双阈值系统中的随机共振研究

通过双阈值系统中的随机共振特性,研究含有高斯白噪声的信号。在一定条件下,由于系统、信号和噪声的协同作用而产生随机共振现象,并通过某一噪声强度下的信号增益及信噪比增益表现出来。最后,通过MATLAB仿真演示了信号增益和信噪比增益与输入噪声强度的关系。     

具有随机黏性阻尼的分数维线性振荡器中的随机多共振

分数阶微积分具有对历史状态的动态记忆特性和路径依赖性等优良特性,因此实际中许多系统,特别是那些具有记忆的动力学过程,用分数阶模型比通常使用的整数阶模型更加合适.在分数阶系统的研究中,采用Gamma函数的记忆核函数是采用Mittag-Leffler函数的记忆核函数的一个特例,而后者更具一般性,特别是其中包含系统特征记忆时间,可以在复杂无序的非均匀环境中描述介质分子对系统运动产生的记忆效应.因此采用Mittag-Leffler函数的分数维导数可以从特征记忆时间和分数维数两个维度更好地刻画系统的性能.该文研究了具有随机黏性阻尼的分数维线性振荡器中的随机多共振现象,分数维振荡器的系统记忆核采用Mittag-Leffler函数.基于线性系统理论,利用Mittag-Leffler函数和分数维导数的性质,推导出系统输出幅度(SPA)的解析表达式.在SPA与分数振荡器记忆时间的关系曲线上发现了随机多共振现象.在SPA与噪声扁平率和黏性阻尼系数的关系曲线上,出现了随机共振效应.SPA随着系统特征频率、驱动信号频率以及噪声相关时间的变化而非单调变化.     

Levy噪声下自适应级联三稳随机共振系统研究

在Levy噪声驱动下,以级联三稳态随机共振为模型,首先研究了不同特征参数、对称参数条件下输入信噪比随噪声强度D的变化;然后以谱峰值和平均信噪比增益为性能指标,针对高、低频信号级联三稳随机共振现象进行了研究;最后将其应用到轴承故障检测中。研究表明,通过自适应算法选取最优参数a、b和c,可诱导级联三稳系统发生随机共振,从而实现对目标信号的检测。结果表明,特征参数越大,输入信噪比达到稳定状态需要的噪声强度越大,而对称参数几乎没有影响;选取相同的系统参数a=0. 5、b=0. 5、c=0. 8时,级联三稳系统的检测效果要比单级三稳系统有更好的随机共振输出,在小参数信号检测中,单级输出平均信噪比增益为25. 46 d B,第2级输出平均信噪比增益为28. 38 d B。此外,在轴承故障检测中级联三稳系统也显示出更好的检测效果。此系统对于微弱信号的检测具有重要的研究意义也有着良好发展前景。     

α噪声下自适应非线性耦合双稳随机共振弱信号检测

在α噪声条件下,为实现微弱周期信号的检测,提出了以平均信噪比增益(A-SNRI)为衡量指标的自适应非线性耦合双稳随机共振系统。先通过调节α噪声参数,将此α噪声与待测信号输入非线性耦合双稳系统中,再通过自适应算法,得出最优系统参数以及耦合系数。实验结果表明,周期信号通过自适应非线性耦合双稳系统后发生了随机共振现象,其频谱图出现了陡峭的尖峰且信噪比增益效果提升明显,说明自适应非线性耦合双稳随机共振系统能够有效地检测出淹没在α噪声中的信号。     

Levy 噪声下欠阻尼指数型三稳随机共振系统研究

针对经典双稳随机共振(CBSR)系统在微弱信号放大检测方面的困难,提出了Levy噪声下的欠阻尼指数型三稳随机共振(UETSR)系统。将双稳态和指数势函数相结合,利用非高斯噪声可有效提升信噪比的特性,构造出UETSR系统。首先推导该系统的稳态概率密度函数,以平均信噪比增益为衡量指标,采用量子粒子群算法进行参数寻优,研究在Levy噪声的不同参数α与β下,系统各参数对UETSR输出变化规律的影响。最后将UETSR、CBSR和经典三稳系统(CTSR)应用于轴承故障诊断中,系统输出后的内外圈故障频率处的幅值较输入信号分别增长了197.58,1.153,18.81和238.87,26.63,39.72,最高峰与次高峰的谱级比分别为5.44,4.03,3.85和5.10,3.79,5.05。实验结果表明,不同系统参数均可诱导产生SR现象,且UETSR系统的性能明显优于CBSR和CTSR,具有良好的工程应用价值。     

