[发明专利]发动机基频振动幅值随转速变化自适应求解方法与系统有效
申请号: | 201911192155.9 | 申请日: | 2019-11-28 |
公开(公告)号: | CN111046541B | 公开(公告)日: | 2023-05-09 |
发明(设计)人: | 赵建平;刘源;赵小勇;高博;王旭昊 | 申请(专利权)人: | 中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所 |
主分类号: | G06F30/20 | 分类号: | G06F30/20;G06F30/15 |
代理公司: | 西安智邦专利商标代理有限公司 61211 | 代理人: | 汪海艳 |
地址: | 710065 陕*** | 国省代码: | 陕西;61 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 发动机 基频 振动 幅值随 转速 变化 自适应 求解 方法 系统 | ||
本发明属于航空发动机振动监测技术领域,具体涉及一种发动机基频振动幅值随转速变化自适应求解方法与系统,以避免频谱泄露、信噪比低等诸多因素的影响,提高测量精度。该方法包括:接收转速信号数字频率量和振动信号数字量;确定ΔT时间长度内转速频率特征;获取ΔT内转速信号变化情况Δf;当转速变化Δf满足窄带跟踪条件时,继续选择ΔT内振动数据进行转速跟踪幅值计算;当转速变化Δf无法满足窄带跟踪条件时,自动切换到ΔT'内振动数据进行转速跟踪幅值计算;当确定振动计算数据后,利用“时域整周期同步平均相关”算法,计算频率对应的振动幅值信息。本发明对转速变化适应性、实时性强,能够获取常用的发动机振动转速跟踪幅值,对分析发动机振动监控具有重要价值。
技术领域
本发明属于航空发动机振动监测技术领域,具体的说是一种航空发动机基频振动幅值计算方法,用于航空发动机振动告警时,振动基频/倍频幅值的准确求取。
背景技术
振动信号是反映发动机工作状态的重要信号之一,振动信号包含了系统大量的运行状态信息。目前,振动信号处理是诊断航空发动机故障的一种有效方法,绝大多数结构强度方面的故障都与振动信号有密切的关系。因此,发动机振动监测是状态监控与故障诊断的一项重要内容。通过相关的传感器,可以采集到发动机的各种振动信号,通过对振动信号的振幅、振动烈度、相位等参数的实时检测,结合振动信号的固有特征,可实时监测发动机的运转情况,避免大事故发生给企业造成损失。因此,振动信号的频谱信息对发动机的动态特性和故障特性有着重要的意义,研究振动信号频率测量方法具有非常重要的工程意义。
进行发动机振动信号告警监测有三方面的应用:振动总量超限监测、发动机基频振动告警和发动机2倍频告警。振动超限监测实时监测发动机振动大小,当发动机健康状况出现变化,反映到发动机振动水平上时,可以提前采取相应检查及维护措施,避免造成故障的恶化及重大事故;发动机部件出现不同的损伤或故障,其振动信号有相应的振动特征频谱。利用发动机不同频次的振动信号可以实现基于发动机振动信号的发动机故障诊断。
传统的振动信号频率测量方法如图2,通常是随机尽可能多的采集振动信号,然后采用FFT运算将信号转换到频域。利用FFT对信号进行频谱分析时,分析精度主要取决于混叠效应、量化误差、频谱泄漏与栅栏效应,而随机采集振动信号方法是等时间间隔采样,截取的离散信号一般不满足整周期条件,从而就会产生较大误差,存在的谱泄漏和栅栏效应,影响振动分析精度。其改进方法是首先以发动机转速信号作为基准信号,采样时间选取为转速信号周期的整数倍,对采样数据进行三次样条插值,拟合出原振动信号;然后对还原出的振动信号进行抽样;最后对抽样信号进行FFT运算,求解出信号的频率。该方法有效地克服了频谱泄露、栅栏效应等问题。但其计算量较大,不适用于机载振动监控功能(参考论文:赵建平《航空发动机振动信号整周期等相位重采样技术研究》。
比较成熟的方法是“时域整周期同步平均相关法”,具体为:采用下式表示的互相关算法(参见论文:康成良,曾胜,赵良梁.《全自动平衡机控制系统中多机通讯的设计与实现》)进行振动信号的幅值和相位计算,该算法还可看作一超窄带通滤波器可以滤除大部分工频以外的其他信号:式中:M为整周期的采样点数,x(i)为采集到的振动数据。由此可计算得到振动中心成分的振幅信息:幅值此方法也称为“相关法”,能够高精度的获取振动信号幅值信息,计算量小,特别适合机载计算机,主要缺点为要求转速信号非常稳定,负责振动幅值也会被衰减。
在现有方法中,每种都具有不同的优缺点,选择哪种方法一般是依据经验,因此实际效果并不理想,特别是对于变转速情况下的振动基频/2倍频告警。
发明内容
本发明的目的在于克服上述振动信号幅值测量方法的不足,本发明提出了一种转速变化自适应的航空发动机机载振动幅值求解方法,以避免频谱泄露、信噪比低等诸多因素的影响,提高测量精度。
本发明的技术解决方案是提供一种航空发动机基频振动幅值随转速变化自适应求解方法,包括以下步骤:
步骤一、获取航空发动机经过带通滤波的转速频率和振动数据;
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