基于相空间重构的制造系统混沌研究

针对制造企业的生产效率时间序列体现的非线性的确定而又类似随机的特点,提出了基于相空间重构的制造系统的混沌研究方法。利用互信息法和CAO氏方法分别确定最佳延迟时间和最小嵌入维数,利用生产效率时间序列对制造系统相空间重构,通过Grassberger-Procac-cia算法和小数据量方法计算关联维数和最大Lyapunov指数这两个非线性特征量,结果表明制造企业在运行过程中出现混沌现象。     

基于混沌分形理论的传动轴振动信号分析

将混沌分形引入传动轴振动信号的故障分析中,用关联维数来刻画振动信号的故障特征。通过对试验获取的传动轴振动信号进行分析计算,确定了分形维数与传动轴故障程度之间的联系。计算表明,传动轴振动信号具有分形特征,且分形维数均在2维与3维之间,随着传动轴不平衡加剧,它向3维逼近。当样本点达到一定数目时,计算结果的稳定性好。     

平板闸门淹没出流流量的实验研究

搭建了一个水力学的实验模型,并对平板闸孔淹没出流的流量进行了实验,利用理论分析方法分析了平板闸门在淹没出流的流态下的流量计算公式,得出了淹没出流流量值主要与流量系数有关。为了对其流量系数进行研究分析,以常用的3种淹没出流流量系数的计算公式计算出流量,将计算得出的3种理论流量值分别与实验测得的流量值进行对比,得出了最优的计算方法,为工程应用中淹没流量系数计算公式的选择提供了实验依据。     

摩擦学系统的混沌特性

为了充分认识摩擦学系统的复杂性质,对摩擦学行为的混沌性进行了定量研究。在销—盘试验机上试验提取摩擦力和摩擦振动的时序信号,以此为研究对象,运用功率谱、分形维数和Lyapunov指数三种方法联合证明了这两种摩擦信号的混沌特性。研究表明,摩擦力和摩擦振动信号具有连续宽带的功率谱、分数维数和正的Lyapunov指数,即具有混沌行为的基本特征,从而证明了摩擦学系统的混沌性质。     

基于混沌理论的滚动轴承故障诊断研究

采用小波包分析的方法对滚动轴承振动信号进行处理,提取滚动轴承特征信号,进一步应用混沌与分形方法研究了故障信号的混沌性,通过计算信号混沌特征量—关联维数,找出了内圈、外圈及滚动体状态信号在正常状态、轻微磨损状态、中度磨损状态、严重磨损状态下关联维数对故障状态的反应。实验结果印证了混沌方法用于研究该类型故障信号的可行性。     

基于分形维数的转子—机匣系统故障诊断研究

基于相空间重构,在优选重构参数的基础上,将分形维数应用于航空发动机转子-机匣系统的故障诊断.建立以关联维数为特征量的故障诊断方法,实际诊断航空发动机转子-机匣系统故障;提出以Lyapunov维数为特征量的故障诊断新方法,并实际应用于航空发动机转子-机匣系统的故障诊断,弥补关联维数等分形维数计算中无标度区难以精确确定、限制分形维数在故障诊断中的实际应用的不足.     

电阻点焊焊接过程中电流信号时间序列混沌特征研究

以混沌理论和相空间重构理论为基础对点焊焊接过程中电流信号的时间序列进行了特征分析，分别对电流信号时间序列的最佳时间延迟τ、关联维数D、嵌入维数埘及最能体现混沌特征的Lya—punov指数进行了定量化的计算，发现点焊焊接过程中电流信号在某些情况下具有混沌特征。分析了影响电流信号的因素个数，给出了混沌意义上的最大电流信号时序的预测尺度。研究结果为进一步结合统计理论改进点焊质量检测和控制系统提供了参考。     

