剔除压力脉动干扰信号的方法
【技术领域】 [0001] ：本发明涉及一种剔除压力脉动干扰信号的方法。
【背景技术】 [0002] ：水力机械的振动发生于运行中的各类水电站和抽水蓄能电站，随着单 机容量的不断增大，机组的稳定性变得越来越重要，稳定性指标同能量、空化指标一起成为 水力机械的三大考核指标。而压力脉动是影响机组稳定性指标的主要因素之一，它不仅会 引起机组振动、出力摆动、叶片裂纹和尾水管壁撕裂等，而且剧烈的压力脉动甚至会引起厂 房或相邻建筑物的共振，直接威胁到整个电站的安全运行。因此，压力脉动测量值的正确与 否直接影响了对水力机械稳定性和机组安全运行状态的评价，已日益得到广泛的重视。
[0003] 如图1所示，正常压力脉动信号（1)应该呈现出平滑、低频的正弦波形态。而压力 脉动测量结果分析过程中，经常会发现异于正常压力脉动信号（1)存在明显"毛刺"状高频 干扰信号（2)成分的异常压力脉动信号（3)。异常压力脉动信号（3)的特征为：压力脉动 信号时域幅值比正常压力脉动信号（1)的时域幅值大，且在如图2所示的压力脉动信号频 域分析图中，可以发现存在一个明显与正常压力脉动信号频率成分（4)无关的高频干扰信 号频率成分（5)。一旦发生上述现象，将无法准确地对水力机械压力脉动现象的时频特性进 行分析，导致不能正确评价水力机械的水力稳定性。而发现此种情况时往往是在试验结束 后数据整理阶段，此时已没有办法采取其他措施来将高频干扰信号（2)在信号采集过程中 过滤掉的，只能在压力脉动试验数据后期分析中将干扰信号剔除掉并还原为正常压力脉动 信号（1)。
【发明内容】
[0004] ：本发明的目的提供一种实现在异常压力脉动信号中剔除压力脉动干扰 信号的方法，完全复原正常压力脉动信号。
[0005] 本发明的技术方案为：一种剔除压力脉动干扰信号的方法，具体
[0006] 步骤如下：
[0007] 1)启动计算机系统；
[0008] 2)对压力脉动信号进行频域分析；
[0009] 3)判定高频干扰信号并确定该干扰信号的幅值A2和频率f 2;
[0010] 4)构造出该高频干扰信号的正弦波表达式：
[0011] A2 · sin (2 · η · f2 · ?+Φ2)；
[0012] 式中：
[0013] t :时间；
[0014] Φ2:高频干扰信号相位；
[0015] 5)计算异常压力脉动信号去除不同相位的高频干扰信号后的信号 SignaKti, Φ2?)：
[0017] 式中：
[0018] Signal U1, Φ2]):异常压力脉动信号去除不同相位的高频干扰信号后的信号；
[0019] :::压力脉动信号时间序列； .S.
[0020] : %不同时刻的异常压力脉动信号值； Si
[0021] Φ2?:高频干扰信号的相位值，叙/ = ^ ·力
[0022] j :整数系列，j = 0, 1，2,…，180 :
[0023] 6)分别对信号系列Signal U1, Φ2?)进行频域分析；
[0024] 7)搜索出不同相位时信号系列SignaUt1, Φ2?)的高频干扰信号频率成分所对应 的高频干扰信号幅值的最小值：
[0025] A2*= min {Α 2,』
[0026] 式中：
[0027] 七M言号系列SignaUt1, Φ2?)不同相位时的高频干扰信号频率成分所对应高频 干扰信号幅值的最小值；
[0028] A2i j:信号系列Signal (t D Φ2?)不同相位时的高频干扰信号频率成分所对应高频 干扰信号的幅值系列；
[0029] 8)确定不同相位时的高频干扰信号频率成分所对应高频干扰信号幅值的最小值 ^所对应的高频干扰信号相位值4/ ;
[0030] 9)将异常压力脉动信号还原为正常压力脉动信号：
[0032]式中：
[0033] 义卯还原的正常压力脉动信号；
[0034] 10)关闭计算机。
[0035] 本发明利用压力脉动信号本身的特性，根据频域分析结果，将压力脉动高频干扰 信号从采集到的压力脉动信号中剔除出去并还原为实际的压力脉动信号。
