基于势函数参数的随机共振性能研究

以势阱函数为研究对象,提出了势函数参数的概念,阐述了不同势函数参数下系统随机共振机理,并讨论了过阻尼系统和Duffing振子系统在不同势函数参数下的随机共振性能对比.实验表明,在满足一定参数条件下,提升系统势函数参数将会提升系统输出的最大幅值增益以及最大输出信噪比,与传统一元四次势函数下的随机共振系统相比,性能提升得非常明显;Duffing振子系统相比于过阻尼系统,其调节范围更宽.联合调节阻尼比与势函数参数可以使信号达到更佳的随机共振状态,为信号的后续处理奠定基础.     

随机共振液压泵故障特征信号提取

针对强噪声背景下的液压泵故障特征提取问题,提出一种自适应级联单势阱随机共振的特征提取方法。首先验证广义相关系数可作为自适应随机共振优化算法的目标函数,然后采用量子遗传算法优化单势阱随机共振系统的结构参数,再将所得的自适应单势阱随机共振系统进行级联。该方法只需调节每一级随机共振的一个系统结构参数,优化速度快,且采用级联方式能更准确地提取液压泵故障信号的低频成分。数值仿真分析表明:该方法可有效地提取淹没在强噪声背景下的多频信号;实际测试结果证明其能有效地检测液压泵故障信号的特征频率,为液压泵故障预测和诊断奠定基础。     

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。     

基于果蝇优化算法的自适应随机共振轴承故障信号检测方法

针对传统自适应随机共振系统只能单参数优化,而基于群智能算法的自适应随机共振系统存在优化算法参数选取困难、收敛速度慢的缺陷,提出了基于果蝇优化算法的自适应随机共振方法。该方法以双稳随机共振系统输出信噪比作为果蝇优化算法的味道浓度,结合二次采样技术,自适应选取随机共振系统的结构参数,实现周期信号的特征增强。数据仿真与轴承内圈故障数据分析表明,该方法简单易行,收敛速度快,能有效的检测特征信号,实现轴承故障诊断。     

指数型随机共振微弱振动信号检测方法

在实际工程故障诊断中特征频率信号经常淹没在噪声中,信息提取非常困难。为了提取强噪声背景中的微弱信号,将简谐势阱与Gaussian Potential模型相结合,提出一种作用在Duffing方程下的新型指数型双稳随机共振系统。首先,推导逃逸率并研究系统参数对输出信噪比影响;其次,基于指数型双稳随机共振系统对冲击衰减信号以及谐波振动信号进行检测;最后为检测大噪声下多频信号提出指数型双稳随机共振和经验模态分解的微弱信号联合检测方法并应用于轴承故障信号检测中。实验分析及仿真结果表明,指数型双稳随机共振模型在信号检测中是可行的,并且对于多频谐波信号通过随机共振后进行经验模态分解可使检测更加准确,联合检测不仅能识别故障信号,还能识别故障倍频信号。     

耦合双稳系统随机共振的轴承故障检测方法

耦合双稳系统由两个双稳系统经非线性方式耦合而成.分析了影响耦合双稳系统随机共振产生的Kramers逃逸率及平均跃迁频率与耦合系数的关系,提出了通过调节耦合系数大小来产生和增强随机共振的方法,并将该方法应用于轴承故障信号检测中.数值仿真和实验结果表明,在系统参数固定时,调节耦合系数能增强系统输出功率谱在特征频率处的谱值,可检测出单一双稳系统随机共振所不能检测出的微弱轴承故障信号频率,该方法在轴承故障信号检测中的应用是有效的.     

外加周期信号控制下的随机共振及其应用

分析了双稳系统的Kramers逃逸率与外加周期信号参数的关系,揭示了外加周期信号通过调节Kramers逃逸率影响微弱周期信号的随机共振效应,从而人为地产生或增强随机共振,实现随机共振的有效控制.数值仿真和实验结果表明,外加周期信号控制下的随机共振,可以增强双稳系统输出功率谱在微弱周期信号频率处的谱值,检测出强噪声中的微弱信号,在涡街频率检测方面的应用是可行和有效的.     

