非线性动态测试系统的模型化测量方法理论初探

测试系统中动态非线性一直是测试界棘手的问题,国内外十分重视这方面的研究,直到现在非线性动态测试还没有形成象线性动态测试那样成熟的理论,模型化的测量是现代测试技术的发展方向。本文提出一种非线性动态测试系统的模型化测量原理,对于兵器动态测试有广阔的应用前景。     

零动态设计方法在鱼雷纵向运动控制中的应用

鱼雷纵向运动方程是非线性微分方程,非线性系统近似线性化建模方法有着不可忽视的局限性,非线性系统的精确线性化设计方法由于其复杂性而限制了它的应用,将零动态设计方法应用于鲁雷纵向系统,为解决鱼雷非线性控制系统稳定设计设计的途径。     

基于随机平均的非线性随机最优控制

首先建立非线性随机系统的最优控制问题,并介绍通过随机平均法导出平均系统、再由随机动态规划原理确定控制律的平均系统的非线性随机最优控制方法。然后,对于非线性随机系统的动态规划方程,提出应用随机平均法简化该方程、从而得到最优平均控制律的方法,并证明该最优平均控制律等价于平均系统的最优控制律。最后用一个例子说明方法及等价性,并指出在一定条件下,最优平均控制律将是动态规划方程的精确解。     

BP神经网络在测试系统动态补偿中的应用

测试系统的非线性动态补偿是仪器技术的一个重要方面．采用BP神经网络对测试系统进行动态补偿．BP神经网络的结果决定于网络输入、隐层和输出节点．由于其非线性映射特性,BP神经网络完全能够反映测试系统的动态响应特性．采用了收敛速度较快的递推预报误差算法训练神经网络．试验结果表明,BP神经网络的特性完全能够满足测试系统的动态补偿要求．表明本文的方法是有效的．     

考虑刚性转子非线性振动的圆柱滚子轴承动态特性研究

圆柱滚子轴承支承的转子系统由于赫兹接触力会使系统产生复杂的非线性振动,考虑圆柱滚子轴承的四个自由度推导了非线性轴承力,在此基础上建立了滚子轴承-刚性转子系统的四自由度非线性振动方程,使用Newmark-β法和Newton-Laphson法求解方程。给出了考虑刚性转子非线性振动计算滚子轴承动态特性的方法,分析了非线性振动对滚子轴承动态性能的影响,在滚子轴承转子实验台上测试了轴承的动态性能。结果表明,在转子系统的非周期振动范围,滚子轴承的保持架打滑率、刚度等动态特性会出现较大的变化,可能会引起轴承失效。考虑转子系统非线性振动,使得滚子轴承动态特性的预测结果准确度有较大提高。     

基于有限单元法的多间隙耦合齿轮传动系统非线性动态特性分析

针对齿轮传动系统的动态传递误差、单双边冲击状态、脱齿、拍击及混沌现象等复杂非线性动力学问题,在同时考虑齿侧间隙、轴承间隙、时变啮合刚度及齿面摩擦等非线性特性的基础上,首次提出一种基于有限单元法的多间隙耦合齿轮传动系统的非线性动态特性分析方法。以某单级斜齿轮传动系统为例,利用大型通用有限元分析软件AN-SYS/LS-DYNA建立耦合系统动力学模型,分析支撑状态下耦合系统的非线性动态特性,研究了不同转速及负载力矩对耦合系统非线性动态特性的影响规律。结果表明有限单元法能在满足高精度分析的条件下求解各种复杂工况的齿轮系统非线性动力学问题,为进一步研究齿轮传动系统非线性动力学问题提供有力工具。     

EPS非线性缓冲包装系统跌落冲击响应分析的线性化方法

为获得非线性系统跌落冲击加速度响应最大值,以EPS缓冲包装系统为研究对象,将系统的全局非线性通过离散转化为局部工作点线性,建立系统动力学方程,获得局部工作点系统响应加速度最大值的解析表达。静、动态试验结果与实测结果的比较分析表明,基于动态试验预测的加速度最大值相对误差小于5%,基于静态试验预测的最大加速度相对误差在10%以内,动态试验预测结果优于静态试验。在黏性阻尼假设条件下,随阻尼比(系统阻尼比小于0.2)增加,基于静、动态试验预测的加速度最大值减小,相对误差增大。该方法分析过程无需系统非线性本构关系,可推广到其他非线性缓冲包装系统跌落冲击加速度响应的预测分析。     

