文档介绍：第17卷第3期机械科学与技术 V ol. 17 N o . 3
1998年 5月 M ECHA N ICA L SCIEN CE A ND T ECHNO L OG Y M ay 1998
平稳熵: 一种新的机组运行瞬时稳定性
定量化监测指标
张西宁屈梁生
( 西安交通大学机械诊断与控制学研究所西安 710049)
张西宁
摘要以信息熵和时频分析为基础, 提出了一种用于大型回转机组运行瞬时稳定性定
量监测的新指标: 平稳熵。通过对模拟数据和实际现场数据的分析表明, 平稳熵很好
地反映出了机组运行瞬时各频率处的稳定性大小, 为机组的智能化监测和诊断提供
了一种平稳性的量化数据。
关键词信息熵时频分析瞬时稳定性
中图号 T H 165. 3
引言的值也可以反映信号的平稳性。
大型回转机械常见故障中, 大多表现是某一频率分量通常回转机组运行中产生的不平稳性振动, 只是发生
或某一频带内的分量的不稳定振动。例如大型离心式压缩在特定的频率处或特定的频带内, 并且表现为瞬态不稳定。
机的喘振、管道激振、机座松动等亚同步振动, 这些故障大若对原始的时域信号的不平稳性沿时间轴在总体上进行度
多属于自激振动, 与环境条件有很大的关系, 因而在分倍频量, 由于各个不同频率处分量的平稳性不同, 可以想象由于
振动上表现为时起时落、有很大随机性和不稳定性的振动。平均效应, 结果很难反映机组运行中产生的不稳定性; 如果
对于此类故障同传统的傅氏谱分析不能给出很好的评定指采用频域中的幅值熵, 由于常规的傅氏谱给出的是在采样
标。若采用时域中信息熵的方法, 同样也不能很好地反映不时间内转子振动的平均谱, 平均谱抹杀了转子的瞬态变化,
稳定的变化特性。因为信息熵是信号在总体上的不确定性不能直观地表现出非平稳振动下瞬态谱变化, 因而传统的
的度量, 而机组振动的不稳定性往往发生在特定的频率分傅氏谱熵也不能用来衡
量或频带内。本文在时频分析和信号熵的基础上, 提出了一量机组运行的平稳性[ 2] 。
种衡量机组运行瞬时稳定性大小的数值指标: 平稳熵。平稳为了能够有效而灵
熵客观地反映了机组振动中各频率分量的瞬态变化, 可作敏地监测和反映机组运
为机组运行瞬时稳定性的评价指标, 同时也可在智能监测行中产生的不平稳性振
和诊断中断用来提取稳定性特征。动, 我们采用了时频分析
的方法[ 3] 。图1和图2分别
图1 流体激振的时频分布图
1 平稳熵监测的原理是机组喘振和支座松动
假设某一系统 A 由 n 种互不相容的状态或划分( A i) 时的时频分布图, 从图上
n 可直观地看到振动信号
组成,
是定义在划分( A i) 上的一种测度, 且
( A i) = 1。
i= 1 在低频率区振动沿时间
系统的信息熵可定义为[ 1]
n 轴的瞬态不平稳性变化。
H ( A ) = -
( A i)
log
( A i) ( 1)
i= 1 为了能客观、定量地描述
根据上述定义, 对于一振动信号如果取
为机组振动不平稳性的程度, 便于特
信号幅值的分布概率, ( A i) 构成信号幅值的范围, 那么系统征提取和监测, 我们引入
图2 支座松动时的时频分布图
的