[发明专利]基于K-means聚类的螺旋桨转速测量方法

说明书

本发明属于螺旋桨风洞试验技术领域，具体涉及一种基于K‑means聚类的螺旋桨转速测量方法，该方法包括：首先，利用数据采集系统计数器模块采集螺旋桨旋转时光电传感器所产生的计数值，得到螺旋桨转速信号计数值序列；然后，对螺旋桨转速信号按照等时间间隔划分为多个数据段，求解每一个数据段所对应的螺旋桨旋转瞬时速度；最后，基于K‑means聚类算法对螺旋桨旋转瞬时速度进行聚类，判别聚类结果的元素个数，以包含元素个数多的类的聚类中心值作为螺旋桨转速值。所得螺旋桨转速是立式风洞螺旋桨性能测试试验的重要数据，可为螺旋桨气动力性能分析提供数据基础。

技术领域

本发明属于螺旋桨风洞试验技术领域，具体涉及一种基于K-means聚类的螺旋桨转速测量方法。

背景技术

螺旋桨作为无人侦察机、便携式巡飞弹等新型信息化装备的动力装置，其性能直接影响到兵器装备的工作效能。为了准确获取螺旋桨动力性能参数，需要开展立式风洞螺旋桨性能测试试验，准确测量试验中螺旋桨转速能够为螺旋桨气动性能评估提供数据基础，对螺旋桨结构设计优化具有重要意义。

无人侦察机、便携式巡飞弹等装备的螺旋桨工作转速较高，需要采用时间分辨率较高的光电传感器作为立式风洞螺旋桨试验中的转速测量硬件。由于立式风洞螺旋桨试验时现场环境复杂，光电传感器采集螺旋桨转速信号过程中难以避免受到干扰，导致所采集信号存在计数值突变，直接使用采集数据初、末计数值差值除以采样时间的方法测量螺旋桨转速时误差较大，严重影响螺旋桨气动力性能评估。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何提供一种螺旋桨转速测量方法，以克服现有技术的缺点，为立式风洞螺旋桨性能测试试验提供可靠数据。本发明方法效率高、成本低、准确性高，能够满足实际工程应用需求。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于K-means聚类的螺旋桨转速测量方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：螺旋桨转速信号的采集；

布置光电传感器头，使螺旋桨桨毂旋转时能通过光电传感器头发出的激光束，利用数据采集系统计数器模块采集螺旋桨旋转时光电传感器所产生的计数值，得到螺旋桨转速信号计数值序列：

X＝[x₁,x₂,...,x_n,...,x_N]

其中，N为不同计数值的个数，x_n为第n个计数值构成的行向量，n＝1～N；x_n进一步可表示为：

其中，M为第n个计数值的个数，为行向量x_n中第m个采样点所对应的计数值，m＝1～M；即x_n行向量中共包含M个数值相同的计数值

步骤2：等时间间隔内螺旋桨旋转瞬时速度的求解；

将螺旋桨转速信号按照等时间间隔分隔成多个数据段，利用速度计算公式求解每个数据段所对应的螺旋桨旋转速度，实现每一数据段所对应的螺旋桨旋转瞬时速度求解；

步骤3：基于K-means聚类的螺旋桨转速求解；

利用K-means聚类算法对螺旋桨瞬时速度进行聚类，基于聚类元素个数判别法实现螺旋桨转速求解。

其中，所述步骤2具体包括：

步骤21：基于螺旋桨最大转速v_max设置等时间间隔参数Δτ，满足Δτ1/v_max；

步骤22：设螺旋桨转速信号X采集时间为T，按照时间间隔Δτ将螺旋桨转速信号X数据分隔成K个数据段；