本發(fā)明屬于液體火箭發(fā)動機渦輪泵故障診斷，具體涉及一種液體火箭發(fā)動機渦輪泵轉速確定方法及相關裝置。

背景技術：

1、液體火箭發(fā)動機的渦輪泵作為其核心組件，其運行狀態(tài)直接關系到發(fā)動機的整體性能和可靠性。因此，準確估計渦輪泵的轉速在渦輪泵的故障診斷中非常關鍵。通過對渦輪泵轉速的精確監(jiān)測，不僅可以實現(xiàn)對其運行狀態(tài)的實時監(jiān)控，還能在早期發(fā)現(xiàn)潛在的故障，從而避免更嚴重的問題。在實際應用過程中，由于液體火箭發(fā)動機所處環(huán)境的復雜性和傳感器自身的可靠性問題，偶爾會發(fā)生部分鍵相信號缺失的情況，鍵相信號的缺失會直接導致渦輪泵轉速估計產(chǎn)生較大誤差，進而對渦輪泵的故障診斷造成嚴重影響。

2、當渦輪泵轉速估計出現(xiàn)誤差時，故障診斷系統(tǒng)可能無法準確識別渦輪泵的實際運行狀態(tài)，導致漏報或誤報故障的情況發(fā)生。特別是在高風險的航天任務中，渦輪泵的穩(wěn)定運行是確保任務成功的關鍵因素之一。若無法及時修正轉速估計的誤差，可能會誤判渦輪泵的健康狀態(tài)，從而做出錯誤的維護或更換決策。這不僅會增加不必要的維護成本，還可能導致液體火箭發(fā)動機的性能下降。在極端情況下，甚至可能導致航天任務的失敗，造成巨大的經(jīng)濟損失。因此，為了避免這種情況的發(fā)生，必須采取有效措施來提高渦輪泵轉速估計的準確性，進而提高其故障診斷的準確性和可靠性。

技術實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明提供了一種液體火箭發(fā)動機渦輪泵轉速確定方法及相關裝置，其目的在于實現(xiàn)渦輪泵轉速的準確確定，進而提高渦輪泵的故障診斷的準確性和可靠性。

2、為了解決上述技術問題，本發(fā)明通過以下技術方案予以實現(xiàn)：

3、根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種液體火箭發(fā)動機渦輪泵轉速確定方法，包括：

4、獲取渦輪泵的振動信號和轉速信號，所述轉速信號是由渦輪泵的原始鍵相信號計算得到的；

5、根據(jù)所述轉速信號，結合vold-kalman?濾波器對所述振動信號進行處理，得到振動信號的一階信號；

6、對所述振動信號的一階信號進行希爾伯特解調，得到振動信號的一階信號的相位信息；

7、對所述振動信號的一階信號的相位信息關于時間進行求導，根據(jù)所述求導結果計算渦輪泵的瞬時轉速。

8、在第一方面的一種可能的實現(xiàn)方式中，所述根據(jù)所述轉速信號，結合vold-kalman濾波器對所述振動信號進行處理，得到振動信號的一階信號，具體為：

9、a）設計vold-kalman?濾波器濾波階次分析過程方程為：

10、

11、設的系數(shù)項為，結構方程的矩陣展開為：

12、

13、b）設計vold-kalman?濾波器濾波階次分析觀測方程為：

14、

15、c）通過最小二乘法建立異構項與誤差項的平方和，稱為損失函數(shù)，具體如下：

16、

17、d）求解的最小值，可得待求解方程為：

18、

19、

20、e）求解待求解方程，得到振動信號的一階信號；

21、式中，是時刻，振動信號的目標階次的復包絡，為轉過的相位，為轉動角速度，為非齊次項，c=diag?(),diag是以該向量為對角元素創(chuàng)建矩陣，c是觀測矩陣，是觀測誤差，是權重因子，是損失函數(shù)，是單位矩陣，是c的共軛轉置，是原始的振動信號。