[0036] 如图1所示，异常压力脉动信号（3)实际上是由高频干扰信号（2)叠加在正常压 力脉动信号（1)上构成的，即，
[0037] A3 (t) = A1 · sin (2 · π · A · t+Φ 丄）+A2 · sin (2 · π · f2 · t+Φ 2) (I)
[0038] 式中：
[0039] A3 (t):异常压力脉动信号；
[0040] A1:正常压力脉动信号幅值；
[0041] f1:正常压力脉动信号频率；
[0042] t :时间；
[0043] Φ1:正常压力脉动信号相位；
[0044] A2:高频干扰信号幅值；
[0045] f2:高频干扰信号频率；
[0046] Φ2:高频干扰信号相位。
[0047] 通常，用压力脉动信号的时域峰峰值来表征压力脉动的大小。所谓峰峰值，就是信 号的波峰与波谷幅值之差。如图1所示，对于正常压力脉动信号（1)而言，其时域峰峰值为 24。而被高频干扰信号（2)干扰了的异常压力脉动信号（3)的时域峰峰值则为2 (AfA2)。 异常压力脉动信号（3)的时域峰峰值与正常压力脉动信号（1)的时域峰峰值之差，异常压 力脉动信号（3)较正常压力脉动信号（1)由于叠加了高频干扰信号（2)而错误增加的时域 峰峰值部分，即为高频干扰信号（2)的时域峰峰值2A2。也就是说，高频干扰信号（2)在压 力脉动时域分析中的影响就是使正常压力脉动信号（1)的时域峰峰值整整升高了 2A2即高 频干扰信号（2)的时域峰峰值。
[0048] 同时，如图2所示，异常压力脉动信号（3)在频域中除了能够发现对应正常压力脉 动信号幅值A1和正常压力脉动信号频率匕的正常压力脉动信号频率成分（4)外，还存在一 个对应高频干扰信号幅值A2和高频干扰信号频率f 2的高频干扰信号频率成分（5)。在对 正常压力脉动信号（1)进行频域分析时，高频干扰信号频率成分（5)是不存在的。
[0049] 既然异常压力脉动信号（3)是由正常压力脉动信号（1)和高频干扰信号（2)叠 加在一起形成的，只要能够采用某种方式构造出高频干扰信号（2)的正弦波表达式并确定 该正弦波表达式中的各变量值，就可以通过将高频干扰信号（2)叠加在正常压力脉动信号 (1) 上构成异常压力脉动信号（3)过程的逆运算，将该高频干扰信号（2)从异常压力脉动信 号（3)中剔除掉，在理论上就可以实现在异常压力脉动信号（3)中将高频干扰信号（2)剔 除并还原为正常压力脉动信号（1)的目的。
[0050] 根据图2中高频干扰信号频率成分（5)所对应的高频干扰信号幅值AjP高频干 扰信号频率&可构造出高频干扰信号⑵的正弦波表达式为A2 · sin(2 · π · f2 · t+(i>2)， 除高频干扰信号相位Φ 2外，高频干扰信号幅值A 2和高频干扰信号频率f 2均可由图2所示 的频域分析图中获得。
[0051] 要实现在异常压力脉动信号（3)中将高频干扰信号（2)剔除的目的，就需要在构 成异常压力脉动信号（3)的压力脉动信号中去除掉叠加的高频干扰信号（2)。由于异常压 力脉动信号（3)为已知信号，而构造出的高频干扰信号（2)仅有相位Φ2为未知，故可以按 下式计算出不同的高频干扰信号（2)相位Φ2下异常压力脉动信号（3)去除高频干扰信号 (2) 后的信号系列SignaUti, Φ2.): CN 105181243 A 说明书 4/7 页
[0053] 式中：
[0054] SignaUt1, Φ2]):异常压力脉动信号去除不同相位的高频干扰信号后的信号系 列； %
[0055] 压力脉动信号时间序列； .s'
[0056] .1:不同时刻的异常压力脉动信号值； Λ Si
[0057] Φ2?:高频干扰信号的相位，氣y = ^
[0058] j :整数系列，j = 0, 1，2,…，180。
[0059] 从上述分析可知，只要将异常压力脉动信号（3)中的高频干扰信号（2)中的高 频干扰信号频率成分（5)去除，即可实现将