[发明专利]一种航空发动机转子系统故障信号特征信息的提取方法

权利要求书

1.一种航空发动机转子系统故障信号特征信息的提取方法，其特征在于，包括如下过程：

一、航空发动机转子碰摩振动信号的采集；通过电涡流位移传感器，按确定的时间间隔或采样频率测取一定数量的航空发动机转子在某个采样时段的碰摩振动信号x[n]，n＝0,1,…，N-1；

二、对采集航空发动机转子的碰摩振动信号进行降噪处理，具体步骤为：

(1)构建离散傅里叶变换函数信号，由式

对x[n]，n＝0,1,…，N-1进行展开，展开得到

其中，N信号采样长度；

令N＝2k、X[0]与为实数，

得到

其中，Re{z₁[n]}为z₁[n]的实部；

(2)以LTH-FS方式筛选搜索AFIBFs信号分量，由式

令N₀＝0、N_M＝(-1+N/2)，

得到

三、重构信号，提取转子系统故障信号特征信息，具体步骤为：

(1)航空发动机转子原始信号的分解重构，由式，

其中，1＜n＜N；

令，m＝N-n+1，

得到Hankel矩阵的矢量表达为

其中，u_i∈R^m×1，v_i∈R^n×1，i＝1,2,…p，p＝min(m，n)；

令A_i∈R^m×n为Hankel矩阵的行矢量，Q_i，l为A_i的第一列行矢量，H_i，n为A_i除去最后一列矢量第一行数值的子列矢量，从而构造原始信号的分量信号Q_i，其矢量表达为Q_i，l∈R^l×n，H_i，n∈R^(m-l)×n，

按σ₁≥σ₂≥…≥σ_p≥0的顺序依次展开，得到信号分解为

X_l＝Q_1，1+Q_2，1+…+Q_p，1

其中，A_i为Q_i，1，Q_i，2，…Q_i，m，Q_i，m∈R^l×n行矢量的叠加，A的行矢量为X₁，X₂，…X_m，X_m∈R^l×n；

令，H_i，n为列矢量H_i，n∈R^(m-1)×1的叠加，A的列矢量为

得到航空发动机转子原始信号的分解重构为

(2)提取航空发动机转子系统故障信号的特征信息，

在分解重构后的原始信号中，包含噪声的离散碰摩振动信号为x(i)＝s(i)+n(i)，i＝1,2，…，N

其中，s(i)为目标信号，n(i)为噪声信号，N为信号采样长度；

由此构造离散碰摩振动信号x(i)的Hankel矩阵为A＝A_s+A_n

其中，A_s为目标信号s(i)的Hankel矩阵，A_n为噪声信号n(i)的Hankel矩阵，且A_s，A_n∈R^m×n；

再由此构造无噪声目标信号s(i)中Hankel矩阵A_s的奇异值近似矢量阵σ(A_s)＝(σ_s1,σ_s2,…,σ_sk,0,…,0)

其中，p＝min(m，n)为矩阵的长；

再由此构造Hankel矩阵的奇异值矩阵，令其奇异值排序为σ_A＝(σ₁,σ₂,…,σ_p)，并进行后向差分，得到

b_i＝σ_i-σ_i+1,i＝1,2，…,p-1；

再由所有的奇异值差分值构成奇异值差分谱序列B＝(b₁,b₂，…,b_p-1)

其中，当奇异值数值显著突变时，在奇异值差分谱上即出现奇异值差分谱曲线峰值，该点即为信号突变点，即为航空发动机转子系统故障发生的起始位置，从而实现对航空发动机转子碰摩振动信号中所包含的故障信息的有效提取。