往复式机械空间位域信号变换方法
【专利摘要】本发明公开了一种往复式机械空间位域信号变换方法，包括如下步骤：步骤1.通过感知任意N个传感器之间的位域信号，在往复式机械运动过程中获得某一传感器感知的局域强信号，所述传感器为N个，N大于1；步骤2.局域强信号等效为多个固定传感器采集的位域信号的线性组合，对每一个传感器所获取的位域信号进行坐标映射的空间变换；步骤3.初始化权系数矩阵，通过位域信号与传感器信号对初始权系数矩阵进行修正，利用坐标映射的空间变换信号进行位域信号重构。为往复机械故障的预警与发现振动故障提供了新的检验途径，从而为往复式机械安全运行提供了解决方案。
【专利说明】往复式机械空间位域信号变换方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及自动化领域，尤其涉及一种往复式机械空间位域信号变换方法。
【背景技术】
[0002] 往复式机械装置广泛应用于工农业生产和军事装备中，作为系统的核心构件发挥 着非常重要的作用。然而，往复构件常常在高温、高压、变速和强振动的恶劣工况下运行，导 致其极易发生故障，引起机械设备事故，造成重大经济损失甚至人员伤亡。由于旋转构件结 构复杂、振动源多，其故障特征具有隐蔽性，叠加性和不确定性，为早期故障的正确识别和 预示带来了困难。
[0003]目前，针对往复机械故障信号的处理方法，国内外学者已经进行了大量的研宄工 作。
[0004] 1、一些学者针对往复机械的非平稳特性提出基于相位信号的检测方法将发动机 气缸振动信号，超声波信号，点火电压信号，气缸压力信号使用相同的相位坐标表不，以便 于提取故障信息。
[0005] 2、利用D-S证据理论，利用了振动故障信号的多个特征，增加了证据体数量以提 升故障诊断结果的可靠性。
[0006] 3、改进LMD分解，提出了总体局部均值分解方法，通过信号在时频域的分解来提 取故障特征。
[0007] 前述方法都采用固定位置的传感器采集的加速度信号作为分析对象，实际情况中 故障位置极有可能发生变化，当故障发生位置远离传感器位置时，由于传递路径复杂，传感 器采集信号中故障特征已经衰减无法有效提取。同时，已有的信号分解方法将信号分解为 固定基底的线性组合。这种分解方法缺少对不同故障类型的自适应性。所以亟需本领域技 术人员解决相应的技术问题。
【发明内容】
[0008] 本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种往复式 机械空间位域信号变换方法。
[0009] 为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种往复式机械空间位域信号变换方 法，其关键在于，包括如下步骤：
[0010] 步骤1，通过感知任意N个传感器之间的位域信号，在往复式机械运动过程中获得 某一传感器感知的局域强信号，所述传感器为N个，N大于1 ;
[0011] 步骤2,局域强信号等效为多个固定传感器采集的位域信号的线性组合，对每一个 传感器所获取的位域信号进行坐标映射的空间变换；
[0012] 步骤3,初始化权系数矩阵，通过位域信号与传感器信号对初始权系数矩阵进行修 正，利用坐标映射的空间变换信号进行位域信号重构。
[0013] 所述的往复式机械空间位域信号变换方法，优选的，所述步骤2包括：
[0014] 步骤2-1，定义^向量为第i个传感器所采集的信号向量，m为信号向量的维数， 即所采集信号长度，所述i大于1 :
[0015] Si= [Si(O) 士⑴…Si(m)]T，所述上标T指代向量转置，
[0016] 将η个传感器采集的信号向量写成矩阵的形式作为位域变换的一组基底，定义为 基底矩阵：
[0017]S=[S1 (X)，s2 (X)，· · ·，sn (X)]，
[0018] 定义位域矩阵卷积运算：
[0019] P(x) = W(x) ? S
[0020] 其中W(x)为权系数矩阵，由权系数向量组成，
[0021]
【权利要求】
1. 一种往复式机械空间位域信号变换方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤1，通过感知任意N个传感器之间的位域信号，在往复式机械运动过程中获得某一 传感器感知的局域强信号，所述传感器为N个，N大于1 ; 步骤2,局域强信号等效为多个固定传感器采集的位域信号的线性组合，对每一个传感 器所获取的位域信号进行坐标映射的空间变换； 步骤3,初始化权系数矩阵，通过位域信号与传感器信号对初始权系数矩阵进行修正， 利用坐标映射的空间变换信号进行位域信号重构。
2. 根据权利要求1所述的往复式机械空间位域信号变换方法，其特征在于，所述步骤2 包括： 步骤2-1，定义^向量为第i个传感器所采集的信号向量，m为信号向量的维数，即所 采集信号长度，所述i大于1:
度下降法求取该函数极值以及该位置处0向量， 进行位域空间变换的逆过程即局域信号重构计算得出w(xn+1)，使用梯度下降法/牛 顿迭代法利用所求w(xn+1)，（此时W(xn+1)，xn+1,Xi,x2,x3. ? ?，xn均为已知量）对函数参数 M，L，D，...进行拟合求解。
4.根据权利要求1所述的往复式机械空间位域信号变换方法，其特征在于，所述步骤3 还包括： 步骤3-2,定义算子，算子表达式为：
该算子通过坐标位置x(标量）与多传感器信号输入（矩阵）的运算计算得出x坐标 位置的期望信号输入。该算子的将W(x)矩阵与S矩阵进行矩阵卷积运算，并对结果矩阵按 列求和计算得出信号向量P(x)
【文档编号】G06F17/14GK104484313SQ201410815134
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月24日 优先权日:2014年12月24日
【发明者】邵毅敏, 郭放, 王利明, 刘静, 叶维军, 曹正, 叶紫晶, 胡竞 申请人:重庆大学