一种固体火箭发动机故障诊断方法

一种固体火箭发动机故障诊断方法
【专利摘要】本发明涉及一种固体火箭发动机故障诊断方法，特别涉及振动信号分析与恒虚警检测算法在固体火箭发动机故障诊断中的应用。这种故障诊断方法基于振动信号分析技术，在频率故障诊断方法的基础上，对于特征提取过程运用恒虚警检测算法，对特定频率点进行状态识别，能够有效地检测出淹没在杂波能量谱中的突频信号，得到精确的频率信息，对于发动机故障决策具有重要意义，为发动机设计人员、测试人员提供可靠的参考与支持。
【专利说明】一种固体火箭发动机故障诊断方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种固体火箭发动机故障诊断方法，特别涉及振动信号分析与恒虚警 检测算法在固体火箭发动机故障诊断中的应用。

【背景技术】
[0002] 固体火箭发动机地面试车是一项复杂的系统工程，具有高风险、高费用、试验时间 短及故障发生迅速等特点。振动信号是发动机试车测量的重要参数之一，比稳态参数能更 快地反映发动机的性能变化；故障诊断主要对固体火箭发动机地面试车数据进行故障模式 分析，选定与之相适应的算法，对发动机进行故障诊断，做出准确的性能评估；恒虚警检测 是一种有效的信号分析识别算法，对频域信号突频点的检测拥有具有很大的优势。目前， 通过振动参数测量来诊断发动机故障的系统还处于理论研究和技术探索阶段，诊断方法单 一，频率故障诊断作为一种重要的诊断方法，无法对信号突频点进行有效地判别。


【发明内容】

[0003] 本发明解决的技术问题是发明一种固体火箭发动机故障诊断方法，这种故障诊断 方法基于振动信号分析技术，在原有频率故障诊断方法的基础上加入恒虚警检测算法，弥 补了现有技术中的不足。
[0004] 这种故障诊断方法首先对采集到的发动机振动信号进行信号时域预处理，然后进 行频域FFT变换，再进行特征提取，对特定频率点进行状态识别，最后进行故障决策。在特 征提取过程中，对频域处理后的信号频谱运用恒虚警检测算法对突频信号进行检测识别， 具体为：假设被检测单元Xm位于快速傅里叶变换后的m行，除去频谱能量泄露的保护单元， 在被检测目标所在的行提取L点进入检测参考单元，对L个检测参考单元从大到小排序，之 后去掉!个最大值，对剩余单元的幅值进行均值计算，再乘以比例因子k，其结果作为检测 门限，将被检测点Xm的幅值与检测门限相比较.当被检测点的幅值大于检测门限时，输出 坐标信息，即频率信息与幅值信息。
[0005] 信号预处理过程包括数据截取，零线调整，趋势提取与排除和畸点排除。
[0006] 在所述特征提取过程中，在对突频信号进行恒虚警检测识别后，进行基频识别和 状态识别过程。
[0007] 该故障决策方法的描述为：定型固体火箭发动机，壳体材料以及药柱结构是固定 的，发动机工作时主突频振动位置也是固定的；性能稳定的发动机，在特定工作段内的突频 特征点是不发生变化的，当发动机工作过程中出现故障时，振动幅值和振动频谱也将发生 明显的变化，主要的故障特征在于频谱图中的信号突频分量会明显增多。
[0008] 本发明的有益效果：
[0009] 能够有效地检测出淹没在杂波能量谱中的突频信号，得到精确的频率信息，用于 后续的故障诊断分析，为发动机设计人员、测试人员提供可靠的支持。

【专利附图】

【附图说明】
[0010] 下面结合附图和具体实例对本发明进行详细说明。
[0011] 图1是本发明的一个具体实例的故障诊断流程示意图，包括信号预处理，频域处 理，特征提取，故障决策；
[0012] 图2是本发明的一个具体实例的恒虚警检测算法示意图，包括提取检测参考单 元，排序求平均，确定检测门限，比较并输出特征信息四个步骤。

【具体实施方式】
[0013] 本发明的一个具体实例：一种固体火箭发动机故障诊断方法。
[0014] 如图1所示，固体火箭发动机故障诊断方法主要包括信号预处理，频域处理，特征 提取，故障决策四部分。
[0015] 信号预处理主要对固体火箭发动机地面试车采集到的原始振动数据进行时域数 据处理，主要包括数据截取，零线调整，趋势提取与排除，畸点排除。以下对信号预处理过程 进行描述：
[0016] 步骤一：数据截取
[0017] 根据信号有效长度，从发动机振动数据有效数据开始截取。截取的数据长度为N， 起始点为kl输入参数为时间范围（tl，t2);
[0018] 步骤二：零线调整
[0019] 对截取后的信号求平均，然后从原始信号中减去均值。计算公式：
[0020] X (k) =x (k) -Xmean
[0021] k = kl，kl+N，N为去除均值的数据点数，

【权利要求】
1. 一种固体火箭发动机故障诊断方法，包括信号预处理，频域处理，特征提取，故障决 策四部分，其中所述的信号预处理过程是对固体火箭发动机地面试车采集到的原始振动数 据进行时域数据处理；所述的频域处理是对预处理后的时域信号进行快速傅里叶变换；所 述故障决策过程涉及频率故障决策方法，其特征在于：在所述特征提取过程中，对于频域傅 里叶变换后的信号频谱运用恒虚警检测算法对突频信号进行检测识别，具体为：假设被检测单元位于快速傅里叶变换后的m行，除去频谱能量泄露的保护单元，在 被检测目标所在的行提取L点进入检测参考单元，对L个检测参考单元从大到小排序，之后 去掉r个最大值，对剩余单元的幅值进行均值计算，再乘以比例因子k，其结果作为检测门 限，将被检测点的幅值与检测门限相比较，当被检测点的幅值大于检测门限时，输出坐标 信息，即频率信息与幅值信息。
2. 根据权利要求1所述的固体火箭发动机故障诊断方法，其特征在于：所述信号预处 理过程包括数据截取，零线调整，趋势提取与排除和畸点排除。
3. 根据权利要求1所述的固体火箭发动机故障诊断方法，其特征在于：在所述特征提 取过程中，在对突频信号进行恒虚警检测识别后，进行基频识别和状态识别过程。
4. 根据权利要求1所述的固体火箭发动机故障诊断方法，其特征在于：所述故障决策 方法的描述为：定型固体火箭发动机，壳体材料以及药柱结构是固定的，发动机工作时主突 频振动位置也是固定的；性能稳定的发动机，在特定工作段内的突频特征点是不发生变化 的，当发动机工作过程中出现故障时，振动幅值和振动频谱也将发生明显的变化，主要的故 障特征在于频谱图中的信号突频分量会明显增多。
【文档编号】G01M15/00GK104406792SQ201410507694
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年9月18日 优先权日:2014年9月18日
【发明者】张昱, 张磊,云杰, 黄家骥, 潘炳建 申请人:内蒙航天动力机械测试所