[发明专利]一种基于EMD的活塞式发动机冲击特征提取方法

摘要

本发明涉及一种基于EMD的活塞式发动机冲击特征提取方法，主要利用EMD方法对非线性、非平稳信号自适应分解的优势，对发动机振动信号进行分解与重构，去除相关性低的部分；再利用发动机振动信号分布特点，计算冲击判断门限值，解决不同工况导致信号出现差异，而单一固定门限值判断存在误差的问题；最后，对比发动机所有气缸冲击次数、冲击峰值、冲击持续宽度，有效提取出现异常的气缸。在TBD234型柴油机上验证了本发明的计算方法，取得了良好的效果。

主权项

1.一种基于EMD的活塞式发动机冲击特征提取方法，其特征在于包括以下步骤：1)在发动机气缸缸盖位置采集整周期振动信号记为V(i)，i代表波形采样点数，总数记为I；若发动机为四冲程，则V(i)采集曲轴转动720度的振动波形，若发动机为二冲程，则V(i)采集曲轴转动360度的振动波形，保证信号V(i)与发动机工作周期一致；2)对V(i)进行EMD分解，得到各阶IMF分量，第j阶IMF分量记为M(i,j)；计算各阶IMF分量M(i,j)与原振动信号V(i)的相关系数R(j)，取R(j)≥0.5的所有IMF分量，重构信号得到V'(i)；3)利用发动机整周期振动信号V(i)自适应提取冲击特征判断门限值S；4)对信号V'(i)取绝对值，再与S进行比较，当V'(i)大于等于S时，V'(i)保持不变，当V'(i)小于S时，V'(i)＝0；5)提取信号V'(i)大于0的所有元素，数量为n，以这些元素的坐标i，从小到大排列，组成一个新的数列Z(k)＝i，k＝1,2,3…n；6)计算数列Z(k)中每个元素之间的两两距离L(k1,k2)＝|Z(k1)‑Z(k2)|，k1与k2的取值范围是1到n，组成一个n×n矩阵L；由矩阵L对信号V'(i)大于0的所有元素进行聚类，形成Num个冲击组，以冲击组的数量Num作为发动机气缸缸盖振动的冲击次数，提取每个冲击组的持续宽度W(o)，o＝1,2,3…Num；7)对发动机每个气缸，进行上述1)到6)步的计算过程，获得每个气缸缸盖振动的冲击次数与每个冲击组的持续宽度、冲击的最大峰值，对比一段时间内每个气缸冲击次数与每个冲击组持续宽度的变化，若存在某个气缸的冲击次数超过所有气缸冲击次数平均值的1.5倍，或存在某个气缸第o个冲击组持续宽度超过所有气缸第o个冲击组持续宽度平均值的1.5倍，可判定该气缸运行状态存在异常，需重点关注或安排检修。