内燃机振动信号的混沌分形特性研究

运用分形及混沌理论对实测的内燃机各种振动信号进行了分析,计算了信号的Lyapnov指数及关维数。结果表明,缺盖振动混沌与确定性共存,而缸套,机身振动则为混沌振动,信号的关联维数可作为气阀机构诊断的一个诊断特征量。     

柴油机振动信号的分形特征及故障诊断

把小波包降噪与关联维数相结合用在柴油机故障诊断中,讨论了关联维数计算中相关参数的选取。首先对柴油机缸盖振动信号进行小波包降噪处理,通过自相关函数法求延迟时间,用饱和关联维数法确定最小嵌入维数,并用改进的G-P算法求关联维数。分析发现,小波包可以有效降低噪声干扰,柴油机在不同工况下具有不同的关联维数,该方法可有效应用于柴油机的故障诊断中。     

爆破振动信号时频特征的三维分形特性研究

为进一步研究爆破振动信号能量特征,基于小波包变换方法对爆破振动信号时频能量特征进行分析。在二维矩形盒维数模型的基础上建立了计算三维曲面分形盒维数模型,并计算得到实测爆破振动信号时频能量谱的三维分形盒维数D3d=2.148 8。该分形维数满足空间分形条件2D3d3,验证了爆破振动信号时频能量谱具有三维分形特征。经研究三维分形曲面盒维数D3d与其剖面二维分形盒维数D2d之间的数值关系,表明计算空间分形曲面分维数的常规假设D3d=D2d+1并非严格成立。研究表明,所提出的长方体覆盖空间曲面的分形维数计算方法可行、有效,为进一步研究爆破振动信号特征、控制爆破地震效应提供了新的研究思路。     

基于分形盒维数和多重分形的爆破地震波信号分析

为深入研究爆破地震波特性,采用分形盒维数和多重分形理论相结合的数学方法,通过其算法的理论推导和MATLAB软件编程计算得到地震波信号的盒维数值和多重分形谱图,对地震波信号的分形特征进行了分析。研究表明:盒维数D值的大小反映了地震波曲线的复杂程度和频率结构特征,说明盒维数只是对地震波信号整体性的描述;多重分形能够更加精细地描述地震波信号的局部特征,其谱图描述了不同奇异性指数α的概率信息。因此提出使用分形盒维数和多重分形相结合的信号分析方法,获取爆破地震波信号的整体强弱、频谱结构特征和局部的奇异性等重要信息。     

不同方向爆破振动信号的分形特征

应用分形理论的盒维数方法,建立双尺度矩形盒维数模型,对井下深孔爆破地表振动实测信号进行分析。介绍了爆破振动信号盒维数D和拟合参数b的计算方法,并获得所测各点的T(切向)、V(垂向)、L(径向)三个方向的爆破振动信号的盒维数D和拟合参数b;结合爆破振动信号的频谱图,对不同方向爆破振动信号的分形特征进行了探讨。初步研究表明:不同方向的爆破振动信号都表现出盒维数D值越大,信号高频成分越多,反之则越少的特征;爆破药量对拟合参数b值大小的影响呈类似规律。     

小波包与分形组合技术在爆破振动信号分析中的应用研究

基于小波包、分形技术的相似性,提出采用小波包、分形组合技术对爆破振动信号进行组合分析。采用小波包对爆破振动信号进行分解,通过各主分析小波包的重构系数验证了爆破振动信号的分形特性,通过对各主分析小波包的盒维数值进行分析及对比,更加细致地分析出爆破振动信号不同频带分量分形维数的变化。组合分析表明,盒维数值随着爆破振动信号小波分量频率高低而变化,提出将盒维数作为反映爆破振动信号频率成分的一个重要参量。小波包与分形组合分析技术的提出为研究爆破振动信号分形特征提供了新的研究思路。     