基于SSI和LS的间谐波检测新方法

提出基于随机子空间辨识和最小二乘法的电力系统间谐波高精度检测新方法.随机子空间辨识是一种线性系统时域模态参数识别方法,利用系统输出的数据构造Hankle矩阵,进而分离出系统状态方程的系统矩阵和输出矩阵,从而识别系统的模态参数:固有频率、阻尼比、振型.应用该法于间谐波检测实现频率、衰减因子、幅值的检测,计算中提出基于振型实现系统的自动定阶,在此基础上,应用最小二乘法实现间谐波信号各频率分量相位的估计.针对噪声、频变、幅变背景下仿真信号和实测变频调速系统的电流进行仿真,同时与Prony法作对比,结果表明该法抗噪性强,检测精度高.     

基于联合单势阱和Woods-Saxon势的随机共振系统研究

传统双稳随机共振系统在检测低输入信噪比的信号时,其系统参数难以达到最佳,故得不到最佳检测效果。针对这一问题,将单势阱模型与Woods-Saxon模型相结合提出一种MWS型双稳随机共振系统,其系统参数之间相互独立,所以可通过调节系统参数来得到最佳输出信噪比。仿真结果表明,对于单频小参数信号,其信噪比增益为16.92 dB,对单频大参数信号,其信噪比增益为12.41 dB。最后将MWS型双稳随机共振系统应用到轴承故障检测中,能准确的检测到故障信号,且其检测结果优于传统双稳随机共振系统。     

Levy噪声中EMD降噪的随机共振研究

经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)降低噪声的同时也削弱信号能量,并会产生虚假信号,导致信号检测存在缺陷,针对这一问题,提出Levy噪声环境下经验模态分解随机共振检测方法。通过将含噪信号进行EMD分解,对分解后信号进行叠加取平均二次采样等处理方法,使其满足随机共振要求,利用自适应算法优化系统参数,进而使处理后信号能够在双稳系统中产生随机共振,达到精确检测的目的。理论分析及实验证明在Levy噪声下,此方法能实现同一特征指数下单频信号与多频信号检测,实验表明在单频信号信噪比为-28 dB情况下能有14 dB的提高,特征指数为1.8下多频信号5 Hz频谱幅值从311.8增加到724,10 Hz频谱幅值由138.9增加到143.2。此方法对在复杂噪声环境中降低剩余噪声能量同时,提高信号能量,减少虚假信号,相对于仅仅进行EMD分解无法判断信号成分,能更好的达到检测效果。     

基于DSP的自适应随机共振微弱信号检测方法*

随机共振是一种有效检测微弱信号的非线性方法,对它的研究和实现具有重要的工程应用价值。针对工业现场存在的背景噪声未知的高频微弱信号（不满足绝热近似理论条件）的随机共振检测问题,提出了基于参数补偿的自适应参数诱导随机共振方法,以系统输出信噪比作为适应度函数,将系统势垒与噪声强度大致相等时可产生最佳的随机共振效应作为知识,采用基于知识的粒子群优化算法来并行优化随机共振系统的参数。设计了基于DSP的自适应随机共振检测系统,实现了对信号的实时处理,并通过ModbusRtu协议将检测结果实时显示在触摸屏上,从而实现微弱信号的检测。     

