特性曲線；
[0057] 圖13是實(shí)施例1中工況1時(shí)時(shí)間延遲與嵌入維數(shù)關(guān)系曲線； 陽(yáng)05引圖14是實(shí)施例1中工況2時(shí)時(shí)間延遲與嵌入維數(shù)關(guān)系曲線；
[0059] 圖15是實(shí)施例1中工況3時(shí)時(shí)間延遲與嵌入維數(shù)關(guān)系曲線； W60] 圖16是實(shí)施例1中工況4時(shí)時(shí)間延遲與嵌入維數(shù)關(guān)系曲線；
[0061] 圖17是實(shí)施例1中工況1時(shí)壓力脈動(dòng)信號(hào)相軌跡分布圖；
[0062] 圖18是實(shí)施例1中工況2時(shí)壓力脈動(dòng)信號(hào)相軌跡分布圖；
[0063] 圖19是實(shí)施例1中工況3時(shí)壓力脈動(dòng)信號(hào)相軌跡分布圖； W64] 圖20是實(shí)施例1中工況4時(shí)壓力脈動(dòng)信號(hào)相軌跡分布圖； 陽(yáng)0化]圖21是實(shí)施例1中工況1時(shí)化incar6截面圖；
[0066] 圖22是實(shí)施例1中工況2時(shí)化incar6截面圖；
[0067] 圖23是實(shí)施例1中工況3時(shí)化incar6截面圖；
[0068] 圖24是實(shí)施例1中工況4時(shí)化incar6截面圖； W例圖25是實(shí)施例1中工況1至工況4,線性段長(zhǎng)度與ya)關(guān)系曲線。
【具體實(shí)施方式】
【具體實(shí)施方式】 [0070] 一：結(jié)合圖1、圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的基于混濁理論實(shí) 現(xiàn)水輪機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)的方法所使用的水輪機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置包括壓力傳感器1、信號(hào)放大器2、 數(shù)據(jù)采集器3和上位機(jī)4 ;所述壓力傳感器1設(shè)置在水輪機(jī)的尾水管區(qū)，壓力傳感器1的信 號(hào)輸出端與信號(hào)放大器2的信號(hào)輸入端相連接，信號(hào)放大器2的信號(hào)輸出端與數(shù)據(jù)采集器 3的信號(hào)輸入端相連接，數(shù)據(jù)采集器3的信號(hào)輸出端與上位機(jī)4的信號(hào)輸入端相連接；
[0071] 基于混濁理論實(shí)現(xiàn)水輪機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)的方法的具體步驟為：
[0072] 步驟一：壓力傳感器1監(jiān)測(cè)水輪機(jī)尾水管數(shù)據(jù)；
[0073] 步驟二：通過(guò)上位機(jī)4獲取壓力傳感器1接收的壓力脈動(dòng)信號(hào)；
[0074] 步驟Ξ:對(duì)步驟二中獲取的壓力脈動(dòng)信號(hào)進(jìn)行提升小波變換處理，獲得去噪信號(hào)， 然后進(jìn)行降采樣處理，得到可用壓力脈動(dòng)信號(hào)；
[00巧]步驟四：對(duì)步驟Ξ中獲得的可用壓力脈動(dòng)信號(hào)進(jìn)行混濁動(dòng)力學(xué)特性分析，獲取可 用壓力脈動(dòng)信號(hào)的頻譜圖、相圖、最大Lyapunov指數(shù)和化inearth截面圖；
[0076] 步驟五：根據(jù)步驟四中獲得的頻譜圖、相圖、Poinca;r6截面和最大Lyapunov指數(shù) 圖得出水輪機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。
[0077] 本實(shí)施方式中在監(jiān)測(cè)點(diǎn)處設(shè)置壓力傳感器1，上位機(jī)4通過(guò)壓力傳感器1獲得水輪 機(jī)的壓力脈動(dòng)信號(hào)。
[0078] 當(dāng)水輪機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，內(nèi)部流場(chǎng)的壓力脈動(dòng)信號(hào)呈現(xiàn)比較明顯的周期性；而偏離 最優(yōu)工況時(shí)，葉輪間不僅出現(xiàn)空化的葉道滿，更引起葉片背面脫流和尾水管中的空化滿帶， 將對(duì)流場(chǎng)造成復(fù)雜的非線性擾動(dòng)，導(dǎo)致出現(xiàn)非準(zhǔn)周期的脈動(dòng)信號(hào)。
