(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111607515.4 (22)申请日 2021.12.24 (71)申请人 西安理工大 学 地址 710048 陕西省西安市碑林区金花 南 路5号 (72)发明人 郭鹏程　徐卓飞　李小周　苏东　 颜建国　 (74)专利代理 机构 西安弘理专利事务所 61214 专利代理师 弓长 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06K 9/62(2022.01) G06T 3/40(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 基于田口分析的三段式关阀策略设计方法 (57)摘要 本发明公开的基于田口分析的三段式关阀 策略设计方法， 作用是对长距离输水过程中涉及 到的三段式关阀策略进行参数设计， 在保证关阀 时间的前提下， 降低水锤对于管路的危害。 实现 过程中仅需依靠水锤压力信号就可以完成各个 方案的评价， 而压力信号也是监测输水系统常用 的测量参数， 所需实验设备、 实验成本、 时间花费 都处于较低水平， 利于在已有工程设施中推广应 用。 权利要求书2页 说明书7页 附图1页 CN 114491950 A 2022.05.13 CN 114491950 A 1.基于田口分析的三段式关阀策略设计方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1、 确定关阀对象及关阀过程中的关键需求 性指标； 步骤2、 布置 压力传感器和信号采集装置以获取阀门前端的压力 信号； 步骤3、 设置待设计因素备选方案， 待设计因素包括第 一段关阀开度、 第 一段关阀时间、 第二段关阀开度和第二段关阀时间共四个目标参数， 每 个目标参数 给予三个备选方案； 步骤4、 设计九 组正交实验方案， 每组方案包括四个目标参数的各一个备选方案； 步骤5、 进行九组关阀实验并获取对应的压力信号， 计算关阀水锤产生的压力信号能 量、 压力信号峰值、 压力 信号峰峰值和压力 信号符号熵共四个特 征； 步骤6、 依据田口分析中的望小特性计算 四个特征的信噪比， 得到9 ×4信噪比特征值矩 阵， 对其通过主成分分析后提取第一主元分量， 并将第一主元分量作为四个信噪比融合后 的指标， 记为组合信噪比； 步骤7、 选取最优信噪比组合， 以判断第一段关阀开度、 第 一段关阀时间、 第二段关阀开 度和第二段关阀时间的最优组合方案， 进 而实现三段关阀策略设计。 2.如权利要求1所述的基于田口分析的三段式关阀策略设计方法， 其特征在于， 所述步 骤1中的关键需求 性指标包括总关阀时间和最大允许峰值。 3.如权利要求1所述的基于田口分析的三段式关阀策略设计方法， 其特征在于， 所述步 骤4中采用L9(34)型正交表设计九 组正交实验方案 。 4.如权利要求1所述的基于田口分析的三段式关阀策略设计方法， 其特征在于， 所述步 骤5中压力 信号符号熵的计算过程 为： 获取信号的极值序列， 将原始信号{xn}的局部极大值和极小值提取出来组成极值序列 {yn}， 计算原 始信号均值并记为P0， 将极值序列转 化为一个0和1组成的新序列： 极值序列{yn}经过转换成为二进制符号序列{Sn}， 进而将{Sn}其划分为短序列 若 符号序列长度为L， 将{Sn}中3个连续的数值作为一个基本单元， 这样的一系列单元组成新 的序列 如下式所示： 其中k＝1,2， L  L‑2， 将 中每个单元都看作一个3 位2进制的数值， 将其转化为10进制 序列， 得到符号化序列， 由0 ‑7的整数构成， 计算每个数字出现的概率记为Pj， 其中j＝0， 1，……7， 并按照下式计算符号熵H： 5.如权利要求1所述的基于田口分析的三段式关阀策略设计方法， 其特征在于， 所述步 骤6中通过 下式计算四个特 征的信噪比： 权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114491950 A 2其中， yi代表用于评价方案的四类特 征。 6.如权利要求1所述的基于田口分析的三段式关阀策略设计方法， 其特征在于， 所述步 骤6中的组合信噪比是4个信噪比的线性组合， 组合方式采用基于主成分分析的数据分析方 法， 并且以主成分分析结束后的第一主 元分量作为组合信噪比， 记矩阵X是由9行4列信噪比 组成的矩阵， 先按下式对其进行去中心化： 其中 表示向量X的均值， Z为标准化后的结果， 同样是一个9行4列矩阵； 接下来求解Z 的协方差矩阵C， 求解时以每一行作为一个样 本， 求解得到C是一个4行4列矩阵， 反映了各个 信噪比相关程度； 求解C的特征向量， 选取其最大特征根对应的特征向量， X乘以该特征向量 即可得到第一主 元分量， X是9行4列 矩阵， 将第一主 元分量写成4行1列的形式并右乘X， 得到 组合信噪比。 7.如权利要求1所述的基于田口分析的三段式关阀策略设计方法， 其特征在于， 所述步 骤7中根据 组合信噪比选择最优的目标参数， 即采取使得组合信噪比最小的方案来确定四 个目标参数 的最终备选方案， 组合形成的方案就是三段式关阀的最优目标参数组合， 再结 合总关阀时间推断出第三段关阀时间和相应的开度， 以开度为纵坐标， 以时间为横坐标， 绘 制设计关阀曲线， 作为实际操作的依据。 8.如权利要求1所述的基于田口分析的三段式关阀策略设计方法， 其特征在于， 所述步 骤7还包括根据组合信噪比计算九组正交实验方案对应的信噪比贡献率， 得到四个目标参 数的重要程度排序。 9.如权利要求8所述的基于田口分析的三段式关阀策略设计方法， 其特征在于， 所述信 噪比贡献率如下式所示： j依次表示 4列数值， 表示包含某个设计因素在对应的第j种备选方案情况下的所有设 计方案组合信噪比均值； 则表示每一列的信噪比均值对应的极差值。 10.如权利要求1所述的基于田口分析的三段式关阀策略设计方法， 其特征在于， 所述 步骤7中实现三段关阀策略后绘制关阀曲线， 对关阀曲线进 行三次样条插值， 实现其平滑处 理， 得到光滑关阀曲线， 用于要求关阀过程平 滑的工况及设备。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114491950 A 3