高斯势分段双稳随机共振在不同噪声下的轴承故障诊断EI北大核心CSCD

为解决经典双稳随机共振(classical bistable stochastic resonance, CBSR)在强噪声下输出信噪比(signal-to-noise ratio, SNR)较低问题,将非饱和分段双稳随机共振(unsaturated piecewise bistable stochastic resonance, UPBSR)与高斯势(gaussian potential, GP)随机共振结合得到一种高斯势分段双稳随机共振(Gaussian potential piecewise bistable stochastic resonance, GPPBSR)。首先,将GPPBSR与CBSR、UPBSR的势函数分析对比;其次,以SNR和平均信噪比增益(mean signal-to-noise ratio increase, MSNRI)为衡量指标,分别在高斯白噪声和色噪声背景下通过遗传算法参数寻优得到SNR和MSNRI随系统参数的变化规律,其结果表明在两种噪声背景下,GPPBSR系统的SNR和MSNRI均优于UPBSR,抗噪性能更好;最后,为验证在不同场景下GPPBSR系统轴承故障诊断的实用性,将UPBSR和GPPBSR系统应用于6205-2RS JEM SKF和HRB 6205-2Z两种型号的轴承故障诊断中。仿真结果表明,GPPBSR系统在两种噪声背景下的故障信号诊断均是可行的,且比CBSR和UPBSR的性能更优越。     

随机共振用于微弱信号检测时的结构参数研究

分析了参数调节随机共振中系统结构参数对输出效果的影响,通过仿真,得出了不同参数条件下系统输出效果,同时,分析了信噪比随结构参数的变化关系,定量的描述了系统结构参数对输出的影响,根据仿真结果,总结了随机共振用于微弱信号检测时的参数调节策略,为参数调节随机共振提供了一个具体可行的操作步骤。     

自适应多尺度噪声调节二阶随机共振增强方法EI北大核心CSCD

经典双稳态随机共振系统通过各种参数地调节可实现噪声、周期信号及非线性双稳态系统的最佳匹配从而实现随机共振,促使系统输出的微弱周期分量得到了一定的噪声能量而达到增强的效果,从而有效检测出微弱的周期分量,但噪声能量利用有限,系统响应中仍存在一定的噪声能量。二阶随机共振增强的系统模型,借助“双重积分”实现噪声的重复利用,将噪声进行二次利用,有效促进高频噪声能量进一步转移到低频区域,有效提高输出响应的信噪比。考虑到多尺度带限噪声对随机共振的影响,并基于随机共振特殊低通滤波器的数学本质,提出了以协同信噪比(collaborative signal to noise ratio,CSNR)为目标函数,基于Paul小波的自适应多尺度噪声调节二阶随机共振增强方法,充分利用了小波的多分辨时频分析能力,将输入信号和噪声划分到不同频带,实现了不同频带信号和噪声强度大小的控制,以进一步改善随机共振检测效果。数值仿真、实验数据及工程实际应用均验证了该方法的有效性。     

基于符号序列熵的自适应随机共振的微弱信号检测

针对现有随机共振以信噪比为测度,难以进行量化和在实际工程中应用,提出一种符号序列改进型香农熵结合随机共振的微弱信号检测方法。介绍了随机共振和符号序列化的基本原理,以输出信号的符号序列熵作为判断是否达到最佳随机共振的测度,自适应的调节系统参数a和b,使系统达到最佳共振并进行频谱分析。结果表明输出信号的符号序列熵可有效反映共振状况,能调节系统达到最佳信噪比输出,而且易于工程实现,证实了该方法的有效性,进而为衡量随机共振提供一种新方法。     

基于时延反馈多稳随机共振的微弱信号检测方法

为了检测噪声背景下的微弱信号,提出了一种基于一次项时延的新型多稳态随机共振模型。分析了各参数对该模型的影响,并与时延反馈随机共振模型进行对比。提出的基于一次项时延的多稳态随机共振模型可以集中增强微弱信号特征频率处的幅值,提高输出信号的信噪比和谱功率放大系数。通过实例验证表明提出的方法可以有效检测出早期微弱信号的特征。     

