[发明专利]一种基于改进变分模态分解的工业过程非线性振荡检测方法

权利要求书

1.一种基于改进变分模态分解的工业过程非线性振荡检测方法，其特征在于，包括：

(1)采集一组待检测工业过程的回路输出信号；

(2)计算该回路输出信号的频谱和相位校正信号均值频谱，确定模态数量和中心频率初始值；具体过程如下：

(2-1)计算过程输出信号x(t)的傅里叶频谱和经过相位校正信号均值处理后的频谱；

(2-2)根据如下公式确定模态数量K

K＝max{K_fft,K_PRSA}+1

其中，K_fft表示傅里叶频谱中的峰值个数，K_PRSA表示经过相位校正信号均值处理后的频谱的峰值个数；

(2-3)将所有峰值的频率值作为中心频率初始化值ω_init；

(3)设定惩罚系数的搜索范围和步长，计算不同惩罚系数对应VMD分解得到各个模态的归一化排列熵之和，得到求和排列熵；

(4)选取最小求和排列熵所对应的惩罚系数作为最优惩罚系数；

(5)用模态数量、中心频率初始值和选取的惩罚系数作为参数进行VMD分解，根据归一化排列熵和相关系数得到有效模态；有效模态的挑选规则为：归一化相关系数大于0.2且归一化排列熵小于0.4；其中，归一化相关系数计算公式如下：

Cov代表协方差，u_k(t)代表分解得到的模态，x(t)代表回路输出信号，σ_x(t)代表回路输出信号的标准差，代表第k个模态的标准差，ρ_k代表回路输出信号x(t)和第k个模态之间的相关系数，max代表取最大值，λ_k代表第k个模态的归一化相关系数；

(6)计算这些有效模态的中心频率是否存在倍数关系，进而判断是否存在非线性振荡。

2.根据权利要求1所述的基于改进变分模态分解的工业过程非线性振荡检测方法，其特征在于，步骤(3)中，惩罚系数的搜索范围为100至10000，步长取值为500至1000。

3.根据权利要求1所述的基于改进变分模态分解的工业过程非线性振荡检测方法，其特征在于，步骤(3)的具体过程为：

(3-1)从惩罚系数的取值从搜索范围的下限到上限，间隔一个步长取一个值；

(3-2)计算每个惩罚系数所对应的VMD分解所得的各个模态的归一化排列熵以及求和排列熵，计算公式如下：

NPE_k＝PE_k/ln(N-d+1)

其中，NPE_k是第k个模态的归一化排列熵值，PE_k是第k个模态的原始排列熵值，N是回路输出信号的长度，d的值取5，SPE是求和排列熵。

4.根据权利要求1所述的基于改进变分模态分解的工业过程非线性振荡检测方法，其特征在于，步骤(6)中，判断是否存在非线性振荡的具体方式为：

如果两个或者多个有效模态之间的中心频率满足ω_j/ω_i＝k,i≠j，且|round(k)-k|≤0.2，则等效于存在倍数关系，那么这几个有效模态就属于同一个非线性振荡，其中，round表示与k最邻近的整数；

如果有单个有效模态不和其他任何模态的中心频率存在倍数关系，那么这个模态就被视为一个单独的线性振荡。