基于SSI和LS的间谐波检测新方法

提出基于随机子空间辨识和最小二乘法的电力系统间谐波高精度检测新方法。随机子空间辨识是一种线性系统时域模态参数识别方法,利用系统输出的数据构造Hankle矩阵,进而分离出系统状态方程的系统矩阵和输出矩阵,从而识别系统的模态参数：固有频率、阻尼比、振型。应用该法于间谐波检测实现频率、衰减因子、幅值的检测,计算中提出基于振型实现系统的自动定阶,在此基础上,应用最小二乘法实现间谐波信号各频率分量相位的估计。针对噪声、频变、幅变背景下仿真信号和实测变频调速系统的电流进行仿真,同时与Prony法作对比,结果表明该法抗     

基于频率测量值的相量及电气量的DFT修正算法

为解决频率偏移时电力系统相量及电气量的测量误差大的问题,提出了一种改进的离散傅里叶(DFT)修正算法。建立了相量的实部、虚部与幅值、初相角、频率偏移量之间的函数关系式,根据此关系式得到实部、虚部与频率之间所满足的一个恒等式。在频率已知条件下计算出修正后的相量幅值和相角,进一步推导出了修正后的相量实部与虚部,最后得到其他电气量的修正算法。仿真结果表明,当系统频率偏移时,在信号为纯正弦信号,或者含有高次谐波及随机噪声等情况下,算法均可有效地提高相量及电气量的计算精度。同时,该算法对采样频率和频率误差不敏感,计算量小,不增加额外的延迟时间。     

基于混沌Gyrator变换与矩阵分解的光学图像加密算法

为了解决当前光学图像加密技术没有考虑明文自身特性,使其抗明文攻击能力较低,且易增加密钥的分配与管理难度的问题,设计了基于混沌Gyrator变换与矩阵分解的非对称彩色图像加密算法。首先,从彩色图像中分别获取其R、G、B分量;设计二维耦合混沌系统,生成3个随机相位掩码,分别对R、G、B分量进行调制;基于卷积操作,将调制后的R、G、B分量融合为一幅灰度图像;利用混沌系统输出的随机序列来计算Gyrator机制的旋转角度,对灰度图像完成Gyrator变换,获取Gyrator频谱;根据相位-幅度截断机制,对Gyrator图像完成截断操作,形成幅度与相位信息;再引入一种矩阵分解机制,将相位截断图像分解为酉矩阵与三角矩阵,利用旋转角度不同的Gyrator变换分别处理酉矩阵与三角矩阵,完成图像加密。在图像加密过程中,利用其幅度截断图像信息来生成R、G、B分量的解密密钥,使得加密与解密密钥是截然不同的,只需利用私钥即可解密图像。测试数据表明,与较为主流的光学加密方案相比,所提技术具备更高的安全性,可有效抗击明文攻击。     

电压闪变调幅波提取方法的改进

电压闪变是电能质量的重要指标之一,而闪变测量首先需要提取闪变调幅波.提出使用改进的Teager-Kaiser能量算子方法提取闪变调幅波,该方法只需对检测信号的3个采样点进行简单的基本运算,使得提取闪变调幅波的过程快速、简洁.同时,为减少白噪声对算法检测精确度的影响,提出了改进的小波阈值去噪方法,对采集的电信号进行去噪,并通过仿真试验证明所提方法能够准确有效地检测电压闪变的调幅波.该方法克服噪声对电能质量检测的影响,并具有较高精度,易于实现.     

基于混沌理论的电力系统微弱谐波检测方法研究

针对微弱谐波信号时频域分析检测方法在宽谱环境噪声较强场景中无法识别目标信号的缺陷,首先引入混沌系统的随机共振原理,在信号成分完全未知的情况下,利用随机噪声增强微弱目标信号进行频率盲检。进一步引入Duffing混沌系统,利用其对特定频率周期信号幅值的极高敏感性和噪声抵抗力,对检出的各谐波频率分量进行幅值精准检测。在经典随机共振模型的基础上,通过归一化改进了系统参数。结合Duffing混沌系统模型,设计了实时检测控制策略。通过粒子群寻优算法,以系统输入输出信号的互相关系数为适应度函数,寻找最优系统参数。对强随机噪声背景下的多整次谐波与间谐波混叠的谐波信号进行了仿真实验。结果表明,所提方法能在恶劣的噪声环境中,实现各谐波分量的无差频率检测与高精度幅值检测。     

