一种多信号处理技术融合的全封闭压缩机转速测量方法

本发明涉及全封闭压缩机转速的测量，具体涉及一种多信号处理技术融合的全封闭压缩机转速测量方法。

背景技术：

1、在全封闭压缩机转速的测量技术领域，由于全封闭压缩机其自身的封闭性，只能通过在外部安装传感器间接的来测量其转速.全封闭压缩机转速测量常用的方法有测振法、排气脉动法、磁漏法还有电流法.上述各种方法，虽然使用的原理不一，但它们都是基于信号的转速特征，通过采集系统得到微弱的信号之后进行信号处理.电流法是目前测量全封闭压缩机转速较常用的方法，该方法精确度高、抗干扰强.虽然基于电流法提取转速信号的方法较简单，转速信号通过频谱分析算法得到转速，但由于不同频谱分析算法应用于不同的工程领域，具有不同的性能，若选用不适合的频谱分析方法，其测量出来的精度不高并且计算量大.zfft复调制频谱细化方法在细化频带的实际工作过程中，不仅需要消耗巨大的计算资源，而且其细化精度和最大细化倍数受低通滤波器特性限制.czt频谱细化方法对于谱峰重叠一起的信号，无法消除干涉影响，而且使用czt达到与zfft细化相同效果的情况下，czt运算速度较慢.目前全封闭压缩机转速测量大多采用嵌入式转速测量设备，现有方法多数需要存放中间数据，若消耗的计算资源较大时，对转速测量的实时性能会产生不利影响.为了测量出高精度实时转速，需要一种高精度运算速度较快的信号处理算法。

2、因此现有技术需要一种提高转速测量精度且运算速度较快的方法，来解决实现全封闭压缩机转速高精度测量问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提出了一种多信号处理技术融合的全封闭压缩机转速测量方法，该方法可以有效解决全封闭压缩机转速测量精度不高的问题，为后续的频谱细化的算法研究以及全封闭压缩机转速测量的工程应用提供新的思路.

2、为了解决上述问题，本申请提出了一种多信号处理技术融合的全封闭压缩机转速测量方法，包括如下步骤：

3、1)建立基于电流信号的测速模型；

4、2)采用dsp数据采集系统采集电流信号；

5、3)电流信号的预处理；

6、4)电流信号的小波变换频谱细化；

7、5)细化频谱的频谱校正；

8、6)卡尔曼滤波器估计全封闭压缩机旋转频率；

9、7)转速值计算与显示。

10、优先地，建立基于电流信号的测速模型具体为：在全封闭压缩机的电机中，由于有缺陷的悬挂球轴承或安装不正确，会导致转子偏心.在转子偏心和转子开槽的作用下，气隙磁导会发生变化；当电机的气隙磁导发生变化时，会导致磁场分布不均匀，从而引起偏心谐波的产生。全封闭压缩机的电机在运行时，由于转子受运动机构的径向力、离心力、负载等不平衡力的作用也会产生偏心谐波，本发明中，偏心谐波是由上述两种成因叠加而成的。在实际应用中，设备供电使用的工频交流电大部分使用逆变电路产生，而逆变电路除产生交流电能以外，还产生了微弱的直流分量；因此在实际电流信号中主要包括电流基波、偏心谐波、电流谐波和直流分量.因此建立基于电流信号的测速模型具体为：

11、

12、优先地，采用dsp数据采集系统采集到全封闭压缩机电流信号具体为：全封闭压缩机的电流信号通过电流传感器wbi411s97将进入数据采集系统上，数据采集系统是以f28335为核心，外扩ad7610芯片为采样芯片的数据采集电路板，f28335通过485通讯将采集到的原始信号发送给上位机。