混沌理论对国际原油价格的研究

自从2008金融危机以后,石油的价格在经历了从147.25美元/桶到33.20美元/桶的涨跌后,现在维持在100美元/桶左右。有研究表明,石油市场是具有混沌特性的复杂非线性系统。论文先采用互信息法求取延迟时间,CAO方法求嵌入维数,以此为基础对石油价格时间序列进行相空间重构,并通过计算最大Lyapunov指数判定其存在混沌吸引子,并对其建立基于最大Lyapunov指数混沌预测模型。     

基于G-P算法关联维数齿轮系统相空间吸引子数值特性

为有效刻画齿轮系统相空间吸引子结构的数值特性,建立了直齿轮系统含间隙与综合传动误差的非线性动力学模型,基于G-P算法推导了等间隔的齿轮系统吸引子关联维数计算公式。对周期运动和混沌运动吸引子,采用Lyapunov指数与关联维数等手段定量表征其数值特性,利用Poincaré截面法定性分析了混沌吸引子的演化和迁移进程。通过关联维数对阻尼比和综合传动误差变化下的混沌吸引子演化行为进行了追踪刻画,结果表明,吸引子结构越复杂则关联维数越大,系统振动越敏感,混沌吸引子关联维数值介于整数1和2之间,具有分数维特征。     

基于Stribeck模型的自激系统分岔混沌特性研究

为了能够深入研究摩擦自激振动系统的振动-摩擦耦合动力学特性,建立基于Stribeck摩擦模型的质体 弹簧-带摩擦自激振动系统非线性动力学模型,利用数值仿真,研究自激振动系统在不同系统阻尼系数条件下,不同外部激励振幅和激励频率分别对自激振动系统分岔与混沌特性的影响。结果表明,当激励频率不变,无量纲激励振幅在0～1.5区间,系统持续准周期运动的时间随阻尼系数的增加而逐渐增长。振幅在10～11区间阻尼系数相对较小时,系统除倍周期分岔外还存在Hopf分岔;在阻尼系数相对较大时,系统为倍周期分岔。激励振幅不变,激励频率接近于派生系统固有频率时,为单周期同步振动;激励频率向大于派生系统固有频率方向变化时,为准周期运动;激励频率向小于派生系统固有频率方向变化时,为混沌运动。     

金属橡胶非线性隔振系统混沌特性

对金属橡胶非线性隔振系统的混沌特性进行了研究。推导了系统振动的状态方程,计算了系统的Lyapunov指数,并根据给定的参数绘制了系统的时间历程图、相轨迹图,证明了系统存在混沌运动。通过系统响应频谱图的分析,说明了金属橡胶非线性混沌振动在线谱控制中的重要作用。用数值方法分析了激励参数与隔振器参数对金属橡胶隔振系统动力学特性的影响,依据系统随各参数变化的分岔图,指出了系统产生混沌运动时各参数的取值范围,从而得到了金属橡胶非线性隔振系统产生混沌振动时各参数选取的一般方法,为金属橡胶非线性隔振系统的混沌特性应用打下了基础。     

体感诱发EEG的混沌时间序列分析

电刺激左腿足三里穴,采用单极导联法记录,C3、CA、F3、F4、13、T4的脑电图信号,在对原始脑电信号进行去噪处理后,进行混沌时间序列分析.使用小数据量法和G-P算法分别计算EEG时间序列的最大Lyapunov指数和关联维数.结果显示各个状态下脑电时间序列的最大Lyapunov指数均大于零,说明脑电信号可能是混沌的.比较刺激前、刺激时以及刺激后的脑电时间序列的关联维变化,可以发现刺激左腿足三里穴可以引起大脑右侧脑电信号的关联维数显著增加,尤其是额叶和颞叶部分,说明该脑区在刺激时出现比较明显的激活,为大脑认知功能研究提供了理论依据.     

