太阳城集团

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还原被干扰压力脉动信号的方法.pdf

关 键 词:
还原 干扰 压力 脉动 信号 方法
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摘要
申请专利号:

太阳城集团CN201510711507.2

申请日:

2015.10.28

公开号:

CN105224768A

公开日:

2016.01.06

当前法律状态:

撤回

有效性:

无权

法律详情: 发明专利申请公布后的视为撤回IPC(主分类):G06F 17/50申请公布日:20160106|||实质审查的生效IPC(主分类):G06F 17/50申请日:20151028|||公开
IPC分类号: G06F17/50 主分类号: G06F17/50
申请人: 哈尔滨电机厂有限责任公司
发明人: 赵越; 刘智良; 明君; 张金伟; 刘登峰; 李屹; 郭全宝; 覃永粼; 明亮; 聂文昭; 许建; 庞立军; 曹泽伦
地址: 150040 黑龙江省哈尔滨市香坊区三大动力路99号哈尔滨电机厂有限责任公司技术管理部
优先权:
专利代理机构: 代理人:
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法律状态
申请(专利)号:

太阳城集团CN201510711507.2

授权太阳城集团号:

||||||

法律状态太阳城集团日:

太阳城集团2018.11.06|||2016.02.03|||2016.01.06

法律状态类型:

发明专利申请公布后的视为撤回|||实质审查的生效|||公开

摘要

太阳城集团本发明涉及一种还原被干扰压力脉动信号的方法,在压力脉动测量结果分析过程中,将压力脉动信号中包含的干扰信号剔除,还原压力脉动信号的原貌。根据时域频域分析结果,构造出高频干扰信号的数学表达式并确定出数学表达式中的各变量值,依此将叠加在被干扰压力脉动信号(3)中的高频干扰信号去除出去,利用压力脉动信号本身的特性,根据时域频域分析结果,构造出高频干扰信号(2)的数学表达式并确定出数学表达式中的各变量值,依此将叠加在被干扰压力脉动信号(3)中的高频干扰信号(2)去除出去,从而将被干扰压力脉动信号(3)还原为正常压力脉动信号(1)。

权利要求书

权利要求书
1.  一种还原被干扰压力脉动信号的方法,具体步骤如下:
1)启动计算机系统;
2)对压力脉动信号进行频域分析;
3)判定高频干扰信号并确定该干扰信号的幅值A2和频率f2;
4)构造出该高频干扰信号的数学表达式:
A2·sin(2·π·f2·t+φ2);
5)计算被干扰压力脉动信号去除不同相位高频干扰信号后的信号Signal(ti,φ2j):
Signal(ti,φ2j)=t0S0-A2·sin(2·π·f2·t0+φ2j)t1S1-A2·sin(2·π·f2·t1+φ2j)······tiSi-A2·sin(2·π·f2·ti+φ2j)]]>
式中:
Signal(ti,φ2j):被干扰压力脉动信号去除不同相位的高频干扰信号后的信号;
t0t1···ti:]]>压力脉动信号太阳城集团序列;
S0S1···Si:]]>不同时刻的异常压力脉动信号值;
φ2j:高频干扰信号的相位,
j:整数系列,j=0,1,2,…,180:
6)分别计算信号系列Signal(ti,φ2j)的压力脉动信号时域峰峰值;
7)搜索出不同相位时信号系列Signal(ti,φ2j)的压力脉动信号时域峰峰值的最小值:
AS*=min{AS,j}
式中:
AS*:不同相位时信号系列Signal(ti,φ2j)的压力脉动信号时域峰峰值的最小值;
AS,j:不同相位时信号系列Signal(ti,φ2j)的压力脉动信号时域峰峰值系列;
8)确定不同相位时信号系列Signal(ti,φ2j)的压力脉动信号时域峰峰值的最小值所对应的高频干扰信号相位
9)将被干扰压力脉动信号还原为正常压力脉动信号:
Signal(ti,φ2j*)=t0S0-A2·sin(2·π·f2·t0+φ2j*)t1S1-A2·sin(2·π·f2·t1+φ2j*)······tiSi-A2·sin(2·π·f2·ti+φ2j*)]]>
式中:
还原的正常压力脉动信号;
10)关闭计算机。