[0079] 由于流體機(jī)械內(nèi)部發(fā)生空化時(shí)，內(nèi)部流場(chǎng)產(chǎn)生的壓力脈動(dòng)將會(huì)是復(fù)雜的非線性信 號(hào)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)壓力隨時(shí)間變化劇烈。另外，由于信號(hào)監(jiān)測(cè)中的環(huán)境噪聲及測(cè)量誤差，會(huì)對(duì)壓力 信號(hào)引入一定的噪聲，為了準(zhǔn)確地分析壓力脈動(dòng)的動(dòng)力學(xué)特征，本實(shí)施方式利用提升小波 變換的方式對(duì)原始?jí)毫γ}動(dòng)信號(hào)進(jìn)行去噪處理。
[0080] 本實(shí)施方式利用混濁動(dòng)力學(xué)方法分析水輪機(jī)在偏工況運(yùn)行時(shí)的混濁動(dòng)力學(xué)特性， 能夠定性和定量的量度水輪機(jī)運(yùn)行中的空化程度，并對(duì)可能的故障做出預(yù)測(cè)。
[0081] 具體的說(shuō)，由于水輪機(jī)的不穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，故障現(xiàn)象是逐漸破壞水輪機(jī)的，因此需 要根據(jù)監(jiān)測(cè)的水輪機(jī)信號(hào)，定期地對(duì)水輪機(jī)進(jìn)行維護(hù)。水輪機(jī)在偏工況，且由輕微空化演變 到嚴(yán)重空化或者出現(xiàn)故障時(shí)，脈動(dòng)信號(hào)具有混亂、瞬變的特征，因此可利用混濁理論來(lái)對(duì)信 號(hào)進(jìn)行定量分析，給出水輪機(jī)不同運(yùn)行狀態(tài)下的表征參數(shù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)水輪機(jī)壓力脈動(dòng) 信號(hào)的目的。
[0082] 針對(duì)水輪機(jī)從輕度空化到嚴(yán)重空化變化的工況過(guò)程，分析壓力脈動(dòng)信號(hào)的時(shí)域 圖、頻譜圖、相圖、最大Lyapunov指數(shù)及化inearth截面圖，研究混濁特性的演變過(guò)程，W此 可完成對(duì)水輪機(jī)的運(yùn)行監(jiān)測(cè)，并實(shí)現(xiàn)快速的故障診斷。
[0083] 本實(shí)施方式從空化監(jiān)測(cè)方法和監(jiān)測(cè)傳感器選擇及布置等方面對(duì)空化監(jiān)測(cè)進(jìn)行研 究。本實(shí)施方式方法了解和掌握水輪機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中的狀態(tài)，可用于評(píng)價(jià)、預(yù)測(cè)水輪機(jī)的可 靠性，早期發(fā)現(xiàn)故障，并對(duì)其故障原因、部位、危險(xiǎn)程度等進(jìn)行識(shí)別，預(yù)報(bào)故障的發(fā)展趨勢(shì)， 針對(duì)具體情況作出檢修決策。
【具體實(shí)施方式】 [0084] 二：結(jié)合圖3說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與一不同 的是步驟一中壓力傳感器1設(shè)置于尾水管肘管外側(cè)。
[00化]如圖3所示，本實(shí)施方式中將壓力傳感器1設(shè)置于監(jiān)測(cè)點(diǎn)Ξ化af口處，水流從轉(zhuǎn) 輪出口瀉出時(shí)，對(duì)肘管外側(cè)壁面將產(chǎn)生較大沖擊，在尾水管肘管外側(cè)，最低頻壓力脈動(dòng)的幅 值最大，空化特征現(xiàn)象明顯。
【具體實(shí)施方式】 [0086] Ξ:本實(shí)施方式與一或二不同的是步驟二中壓力脈動(dòng) 信號(hào)的采樣頻率為4000化。
[0087] 壓力脈動(dòng)信號(hào)采樣頻率設(shè)定為4000化可采集到水輪機(jī)的全部壓力脈動(dòng)數(shù)據(jù)，而 且能夠避免空化現(xiàn)象對(duì)壓力傳感器采樣結(jié)果造成干擾。
【具體實(shí)施方式】 [0088] 四：本實(shí)施方式與一不同的是本實(shí)施方式在進(jìn)行步驟 四中所述的混濁動(dòng)力學(xué)特性分析前，需要預(yù)先對(duì)步驟Ξ中得到的可用壓力脈動(dòng)信號(hào)進(jìn)行相 空間重構(gòu)，獲得相空間重構(gòu)數(shù)據(jù)。
[0089] 相空間重構(gòu)是非線性時(shí)間序列分析、處理的基礎(chǔ)，非線性動(dòng)力系統(tǒng)的復(fù)雜動(dòng)力學(xué) 行為都蘊(yùn)含在測(cè)量得到的時(shí)間序列中，通常測(cè)得的一組時(shí)間序列都是標(biāo)量序列，不能真實(shí) 反映未知確定動(dòng)力系統(tǒng)的多維空間。為了獲得真實(shí)原動(dòng)力系統(tǒng)的非線性時(shí)間序列特征，必 須建立一個(gè)數(shù)學(xué)模型，通常采用的方法是把從復(fù)雜系統(tǒng)測(cè)量到的一維時(shí)間序列嵌入到相空 間中，重構(gòu)動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，即相空間重構(gòu)。