两种单相电路的任意次谐波检测比较

由于电力系统的谐波受到随机性、非平稳性、分布性等多方面因素影响,要进行实时准确的检测并不容易,幅值分离法在硬件上要求很复杂,实时性较差,所以本文介绍了旋转坐标变换法,推导了两种方法任意次谐波实时检测方法的过程,并在此理论的基础上对5次谐波检测进行了仿真,实现了5次谐波的实时检测,证明了两种方法通过修改硬件参数都能实时的完成任意次谐波电流的检测,但幅值分离法在实时性和对硬件的要求上不及旋转坐标变换法好。     

非均匀采样下小信号检测的新方法及其仿真实现

由于非均匀采样具有不受采样频率限制、频率分辨率高及抗混叠能力强等优点,使得其应用十分广泛.但非均匀采样会产生频谱噪声,这使得小信号的检测变得困难.为此,本文在分析非均匀采样产生频谱噪声原因的基础上,提出了2种检测小信号的新方法--逐层滤波法和增强频谱幅度法.前者通过一个可随时改变中心频率的滤波器来实现;而后者通过非均匀周期采样和真实信号频谱幅度累加来实现.文中分别给出仿真结果,并且通过理论和仿真结果验证了所提方法的有效性.     

开关磁阻电动机电流双幅值斩波控制

开关磁阻电动机转矩波动是以其开关形式供电电源所产生的不可避免的现象。为使转矩波动最小化 ,提出了电流限波动双幅值斩波控制方法 ,设计了实现该控制方式的电路 ,仿真计算了单幅值和双幅值斩波控制方式下电机的合成转矩波形 ,证实了该方法在低速时对降低转矩波动的有效性。实验结果表明 ,该方法能有效地降低低速噪声     

水声信号自动增益控制及幅值恢复电路设计实现

针对水声信号动态范围大、噪声干扰强的特点,研制了水声信号自动增益控制（AGC）及幅值恢复电路。电路以数控衰减技术完成对大动态范围信号的接收和处理,以功率比较和窄带带通滤波技术屏蔽和滤除噪声对系统的干扰。经水下实验结果表明,该电路具有精度高、抗干扰能力强、工作稳定等优点。     

A series‐coupled LC quadrature oscillator using phase/amplitude calibration

In this paper, an analytic approach for the estimation of the phase and amplitude error in series coupled LC quadrature oscillator (SC‐QO) is proposed. The analysis results show that imbalances in source voltage of coupling transistor because of mismatches between LC tanks are the main source of the phase and amplitude error in this oscillator. For compensation of the phase and amplitude error, a phase and amplitude‐tunable series coupled quadrature oscillator is designed in this paper. A phase shift generation circuit, designed using an added coupling transistor, can control the coupling transistor source voltage. The phase and amplitude error can simply be controlled and removed by tuning the phase shifter, while this correction does not have undesirable impact on phase noise. In fact, the proposed SC‐QO generates a phase shift in the output current, which reduces the resonator phase shift (RPS) and improves phase noise. The phase and amplitude tunable SC‐QO is able to correct the phase error up to ±12°, while amplitude imbalances are reduced as well. To evaluate the proposed analysis, a 4.5‐GHz CMOS SC‐QO is simulated using the practical 0.18‐μm TSMC CMOS technology with a current consumption of 2 mA at 1.8‐V supply voltage. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于有效幅值的电磁兼容预测模型

为了对某探测系统不同工况下的电磁兼容性进行准确、快捷的预测,提出了基于有效幅值的电磁兼容预测模型.首先,根据该探测系统的工作原理定义了有效幅值,并利用配谐电路和带通滤波电路的幅频响应给出了有效幅值的计算方法.然后,用高度为敏感度阈值的平面去切割有效幅值的三维曲面,得到电磁兼容的分界线.最后,利用电磁测量传感器对辐射干扰进行直接测量,由辐射干扰的频率和幅度所决定的坐标,判断是否电磁兼容.实验验证了该预测模型的准确率为97.4％.