说明书

说明书还原被干扰压力脉动信号的方法
技术领域:本发明涉及一种还原被干扰压力脉动信号的方法。
背景技术:水力机械的振动发生于运行中的各类水电站和抽水蓄能电站,随着单机容量的不断增大,机组的稳定性变得越来越重要,稳定性指标同能量、空化指标一起成为水力机械的三大考核指标。而压力脉动是影响机组稳定性指标的主要因素之一,它不仅会引起机组振动、出力摆动、叶片裂纹和尾水管壁撕裂等,而且剧烈的压力脉动甚至会引起厂房或相邻建筑物的共振,直接威胁到整个电站的安全运行。因此,压力脉动测量值的正确与否直接影响了对水力机械稳定性和机组安全运行状态的评价,已日益得到广泛的重视。
如图1所示,正常压力脉动信号(1)应该呈现出平滑、低频的正弦波形态。而压力脉动测量结果分析过程中,经常会发现异于正常压力脉动信号(1)存在明显“毛刺”状高频干扰信号(2)成分的被干扰压力脉动信号(3)。被干扰压力脉动信号(3)的特征为:压力脉动信号时域幅值比正常压力脉动信号(1)的时域幅值大,且在如图2所示的压力脉动信号频域分析图中,可以发现存在一个明显与正常压力脉动信号频率成分(4)无关的高频干扰信号频率成分(5)。一旦发生上述 现象,将无法准确地对水力机械压力脉动现象的时频特性进行分析,导致不能正确评价水力机械的水力稳定性。而发现此种情况时往往是在试验结束后数据整理阶段,此时已没有办法采取其他措施来将高频干扰信号(2)在信号采集过程中过滤掉的,只能在压力脉动试验数据后期分析处理中采用数学方法将被干扰压力脉动信号(3)中的高频干扰信号(2)去除掉并还原为正常压力脉动信号(1)。
发明内容:本发明的目的是提供一种将被干扰压力脉动信号还原为正常压力脉动信号的方法,实现在被干扰压力脉动信号中将高频干扰信号剔除的目的。
本发明的技术方案为:一种还原被干扰压力脉动信号的方法,
1)启动计算机系统;
2)对压力脉动信号进行频域分析;
3)判定高频干扰信号并确定该干扰信号的幅值A2和频率f2;
4)构造出该高频干扰信号的数学表达式:
A2·sin(2·π·f2·t+φ2);
5)计算被干扰压力脉动信号去除不同相位高频干扰信号后的信号Signal(ti,φ2j):
Signal(ti,φ2j)=t0S0-A2·sin(2·π·f2·t0+φ2j)t1S1-A2·sin(2·π·f2·t1+φ2j)······tiSi-A2·sin(2·π·f2·ti+φ2j)]]>
式中:
Signal(ti,φ2j):被干扰压力脉动信号去除不同相位的高频干扰信号后的信号;


