航天器微振动一体化建模与控制研究

为实现航天器载荷的高精高稳控制,研究了航天器微振动一体化集成建模与控制方案。首先,根据航天器典型微振动源构建航天器本体微振动的动力学与控制集成模型,并对其进行姿态控制仿真。然后进一步构建包含载荷-本体隔振界面的航天器微振动集成动力学与控制模型,为比较分析被动控制隔振与主被动控制隔振,分别仿真了对载荷被动隔振以及主被动混合隔振两种方案下的姿态控制。结果证实主被动控制混合隔振可有效提高载荷姿态精度和稳定度2个数量级,实现了航天器载荷的高精度高稳定度控制。     

基于集合经验模态分解的滚动轴承振动信号希尔伯特谱分析方法

针对滚动轴承振动信号的特点,提出一种基于集合经验模态分解的滚动轴承振动信号希尔伯特谱分析方法。这一方法采用集合经验模态分解对滚动轴承振动信号进行分解,可以抑制传统经验模态分解可能产生的模态混淆现象。对于所得到的所有固有模态函数,采用相关因数法自动获取与原信号相关程度大的固有模态函数分量,并进行希尔伯特变换,计算瞬时频率和幅值,进而得到振动信号的时间、频率和幅值三维希尔伯特谱。通过对滚动轴承仿真信号与实际振动信号进行试验研究,验证了利用基于集合经验模态分解的滚动轴承振动信号希尔伯特谱分析方法进行故障诊断的有效性。     

振动环境下螺栓连接结构的HHT分析

首先通过搭建螺栓连接结构振动实验系统,利用LABVIEW编程对螺栓连接结构进行随机激励,并且对振动环境下螺栓连接结构的响应信号进行采集保存,再利用Matlab编程进行希尔伯特黄变换(HHT)分析,得到振动环境下不同预紧力的螺栓连接结构响应信号的Hilbert边际谱图,反映了随着预紧力的变化螺栓连接结构的频率变化情况;最后将边际谱图与傅里叶频谱图进行对比,说明由于螺栓连接结构的非线性特征,选用自适应的HHT对振动环境下螺栓连接结构进行分析更加准确。     

基于空频域特征分析方法的癫痫发作预测

癫痫发作具有突发性和反复性,对患者生命安全构成巨大威胁。为了对癫痫发作进行有效地预测,提出了空频域特征分析的癫痫发作预测方法。将多变量相位同步参数、希尔伯特边际谱和希尔伯特加权频率组成一个三维的特征向量作为空频域特征值,输入到支持相量机中,实现癫痫的发作预测,最后采用癫痫发作预测特征方法对预测结果进行评估。实验结果表明：采用空频域特征分析方法对δ波和θ波的癫痫发作预测,癫痫预测范围在30~45分钟,患者有足够的时间采取措施应对;癫痫发作周期在5~10分钟,缩短患者等待时间,降低焦虑程度;与多种相关方法进行比较,该方法具有较低的错误预报率和较高的预测敏感度。     

载荷映射用于航天器振动试验条件制定的方法

准确把握航天器振动试验条件是实现航天器有效检验的前提。首先,通过典型柔性结构试验表明振动台刚性边界不同于真实环境的柔性边界条件,导致结构传递函数发生改变,说明如果以传统的有效载荷界面加速度包络作为试验条件可能导致过试验或欠实验;然后,采用载荷映射方法,以响应等效为目标,基于有限元模型,根据实际响应与试验边界,采用数值优化方法计算试验边界条件下的映射载荷;最后,以此来制定振动试验条件。结果表明,载荷映射方法可以有效解决边界条件不同可能引起的欠试验问题,同时结合主动下凹方法或力限技术可以缓解有效载荷共振频率处的过试验现象。     

基于振动模态的微器件结构设计评价方法

为了提高微器件的设计效率,提出一种微器件的结构新型设计评价方法。首先,根据理论分析获得微机械陀螺结构设计原则,以典型两质量块微机械陀螺为研究对象,利用有限元工具与模态分析相结合,获得该系统固有频率和相应的振型矩阵;然后,利用模态叠加法求各阶模态对于驱动振动和检测振动的贡献度,并采用能量法分析各阶模态对系统的影响;最后,针对两类音叉式微机械陀螺具体实例模型,分别获得系统各阶模态能量在频域上的分布情况,证明所提出的微结构设计评价方法的正确性。     

