基于EMD多尺度特征熵的水轮机尾水管涡带信息提取.pdf

《基于EMD多尺度特征熵的水轮机尾水管涡带信息提取.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第27卷第3期2102011年3月农业工程学报TransactionsoftheCSAE、，01．27No．3Mar．2011基于EMD多尺度特征熵的水轮机尾水管涡带信息提取薛延刚1，罗兴镝1，王瀚1，2※(1．西安理工大学水利水电学院，西安710048；2．中国水电顾问集团西北勘测设计研究院，西安7l0076)摘要：水电机组故障诊断的关键是从状态信号中提取故障特征，因此采用经验模态分解和指标能量相结合的方法，进行水轮机尾水管动态特征信息提取。首先，对信号进行经验模态分解，然后，根据得到的本征模式分量函数计算指标能量，最后，建立

2、基于指标能量的多尺度特征熵，并以此熵值作为故障模式识别的特征向量。以原型水轮机尾水管压力脉动信号为例，进行了应用检验。结果表明，该方法准确性高，并具有良好的水轮机特征向量提取能力，适合分析复杂而特殊的水轮机动态特征信息。关键词：信号处理，特征识别，动态，熵，水轮机doi：10．39690．issn．1002—6819．2011．03．040中图分类号：TM312文献标志码：A文章编号：1002—6819(2010-03—0210—05薛延刚，罗兴铸，王瀚．基于EMD多尺度特征熵的水轮机尾水管涡带信息提取[J]．农业工程学报，20

3、11，27(3)：210--214．XueYangang，LuoXingqi，WangHart．Dyll锄iccharacteristicextractionofthedrafttubevortexbasedonEMDmulti-scalefeatureeIl仃opy[J】．TransactionsoftheCSAE，2011，27(3)：210--214．(inChinesewithEnglishabstract)0引言混流式水轮机过多地偏离最优工况时，水轮机转轮出口处的旋转分速度在尾水管中形成不稳定的低频涡带而出现压力脉动【

4、lj。该低频涡带不仅会引起尾水管的剧烈振动，严重时导致机组轴系振摆，威胁电站机组的安全稳定运行。因此，十分有必要对尾水管涡带引起的振动进行监测与诊断，提取信号中的特征向量，研究其发展变化规律，对机组的安全运行具有重要指导意义【21。尾水管压力脉动具有较强的非平稳性，特别是在过渡过程中，由于机组运行条件的改变，机组响应信号具有很强的时变性，往往是多种成分调制的结果。研究表明，当发生某一故障时，它在机组响应信号中所对应的频率成份将会明显增强，对应该频段内信号的能量也会显著增强【3】。因此可选择合适的能量特征参数对各故障目标进行特征提

5、取，建立能量变化到各故障原因和类别的映射关系，得到表征各故障原因的特征向量。针对这一问题，本文提出基于经验模态分解(empiricalmodeldecomposition，EMD)和指标能量下的多尺度特征熵值提取尾水管压力脉动信号特征。EMD方法基于信号的局部特征时间尺度，将信号分解为多特征时间尺度下的若干个本征模式分量函数(intrinsicmodefunction，IMF)之和。各IMF表现出单一性，反映了信号中的一种特有频率信息，为信号特征提取提供了方便。收稿日期：2010-05-15修订日期：2011-03-07基金项目

6、：国家自然科学基金项目(No．50909081)作者简介：薛延刚(1973一)，男，甘肃兰州人，博士生，副教授。西安西安理工大学水利水电学院，陕西省水力机械及其控制工程技术研究中心，710048。Email：xy93024_en@163．c咖※通信作者：王瀚(1986--)，男，江西吉安人。西安中国水电顾问集团西北勘测设计研究院，西安理工大学水利水电学院，710048。Email：hwangcom计算各IMF指标能量，在指标能量的基础上建立多尺度特征熵，该特征熵值对状态变化规律反映敏感，因此将该值作为故障模式识别的特征矢量。1理

7、论基础1．1经验模态分解经验模态分解方法是一种全新的信号分析方法，该算法可同时将信号不同尺度或频率的波动或趋势逐级分解开来，产生一系列具有不同特征尺度的窄带平稳数据序列称为本征模式分量函数【4吲。本质是根据数据的特征时间尺度来提取固有波动模式，然后分解数据。其过程如下：1)确定信号的局部极大值序列‰和局部极小值序列‰。；2)依据Xmax和Xmin确定信号顶力的上、下包络以及局部均值m(力=伉。。。乜min)／2；3)信号与局部均值的差记为hi(力气(力一肌(0，若^1(啪篱足IMF条件，那么就是“f)的第一个IMF分量；4)由于

8、非线性非平稳信号中非对称波的存在，聊(O并非真实的局部均值。因此，以厅l(力代替工(f)，重复以上3步，得到上下包络线的平均值nlll’再判断JIlll勘厂mll是否满足IMF的条件，如不满足则重循环k次，得到hi(k-1)-m1I勘m直到hlt满足IMF的基本