φ2j:高频干扰信号的相位,
j:整数系列,j=0,1,2,…,180:
6)分别计算信号系列Signal(ti,φ2j)的压力脉动信号时域峰峰值;
7)搜索出不同相位时信号系列Signal(ti,φ2j)的压力脉动信号时域峰峰值的最小值:
AS*=min{AS,j}
式中:
AS*:不同相位时信号系列Signal(ti,φ2j)的压力脉动信号时域峰峰值的最小值;
AS,j:不同相位时信号系列Signal(ti,φ2j)的压力脉动信 号时域峰峰值系列;
8)确定不同相位时信号系列Signal(ti,φ2j)的压力脉动信号时域峰峰值的最小值AS*所对应的高频干扰信号相位φ2j*;
9)将被干扰压力脉动信号还原为正常压力脉动信号:
本发明利用压力脉动信号本身的特性,根据时域频域分析结果,构造出高频干扰信号(2)的数学表达式并确定出数学表达式中的各变量值,依此将叠加在被干扰压力脉动信号(3)中的高频干扰信号(2)去除出去,从而将被干扰压力脉动信号(3)还原为正常压力脉动信号(1)。
如图1所示,被干扰压力脉动信号(3)实际上是由高频干扰信号(2)叠加在正常压力脉动信号(1)上构成的,即,
A3(t)=A1·sin(2·π·f1·t+φ1)+A2·sin(2·π·f2·t+φ2)
(1)
式中:
A3(t):被干扰压力脉动信号;
A1:正常压力脉动信号幅值;
f1:正常压力脉动信号频率;
t:太阳城集团;
φ1:正常压力脉动信号相位;
A2:高频干扰信号幅值;
f2:高频干扰信号频率;
φ2:高频干扰信号相位。
通常,用压力脉动信号的时域峰峰值来表征压力脉动的大小。所谓峰峰值,就是信号的波峰与波谷幅值之差。如图1所示,对于正常压力脉动信号(1)而言,其时域峰峰值为2A1。而被高频干扰信号(2)干扰了的被干扰压力脉动信号(3)的时域峰峰值则为2(A1+A2)。被干扰压力脉动信号(3)的时域峰峰值与正常压力脉动信号(1)的时域峰峰值之差,被干扰压力脉动信号(3)较正常压力脉动信号(1)由于叠加了高频干扰信号(2)而错误增加的时域峰峰值部分,即为高频干扰信号(2)的时域峰峰值2A2。也就是说,高频干扰信号(2)在压力脉动时域分析中的影响就是使正常压力脉动信号(1)的时域峰峰值整整升高了2A2,即高频干扰信号(2)的时域峰峰值。
同时,如图2所示,在对被干扰压力脉动信号(3)的频域分析中,除了能够发现对应正常压力脉动信号幅值A1和正常压力脉动信号频率f1的正常压力脉动信号频率成分(4)外,还存在一个对应高频干扰信号幅值A2和高频干扰信号频率f2的高频干扰信号频率成分(5)。在对正常压力脉动信号(1)进行频域分析时,高频干扰信号频率成分(5)是不存在的。
既然被干扰压力脉动信号(3)是由正常压力脉动信号(1)和高频干扰信号(2)叠加在一起形成的,只要能够采用某种方式构造出高频干扰信号(2)的数学表达式并确定该正弦波表达式中的各变量值,就可以通过将高频干扰信号(2)叠加在正常压力脉动信号(1)上构成异常压力脉动信号(3)过程的逆运算,将该高频干扰信号(2)从被干扰压力脉动信号(3)中去除掉,在理论上就可以实现将被干扰压力脉动信号(3)中将高频干扰信号(2)去除还原为正常压力脉动信号(1)的目的。
由于图2中高频干扰信号频率成分(5)所对应的高频干扰信号幅值A2和高频干扰信号频率f2,故高频干扰信号(2)可表示为A2·sin(2·π·f2·t+φ2),除高频干扰信号相位φ2外,高频干扰信号幅值A2和高频干扰信号频率f2均可由图2所示的频域分析图中获得。
要实现将被干扰压力脉动信号(3)中的高频干扰信号(2)去除还原为正常压力脉动信号(1)的目的,就需要在构成被干扰压力脉动信号(3)的压力脉动信号中去除掉叠加的高频干扰信号(2)。由于被干扰压力脉动信号(3)为已知信号,而构造出的高频干扰信号(2)除相位φ2外也均可以从图2所示的频域分析图中获得,故可以按下式计算出不同的高频干扰信号相位φ2下被干扰压力脉动信号(3)去除高频干扰信号(2)后的信号系列Signal(ti,φ2j):
Signal(ti,φ2j)=t0S0-A2·sin(2·π·f2·t0+φ2j)t1S1-A2·sin(2·π·f2·t1+φ2j)······tiSi-A2·sin(2·π·f2·ti+φ2j)]]>
式中:
Signal(ti,φ2j):被干扰压力脉动信号去除不同相位的高频干扰信号后的信号系列;