基于遗传算法的涡街信号随机共振检测方法

涡街流量计在工业现场工作时,输出信号易叠加噪声,尤其在小流量测量时,涡街信号易被现场噪声淹没,导致测量受限.针对涡街信号处理,提出一种基于遗传算法的双调制随机共振方法.该方法对输入信号进行频率和幅值双调制后进入非线性双稳系统,以系统输出信号的信噪比为适应度函数,通过二进制编码,将调制频率和幅值组合成一个二进制字符串,同...     

基于调制随机共振的微弱信号检测研究

在工程信号处理过程中信号常超出随机共振绝热近似或线性响应理论的小参数要求而成为大参数信号。论文深入探讨非线性双稳系统随机共振发生机理和条件要求,将频率调制技术与随机共振理论相结合,提出用调制随机共振的方法实现随机共振理论在工程信号检测中的应用,进行了数值仿真分析证明其有效性,并将该方法应用于轴承内圈点蚀故障的检测     

具有随机特征频率和延迟核函数的分数阶线性振荡器中的随机共振

研究了具有延迟核函数和随机特征频率的分数阶线性振荡器中的随机共振(stochastic resonance,SR)现象。基于线性系统理论,利用拉普拉斯变换,推导出了分数维振荡器系统输出幅度(system output amplitude,SOA)的解析表达式。分析表明,SOA是核函数延迟时间的周期函数。在SOA与噪声相关率、噪声幅值、分数维数的关系曲线上都发现了随机共振现象。分析了SOA与系统参数及噪声稳态概率间的非单调依赖行为。     

方波和非对称双值噪声作用下的熵随机共振研究

研究了在非对称双值噪声、白噪声和方波共同作用下受限系统中的熵随机共振现象。在绝热近似条件下,推导出了输出信噪比的表达式。分析表明,信噪比是非对称双值噪声的强度与非对称参数、白噪声强度,以及方波信号幅度的非单调函数。另外,信噪比随受限结构参数的变化而非单调变化。讨论了双值噪声的相关率对SNR的影响。     

新型非对称惯容NES减震控制性能研究EI北大核心CSCD

为提高控制装置的减震性能及减小附加阻尼器的质量,基于非对称非线性能量阱(nonlinear energy sink,NES)提出一种附加惯容器的新型控制装置——非对称惯容NES。根据非对称惯容NES系统的工作原理推导出运动方程;在脉冲型荷载作用下进行控制参数数值优化,分析非对称惯容NES的能量鲁棒性和频率鲁棒性。分析地震作用下结构与控制装置响应,研究主体结构刚度变化前后的控制性能。应用数值小波变换对体系的地震响应时程进行功率谱分析,从能量的角度研究控制装置的减振机理。研究结果表明,非对称惯容NES具有极强的能量鲁棒性和频率鲁棒性,在地震作用过程中能有效减小顶层加速度峰值且所需行程更小,能在更广频域内与主体结构发生共振,因而其减震效率更高。非对称惯容NES减震控制性能与已有的非对称NES相当甚至更优,并能够减小40%阻尼器质量,在实际应用中具有更广阔的前景。     

基于SSA和双稳随机共振的车削颤振微弱特征提取

围绕车削颤振激发过程,针对车削颤振过渡阶段特征微弱且存在噪声和转频干扰的问题,提出一种基于麻雀优化算法(sparrow search algorithm, SSA)和双稳随机共振(bistable stochastic resonance, BSR)系统的车削颤振微弱特征提取方法。该方法利用SSA优良的寻优特性,以信噪比作为优化指标确定最佳BSR系统参数,用优化后的参数对车削颤振信号进行滤波处理,提取颤振特征频率。仿真试验表明SSA-BSR方法可以实现对强噪声背景下微弱特征信号的提取与增强,同时兼顾寻优速度快和获得全局最优解概率高的优点。开展车削颤振检测试验,颤振激发过程的加速度信号图谱分析结果验证了车削颤振特征频率幅值与颤振激发程度之间的相关性;不同模型在车削颤振过渡阶段特征提取的对比结果验证了SSA-BSR模型的有效性和优越性,并且能够满足车削颤振检测对实时性的要求,实现在进入剧烈颤振阶段前发出预警,为量化车削颤振和车削颤振在线监测提供一种新思路。     