关联维数快速算法及其在机械故障诊断中的应用

基于GP算法的关联维数计算方法简单,但计算量大,无标度区间识别困难,难以实现自动化。分析关联积分计算量基础上,运用组合参数法减小关联维数计算量,并由关联积分曲线的二阶局部斜率实现无标度区间的自动识别,进而实现关联维数的自动计算,Lorenz系统实例证明了该方法的有效性。运用该方法计算不同汽车主减速器振动信号的关联维数,结果显示不同状态主减速器振动信号的关联维数具有明显的可分性,关联维数可作为判别机械产品故障特性的有效量化指标。     

柴油机缸盖振动信号分形特征研究

针对柴油机振动信号的非线性特征,将小波变换与分形理论结合;由此进行缸盖振动信号的分析及故障特征的提取,进而对柴油机气阀间隙异常故障进行诊断。随后计算信号小波包频带盒维数、小波变换模极大及信号的多重分形谱。结果表明,这种将分形维数和多重分形谱的结构作为系统的衡量指标和故障的表征参数,使诊断结果简单、现实可行。     

分形几何在内燃机振动信号分析中的应用

本文将分形几何引入内燃机振动信号的分析之中,用分维数描述振动信号的复杂程度。对缸盖振动信号的谱分析表明,可以用分维数描述缸盖振动信号。当气门发生故障时,分维数将较正常时小,由此可判断气门状态正常与否及故障类型。     

工程表面的分形无标度区的计算方法研究

分形为研究工程表面轮廓开辟了一条新的有效途径,工程表面轮廓只有在无标度区间内才具有分形特征,无标度区间的确定对确保应用分形几何解决实际问题的正确性十分重要.讨论了三种无标度区间的计算方法,并对这些方法进行比较、分析和评价,认为逐渐逼近的方法是一种简单可靠的进行工程表面轮廓无标度区间的计算方法.     

隧道爆破振动信号混沌分形特征研究

为了分析隧道延时爆破时滞信号动力系统的非线性特征,在对新悬泉寺隧道爆破信号准确采集的基础上,运用混沌理论研究了经频率切片小波变换后各频带重构子信号的混沌动力学行为。通过子信号吸引子相轨迹特征对隧道爆破信号系统状态进行了直观描述和定量分析。结果表明:隧道爆破振动信号具有混沌特征,不同频带子信号吸引子在二维相空间一定区域内具有特定层次结构且永不封闭椭圆形轨迹。随着频率的增大,混沌吸引子在相空间的形态表现为椭圆轨迹的长/短轴之比逐渐减小,混沌吸引子在相空间沿长轴方向收缩,沿短轴扩展并最终趋于稳定,信号高频噪声具有弱混沌特征。混沌吸引子形态的演化过程有助于爆破信号幅值、能量信息的精确提取和主频有效判别,为隧道爆破信号非线性特征提取提供了新的思路。     

一种滤除衰减简谐振动信号中奇异点的新方法

提出了将带有奇异点的衰减简谐振动信号成分转换成简谐信号 ,再用畸点衰减法滤除奇异点的新思想。在分析衰减简谐振动信号与简谐信号幅值特性的基础上 ,发展了通过在衰减简谐振动信号中乘以逆衰减因子 ,将衰减简谐振动信号成分变换成简谐信号的新方法。对仿真和实测信号的应用研究表明 ,所提新方法切实可行且精度较高 ,能满足工程实际需要。     

爆破振动信号的局部波分解方法

针对爆破振动信号具有非线性、随机性较强的特点,提出利用局部波分解(Local Mean Decomposition,LMD)处理并分析爆破振动信号。结合露天铁矿逐孔起爆方式下爆破振动测试信号分析,研究信号的时频及能量分布特征。结果表明:LMD方法能完整地分解重构爆破信号,有效减少模态混叠现象,更加真实反映信号的原始信息;相比经验模态分解方法(Empirical Mode Decomposition,EMD)、LMID方法的端点效应轻微,具有较高的解凋精度;LMID方法可以精确分析振动能量的分布规律,有利于进一步识别爆破本身的力学作用特征。     

