[发明专利]基于非线性形态共振模型的电梯防坠独立式安全监测方法

权利要求书

1.一种基于非线性形态共振模型的电梯防坠独立式安全监测方法，所述电梯包括轿厢（1）、梯井（2）、牵引装置（4）、电梯控制系统（5）及设置于该电梯控制系统（5）内的计算机（6），监测步骤如下：

步骤一：振动数据的采集

在所述牵引装置（4）上设有钢丝绳振动数据监测装置，电梯在运行时，所述钢丝绳振动数据监测装置将监测到的振动数据通过集电环（46）传送给所述计算机（6）；

步骤二：多传感器总监测信号的计算

均布于曳引轮（43）钢丝槽内的多个传感器sn1、sn2、……、snn，其监测信号分别为M1、M2、……、Mn，在某个时刻，多传感器总监测信号SAS的计算方法为：

对多个传感器的监测信号M1、M2、M3、……、Mn从大到小进行排序，排序之后的顺序为：MP1、MP2、MP3、……、MPn,则SAS算法为：

步骤三：监测信号特征参量的提取

为监测电梯钢丝绳（42）的状态，分别提取所述振动数据的积分、方差、稳态平均值、平均微分值以及小波能量5种特征参量：

1）积分INV计算式为：

(1)

式中：IN(t)为积分值，N为传感器对样本的检测数据个数，x_i为第i个响应值，△t为相邻两采样点间的时间间隔，选取0.1 s；

2）方差VAR计算式为：

(2)

式中：为响应信号均值，N为一个样本的采集个数，x_i为一个样本测试值中的第i个采集值；

3）稳态平均值AVRS计算式为：

(3)

式中：Z为相对稳态平均值，t₀为曲线即将稳定时所对应时间，x_i为一个样本测试值中的第i个采集值，N为一个样本总的采集时间点数；

4）平均微分值ADV计算式为：

(4)

式中：Ka为响应信号的平均微分值，N为样本的采集时间，x_i为样本测试值的第i个采集值，△t为相邻两采样点间的时间间隔；

5）小波能量WEV计算式为：

(5)

式中：E为小波能量值，a_3i为信号3尺度分解后逼近系数集中第i个分解系数（i=1,…,m），m为逼近系数集中的系数总数；

步骤四：非线性形态共振模型的建立

非线性形态共振是理想质点在可变周期性信号和随机噪声的作用下，在非线性双稳态系统中发生往复跃迁的现象，非线性形态共振模型描述为：

(6)

式中：为描述一个双稳态系统的势函数，为非线性系统的输入信号，A为信号幅值，f₀为可调节信号频率，m,n0为系统参数；为外部随机噪声，其为统计平均值为0，噪声强度为D的高斯分布白噪声；p是修正常量；

公式(6)描述系统的势垒高度为，其底部位于处的位置，而系统的输出状态由初始状态决定将停留在两个势阱之一，在绝热近似条件即输入信号幅值、频率、噪声强度小于1下，由非线性形态共振系统输出信号的相关函数，可以得到非线性形态共振模型表达式：

(7)；

步骤五：固有信号特征峰的提取

按照步骤一的方法对完好的钢丝绳（42）进行振动数据的采集，计算机（6）将该振动数据通过所述SAS算法得到多传感器总监测信号数据，计算机（6）将该多传感器总监测信号数据通过上述非线性形态共振模型得到完好钢丝绳实时监测的非线性共振频谱图，图中出现的特征峰即为完好钢丝绳的固有信号特征峰；

步骤六：钢丝绳单股断裂特征峰的提取

按照步骤一的方法对单股断裂的钢丝绳（42）进行振动数据的采集，计算机（6）将该振动数据通过所述SAS算法得到多传感器总监测信号数据，计算机（6）将该多传感器总监测信号数据通过上述非线性形态共振模型得到单股断裂钢丝绳（42）实时监测的非线性共振频谱图，图中出现的特征峰即为单股断裂钢丝绳的固有信号特征峰，去除步骤五所述的固有信号特征峰，图中新出现的特征峰即为断股钢丝绳的断裂特征峰；

步骤七：日常使用时对钢丝绳（42）的安全监测

a). 按照步骤一的方法对钢丝绳（42）进行振动数据的实时采集，计算机（6）将该振动数据通过所述SAS算法得到多传感器总监测信号数据，计算机（6）将该多传感器总监测信号数据通过上述非线性形态共振模型得到钢丝绳（42）实时监测信号频谱图，图中出现的特征峰即为钢丝绳的日常信号特征峰；

b). 计算机（6）将步骤a)的实时监测信号频谱图的日常信号特征峰与完好钢丝绳的固有信号特征峰进行比较，若二者相同，则判定钢丝绳（42）完好，重复步骤a)，若二者不相同，计算机（6）将步骤a)的实时监测信号频谱图的日常信号特征峰与断股钢丝绳的断裂特征峰进行比较，若与断股钢丝绳的断裂特征峰相同，则判定钢丝绳（42）出现单股断裂，发出相应警报；若与断股钢丝绳的断裂特征峰不相同，则执行以下步骤：

c). 如果日常信号特征峰的特征峰位置Ps与断裂特征峰的位置P₀相同，可根据两特征峰的幅度来判定断股数：如果2 P₀Ps≧1.5 P₀，判定为两股断裂，发出相应警报；如果2.8P₀Ps≧2 P₀，判定为是三股断裂，发出相应警报；如果Ps≧2.8 P₀，判定为四股及以上断裂，发出相应警报；如果日常信号特征峰的特征峰位置Ps与断裂特征峰的位置P₀不相同，判定为其他机械部件出现问题，发出相应警报。