基于小波包能量分析与支持向量机的石油井架损伤定位探究-论文.pdf

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1、2o14．”基于小波包能量分析与支持向量机的石油井架损伤定位探究崔智皓，赵琪月(东北石油大学，大庆，163318)摘要：针对石油井架单一损伤位置识别问题，结合小波和支持向量机分析方法，利用小波包能量分析得出归一化的能量特征向量，以此作为损伤识别支持向量机分类器的输入向量。经训练和仿真测试，证明该方法可以准确实现石油井架结构损伤位置的定位识别。关键词：石油井架：小波分析：支持向量机：损伤TheresearchondamagelocationofoilderrickbasedonwaveletpacketenergyanalysisandSM

2、VCuiZhihao，ZhaoQiyue(NortheastPetroleumUniversity，Daqing，163318)Abstract：Forsingledamagelocationidentificationofoi1derrick，withwaveletandSMVanalysiSmethod，nOrma1izatiOnenergyfeaturevectorgainedbywaveletpacketenergyanalysiSmethodisregardedasinputvector，anddamageidentificat

3、ionSVMclassifieriSset．ThroughtrainingandSimulationtest，thiSmethodisprovedtoidentifyaccuratelythedamagelocationofoi1derrickconfigurati0n．Keywords：oi1derrick：waveletanalysis：SMV：damage石油钻机井架是一种具有一定高度和空间的金属结构物，实现了针对石油井架单一损伤位置快速、准确的识别。是钻机起升设备的重要组成部分之一，需具备较好的局部稳定性1小波包能量分析和整体稳定

4、性。但是，石油井架长期在野外服役，而且为了搬迁需要，频繁地拆装，容易引起结构老化，致使井架整体或局部结构存小波包能量分析可以进行信号特征的提取和识别，通过小波在一定的损伤。为确保井架的安全施工、预防其突然失效，采用有包能量分析后建立一个能够表征系统状态的特征向量，以便采用效的方法对井架进行损伤定位尤为重要。模式识别方法对存在损伤的系统进行检测与定位。工程应用中，近些年来，小波分析被认为是工具与方法的巨大突破，作为输入系统的激励信号通常含有丰富的频率成分，由于对各频率成新兴工具现已广泛应用于在信号处理、模式识别、图象分析和数分的抑制和增强作

5、用会随系统故障发生变化，系统故障会明显地值计算等领域，被认为是在工具和方法上的一项重大突破。从信对某些频率成分发挥抑制作用，而又对另一些频率成分起到增强号处理的角度讲，小波分析是强有力的时域分析工具，适合分析作用。对比其输出和正常系统的输出，在相同频带内，信号的能量非平稳的信号，在损伤识别中可作为信号处理的理想工具，所以差别较大，一些频带内的信号能量有所减少，而在另一些频带内多用于构建损伤识别中所需的特征向量，提取对识别有用的信的信号能量有所增加。因此，各频率成分的信号能量包含了丰富息。支持向量机(SVM)是90年代中期发展起来的基于统计

6、学习的故障信息，某种或某些种频率成分能量的改变则代表了某种故理论的一种机器学习方法，通过寻求结构化风险最小来提高学习障工况。对元部件的故障进行特征化时需选择合适的能量特征化机泛化能力，实现经验风险和置信范围的最小化，从而达到在统向量，即获得每一个物理元部件故障的特征向量。计样本量较少的情况下，亦能获得良好统计规律的目的。结合小在一定的振动激励作用下，石油井架结构即会产生某种振动波和支持向量机分析方法，利用小波包能量分析得出归一化的能的响应，而损伤的存在会引起结构动力响应随之发生变化。由于量特征向量，以此作为损伤识别支持向量机分类器的输入向

7、量，损伤会抑制或增强井架结构振动响应信号的各频率成分，所以，2014。11将振动响应信号利用小波包分析后，分解到标志不同频带的各个通过对式(7)的求解，可得最优分类函数为层次上，然后提取每一层次上信号的能量值构成特征向量，并依刖=sg，，、、r1据特征向量的改变确定井架结构的损伤情况。·)+}：=sg4芝·+}(8)LJ应用小波包能量分析方法对井架结构的损伤进行识别步骤其中，sgn(·)是符号函数。因为非支持向量对应的取值如下：为零，因此，实际上上式进行的只是对支持向量求和。而b是分类(1)利用信号采集系统采集故障信号后进行三层小波包分阈

8、值，可通过任意一个支持向量，在等号成立时通过式(1)求得，解。或者求两类中任意一对支持向量的平均值得到。(2)重构小波包的分解系数，提取各个频带范围内的信号，上面所述是解决线性问题的方法。而非