基于ASEGMF的旋转机械振动信号降噪方法研究

针对实测振动信号易受噪声污染而淹没有用信息的问题,提出一种基于自适应结构元素广义形态滤波(ASEGMF)方法对旋转机械振动信号进行降噪处理。首先,根据待分析信号的性质,选择正弦形结构元素,并定义了结构元素的长度尺度和高度尺度。其次,根据信号局部峰值特征,定义了峰值间隔和峰值高度,结合自适应方法得到了正弦结构元素的长度尺度和高度尺度。最后,采用一小一大自适应结构元素级联而成的广义形态滤波器对振动信号进行降噪处理。该方法克服了以往形态滤波器结构元素尺寸选择的随机性,完全根据信号局部峰值特征自适应地确定结构元素,消除了人为因素的影响。仿真和实例分析结果表明,自适应结构元素广义形态滤波具有更强的降噪性能,非常适合旋转机械故障的在线监测和诊断。     

钻头钻进不同介质时的振动信号特征识别研究

钻井作业中,钻头破碎岩石产生振动,利用该振动特征可以实时反映钻进介质的种类。提出了一种钻头钻进不同介质时的振动信号特征识别方法,通过牙轮钻头破岩室内实验,采集到在不同钻压下钻头钻进砂岩、页岩、水泥环和套管时的声振信号,基于数字信号的时频处理,提取了信号时域和频域的50个特征值,应用PCA降维特征矩阵获取特征向量,建立不同钻进情况的钻头信号"指纹"特征,最后通过BP神经网络对"指纹"信息进行聚类后识别岩性和钻压。结果表明,该方法可以完成对钻头信号的特征识别,进而区分钻进地层和井眼材料(套管和水泥环),为井眼防碰作业中岩性在线识别提供技术支撑。     

基于复解析带通滤波的自由衰减振动信号的频谱校正法

通过复解析带通滤波构造时域信号的解析信号,消除因时域实信号作FFT时由于时域截断产生的负频率成分能量泄露对正频率成分的干扰,从而提高自由衰减振动信号频谱校正精度。仿真分析及工程实测结果表明,当各个固有频率相隔较远时,校正精度很高。但在各阶固有频率靠得很近时不能直接使用这种方法。     

非线性振动方程多重解求解方法

非线性振动方程多重解的求解过程中,迭代初值难以有效确定,不稳定周期解收敛域很小,利用通常的微分方程解法无法直接求解。针对这个问题,引入同伦算法,使得初始值的选取无任何限制;同时利用预测-校正算法对外激励参数变化下的解曲线进行追踪,得到系统的多重解。该方法不但可以计算稳定的周期解,而且不稳定的周期解也可以求出。采用Duffing振子运动方程对该方法进行了计算验证,通过与理论近似解以及龙格-库塔法计算结果的对比,验证了该方法的有效性。     

交通环境振动观测中本底振动去除的功率谱修正法

摘要：交通系统引起周边环境振动,其观测数据中往往含有本底成分。针对本底成分对真实振动的干扰问题,提出对观测功率谱修正的方法以去除本底振动。假设真实振动与本底振动为互不相关的随机过程,推导了功率谱修正法计算公式,并通过算例考查了方法的有效性。首先,取一条振动记录设定为真实振动曲线,与本底振动记录叠加合成振动数据以模拟现场观测记录。然后假设真实振动未知,分别采用振动级修正法、谱幅值修正法及功率谱修正法估计真实振动曲线。比较计算曲线与设定曲线,判断方法的可行性与准确性。算例显示,功率谱修正法计算的时程、功率谱与设定曲线符合良好,误差低于谱幅值修正法;功率谱修正法、振动级修正法计算的振动级与设定值基本一致,谱幅值修正法计算值略低于设定值。结果说明功率谱修正法克服了振级修正法不能计算时程和功率谱的不足,并且计算结果优于谱幅值修正法。     

超声多普勒信号降噪新方法的研究

本提出了利用离散小波框架结合软阈值的方法对超声多普勒信号进行降噪。通过对模拟多普勒信号和临床信号的降噪实验,发现利用小波框架的降噪方法可以获得比标准正交小波变换的降噪方法更好的降噪效果。