斯特林发动机振动信号分析及谱估计

文章编号：　１６７３‐９９６５（２０１４）０６‐０４４１‐０５

斯特林发动机振动信号分析及谱估计倡

尚雅层１，徐玉洁１，王岗罡２，平郁才３

（１．西安工业大学机电工程学院，西安７１００２１；２．中国人民解放军驻２１１厂军事代表室，北京１０００７６；

３．田分公司第三采油厂，银川７５０００６）

摘　要：　为了检测斯特林发动机运行状态，针对斯特林发动机在运行过程中振动信号产生机

理，采用了经验模态分解与自回归模型相结合的方法对振动信号进行分析，设计了振动检测系

统．通过选取故障信息的本征模函数进行功率谱估计，提取滚动轴承故障特征．测试结果表明：

经验模态分解可自适应地分解非平稳信号，生成的本征模函数可提取信号内在的本质特征．对

自回归模型进行功率谱估计，提取振动状态异常信号．经实验验证，故障情况与真实异常状况

吻合，可有效检测斯特林发动机运行过程中的故障特征．

关键词：　斯特林发动机；振动检测；经验模态分解；自回归模型；功率谱估计

中图号：　ＴＨ３９ 文献标志码：　Ａ

ＳｔｉｒｌｉｎｇＥｎｇｉｎｅＶｉｂｒａｔｉｏｎＳｉｇｎａｌＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＳｐｅｃｔｒｕｍＥｓｔｉｍａｔｉｏｎＳＨＡＮＧＹａ桘ｃｅｎｇ１，ＸＵＹｕ桘ｊｉｅ１，ＷＡＮＧＧａｎｇ桘ｇａｎｇ２，ＰＩＮＧＹｕ桘ｃａｉ３

（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ’ａｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００２１，Ｃｈｉｎａ；

２．ＯｆｆｉｃｅｏｆｔｈｅＣｈｉｎｅｓｅＰｅｏｐｌｅ’ｓＬｉｂｅｒａｔｉｏｎＡｎｎｙｉｎＮＯ．２１１Ｆａｃｔｏｒｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００７６，Ｃｈｉｎａ；

３．ＯｉｌＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎＰｌａｎｔＮｏ．３ｏｆＣｈａｎｇｑｉｎｇＯｉｌＦｉｅｌｄＢｒａｎｃｈ，Ｙｉｎｃｈｕａｎ７５０００６，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：　Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｄｅｔｅｃｔｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｎｇｓｔａｔｅｏｆｓｔｉｒｌｉｎｇｅｎｇｉｎｅａｎｄｅｖａｌｕａｔｅｔｈｅｓｅｒｖｉｃｅｌｉｆｅ，ｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｖｉｂｒａｔｉｏｎｓｉｇｎａｌｓｂａｓｅｄｏｎｓｔｉｒｌｉｎｇｅｎｇｉｎｅｒｕｎｎｉｎｇｉｓｓｔｕｄｉｅｄ，ｔｈｅｖｉｂｒａｔｉｏｎｓｉｇｎａｌｓａｒｅａｎａｌｉｚｅｄｕｓｉｎｇｅｍｐｉｒｉｃａｌｍｏｄｅｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄａｕｔｏｒｅｇｒｅｓｓｉｖｅｍｏｄｅｌ，ａｎｄｔｈｅｖｉｂｒａｔｉｏｎｄｅｔｅｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｎｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅｉｎｔｒｉｎｓｉｃｍｏｄｅｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｆａｕｌｔｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｓｓｏｌｖｅｄｆｏｒｐｏｗｅｒｓｐｅｃｔｒｕｍｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｔｏｅｘｔｒａｃｔｆａｕｌｔｆｅａｔｕｒｅｏｆｒｏｌｌｉｎｇｂｅａｒｉｎｇ．Ｔｈｅｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗ：Ｔｈｅｎｏｎ桘ｓｔａｔｉｏｎａｒｙｓｉｇｎａｌｉｓｄｅｃｏｍｐｏｓｅｄｂｙｅｍｐｉｒｉｃａｌｍｏｄｅｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎａｄａｐｔｉｖｅｌｙａｎｄｔｈｅｉｎｈｅｒｅｎｔｎａｔｕｒｅｓｉｇｎａｌｉｓｅｘｔｒａｃｔｅｄｆｒｏｍｉｎｔｒｉｎｓｉｃｍｏｄｅｆｕｎｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅａｕｔｏｒｅｇｒｅｓｓｉｖｅｍｏｄｅｌｉｓｅｓｔｉｍａｔｅｄｉｎｐｏｗｅｒｓｐｅｃｔｒｕｍｔｏｅｘｔｒａｃｔｔｈｅａｂｎｏｒｍａｌｖｉｂｒａｔｉｏｎｓｉｇｎａｌｓ．Ａｆｔｅｒｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ｔｈｅｆａｕｌｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎｈａｓｂｅｅｎｔｅｓｔｉｆｉｅｄａｃｃｏｒｄｗｉｔｈｔｒｕｅａｂｎｏｒｍａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｄｅｔｅｃｔｓｔｈｅｓｔｉｒｌｉｎｇｅｎｇｉｎｅｒｕｎｎｉｎｇｓｔａｔｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：　ｓｔｉｒｌｉｎｇｅｎｇｉｎｅ；ｖｉｂｒａｔｉｏｎｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；ｅｍｐｉｒｉｃａｌｍｏｄｅｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ；ａｕｔｏ桘ｒｅｇｒｅｓｓｉｖｅｍｏｄｅｌ；

ｓｐｅｃｔｒｕｍｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ

斯特林发动机自１８１６年发明以来，应用于各个领域，由于内燃机的出现及应用的便捷性，斯特林发动机的应用受到了限制．近年来，能源危机的出现，更增加了世界各国对斯特林发动机的重视程

第３４卷第６期２０１４年６月

西　安　工　业　大　学　学　报

ＪｏｕｒｎａｌｏｆＸｉ’ａｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ

Ｖｏｌ．３４Ｎｏ．６

Ｊｕｎ．２０１４

倡收稿日期：２０１４‐０２‐２６

作者简介：尚雅层（１９６６‐），女，西安工业大学教授，主要研究方向为智能控制技术．Ｅ‐ｍａｉｌ：Ｌａｉｌｉｑｕａｎ＠１６３．ｃｏｍ．