[发明专利]一种从微弱信号中识别船舶轴系动态固有频率的方法

说明书

本发明提供一种从微弱信号中识别船舶轴系动态固有频率的方法，包括：采集艉后轴承座振动信号，将采集的振动信号作为待检信号，输入Duffing振子状态方程，并获取方程的输出绘制振子轨迹相图；提取振子轨迹相图中振子轨迹形态为大周期形态的信号成分；提取大周期形态的信号成分的统计学特性，识别出真实的船舶轴系动态固有频率。本发明利用Duffing振子对微弱周期信号敏感以及对噪声免疫的特性，利用谐波小波包变换对振动信号频段精细分解的能力，利用谐波频率与固有频率本身统计学特性的不同，将Duffing振子、谐波小波包变换及概率密度相结合检测、提取并识别轴系动态固有频率。可实现在故障初期从微弱的轴系振动响应信号中提取出轴系的动态固有频率。

技术领域

本发明涉及一种运行模态识别方法，具体涉及一种从微弱信号中识别船舶轴系动态固有频率的方法。

背景技术

现代船舶行业发展迅猛，船舶产量逐年增加且趋于大型化，人们越来越重视船舶的航行安全性能。目前国内外对于提升船舶的航行性能仍面临着诸多的技术挑战，其中保证推进动力系统的可靠运行是提升船舶航行性能的重要方面。

船舶推进轴系是船舶动力系统的重要组成部分，对其进行状态监测与故障诊断是保证船舶动力系统可靠运行，实现船舶航行安全的有效手段。模态参数识别是轴系状态监测与故障诊断的常用技术之一。近年的研究表明，当轴系出现故障时，其固有属性(刚度或者阻尼)通常会发生变化，从而导致轴系固有频率的变化，因而可利用固有频率作为船舶推进轴系状态监测的指示因子。

然而，在船舶航行过程中，当推进轴系出现故障征兆时，激发的振动往往是微弱的，目前的运行模态分析技术如希尔伯特黄变换、小波分析及经验模态分解等尚难以从故障初期微弱的振动响应信号中准确识别轴系的动态固有频率。因此，针对在故障初期激发的船舶轴系固有频率振动信号强度微弱，需要一种新型运行模态识别方法，实现故障初期船舶轴系动态固有频率的识别。

发明内容

根据上述提出现有模态识别方法无法实现故障初期船舶轴系动态固有频率的识别的技术问题，而提供一种从微弱信号中识别船舶轴系动态固有频率的方法。本发明主要利用Duffing振子、谐波小波包变换及概率密度相结合对采集的振动信号检测、提取和识别轴系动态固有频率，从而实现在故障初期从轴系微弱的振动信号中识别出轴系动态固有频率。

本发明采用的技术手段如下：

一种从微弱信号中识别船舶轴系动态固有频率的方法，基于船舶轴系试验台实现，包括：

采集艉后轴承座振动信号，将采集的振动信号作为待检信号，输入Duffing振子状态方程，并获取方程的输出绘制振子轨迹相图；

对所述振子轨迹相图进行分析处理，提取振子轨迹相图中振子轨迹形态为大周期形态的信号成分；

对提取的大周期形态的信号成分进行分析，提取出的该信号成分的统计学特性，由所述统计学特性识别出真实的船舶轴系动态固有频率。

进一步地，采集艉后轴承座振动信号，包括：采用加速度传感器采集艉后轴承座处振动信号，其中采样频率2048Hz，采样间隔0.1Hz。

进一步地，所述Duffing振子状态方程为：

其中，x，y为Duffing振子方程的输出，γ为内置信号的幅值，ω为内置信号的角频率，ζ为阻尼比，a为待检信号的幅值，ω₁为待检信号的角频率，θ为待检信号的相位，n(t)为噪声信号。

进一步地，所述内置信号角频率ω调节范围为：

(ω_静-1％ω_静)～(ω_静+1％ω_静)，

其中，ω_静为轴系静态固有频率对应的角频率；