[0090] 系統(tǒng)中任一分量的演化都是有與之相互作用著的其它分量所決定的。因此， 運(yùn)些相關(guān)分量的信息隱含在任一分量的發(fā)展過(guò)程中，重構(gòu)系統(tǒng)相空間只需考慮一個(gè)分 量，通過(guò)某些固定的延時(shí)點(diǎn)上的觀測(cè)值找到新的向量序列。如果用X表示觀測(cè)到的變 量分量X(t),t= 1，2. . .N，重構(gòu)相空間需根據(jù)嵌入維數(shù)m得到一組新向量序列X(t)= {x(t),X(t+τ), . . . ,X[t+ (m-1)τ]}T,t= 1, 2, . . . ,M，其中Μ=N- (m-1)τ，τ為時(shí)間延遲， 時(shí)間延遲τ要比激勵(lì)周期小的多，在相空間重構(gòu)中關(guān)鍵是找到合適的τ，使得原序列x(t) 與x(t+T)不是線性相關(guān)的。運(yùn)個(gè)有觀測(cè)值及其延時(shí)值所構(gòu)成的m維狀態(tài)空間即為重構(gòu)的 相空間，它與原始的狀態(tài)空間是微分同麻的。
[0091] 具體過(guò)程為：
[0092] 在m和τ的聯(lián)合算法C-C方法中，嵌入維m和時(shí)間延遲τ與重構(gòu)相空間的時(shí)間 窗密切相關(guān)，對(duì)特定的時(shí)間序列，其τ。相對(duì)固定，m和τ的不恰當(dāng)配對(duì)將直接影響相 空間結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，因?yàn)樗麄冎g滿足τ"= (m-1)τ關(guān)系。根據(jù)C-C方法計(jì)算嵌入窗寬τ。 和時(shí)間延遲τ，進(jìn)而可W確定嵌入維m，進(jìn)而進(jìn)行相空間重構(gòu)。
[0093] 考慮時(shí)間序列x= {xt|t=l，2...N}，則寸延τ和嵌入維數(shù)m來(lái)重構(gòu)相空間X(t)， Xi(t) =(Xi(t),Xi(t+τ,Xi[t+(m-l)τ]},i= 1, 2. . .，Μ為相空間中的點(diǎn)，計(jì)算距離 小于給定距離r的向量作為關(guān)聯(lián)向量。為減小計(jì)算量，選用--范數(shù)計(jì)算向量之間的距離。 關(guān)聯(lián)積分是有關(guān)聯(lián)的向量對(duì)數(shù)在所有可能的情況中所占的比例
[0094]
陽(yáng)0巧]式中，N為時(shí)間序列長(zhǎng)度；r為鄰域半徑；Θ( ·)為化aviside單位函數(shù)，表示相空 間中任意兩點(diǎn)之間距離小于r的概率。由上式可看出關(guān)聯(lián)積分是累積分布函數(shù)。
[0096]
[0097] 將時(shí)間序列x= (xt|t= 1,2...N}分成η個(gè)不相交的時(shí)間子序列，每個(gè)子序列的 長(zhǎng)度為Ν/η，取整數(shù)部分，即d=ΙΝΤ(Ν/η)，對(duì)一般的自然數(shù)η，有：
[0098] χ?={χiIi= 1,t+1, . . . ,Ν-η+]_}
[0099] χ2=iIi二2,t+2,. . . ,N-nW} 陽(yáng)100] …
[0101] x"={xiIi=n,n+1,. . .N-n+n} 陽(yáng)102] 利用平均分塊的方法計(jì)算每個(gè)子序列的統(tǒng)計(jì)量： 陽(yáng) 103]
[0104] 式中，Cl是第1個(gè)子序列的關(guān)聯(lián)積分。 陽(yáng)105] 關(guān)聯(lián)維數(shù)定義為
陽(yáng)10引 m和η確定后，如果每個(gè)子序列獨(dú)立同分布，那么，當(dāng)N-時(shí)每個(gè)子序列的統(tǒng)計(jì)量 S(m，N，r，τ)都等于零。但是，實(shí)際應(yīng)用中獲得的時(shí)間序列都是有限長(zhǎng)的、且元素之間存在 相關(guān)性，運(yùn)樣局部最大間隔可W取S(·)的零點(diǎn)或?qū)λ械陌霃絩相互差別最小的時(shí)間點(diǎn)， 此時(shí)相空間中的點(diǎn)接近均勻分布，重構(gòu)吸引子在相空間被完全展開。選擇最大半徑和最 小半徑r，的值并把統(tǒng)計(jì)量做差，定義差量為 陽(yáng) 109]ΔS(m,η) =max[S(m,N,r；,t) ]-min[S(m,N,rj,t) ],i^j
[0110] 根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，m取值在2到5之間，的取值在iσ/2和2iσ之間，i= 1，2,3,4,σ是時(shí)間序列的均方差std(x)，得到如下方程 陽(yáng) 111]