基础位移激励下包装系统的非线性振动分析

包装系统的振动特性是研究其共振频率和振动过程中所受动态载荷的基础.用三次多项式函数表征包装系统非线性弹性力,建立了基础位移激励下包装系统的非线性动力学方程,分别用谐波平衡法和直接数值积分法研究了其非线性动力响应特征,得出了频响函数和幅频曲线,并揭示了忽略包装系统弹性力的非线性会导致振动分析的显著误差.分析理论和方法为预测包装系统共振频率以及振动过程中受到的动态载荷提供技术基础.     

非线性动态特性系数对汽轮机转子-轴承-密封系统运动特性的影响

为准确地反应汽流激振下汽轮机转子-轴承-密封系统的运动特性,推导了包含非线性动态特性(非线性刚度、阻尼)的转子运动微分方程,将数值模拟获得的非线性汽流激振力拟合成方程耦合到运动方程中,采用龙格-库塔法求解对应的运动方程,基于试验对比验证了考察非线性因素的必要性与运动微分方程的准确性。在此基础上,分析汽流激振力作用下不同非线性动态特性系数对转子运动特性与稳定性的影响。结果表明：系统中的非线性动态特性会改变转子不同类型的混沌运动区域与位移,使1/2、1/3、2/3工频的出现范围及幅值改变,密频现象增加;耦合热、动载荷后高负荷区域转子位移减小。对比Lyapunov指数,考虑非线性动态特性后其均值有所上升;合理的非线性刚度能够改善系统的稳定性,高非线性阻尼值能提高系统稳定性;耦合热、动载荷后的系统高负荷运行时更稳定。     

基于最小二乘支持向量机的传感器非线性动态系统辨识

讨论了一种基于最小二乘支持向量机的非线性动态传感器系统辨识方法,并给出了相应的推导过程和学习算法.首先,将传感器的非线性动态系统分解为静态非线性子环节和动态线性子环节串联--Hammerstein模型;然后,建立类似线性的中间模型,通过该模型能将Hammerstein模型的非线性传递函数转换为等价的类线性形式;再通过LS-SVM线性回归算法求取中间模型参数;最后推导出中间模型参数与Hammerstein模型参数之间的关系,并通过该关系反演出原传感器系统的Hammerstein模型参数,实现传感器非线性动态辨识.仿真与实际传感器系统辨识的实验结果均表明该方法可行.     

方位时延的TMA算法及其可观测性研究

设计了一种新型的水下被动目标运动分析系统,以测得的方位序列和到达不同传感器的时间延迟为基础,建立了状态方程和观测方程。利用非线性系统的可观测性定理分析了该系统,得出了基于方位时延量测水下被动TMA系统的可观测性结论并分析了可观测度。运用扩展卡尔曼滤波算法,对被动定位性能进行了分析。通过计算机仿真实验,验证了得到的可观测性结论。仿真结果同时也表明,该水下被动TMA系统具有收敛速度快、精度高、稳定性好等优点,有着良好的应用前景。     

Three dimensional passive underwater target motion analysis using correlated data fusion

In this paper a new method of passive underwater TMA (target motion analysis) using data fusion is presented. The findings of this research are based on an understanding that there is a powerful sonar system that consists of many types of sonar but with one own-ship, and that different target parameter measurements can be obtained simultaneously. For the analysis 3 data measurements, passive bearing, elevation and multipath time-delay, are used, which are divided into two groups: a group with estimates of two preliminary target parameter obtained by dealing with each group measurement independently, and a group where correlated estimates are sent to a fusion center where the correlation between two data groups are considered so that the passive underwater TMA is realized. Simulation results show that curves of parameter estimation errors obtained by using the data fusion have fast convergence and the estimation accuracy is noticeably improved. The TMA algorithm presented is verified and is of practical significance because it is easy to be realized in one ship.     

