基于EMD的天然气发动机供气系统故障诊断方法

熵 ， 取最 有效 的 Ｉ 提 ＭＦ分 量 的 能量 特 征 指 标 ， 用 利
Ｃ均值 模糊 聚 类 法对 此 特 征 进 行 聚类 ， 立 天然 气 建
可筛 选 出信号 的其 他 Ｉ ＭＦ， 至剩 余 的 ｒ不 能再 分 直
解为 止 ； ４ ）原数 据序 列最 终可表 示 为
发动 机供 气系 统 的故 障识 别模 型 。
统 的 时域或频 域方 法 提 取 有 效 的故 障信 息 ， 果 并 效
不 理想 。
经 验模 态 分解 （ ＭＤ） 于 信 号 的 局 部 特 征 时 Ｅ 基
间尺度 ， 将复 杂 的信 号 分解 为有 限的 固 有模 态 分 量 （ＭＦ 之和 。Ｅ Ｉ ） ＭＤ方 法 依 据 信 号本 身 的信 息 进 行
段礼 祥 ，张来斌 ，李 刚 ，王福 善。 殷 树根。 ，
（ ．中 国石 油 大 学 （ 京 ） 电 学 院 ，北 京 １ 北 机 １２ ４ ；２ ０ ２ ９ ．塔 里 木 油 田分 公 司装 备 处 ，新 疆 库 尔勒 的 非平 稳 性 、 线 性 等 特 点 ， 出一 种基 于 Ｅ 针 非 提 ＭＤ提 取 能 量 特 征 参 数 的 故 障 诊 断 方 法 。从 天 然 气 发 动机 供 气 系统 正 常 、 门 间 隙 大 、 气 阀 漏 气 ３种 工 况 振 动 信 号 的 Ｅ 气 排 ＭＤ 能 量 熵 值 中发 现 ， 当供 气 系统 发 生 故 障 时 ， Ｉ 各 ＭＦ分 量 的 能 量 会 发 生 变化 。 因此 运 用 Ｅ ＭＤ 方 法提 取 最 有 效 的 Ｉ ＭＦ分 量 的 能 量特 征
对 任意 实信 号 （） 其 Ｅ ￡， ＭＤ分 解 过如下 ［ ： ４ ］ １ ）确 定数据 序 列 Ｘ 所有 的极 大 值 点和 极 小 （） 值点 ， 采用 ３次样 条插 值 函数分 别对 其进 行拟合 ， 形 成 数据 的上 下包 络线 ， 计算 上下 包络 线 的均值 ， 出 求 原 数据 序列 和包 络均 值 的差 值 ｈ ； ２ ）判断 ｈ 是 否满 足 Ｉ ＭＦ条件 ， 如果 不满 足 ， 则 对 其重 复上 述过 程 ， 到第 ｋ次 的 ＾ 直 是 本征 模态 函 数 ， Ｃ ＝ ｈ Ｃ 从 原 始 数 据 中 提 取 出 来 的 第 即 ： ， 为 ＝ １ 本征 模态 函数 ， 表信 号 的最 高频 率成 分 ； 个 代 ３ ）计 算 原数 据 序列 与第 １个 本 征 模 态 函数 Ｃ 的差 值 ｒ ， 新 数 据 序 列 ｒ 复 上 述筛 分 步 骤 ， 对 重 即
第 １ （ 第 １６期 ） 期 总 ８
２１ ０ ０年 ２月
车
用
发
动
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Ｎｏ １ Ｓ ｒａ ． ８ ） ． （ ｅ ｉｌＮｏ １ ６ Ｆ ｂ ２ １ ｅ．００
Ｖ ＥＨ Ｉ ＣＬＥ ＥＮ ＧＩ Ｅ Ｎ
・
测试 与诊 断 ・
基于 Ｅ ＭＤ 的 天然 气 发 动 机 供 气 系统 故 障诊 断 方 法
ｚ 一∑ ＋ 。 （ ）
一
（） １
１ Ｅ ＭＤ 方 法 介 绍
Ｅ ＭＤ是根 据非 线性 、 平稳 信号本 身 的特征 时 非 间尺 度将 信号 分解成 有 限个 Ｉ ＭＦ与 １个余 项 的 和 ， Ｉ ＭＦ反 映信 号 的 内部 特 征 ， 项表 示 信 号 的趋 势 ， 余
指 标 ， 用 ｃ均 值 模 糊 聚 类 法 对 此特 征 进 行 聚类 进 而 建 立 天 然 气发 动机 供 气 系统 的 故 障 识 剐 模 型 。 现 场 试 验 验 证 利
了该 方 法 在 天 然 气发 动 机 供 气 系统 故 障 诊 断 中的 有 效 性 。 关 键 词 ： 然 气 发 动 机 ；经 验 模 态 分 解 ； 量 熵 ；模 糊 聚 类 ； 障诊 断 天 能 故
中图 分 类 号 ： Ｋ４ ８ Ｔ ２ ６３ Ｔ ３ ； Ｐ ０ ． 文献标志码 ： Ｂ 文 章 编 号 ：１ Ｏ—２ ２ ２ １ ） 卜０ ７一 ５ Ｏ １２ ２ （Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ ２Ｏ
气 门间 隙大与排 气 阀漏气 是 天然气 发动 机供 气
每个 Ｉ ＭＦ都是 单分 量 的幅值 或频 率调 制 信号 ， 满 且 足 以下 两 个 条 件［ ： ３ 整个 信号 中零 点数 与 极 点数 相 ］ 等 或者 至多 相差 １ 对 于信 号 上 任意 一 点 ， ； 由局 部 极 大值 确定 的包络线 和局 部极 小值 确定 的包 络线 的均 值 均为 ０ 即信号 关 于时 间轴 局部对 称 。 ，
分解 ， 得到 的 Ｉ ＭＦ分 量 突 出 了 原 始 数 据 的局 部 特 征 ， 现信号 内含 有 的真实 物理 信息 ， 以 ， ＭＤ是 表 所 Ｅ
一
种 自适应 的信 号 处 理方 法 ， 常适 用 于 处 理非 平 非
稳 、 线 性 信 号 Ｉ］ 非 １ 。为 此 ， 研 究 提 出 一 种 基 于 本 Ｅ ＭＤ提取 能量 特征参 数 的故 障诊 断方法 ， 析天然 分 气发 动机供 气 系统不 同 工况 振 动信 号 的 Ｅ ＭＤ 能量
收稿 日期 ：２ ０ — ８ １ ；修 回 日期 ：２ ０ — １０ ０ ９０ — ４ ０ ９１－９
１ ＥＭＤ 分 解 过 程 ．１
系 统 的 ２种 常见 故 障 。气 门间 隙过 大 时 ， 阀的 开 气
启或 关 闭会对 阀座 产 生 很 大 的 冲击 力 ； 气 阀漏 气 排 时， 气缸 内处 于燃 烧 阶段 的高 压 高 速气 体 流 经 漏 气 的狭 缝 时会对 气缸 产生 较大 的 冲击 激振 力 。这些 激 励 源在气 缸盖 上 产生 的振 动 信 号呈 非 线 性 、 平 稳 非 性 等特 点 。实 践证 明 ， 此类 非 平 稳 信 号上 利 用 传 在