滤波处理；然后计算Teager能量算子，突出瞬态振动冲击能量；再对局部能量算子求梯度，得到Teager能量算子梯度；提出k-梯度和k-梯度邻域的概念，并将k-梯度邻域在时间序列里的第一个点作为冲击起始点；最后根据往复机械振动信号冲击的准周期特性，对计算结果利用3-σ准则进行离群点检验，并通过自动调整k值和设定的准则优化离群点的计算结果，从而达到自适应精确提取振动信号冲击始点的目的。

1、一种基于能量算子k-梯度的往复机械振动信号冲击始点自适应提取方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)对实际测得的往复机械整周期振动信号进行基于经验模态分解(EmpiricalMode Decomposition,EMD)的自适应滤波预处理；

(2)对上述滤波后的离散信号进行角域重采样；

(3)计算每个数据点处的局部Teager能量算子；

(4)初始设定一个正整数k，计算能量算子的k-梯度，提取在能量梯度时间序列里首次属于k-梯度邻域的能量梯度所在的位置作为冲击始点；