Simulation study of passive target motion analysis

In this paper, the problem of underwater passive target motion analysis (TMA) in three dimensions is discussed using the measurements of passive bearings and elevation and frequency on the condition that acoustic source and observer are in different horizontal planes. Simulation results with both of the PLE (pseudo-linear estimation) and MLE (Maximum likelihood estimation) show that the TMA method is effective in oceanic environment. Its error covariance curves tend to its Cramer-Rao lower bounds.     

纯方位目标运动分析可测性研究

纯方位被动目标运动分析在理论上和实际上匀有许多应用,为了保证本艇有唯一的跟踪,必须研究目标运动分析的可测性问题,文章利用线笥代数的基本方法,获得了一个新的可测性准则,随后应用在经典的目标运动分析问题中,研究表明,该方法是切实有效的。     

声纳目标运动分析的测度和可观测性

目标运动分析是声纳的一个重要问题,并经过了30多年的认真研究。目标运动分析是建立在从目标信号中提取出的测度的基础上的。不同的测度会引入不同的问题,并有不同的优缺点。因而,目标运动分析可以用从目标信号中提取出的测度来刻画。目标运动分析的特点之一就是在某些态势下目标时不可观测的。为了能够有效地提取出目标参数,选择合适的测度集合和最佳观测者机动至关重要。本文详细讨论了目标运动分析问题的测度、可观测性和最佳观察者机动问题。     

单站无源定位可观测性评述

可观测性分析是单观测器无源定位首先要研究的问题,只有当目标状态 (位置、速度等)是完全可观测的,定位和跟踪问题才能有可靠的、唯一的解。从几何方法、代数方程方法、线性系统方法3方面来阐述单站测角无源定位的状态可观性问题,讨论测频单站无源定位问题的可观测性和定量的可观测性,并对近年来这一领域的相关文献的分析方法和结论进行评述。     

双基阵被动定位位置估计算法研究

根据双基阵被动定位的特点，分别论述了仅利用方位测量信息的交叉测向法定位原理和利用方位及时延差测量信息的测向测时差法定位原理，并在相同的仿真条件下，对两种方法的定位性能进行了比较。介绍了可提高被动定位精度的数据预处理和最小二乘拟合方法。通过蒙特卡洛仿真分析比较了基阵位置、基阵间距及各种测量参数改变对定位性能的影响。仿真结果表明，基于纯方位测量信息和方位—时延差测量信息的双基阵被动定位方法，避免了观测平台的机动，具有较好的可观测性，经过必要的改进，可用于对海上机动目标的无源定位。     

二维MUSIC近场被动定位方法

介绍了一种高精度的近场被动定位方法——二维MUSIC被动定位方法。它是一种在距离和方位上进行二维联合搜索的高精度被动定位方法。将MUSIC（多重信号分类）算法与近场聚焦波束形成方法相结合,能大大提高对近场目标的定位精度。先推导了基于均匀线列阵的二维MUSIC近场被动定位方法的定位原理,通过仿真比较了二维MUSIC被动定位方法与常规聚焦波束形成的定位性能,仿真表明,二维MUSIC被动定位方法的定位性能要明显高于常规的聚焦波束形成被动定位方法。并仿真了该方法在不同的阵元间距以及不同的目标距离时的定位性能,验证了该方法的可行性和有效性。     

一种实现目标定位与跟踪的新方法

本文介绍了一种采用圆周阵对目标声源进行被动定位和跟踪的方法，与线阵不同，圆四可对目标进行全方位跟踪，且测距精度不受目标方位变化的影响，文中给出了圆周阵的测距，测向公式，并从理论上分析了测距性能，计算机仿真结果验证了理论分析的正确性。     

局域波分解在被动测向声纳中的应用

局域波分解可以把复杂信号分解为有限个内蕴模式函数和一个趋势项,这个过程相当于在时间域上对不同的频率信号进行分类。不同的内蕴模式函数分量代表了不同频率分量的信号成分,利用海洋环境噪声与目标信号频域特征或相关函数的不同,滤除被动测向声纳接收信号中的海洋环境噪声,提高输入信号的信噪比,进而提高被动测向声纳的检测性能。提出了基于局域波分解的被动测向声纳信号检测模型。计算机仿真结果表明,相对于传统的二元被动测向声纳检测模型,基于局域波分解的信号检测模型可以有效提高被动测向声纳的检测性能。