基于近似熵的往复压缩机气阀故障复杂性测度分析

近似熵 是近 年来 由 Ｐｎ ｕ 提 出 的一种 衡量 ｉｃ ｓ 时 间序列复 杂性 测 度 的 统计 方 法 ， 因其 在 时 间序
列 复 杂性测 度 中所 需 数 据 较短 ， 较 好 的抗 噪抗 有
干扰 能力 。文 献 ［ ］ 出 ， 似 熵 大 致 相 当于 维 ４指 近
与压 力信号 总体 表 现 为 非平 稳 、 线 性 的混合 信 非 号， 即信 号 中 既包 含 确定 性 过 程 ， 又有 随 机过 程 。
中由于受 噪音 干扰 及 自身 方 法 的缺 陷 ， 解 的 各 分
层 固有模态 函数含 有 虚 假 成分 ， 于缺 乏 先 验 知 对
识 的往复 压缩 机 特征 频 率 成 分 而言 ， 以选 取 实 难 际 的 固有模 态 函数 ， 就无 法 准 确地 进 行 特 征 提 也
ａ ．预先 给定 ｍ 和 ｒ其 中 ｍ为用 于 比较 的序 ，
２１ ９ ５
化
工 机
械
２１ ０ ０年
基 于 近 似 熵 的往 复 压 缩 机 气 阀 故 障 复 杂 性 测 度 分 析
赵 海峰
（ 庆石油学院） 大
刘树 林
（ 海大学 ） 上
顾 孝 宋
（ 国石 油 昆仑 燃 气 有 限公 司 ） 中
摘
要
针 对 往 复 压 缩 机 气 阎故 障 诊 断 及 特 征 样 本提 取 存 在 困难 ， 合 近 似 熵 在 度 量 时 间序 列 复 杂 性 结
wenku.baidu.com
（）＝［ （ ） （ ＋１ ， ， （ ＋ 一１ ］ “ ｉ， ｉ ） … “ ｉ ）
ｉ＝ １， … ， — ｍ ＋ １ ２， Ｎ
分 析在分 析非 线性 信 号 时 具 有较 大 优 势 ， 这 些 但 复 杂 性 测 度 方 法 的计 算 数 据 量 大 ， 噪 声 很 敏 对
感 。 式 中
方 面具 有 的 优 势 及 缺 陷 ， 出适 于近 似 熵 分 析 的分 阶 段 数 据 划 分 方 法 ， 其 用 于分 析 往 复 压 缩 机 气 阀振 提 将 动 信 号 与 气缸 压 力信 号 。结 果 表 明 ， 阶 段 的 气缸 压 力信 号 的 近 似 熵 比整 体 样 本 数 据 及 气 阀 振 动 信 号 分 更具一致性 ， 并且 具有 明显 的分 类效 果 ， 够 有 效 识 别 气 阀 故 障 状 态 。 能
是往 复压缩 机运 行过 程 中众多 运动部 件 的相互激
定 性 过程都 适 用 。 目前 在 诸如 心 率 信 号 、 血压 信
号 等 复杂性 研究 的 医 学领 域 、 测 气 候 突变 复 检 杂性研 究 等领域 得 到较好应 用 。
１ 近 似 熵 算 法 简 述
励 、 合 ， 时 域波 形 呈 现 出多 变特 性 ， 小 波基 耦 使 给
频谱 分析 图 中故 障 的变 化 频带 指 示 不 清楚 ； 波 小
数 变 化时新 模式 出现 的 对数 条 件 概 率 的均 值 ， 在
衡 量 时 间序 列 的复 杂 性 方 面具 有 一 般 意义 ， 不 而 仅 仅是 一个 非线 性 动 力 学参 数 ， 随机 过 程 和确 对
分析 或小波 包分 析 虽 然 适 于处 理 非 平 稳信 号 ， 但
关 键 词 近 似 熵 往 复 压 缩 机 气 阀 特 征 提 取
中 图分 类 号
Ｔ ０ １ ２ Ｑ ５．１
文 献 标 识 码 Ａ
文章编号
０ ５ —０ ４ ２ １ ） ３０ ９ － ２ ４６ ９ （ ０ ０ ０ －２ ６０ ４
振 动信 号 与压力 信号是 往 复压缩 机状 态监测 与故 障诊断 领域 中常 用 的 动态 参 量 之 ～ ， 由于机 组结 构复杂 、 激励 源 众多等 因 素影响 ， 其振 动信 号
（ ）＝｛ （ ） ／ ２ ， ， （ ｝ １ ｕ １ ， （ ） … ／ ｍ） ／ ， ／ ，
｝ 黑 龙 江 省 研 究 生 创 新 科 研 项 目（ ＪＣ ２ ０ —８ Ｈ Ｊ 。 Ｙ Ｓ Ｘ ０９０ ７ Ｌ ）
赵 海 峰 ， ，９ １年 ７月 生 ， 士 研 究 生 。 黑 龙 江 省 大 庆市 ，６ ３ ８ 男 １８ 博 １３ １ 。
（ 一， Ｎ ｎ＋１）＝ ｛ Ｎ 一， Ⅱ（ 孔＋１ ／ Ｎ —ｍ ＋ ），， ／ （
２ ， ， Ⅳ） ） … （ ｝
ｃ ．计算 任 意两矢 量 的差值 ， 将其 最大 值定 并
义 为该 二矢量 的距 离 ， ： 即
为 ２ｋ ， ０ Ｈｚ采用 加 速 度传 感 器 拾 取 气 阀 阀 盖 振 动 信号 ， 采用 压力 传感 器拾 取盖 侧 气缸 内压力 信 号 ， 在飞 轮处设 置 位 移传 感 器 做 鉴 相 器 ， 于 划 分 一 用
第３ ７卷
第 ３期
化 工 机 械
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（ ）＝ ｛ （ ） （ ） … ， （ ２ “２ ， ３ ， ｕ， ｎ一１ ）
个排气阀 ， 阀均为多环窄通道低行程环状 阀。 气 为便 于分 析 ， 试 验 选 取 二 级 气缸 盖侧 的吸 气 阀 该
作为 分析 对象 ， 设置 了气 阀常见 的 ３种 故 障状 态 ， 即少 弹簧 、 阀片 缺 口及 阀 片 断裂 。 数据 采 样 频 率
列 长度 ， 为接 受 比较 的容限 ； ｒ ｂ ．将该 时 间序 列按 序 号 依 次 组成 长 度 为 ｍ
的矢量序 列 ：
取 与故 障诊 断。基 于 Ｌ ａｕ ｏ 指 数 、 数维 、 ｏ ｙｐ ｎ ｖ 分 Ｋｌ ・
ｍ ｇｒｖ 等非线 性 动 力 学参 数 的大 多 数 复 杂 性 ｏｏｏ 熵
函数 的选取 带来 困难 。近年 来 由 Ｈ ａ ｇ 出的 ｕｎ” 提
适 于 处 理 非 平 稳 、 线 性 信 号 的 Ｈ ｌｅｔ ｕ ｎ 非 ｉ ｒ Ｈ ａ ｇ变 ｂ — 换 已 经 取 得 了众 多 应 用 成 果 ， 是 其 在 分 解 过 程 但
Ⅳ点 时 间序列 ／＝｛ １ ，ｔ ２ ， ， （ ｝ ／ （ ） ／ ） … “ Ⅳ） ， ， （ （ （・） 为数据 点 ） 的近似熵 计算 方法 如下 ：