22、在第一方面的一種可能的實現(xiàn)方式中，所述對所述振動信號的一階信號進行希爾伯特解調，得到振動信號的一階信號的相位信息，具體為：

23、利用希爾伯特解調計算所述振動信號的一階信號的解析信號；

24、根據(jù)所述振動信號的一階信號的解析信號，計算振動信號的一階信號的相位信息。

25、在第一方面的一種可能的實現(xiàn)方式中，所述利用希爾伯特解調計算所述振動信號的一階信號的解析信號，具體如下：

26、

27、式中，為振動信號的一階信號的解析信號；為振動信號的一階信號；為希爾伯特解調。

28、在第一方面的一種可能的實現(xiàn)方式中，所述根據(jù)所述振動信號的一階信號的解析信號，計算振動信號的一階信號的相位信息，具體如下：

29、

30、式中，振動信號的一階信號的相位信息。

31、在第一方面的一種可能的實現(xiàn)方式中，所述根據(jù)所述求導結果計算渦輪泵的瞬時轉速，具體為：

32、

33、式中，為渦輪泵的瞬時轉速；為振動信號的一階信號的相位信息關于時間的導數(shù)。

34、根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種液體火箭發(fā)動機渦輪泵轉速確定裝置，包括：

35、獲取模塊，用于獲取渦輪泵的振動信號和轉速信號，所述轉速信號是由渦輪泵的原始鍵相信號計算得到的；

36、處理模塊，用于根據(jù)所述轉速信號，結合vold-kalman?濾波器對所述振動信號進行處理，得到振動信號的一階信號；

37、解調模塊，用于對所述振動信號的一階信號進行希爾伯特解調，得到振動信號的一階信號的相位信息；

38、計算模塊，用于對所述振動信號的一階信號的相位信息關于時間進行求導，根據(jù)所述求導結果計算渦輪泵的瞬時轉速。

39、在第二方面的一種可能的實現(xiàn)方式中，所述根據(jù)所述轉速信號，結合vold-kalman濾波器對所述振動信號進行處理，得到振動信號的一階信號，具體為：

40、a）設計vold-kalman?濾波器濾波階次分析過程方程為：

41、

42、設的系數(shù)項為，結構方程的矩陣展開為：

43、

44、b）設計vold-kalman?濾波器濾波階次分析觀測方程為：

45、

46、c）通過最小二乘法建立異構項與誤差項的平方和，稱為損失函數(shù)，具體如下：

47、

48、d）求解的最小值，可得待求解方程為：

49、

50、

51、e）求解待求解方程，得到振動信號的一階信號；

52、式中，是時刻，振動信號的目標階次的復包絡，為轉過的相位，為轉動角速度，為非齊次項，c=diag?(),diag是以該向量為對角元素創(chuàng)建矩陣，c是觀測矩陣，是觀測誤差，是權重因子，是損失函數(shù)，是單位矩陣，是c的共軛轉置，是原始的振動信號。

53、根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種設備，包括存儲器、處理器以及存儲在所述存儲器中并可在所述處理器上運行的計算機程序，所述處理器執(zhí)行所述計算機程序時實現(xiàn)所述的一種液體火箭發(fā)動機渦輪泵轉速確定方法的步驟。

54、根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供一種計算機可讀存儲介質，所述計算機可讀存儲介質存儲有計算機程序，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)所述的一種液體火箭發(fā)動機渦輪泵轉速確定方法的步驟。

55、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明至少具有以下有益效果：

56、本發(fā)明提供的一種液體火箭發(fā)動機渦輪泵轉速確定方法，轉速信號是由渦輪泵的原始鍵相信號計算得到的，當原始鍵相信號缺失時（即從轉速傳感器中采集到的原始鍵相信號存在部分鍵相信號缺失），則根據(jù)轉速信號，結合vold-kalman?濾波器對振動信號進行處理，得到振動信號的一階信號，實現(xiàn)了在鍵相信號缺失情況下渦輪泵轉速的準確重構，克服了在鍵相信號缺失情況下導致的渦輪泵轉速構建誤差極大的缺點，為實現(xiàn)準確可靠的渦輪泵故障診斷奠定基礎，彌補了傳感器測量的不確定性帶來的一系列問題，進而提高渦輪泵的故障診斷的準確性和可靠性。

57、為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合所附附圖，作詳細說明如下。