三稳阱内随机共振在微弱OFDM信号检测中的应用研究

提出了一种基于三稳阱内随机共振的微弱OFDM信号增强与解调方法,对OFDM基带复信号驱动下的三稳阱内随机共振系统的动力学特性和系统性能进行了深入分析。首先,分别给出了三稳阱内随机共振系统动态方程和OFDM基带复信号数学模型;然后,分析了三稳阱内随机共振的暂态响应过程和稳态响应过程,推导了系统从零状态到共振平衡状态所需暂态时间的表达式,推导了阱内随机共振系统处于稳定状态时的系统输出信号表达式;最后,给出了基于双三稳阱内随机共振系统的OFDM基带复信号增强和解调处理过程,先将接收到的OFDM基带复信号按符号周期进行分段,对同相分量和正交分量两路信号同时进行阱内随机共振处理,并进行了仿真。仿真结果表明：三稳随机共振方法有效解决了低信噪比下微弱OFDM信号接收性能恶化的问题,提高了OFDM系统的抗噪性能。     

基于VMD与AdaBoost-SCN的海缆振动信号识别方法EI北大核心CSCD

海底光缆的在线监测和振动信号识别是保证其正常运行的关键技术。搭建了基于布里渊光时域分析系统,模拟不同工况下的海缆振动信号。针对海缆振动信号信息丰富、信噪比低,使用单一随机配置网络(stochastic configuration network,SCN)模型对信号识别准确率不高的问题,提出了自适应增强(adaptive boosting,AdaBoost)算法优化的随机配置网络(AdaBoost-SCN)识别方法。首先用变分模态分解(variational mode decomposition,VMD)算法分解海缆振动信号,构建特征向量;然后采用AdaBoost-SCN算法对振动信号分类。结果表明,所提方法有着很高的精度,并且具有很强的鲁棒性与泛化能力,提高了布里渊光时域分析系统振动信号识别的有效性。     

随机共振系统的电路模拟及在微弱信号增强传输中的应用

采用电子线路仿真双稳随机共振系统,建立微弱信号增强传输单元.实验结果表明,该装置适合于低信噪比条件下微弱正弦信号的检测,并且可以有效增强周期脉冲信号及二进制数字脉冲信号的传输,为微弱故障特征信号的提取以及数字信号的远程传输中提供了一种实用装置.     

基于变尺度多稳随机共振的微弱信号检测研究

针对强噪声背景下微弱信号难以检测的难题,提出基于变尺度多稳随机共振的微弱信号检测方法。多稳随机共振系统比双稳随机共振系统具有更好的微弱信号检测能力,为强噪声背景下微弱信号的检测提供了新方法。首先对大频率信号进行尺度变换使之满足随机共振条件,将频率压缩后的信号通过多稳系统,调整参数使其发生随机共振得到信号的频谱特征,并与双稳随机共振方法得到的特征频率进行比较,仿真和实例结果均表明:相同条件下,多稳随机共振方法比双稳随机共振方法得到的频率准确,可以增强信号的幅值,有效地检测出被噪声淹没的微弱信号。     

