基于模态分解识别信号源灵敏度的计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于内燃机相关参数计算技术，具体涉及一种对柴油机供油参数合理选择 以及振动噪声控制的计算方法。
【背景技术】
[0002] 虽然大部分振动噪声是由内燃机自身结构的特性而产生，但由于着火方式差异， 柴油机比汽油机燃烧噪声要大。随着柴油机的广泛应用，研宄制造者除了在兼顾柴油机排 放和燃油经济性的同时，尽量采取各种方法和技术来降低燃烧噪声，并取得了较好的成果。 例如对喷油系统进行优化设计，或通过调节供油过程中的相关参数，来改善燃烧过程及降 低噪声和排放。
[0003] 通过振动信号来衡量供油参数对振动噪声的研宄已经取得了较大进展，主要以时 域或频域的形式对振动信号进行分析。时域分析主要是对采集到的振动信号进行最大值、 均方根值、波形指标、峰值指标等参数的计算，判定柴油机的振动信号特征。但时域信号局 限于对振动噪声进行整体评价，无法衡量信号中主要频率成分与各激励源的变化情况。频 域分析是将柴油机振动信号分解成它的各频率段分量，根据功率谱的形状特征，将不同系 统参数条件下信号特征进行对比，判定柴油机的振动状况，但如果不同供油参数条件下的 振动信号产生相似功率谱，则很难对其进行判断。
[0004] 随着计算机与数字信号处理技术的不断发展，经验模态分解（EMD)与小波包技术 在内燃机振动信号分析领域得到了广泛应用，能够更好的获取振动信号中所包含的信号特 征。振动信号经EMD处理后可以得到一系列IMF (本征模态函数）分量，这些IMF分量大部 分与柴油机各振动源密切相关，而另外一些分量则属于无用的信号信息。以柴油机供油压 力为例来探讨供油参数变化对振动信号及相关振动源的影响，以及供油压力变化对信号能 量特征的影响规律，从而实现柴油机供油参数的合理选择，有助于柴油机振动噪声的控制 与评价。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是，提供一种基于模态分解识别信号源灵敏度的计算方法，它具有 较高的应用价值与适应性强的特征。
[0006] 实现本发明目的的技术方案，包括如下步骤：
[0007] (1)设正常供油参数下振动信号为xnOT(t)，供油参数调整后的振动信号为x(t)， 计算振动信号X(t)与其IMF分量y n(n = 1，2,. . .，N)之间的相关系数un;
[0008] (2)计算振动信号x(t)的MF分量yn(n= 1，2，...，N)与正常供油参数下振动信 号xnOT(t)之间的相关系数βη;
[0009] (3)依据计算的相关系数11"与β η，计算供油参数变化所产生的相关系数差值，定 乂为：rI n= U η_ β η，η = 1，2, · · ·，N ;
[0010] (4)依据方程
【主权项】
1. 基于模态分解识别信号源灵敏度的计算方法，其特征是：所述方法包括如下步骤： (1) 设正常供油参数下振动信号为XnOT (t)，供油参数调整后的振动信号为X(t)，计算 振动信号X(t)与其IMF分量yn(n= 1，2,. . .，N)之间的相关系数un; (2) 计算振动信号x(t)的MF分量yn(n= 1，2，...，N)与正常供油参数下振动信号 xnor⑴之间的相关系数0n; (3) 依据计算出的相关系数1!"与n，计算供油参数变化所产生的相关系数差值，定义 为yn_0n，n= 1，2，...，N; (4) 依据方程
，11 = {11丄11=1，2，...，1对相关系数差值1111 进行标准化处理，定义并计算振动信号x(t)的IMF分量的灵敏度因子入n; (5) 依据灵敏度因子选择灵敏本征模态函数（IMF)分量； (6) 对振动信号的灵敏IMF分量进行小波时频分析，从而确定该分量所对应的柴油机 振动源， 上述步骤中：MF表示信号的一个内在特征振动形式，均满足两个条件：(a)对于一列 数据，极值点和过零点数目必须相等或最多相差一；(b)在任意点，由局部极大值点构成的 包络线和局部极小值点构成的包络线的平均值为零。
2. 按照权利要求1所述的基于模态分解识别信号源灵敏度的计算方法，其特征是：所 述步骤（1)还包括： n 1. 1原始数据序列最终可以表示为：#) = !>#) +#)，其中，rn⑴为残余项，代表信 /=1 号的平均趋势，IMF分量Ci (t)代表信号的不同频段成分； 1. 2采用N.E.Huang仿柯西收敛准则，通过限制两次连续筛选结果的标准差SD的大小 来终止筛分过程，标准差SD的定义式为：
式中：hlk表示数据序列与包络均值的差值。
3. 按照权利要求1所述的基于模态分解识别信号源灵敏度的计算方法，其特征是：所 述步骤（5)还包括： 5. 1依据灵敏度因子值对振动信号x(t)的IMF分量按从大到小进行排序，描述为： 入'i彡入' 2,…，入，n，…，入'N)入' N; 5. 2计算相邻MF分量灵敏度因子的差值，描述为：dn=A' n-A'n+1，n = 1，2,…，N; 5. 3找到 <最大值所对应的IMF分量，并选取其排列序列中前n个IMF分量（y'i_y' n) 作为振动信号的灵敏IMF分量，由前n个IMF分量的小波时频分析，确定该分量所对应的柴 油机振动源， 其中：X表示灵敏度因子；dn表示灵敏度因子的差值。
【专利摘要】本发明公开了一种基于模态分解识别信号源灵敏度的计算方法，主要步骤包括：设定正常供油参数下以及调整后的振动信号，计算出振动信号与其本征模态函数(IMF)分量之间的相关系数；计算IMF分量与正常供油参数下振动信号之间的相关系数；计算供油参数变化所产生的相关系数差值；依据方程对相关系数差值进行标准化处理，并定义灵敏度因子；依据该因子选择灵敏IMF分量；对灵敏的IMF分量进行小波时频分析，从而确定该分量所对应的柴油机振动源。该方法揭示了与供油参数变化密切相关的柴油机振动源，可提高柴油机供油参数变化密切相关振动源的识别精度，有助于实现柴油机供油参数的合理选择与振动噪声控制。
【IPC分类】G06F19-00
【公开号】CN104699948
【申请号】CN201510019070
【发明人】杜宪峰, 庞华廷, 武振海, 孙福强, 范文强
【申请人】东风朝阳朝柴动力有限公司
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年1月15日