[发明专利]一种精确诊断曲轴阻尼变化的方法

摘要

本发明公开了一种精确诊断曲轴阻尼比变化的方法，本发明使用冲击激励激发曲轴振动，采集振动数据；通过FFT和细化频谱识别出曲轴信号的共振频率；然后，通过所得共振频率构造指数函数并归一化，将曲轴信号与指数函数作内积运算，进行内积模极大值搜寻；采用粗步长估算衰减系数的局域，继而使用拟牛顿法进行局域细化，获得衰减系数估计值，得出幅值及相位，由此获得若干模态信号的估计；从总响应信号中除去某一阶以外的其它阶估计信号，运用上述步骤获得更准确的衰减系数估计，重复这一过程，形成迭代，最终获得高精度的曲轴阻尼。本发明诊断曲轴阻尼的精度高，诊断过程不受阻尼值大小的限制，具有很高的工程应用价值。

主权项

一种精确诊断曲轴阻尼比变化的方法，其特征在于步骤包括：1）选取发动机曲轴，用螺栓和橡皮绳将曲轴两端水平悬空吊起；用力锤敲击曲轴，激发曲轴振动，通过曲轴臂上的加速度传感器测量振动信号，通过电荷放大器将激励和响应信号进行放大，之后执行步骤2）；2）使用数据采集仪采集曲轴振动信号其中N为振动信号的模态阶数，之后执行步骤3）；3）对曲轴信号x(t)进行FFT和逐级频谱细化，识别最显著模态，识别出最显著模态信号的共振频率ω≈ω_d，之后执行步骤4）；4）利用ω构造指数函数h(t)＝e^‑mte^jωt，其中，m在n的值域Ω_n取值，Ω_n=ω_d·n，n∈[0.0005,0.05]，并将函数h(t)进行归一化处理，之后执行步骤5）；5）将m在值域Ω_n内以0.0005为步长进行取值，让曲轴信号x(t)与归一化的指数函数h(t)作内积运算，即X＝〈x(t),h(t)〉，根据柯西‑施瓦兹不等式定理，当内积模取最大值时，搜索到对应的衰减系数m₁，获得衰减系数的局部邻域[m₁‑Δm,m₁+Δm]，取Δm=0.01，之后执行步骤6）；6）在衰减系数的局部邻域内，通过拟牛顿法进行细化，再次搜索内积模的最大值，得到对应衰减系数的估计值m≈n，之后执行步骤7）；7）诊断出ω和m后，构造归一化的指数函数，与曲轴信号x(t)做内积运算，得到信号的幅值和相位角进而得到估计信号之后执行步骤8）；8）从曲轴信号x(t)中减去x₁(t)，返回步骤4），对剩余信号x(t)‑x₁(t)运用内积模极值运算，计算估计信号直到执行N‑1次步骤4）到步骤8），后执行步骤9）；9）逐步减去诊断出的估计信号，初步分离出N阶估计信号，即x(t)={x₁(t)，x₂(t)，…，x_N(t)}，之后执行步骤10）；10）从曲轴信号x(t)中减去诊断出的x₂(t)，…，x_N(t)，得到x(t)‑x₂(t)‑…‑x_N(t)＝x₁(t)+x₂(t)‑x₂(t)+…+x_N(t)‑x_N(t)，对剩余信号进行内积模极值运算，获得精度更高的估计信号x₁(t)，之后执行步骤11）；11）从曲轴信号x(t)再减去x₃(t)，…，x_N(t)和前一步骤诊断的x₁(t)，对剩余信号再进行内积模极值运算，获得精度更高的估计信号x₂(t)；12）运用步骤10）、11）的方法继续识别出了精度更高的估计信号x₃(t)，…，x_N(t)，循环采用步骤10）、11）、12）进行新一轮的x₁(t)，x₂(t)，…，x_N(t)的识别，形成迭代过程，迭代的停止条件是迭代次数达到100次或前后两次衰减系数的诊断结果的差值不超过0.00001^ωd，之后执行步骤13）；13）通过各阶模态的识别结果n_i和ω_di，得出曲轴阻尼${\mathrm{\ζ}}_i=\frac{1}{\sqrt{1+{\left(\frac{{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{di}}}{n_i}\right)}^2}},$输出诊断结果。