航天器微振动隔振平台的虚拟疲劳分析

航天器微振动六自由度隔振平台能够有效隔离控制力矩陀螺群输出的多维微振动,是高分辨率卫星的重要部件。对六自由度隔振平台的关键部件进行了虚拟疲劳分析,估算出关键部件的疲劳寿命,确保其工作寿命达到设计要求。基于模态综合法将隔振平台的关键部件进行柔性化处理,利用ADAMS和MSC．FATIGUE等软件对隔振平台模型进行刚柔耦合分析,得到各关键部件的载荷历程,进而估算出疲劳寿命。     

振动信号处理方法综述

振动信号处理方法一直以来是研究的热点,对设备振动监测和故障诊断都至关重要.近年来,振动信号的处理方法得到了快速发展,但仍需不断改进和完善.对近年来的文献进行了分类总结,分别对传统方法中的幅值域分析法、傅里叶变换、相关分析和现代方法中的Wigner-Ville分布、谱分析、小波分析、盲源分离、Hilbert-Huang变换及高阶统计量分析的发展、特点以及应用进行了概述和对比分析,最后作出了总结与展望.     

基于敏感IMF的再制造发动机振动状态研究

为了提高再制造发动机质量,将总体平均经验模态分解方法分解方法(ensemble empirical mode decomposition,简称EEMD)及敏感IMF选择算法引入再制造发动机性能研究中。在对再制造发动机非稳态振动信号进行EEMD分解的基础上,首先,将相关系数引入到IMF研究中,分析各IMF分量与原始信号的相关性,并计算原始信号各IMF分量的敏感因子;然后,利用敏感IMF进行Hilbert变换,并对再制造发动机的振动状态进行分析。研究结果表明,采用EEMD分解算法及敏感IMF的边际谱能反映再制造发动机不同部位的振动状态,缸壁、缸盖、曲轴三处对振动的敏感频率是存在差异的,通过对发动机各主要部位振动情况的研究,可以有针对性地采用再制造工艺,从而为提高发动机再制造水平提供技术支持。     

基于振动的综合传动汇流行星排故障诊断

以实现综合传动汇流行星排故障诊断为目的,通过对其结构特点和故障特征的分析,提出利用Hilbert边际谱提取故障特征值,并通过对不同模式下特征值分布特性的分析,提出以模糊进行故障模式识别的方法。实验验证了该方法的有效性,对实现综合传动汇流行星排故障诊断具有实际意义。     

基于振动信号显著性序列的滚动轴承状态诊断方法研究

为提升基于时域信号的滚动轴承状态诊断准确率,提出了一种基于振动信号显著性序列的滚动轴承状态诊断方法.首先,将采集得到的振动信号归一化后进行了傅里叶变换,得到对数幅度谱和平均对数谱,并将二者相减获得了信号的谱残差;然后,对谱残差通过傅里叶逆变换映射回时间域,得到了信号的显著性序列;最后,将显著性序列输入到状态诊断模型中,...     

微振动测试平台及其标定方法

由于航天器在轨运行时产生的微振动会对其成像质量和指向精度等关键工作性能产生较大影响,通过地面试验测试航天器各活动部件的微振动特性对航天器的减振/隔振设计至关重要,为此研制了两种微振动测试平台:应变式微振动测试平台(strain micro-vibrations testing platform,简称SMTP)和压电式微振动测试平台(piezoelectric micro-vibrations testing platform,简称PMTP)。为了获得高精度的测试结果,分别针对SMTP和PMTP开发了高精度的标定方法,并通过试验测试对两种测试平台的工作性能进行检验。结果表明,SMTP和PMTP的测试误差分别在±1.10%和±4.94%以内,且二者对同一微振动的振动幅值的测试误差在±4.36%以内。     

基于改进HVD和包络谱的轴承故障诊断方法

轴承是机械设备的重要零部件之一。希尔伯特振动分解与经验模态分解同样存在着端点效应,针对于端点效应提出了镜像延拓的改进方法,该方法通过在信号左右两端分别延拓一定的数据长度,信号分解后再截去左右延拓的数据。较之传统的希尔伯特振动分解方法,该方法能有效的抑制分离出的分量两端发生发散的现象,将改进的HVD与包络谱结合能够有效的应用于轴承故障诊断,能够有效地提取出轴承故障特征频率。     

基于振动信号熵谱的柴油发动机失火故障诊断

利用振动信号对发动机进行失火故障诊断是一种重要手段,但振动信号的平稳性较差,很多故障诊断方法的实际应用效果不佳。为此,提出了基于振动信号熵谱的柴油发动机故障诊断的新方法。利用振动信号获取转速进行等角度重采样,再提取三阶最大熵谱,最后利用模糊c均值聚类得到失火故障类型。利用台架试验,采集不同失火状态下的发动机振动信号进行验证,结果表明：该方法可有效识别失火故障,在车辆不解体检测方面有很大的应用前景。     