φ2j:高频干扰信号的相位,
j:整数系列,j=0,1,2,…,180。
从上述分析可知,被干扰压力脉动信号(3)的时域峰峰值要比正常压力脉动信号(1)的时域峰峰值要高,由于表征高频干扰信号(2)的数学表达式A2·sin(2·π·f2·t+φ2)中高频干扰信号幅值A2和高频干扰信号频率f2均可由图2中的高频干扰信号频率成分(5)中获得,仅有高频干扰信号相位φ2为未知,通过计算可得到不同的高频干扰信号相位φ2下被干扰压力脉动信号(3)剔除高频干扰信号(2) 后的信号系列Signal(ti,φ2j)。只要正常压力脉动信号(1)中叠加上了高频干扰信号(2),其时域峰峰值就会增大,也就是说,如果被干扰压力脉动信号(3)完全剔除了高频干扰信号(2)还原为正常压力脉动信号(1),其压力脉动时域峰峰值就会比存在高频干扰信号(2)时的时域峰峰值要小,即只要被干扰压力脉动信号(3)上存在高频干扰信号(2),其时域峰峰值就比完全剔除了高频干扰信号(2)还原为正常压力脉动信号(1)时的压力脉动时域峰峰值要高。如果能够搜索到被干扰压力脉动信号(3)去除不同相位的高频干扰信号(2)后的信号系列Signal(ti,φ2j)的压力脉动时域峰峰值的最小值,也就意味着此相位值对应的信号即为被干扰压力脉动信号(3)完全剔除了高频干扰信号(2)还原为正常压力脉动信号(1),而该压力脉动时域峰峰值最小值所对应的高频干扰信号(2)的相位值即为将被干扰压力脉动信号(3)还原为正常压力脉动信号(1)所需剔除的高频干扰信号(2)的相位值。据此即可将被干扰压力脉动信号(3)还原为正常压力脉动信号(1),如下式所示:
Signal(ti,φ2j*)=t0S0-A2·sin(2·π·f2·t0+φ2j*)t1S1-A2·sin(2·π·f2·t1+φ2j*)······tiSi-A2·sin(2·π·f2·ti+φ2j*)]]>
式中:
Signal(ti,φ2j*):还原的正常压力脉动信号;
φ2j*:不同相位下被干扰压力脉动信号剔除高频干扰信号后的信号时域峰峰值最小值所对应的高频干扰信号的相位值。
技术效果:
本发明从被干扰压力脉动信号(3)是由高频干扰信号(2)叠加在正常压力脉动信号(1)形成的这一基本事实出发,利用时域频域分析方法获得高频干扰信号(2)的幅值A2和频率f2,并利用由此构造出的高频干扰信号(2)的数学表达式。只要在构成被干扰压力脉动信号(3)的压力脉动信号中减掉高频干扰信号(2),就能实现在被干扰压力脉动信号(3)中将高频干扰信号(2)剔除的目的。具体实施时,只要将被干扰压力脉动信号(3)去除不同相位φ2时的高频干扰信号(2)后得到的信号系列Signal(ti,φ2j)进行信号时域峰峰值分析,并搜索出上述信号系列的信号时域峰峰值最小值,该信号时域峰峰值最小值所对应的高频干扰信号(2)的相位值即为将被干扰压力脉动信号(3)还原为正常压力脉动信号(1)所需剔除的高频干扰信号(2)的相位值。据此即可将被干扰压力脉动信号(3)还原为正常压力脉动信号(1)。
采用本发明公开的剔除压力脉动干扰信号的方法后,将完全复原正常压力脉动信号(1)。如图3所示,在时域上,压力脉动时域峰峰 值由被干扰压力脉动信号3时的2(A1+A2),成功地完全剔除了高频干扰信号(2)的时域峰峰值2A2,恢复为正常压力脉动信号(1)的时域峰峰值2A1。正常压力脉动信号(1)时域峰峰值恢复率为100%。如图4所示,在频域上,由于已完全剔除了高频干扰信号(2),也就是高频干扰信号(2)所对应的高频干扰信号幅值A2等于0,故而对应高频干扰信号幅值A2和高频干扰信号频率f2的高频干扰信号频率成分(5)也就在频域曲线中消失了。高频干扰信号频率成分(5)的清除率为100%。
附图说明:
图1:包含干扰信号的被干扰压力脉动信号时域图
图2:包含干扰信号的被干扰压力脉动信号频域图
图3:剔除干扰信号后的压力脉动信号时域图
图4:剔除干扰信号后的压力脉动信号频域图
具体实施方式:
本发明在压力脉动信号的研究领域,首次提出了在压力脉动信号分析之后,剔除干扰信号完全复原正常压力脉动信号从而保证压力脉动信号正确的方法。一种还原被干扰压力脉动信号的方法,具体步骤如下:
1)启动计算机系统;
2)对压力脉动信号进行频域分析;
3)判定高频干扰信号并确定该干扰信号的幅值A2和频率f2;
4)构造出该高频干扰信号的数学表达式:
A2·sin(2·π·f2·t+φ2);
5)计算被干扰压力脉动信号去除不同相位高频干扰信号后的信号Signal(ti,φ2j):
Signal(ti,φ2j)=t0S0-A2·sin(2·π·f2·t0+φ2j)t1S1-A2·sin(2·π·f2·t1+φ2j)······tiSi-A2·sin(2·π·f2·ti+φ2j)]]>
式中:
Signal(ti,φ2j):被干扰压力脉动信号去除不同相位的高频干扰信号后的信号;


φ2j:高频干扰信号的相位,
j:整数系列,j=0,1,2,·,180:
6)分别计算信号系列Signal(ti,φ2j)的压力脉动信号时域峰峰值;
7)搜索出不同相位时信号系列Signal(ti,φ2j)的压力脉动信号时域峰峰值的最小值:
AS*=min{AS,j}
式中:
AS*:不同相位时信号系列Signal(ti,φ2j)的压力脉动信号时域峰峰值的最小值;
AS,j:不同相位时信号系列Signal(ti,φ2j)的压力脉动信号时域峰峰值系列;
8)确定不同相位时信号系列Signal(ti,φ2j)的压力脉动信号时域峰峰值的最小值AS*所对应的高频干扰信号相位φ2j*;
9)将被干扰压力脉动信号还原为正常压力脉动信号:
Signal(ti,φ2j*)=t0S0-A2·sin(2·π·f2·t0+φ2j*)t1S1-A2·sin(2·π·f2·t1+φ2j*)······tiSi-A2·sin(2·π·f2·ti+φ2j*)]]>
式中:
Signal(ti,φ2j*):还原的正常压力脉动信号;
10)关闭计算机。

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