基于混沌理论和神经网络的瓦斯浓度预测研究

针对瓦斯浓度的非线性和混沌时间序列可预测的特点,根据Takens理论重构瓦斯浓度相空间,分别采用互信息最法计算时间延迟τ,G—P算法计算嵌入维数m,并采用BP神经网络对混沌时间序列进行预测,最后通过煤矿瓦斯浓度预测的实例说明预测结果,从而成功实现了对瓦斯浓度的预测。     

基于混沌理论与SVM的内燃机振动信号趋势预测

针对内燃机振动信号信噪比低且呈非线性、非平稳的特性,提出将经验模态分解(emprical mode decomposition,简称EMD)相空间重构理论与支持向量机(support vector machine,简称SVM)相结合,实现内燃机振动监测数据的建模及预测.首先,将含噪声的振动信号经验模式分解,去掉主要干扰因素所对应的固有模态函数(intrinsic mode function,简称IMF)分量,再将剩余IMF分量进行重构,得到去噪声后振动信号时间序列;然后应用混沌理论,选择合适的嵌入维数和时间延迟对去噪后的振动信号时间序列进行相空间重构;最后采用SVM对其进行建模预测,并与径向基函数(radial basis function,简称RBF)神经网络的预测结果进行比较.试验数据表明,该方法能够预测内燃机振动信号的变化趋势,性能优于传统的分析方法,具有一定的工程实用性.     

基于混沌理论的无人驾驶车辆行驶轨迹量化分析

针对无人驾驶车辆客观量化评价困难的问题,提出基于混沌理论的无人驾驶车辆行驶轨迹的量化分析方法。应用五次多项式方法结合优秀驾驶员驾驶车辆行驶的初始状态和目标状态设计无人驾驶车辆的理想轨迹,计算实际行驶轨迹与理想轨迹的偏差得到偏差时间数据序列;采用混沌理论的C-C方法对偏差时间数据序列重构相空间;计算偏差时间数据序列的Lyapunov指数,实现无人驾驶车辆行驶轨迹的量化表示。运用提出的方法对无人驾驶车辆避障换道的行驶轨迹偏差时间数据序列进行相空间重构,计算其Lyapunov指数为正值,表征人驾驶车辆系统的混沌性,还表征人驾驶车辆收敛到稳态响应的快慢程度。试验表明基于混沌理论的无人驾驶车辆行驶轨迹的量化分析是可行的,有效的。     

三峡船闸阀门流激振动问题

三峡多级船闸中间级水头达４９．５ｍ。阀门的振动问题是需研究的难题之一。试验在１：２５的局部模型中按恒定与非恒定流进行试验研究，主要研究了作用于廊道边壁及阀门的压力脉动与流激阀门振动，阀门采用结构动态优化方案及其修正方案。采用自适应最小二乘格型算法估计了非恒定流脉动与振动的谱密度，探讨了阀门开启速度对脉动与振动的影响。给出了相应的统计特征．讨论了阀门与启闭杆的振动特征及高阻尼材料的抑振效果．分析了两个方案的振动情况及进一步改善的措施．     

基于复合混沌映射的神经网络模型

在具有单一映射特征神经网络(CGNN)的基础上,提出了两种具有复合混沌映射关系的神经网络。一种为串联结构,一种为并联结构,并且对两种结构进行了分析和讨论。     

行星齿轮传动系统复杂微弱故障的非线性特性

针对行星齿轮传动系统振动信号的非线性、非平稳性和故障特征微弱等特点,基于混沌理论对行星齿轮传动系统的正常、单一和多类耦合故障特性进行了综合分析与研究。用小波包算法对所采集的振动信号进行预处理;恰当选取最佳时延和最小嵌入维数重构相空间。在此基础上,用相图定性描述不同故障状态的故障类型;用关联维数和最大Lyapunov指数量化其各故障状态的特性和程度。研究结果表明:5种不同状态下的相图有一定的差异性;且故障越严重、故障耦合的越多,其关联维数和最大Lyapunov指数越大,混沌特性越强。因此,利用混沌的定性和定量方法可以有效识别行星齿轮传动系统的单一故障以及故障特征频率不重叠和故障特征频率重叠的两类耦合故障。