[发明专利]一种基于自相关零点计数的风机轴承阶变信号识别方法

说明书

一种基于自相关零点计数的风机轴承阶变信号识别方法，首先对信号进行去均值和工频陷波预处理，然后根据轴承转频范围选取合适的截止频率对预处理信号进行低通滤波，之后计算滤波信号的自相关序列并在序列中段区间进行零点计数，最后设置零点阈值，比较完成信号识别，本发明识别方法复杂度低、识别率高，极大的提高了信号的利用率，可嵌入风力发电机监测系统作可用数据预筛选工具使用。

技术领域

本发明属于风机状态监测技术领域，具体涉及一种基于自相关零点计数的风机轴承阶变信号识别方法。

背景技术

风机是将风能转化为机械功，机械功带动电机转子旋转输出电能的电力设备。作为风电产业的核心，风机具有不可替代的地位，对其运行状态的监测具有重要意义，而轴承是风力发电机结构中的典型薄弱的环节，对风机轴承的监测尤为重要。风机往往在复杂变工况环境下运行，致使其轴承监测信号中包含大量的不可用或弱可用信号：停机空采信号和阶变信号。停机空采信号为无风情况下风机停转时采集获得，幅值水平普遍偏低，完全不含任何有用信息，可以通过对比平均绝对幅值予以识别和剔除；阶变信号即局部统计特性发生阶变的监测信号，该信号因外部冲击或风速突变而产生，可用性远低于正常监测信号，但信号中仍含有部分信息可以利用，具有弱可用特性，在信号源匮乏的情形中，弱可用的阶变信号具有重要价值。阶变信号的信号特性区别于正常监测信号，需要识别后采用特殊的方法进行处理，但现有的风电设备监测技术并未针对阶变信号给出有效的识别方法。通过绘制监测信号的自相关序列图形发现，可用监测信号，即非阶变信号，其自相关序列在零延时附近出现峰值，且在零线上下高频振荡；阶变信号自相关序列同样在零延时附近取峰值且具有振荡特点，但零延时附近的振荡中心严重偏离零线，致使过零点次数明显低于非阶变信号的自相关序列。因此通过进行自相关序列零延时附近区间零点计数，可以简单快速地实现阶变信号的识别。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明提供一种基于自相关零点计数的风机轴承阶变信号识别方法，实现风机轴承阶变信号的快速有效识别。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于自相关零点计数的风机轴承阶变信号识别方法，包括以下步骤：

1)获取风机轴承振动信号并进行预处理，预处理包括去均值、50Hz工频陷波，得到预处理振动信号其中N为信号长度；

2)统计获得轴承转频f_r的范围，最小值记为f_rmin，最大值记为f_rmax；

3)对预处理信号进行低通滤波，滤波截止频率f_c选择为轴承最大转频f_rmax的5～10倍，即f_c＝(5～10)f_rmax；

4)计算低通滤波后信号的自相关序列

5)采用移动平均方法对自相关序列进行平滑，窗宽选择为100；

6)在自相关序列的中段区间进行零点计数，计数区间为[X_9N/10,X_11N/10]：

6.1)令s＝9N/10，初始化零点计数器P^(s)＝0；

6.2)若X_s·X_s+1≤0，则P^(s+1)＝P^(s)+1，否则P^(s+1)＝P^(s)；

6.3)s的值增大1，返回步骤6.2)直到s≥11N/10，输出计数结果P^(s)；

7)设定零点计数阈值其中表示向下取整，η为可靠系数，f_s为采样频率；