13、优先地，电流信号的预处理方法具体为：上位机通过matlab对外的api来调用matlab编程环境里存在的m脚本进行数据处理.若对定频的全封闭压缩机测量转速，原始信号先去除直流分量，再通过一个三阶的低通巴特沃斯滤波器进行滤波得到电流信号，然后对电流信号使用hilbert变换，再将原电流信号的平方加上经过hilbert处理后的电流信号的平方，此时得到的信号即转速信号.若对变频的全封闭压缩机测量转速，电流信号采集后不需经过电流信号的预处理。

14、优先地，小波变换频谱细化对转速信号进行频谱分析，其算法流程图如图2所示.若对定频的全封闭压缩机测量转速，以电机极对数为1，电源基频50hz为例，可确定细化频带45-55hz，设置尺度因子0.15，选用morlet小波函数，对转速信号进行小波变换频谱细化；频谱细化后得到细化频谱y(k)和细化后的转速时域信号y(n)。若对变频的全封闭压缩机测量转速，先使用fft，粗略计算待分析全封闭压缩机旋转频率所在频带，然后设置细化频带，设置尺度因子和小波函数，对转速信号进行小波变换频谱细化。

15、优先地，细化频谱的频谱校正使用了hanning窗的比值校正法，将细化频谱得到的细化后的转速时域信号y(n)经过加hanning窗的比值校正法后，得到精确的全封闭压缩机旋转频率fm。

16、优先地，卡尔曼滤波器估计全封闭压缩机旋转频率具体为：设置卡尔曼滤波器的初值：emeak＝0.5eest0＝0.2，然后将多组数据信号处理后得到的全封闭压缩机旋转频率fm经过卡尔曼滤波器后，得到卡尔曼滤波器估计全封闭压缩机旋转频率。

17、优先地，转速值计算与显示具体为：由转速公式和卡尔曼滤波器估计全封闭压缩机旋转频率计算出转速值，并将转速值在上位机界面中显示出来。

18、本发明的有益效果主要表现在：

19、1)本发明在电流信号的预处理中使用了去除直流分量，有利于后续使用hilbert得到高信噪比的转速信号。

20、2)本发明使用小波变换频谱细化转速信号，利用小波函数设计滤波器滤波特性好，且小波函数和尺度参数的可选择性，便于实际工程运用。

21、3)本发明使用卡尔曼滤波器最优估计算法对全封闭压缩机旋转频率进行预测和平滑，减小了测量误差和过程误差带来的数据波动。

22、4)本发明使用多信号处理技术融合的方法，转速误差在±0.5rpm内，测量周期为1s。

技术特征：

1.一种多信号处理技术融合的全封闭压缩机转速测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种多信号处理技术融合的全封闭压缩机转速测量方法，其特征在于，所述小波变换频谱细化的具体步骤如下：

3.根据权利要求1所述的一种多信号处理技术融合的全封闭压缩机转速测量方法，其特征在于，所述比值校正法的具体步骤如下：

4.根据权利要求1所述的一种多信号处理技术融合的全封闭压缩机转速测量方法，其特征在于，所述卡尔曼滤波器最优估计的具体步骤为：

技术总结
本发明涉及一种多信号处理技术融合的全封闭压缩机转速测量方法，包括如下步骤：建立电流信号测速模型，电流信号的采集，所述的电流信号来源于全封闭压缩机的电流信号；电流信号的预处理，所述的预处理是先去除信号的直流分量，再通过一个三阶的低通巴特沃斯滤波器，接着使用HILBERT变换提取转速信号；设置细化频带区间，然后进行小波变换频谱细化，得到的细化频带再经过比值校正法进行频谱校正；然后将校正后得到的全封闭压缩机旋转频率使用卡尔曼滤波器对进行最优估计，以平滑全封闭压缩机旋转频率，最后得出转速值并通过上位机显示；利用上述方法，能够解决全封闭压缩机转速测量精度不高，计算资源消耗大的问题，提高测量精度和运算速度。

技术研发人员：沈希,刘源,金华强,顾江萍,黄跃进,孙哲,李康
受保护的技术使用者：浙江工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14