基于边际谱熵的肌肉疲劳实时评估方法研究

肌肉疲劳是一种复杂的生理现象。针对利用表面肌电信号实时评估肌肉疲劳,要求疲劳指标兼具快速、可靠、抗噪的问题,提出基于边际谱熵的肌肉疲劳实时评估方法。首先,利用不同数据长度的确定性周期信号和高斯白噪声分析了边际谱熵快速性与数据长度稳健性;其次,利用10名受试者握力持续静态收缩状态下从100%MVC下降到50%MVC时桡侧腕长伸肌的肌肉疲劳信号,分析了边际谱熵评估肌肉疲劳的可靠性与应用于不同个体的稳定性;最后,在某一受试者肌肉疲劳信号中加入高斯白噪声和心电噪声考察了边际谱熵的抗噪性。实验结果表明,边际谱熵与近似熵和中值频率相比计算快速,数据长度稳健性更优;线性拟合优度较佳(0.46±0.14),能可靠地评估肌肉疲劳;斜率变异系数较低(30.30%),对不同个体稳定性高;加入高斯白噪声和心电噪声后边际谱熵拟合优度变化率较低(分别为34.39%和3.78%),具有良好的抗噪性。因此边际谱熵兼具快速、能可靠评估肌肉疲劳以及抗噪等优点,为实时评估肌肉疲劳提供一种新方法。     

基于多重分形的摩擦振动信号研究

为提取摩擦振动的特征信号和实现摩擦振动特征信号的表征,在摩擦磨损试验机上进行船用柴油机缸套-活塞环摩擦副摩擦磨损模拟试验,应用总体经验模式分解对缸套-活塞环摩擦副的非线性、非平稳的摩擦振动信号进行降噪,并应用多重分形对摩擦振动信号进行分析,得到多重分形谱图及其参数。研究结果表明,随着摩擦磨损试验的进行,缸套-活塞环摩擦副摩擦振动信号振幅分布多重分形谱和频率分布多重分形谱呈现一定的变化规律;多重分形谱图及其参数能够实现摩擦振动信号特征的表征,可以用于摩擦副摩擦振动状态的识别。     

新型微小孔振动钻床

介绍了以压电陶瓷为振动元件，直接振动精密中频密中频主轴电机的新型微小孔振动钻床。     

微速差双转子系统振动信号分离法研究

为了有效地对旋转机械进行现场动平衡，降低机器异常振动，需要准确得到不平衡量大小和相位。采用常规的解“拍”方法分离具有内外双转子系统的振动信号是十分困难的，尤其是转子间存在微小速差的情况。研究采用基准信号作触发，分别对内外转子进行同步采样，提出了一种不用解“拍”就可直接获取各转子振幅和相位的信号分离法。结合DSP技术，该方法成功地应用于双校正面双转子系统的现场整机动平衡。     

基于图像相位的视频微振动测量分析方法

对低频微振动的测量在机械监测、故障诊断方面有着广泛的需求,而非接触式测量由于具有无需接触工件、可测量柔软易碎工件等特点,具有更加广阔的使用场景。视频振动测量方法作为非接触式测量方法的一种,因其具有安装方便、非接触测量、面阵扫描等优点,在低频测振场景下具有一定的优势。介绍了基于图像相位的视频测振原理和方法,采用高帧率的工业相机拍摄待测物体的振动画面,用图像序列中的像素位移表征振动信号,利用Riesz变换结合图像金字塔求解特定尺度下的局部相位,并基于图像相邻序列的相位变化对高速振动信号进行编码,再通过频谱分析振动的动态特性和模态,设计带通滤波器提取感兴趣的振动模态,通过图像分解和重组算法进行可视化放大。通过实验表明,即使是微弱到肉眼无法观测到的振动信号,图像的局部相位依旧有较强的特征表达能力,可以提取振动的波形,准确地分析振动频谱和模态。能够快速扫描出场景中存在振动的具体位置,实现亚像素级微振动信号的测量,并为振动的成分分析提供参考。     

基于振动理论的微惯性测量元件

对基于振动理论的微型惯性测量元件半球谐振子陀螺仪、微机电系统惯性测量元件的原理、性能和研究现状作了分析,最后指出了惯性测量元件的发展方向。