[发明专利]一种基于因果分析的子系统波动信号分析方法

权利要求书

1.一种基于因果分析的子系统波动信号分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)采集各个待分析的工业控制系统波动子系统的过程输出信号；

(2)利用MEMD方法对采集的过程输出信号进行分解，获得所有信号各层的Imf；

(3)对所有信号各层Imf进行基于归一化相关系数分组；

(4)基于稀疏指标修正组别，区分噪声和高频波动分量；

(5)采用谐波检测方法寻找组别中存在成整数倍关系的基波及其谐波Imf，挑选同时拥有基波及其谐波的信号作为分组谐波检测特征选择的结果；

(6)对经过特征选择的波动信号进行去噪声和去周期项处理，并将剩余部分重构，获得相应目标子信号；

(7)确定去噪去周期项的信号的最优嵌入维度，并对其两两进行CCM因果分析，获得在不同样本长度下的交叉映射指标，根据收敛阈值判断是否收敛，获得各个信号对的因果关系；

(8)根据最终的因果关系网络，获得波动传播路径并定位波动源。

2.根据权利要求1所述的基于因果分析的子系统波动信号分析方法，其特征在于，步骤(2)的具体过程如下：

(2-1)输入采集的过程输出信号：

(2-2)通过对n维超球面上的点均匀采样建立K个方向向量u_k,k＝1,2,…,K；

(2-3)计算输入信号在方向向量u_k,k=1,2,…,K上的投影

(2-4)搜索中的极大值点及其对应的时刻{t^k}；

(2-5)对[t^k,v(t^k)]进行样条插值获得多维包络曲线

(2-6)对一组个数为K的方向向量，计算包络曲线的均值m(t)：

(2-7)提取波动模态分量d(t)：d(t)=v(t)-m(t)，对d(t)重复步骤(2-2)-(2-6)，直到其满足成为Imf的条件，获得残余部分r(t)=v(t)-d(t)并重复上述步骤直至提取所有Imf；

(2-8)输出D个模态和残差：

3.根据权利要求1所述的基于因果分析的子系统波动信号分析方法，其特征在于，步骤(3)的具体过程如下：

(3-1)计算每一层Imf和原始信号的相关系数ρ_ij以及归一化相关系数λ_ij:

(3-2)将每一层Imf归一化相关系数大于阈值的信号归为一组，阈值设为0.5。

4.根据权利要求1所述的基于因果分析的子系统波动信号分析方法，其特征在于，步骤(4)的具体过程如下：

(4-1)计算每层Imf的稀疏指标SI：

式中，X为时间序列x(k)的频谱，N为x(k)样本长度的1/2；

(4-2)将稀疏指标小于阈值γ的Imf对应的信号转移至噪声组；

(4-3)删除空组并对剩余组别重新编号。

5.根据权利要求1所述的基于因果分析的子系统波动信号分析方法，其特征在于，步骤(5)的具体过程如下：

(5-1)基于ACF计算每组Imf的频率：

式中，n为零交叉点的个数，设置n＝11；Δt为两个相邻零交叉点之间的时间间隔，在信号没有持续波动的情况下；

(5-2)确定归一化相关系数最大的Imf及其对应的平均频率将此Imf作为谐波，作为基础频率；

(5-3)如果其他Imf的平均频率为基础频率的整数倍k(k＞1)，则该Imf为k阶谐波；

(5-4)如果没有满足步骤(5-3)所述条件的Imf，则寻找归一化相关系数次之的Imf并重复步骤(5-2)-(5-3)；

(5-5)波动信号基础频率对应的Imf基波的归一化相关系数必须大于其谐波的归一化相关系数：

式中，λ_f和分别为基波及其i阶谐波Imf对应的归一化相关系数；

(5-6)由同一非线性引起的波动产生的不同阶次谐波的归一化相关系数应满足：

即谐波阶次越高，其对应的归一化相关系数越小。