基于分段线性非饱和随机共振的机械早期故障诊断方法研究

针对大型机械设备运行环境恶劣、故障特征难以提取的问题,提出一种基于分段线性双稳态势函数模型的非饱和随机共振方法。该方法通过分段线性化的势函数代替经典的双稳态势函数,然后利用频移尺度变换实现机械设备振动信号的小参数化,使其满足随机共振系统的输入条件;最后,将系统输出信号的信噪比作为遗传算法的目标函数,优化非饱和随机共振系统参数,实现机械设备早期故障特征的增强与提取。仿真分析表明该方法可以有效地提取淹没在强噪声背景下的微弱故障冲击特征,而且轴承实验证明提出的方法能够有效增强与提取故障特征频率。仿真与实验结果进一步表明提出的方法优于经典双稳态随机共振方法,不仅能够获得高的输出信噪比,而且在特征频率处具有更高的幅值。以上优点归功于提出方法不仅克服经典双稳态随机共振系统的内在输出饱和问题,而且利用遗传算法实现系统与输入信号之间的最佳匹配。     

自适应UPEMD-MCKD轴承故障特征提取方法EI北大核心CSCD

为了准确提取强噪声背景下较微弱的轴承故障特征信息,结合均相经验模态分解(uniform phase empirical mode decomposition, UPEMD)和最大相关峭度解卷积方法(maximum correlated kurtosis deconvolution, MCKD)的优势,提出了一种自适应UPEMD-MCKD轴承故障特征提取方法。该方法将样本熵和峭度指标相结合构建最小熵峭比,采用遗传算法对最小熵峭比的最小值进行搜索,以确定移位数、滤波器长度和周期的最佳参数组合。经均相模态分解方法预处理的含噪信号通过相关性计算选取有效分量进行信号重构,重构信号借助最佳参数组合下的MCKD算法提取故障特征。内圈故障和外圈故障的实例分析表明,所提方法借助UPEMD的噪声抑制能力和最小熵峭比的参数组合寻优评价能力,能够从故障信号中有效的提取出微弱的故障特征。     

非对称线路车-桥气动特性风洞试验研究EI北大核心CSCD

为了研究线路的非对称性布置对列车和桥梁系统气动特性的影响,开发了一种同步测试车-桥气动力的装置,通过本装置对线路非对称布置的大跨度公铁两用斜拉桥进行了节段模型风洞试验。考虑了下层铁路和下层公路分别为迎风侧的工况,测试了不同车-桥组合下车辆和桥梁各自的气动力,讨论了线路非对称布置、风攻角、双车交会和汽车对车-桥系统气动特性的影响。结果表明:相对下层铁路侧迎风工况,下层公路迎风侧的桥梁升力系数和扭矩系数差别较大,且车辆升力系数也变化较大;桥梁和车辆的阻力系数随风攻角的增加而减小;双车交会时,背风侧车辆阻力系数发生突变;受公铁平层防眩网的作用,汽车对列车气动特性影响相对较小。     

信号调制白噪声作用下线性系统的随机共振

研究了信号调制白噪声作用下的二阶过阻尼线性系统中的随机共振现象.基于线性系统理论和相关删去法方法,得到了系统平均输出幅度增益的精确表达式.研究表明:输出幅度增益是噪声强度,系统阻尼系数和系统固有频率,以及激励信号频率的非单调函数,适当的噪声强度和系统参数可以使噪声情况下的输出幅度增益大于无噪声时的输出幅度增益.     

双自由度共振消声器及其控制研究EI北大核心CSCD

提出一种具有可调双消声波峰的压电式消声器,可依据降噪要求来调节电压和穿孔率大小,实现两个低频段的声波吸收可调谐。运用Comsol声固耦合模块计算消声结构参数对频移特性影响的规律:穿孔率减小,双消声峰向低频偏移,第二消声峰的幅值和频率范围明显减小,反共振点位置不变;膜厚增加,第一阶消声峰值基本不变,第二阶消声峰值向低频偏移。分析了不同加载电压下的压电薄膜位移变化情况,搭建实验平台测试不同电压条件下结构的传输特性,基于逆压电效应的压电薄膜可以有效地抑制或增强膜的振动响应,改变反共振点位置,电压由0增加到300 V,第一消声峰值频率向高频偏移85 Hz,第二消声峰向高频域移动了125 Hz。