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垒l兰堂塑翌竺 顺序形态滤波与样本熵在转子故障特征提取中的应用 ofrank-order and infaultfeature Application morphoIogiCaIfilteringsampleentropy extractionofrotor 张文斌 ZHANGWen—bin (红河学院工学院，蒙自661100) 摘要：结。剑II页J!舅形态滤波方法与非线性动力学参数样本熵，提出一种新的转子故障特征提取方法。首 先引入循环统计学的思想对传统形态滤波方法进行改进，定义了顺序形态滤波器，并结合实 际选用最简单的直线结构元素，对实测转子振动信号进行顺序形态滤波降噪预处理；然后计 算降噪后信号的样本熵，包括转子正常、不平衡、不对中、油膜涡动和碰摩等五种工况的振 动信号；最后将样本熵作为特征，依据不同的故障对应不同的样本熵分布，对各种故障状态 进行评价．转子系统故障识别的实例验证了该方法的可行性和有效性。 关键词：顺序形态滤波；样本熵；降噪；特征提取；分类；转子 中田分类号：TN911 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2013)04(上)一0079—03 Doi；1 009-0134．201 0．3969／J．issn．1 3．04(上)．25 0引言 量的噪声干扰而无法准确反映故障特征的问题， 旋转机械是现代农业生产中的关键设备，一 本文结合顺序形态滤波和样本熵的良好特性， 旦发生故障，可能造成巨大的经济损失，因此， 提出了一种新的转子故障特征提取方法。首先采 农机设备的故障诊断技术备受关注【lq】。故障特征 用顺序形态滤波器对原始振动信号进行降噪预处 理，然后计算转子五种工况下信号的样本熵，最 参数的提取是旋转机械故障诊断的关键，直接关 后以此作为区分不同故障状态的特征，实验结果 系到诊断的准确性和早期预报的可靠性HJ。基于 积分几何和随机集论建立的数学形态方法是一种 验证了该方法的有效性。 非线性滤波器，有别于基于时域、频域的数学方 1顺序形态滤波原理 法。该方法的信号处理只取决于待处理信号的局 部特征，比传统的线性滤波更有效碡】。然而，传统 可夫斯基)运算的，实质上就是一种极值运算， 的形态滤波方法仍然有其缺点，比较突出的是形 不可避免地导致信号和噪声之间的误处理。顺序 态滤波过程中存在统计偏倚现象，还需要进一步 形态运算引入了“循环统计学”的思想，通过合 改进。顺序形态变换是排序统计理论与形态学的 适的组合可以改进形态学方法的缺陷侈1。 结合，引入了“循环统计学”的思想，通过合适 的组合可以改进形态学方法的缺陷。文献[6，7】已 测度)，则集合A关于结构元素B的顺序形态变换 将顺序形态滤波器用于旋转机械振动信号的降噪 A(p)B，(p--0，I／(k-1)，…，1)定义为： 和转子轴心轨迹提纯，均取得了较好的效果。 nB。)_k-(k-1)p)(1) A(p)B={x：(o 样本熵是量化非线性时间序列复杂度的良好 工具，与Lyapunov指数、信息熵、关联维数、K熵 点对称后沿向量x的平移，变量P称为顺序形态变 等非线性动力学方法相比，具有