基于频率调制随机共振的弱周期信号检测

将调制技术与随机共振原理相结合,提出用频率调制随机共振的方法,实现在大参数情况下从强噪声中检测微弱周期信号,并对随机共振技术运用于强噪声背景下的弱信号检测进行研究。分析调频信号的频谱,发现其含有的低频信号通过双稳系统易产生随机共振,数值分析及仿真结果表明该方法能使微弱的故障信号特征突出、明显而易于捕捉。     

基于非均匀周期采样的随机共振研究

随机共振的参数调节过程比较复杂,而且一般要求采样频率不低于信号频率的50倍以上才能实现随机共振。该文借鉴非均匀采样的思想,提出基于非均匀周期采样的随机共振实现方法,对不同采样频率下的采样数据进行随机共振,并利用非均匀采样傅里叶变换进行频谱叠加分析,可以实现只需简单确定随机共振参数即可得到特征信号成分。此种方法还可以在采样频率小于50倍信号频率时,依然能够得到特征信号频率成分。数值仿真和故障模拟实验研究验证了该方法有效的应用性。     

基于GSO算法的自适应随机共振轴承故障诊断

针对强噪声下轴承故障弱信号较难检测和传统仅靠单参数优化随机共振系统问题,提出一种基于萤火虫优化算法(GSO)的自适应随机共振轴承故障信号检测方法。首先按固定频率压缩比压缩频率;然后以传统随机共振系统输出信噪比作为GSO算法的初始荧光素,利用GSO算法选取随机共振系统的结构参数a、b;最后通过双稳随机共振系统的输出信噪比检测轴承故障弱信号是否增强,通过系统的输出时域图分析信号的周期性,通过功率谱分析轴承故障弱信号的特征频率。仿真验证与试验验证结果分析表明,该方法可检测出轴承故障弱信号,实现弱信号的增强和降噪。     

基于频率控制的自适应随机共振系统研究

研究双稳Duffing系统随机共振产生机理,针对不满足绝热近似条件的大参数信号,提出基于频率控制自适应随机共振微弱信号检测系统,实现对未知大频率微弱信号检测。仿真结果表明,该系统能实现大频率信号随机共振,较传统随机共振系统精度及系统输出信噪比均极大提高,并能扩展其在微弱信号检测领域的应用。     

双稳系统处理微弱冲击信号的研究

双稳系统是研究随机共振的基础。在机械故障诊断中,应用双稳系统的随机共振可以提取淹没在强噪声中的故障信号。首先研究了脉冲信号通过双稳系统的响应,提出了设定迭代初值的脉冲信号检测方法。然后通过分析滚动轴承故障,验证了用双稳系统的随机共振处理含冲击故障信号的实用性。     

基于变尺度频移带通随机共振的多频微弱信号检测方法

针对噪声背景下多频微弱信号检测难题,提出一种基于变尺度频移带通随机共振的多频微弱信号检测方法。首先对信号不同频段进行频率变尺度二次采样压缩处理,使每个频段满足随机共振条件。再经过随机共振系统使多个微弱信号频率成分分别得到增强,各段增强信号在合成前对各个频段的共振输出进行带通滤波处理,只保留增强段的信号成分。最后将得到的分段加强信号进行合成,实现多频微弱信号的检测。仿真和实际信号分析结果表明,所提方法简单易行,很好地实现了多频微弱信号的检测,能有效提高信噪比,具有良好的工程应用前景。     

基于Duffing振子的信号频谱重构随机共振研究

针对信号特征频率和采样频率所要求的匹配关系对Duffing振子变尺度随机共振的限制,研究一种频谱重构的信号预处理方法,并进一步提出基于Duffing振子的信号频谱重构随机共振方法。该方法通过引入频谱重构参数实现信号特征频率的灵活转化,与变尺度方法和阻尼比参数调节方法相结合,可以实现任意信号特征频率和采样频率下的Duffing系统的大参数随机共振,从而扩展其在微弱信号处理中的应用。数值仿真和故障诊断实例分析均验证了该方法的有效性。     

双稳系统随机共振效应的数值分析

以绝热近似随机共振理论为基础,分析了双稳系统随机共振模型,研究系统参数、噪声强度、信号幅值和频率变化对双稳系统随机共振效应的影响。通过分析得出,输入信号和系统参数一定时,系统发生随机共振所需要的噪声存在一个最佳强度;信号幅值的增大有利于随机共振效应的产生;信号频率的增大将使输出功率谱信号频率处谱峰逐渐离开噪声能量集中的低频区,且谱峰幅度逐渐减小,随机共振效应逐渐弱化消失。针对信号幅值、频率、噪声强度超出绝热近似理论的小参数要求而成为大参数,对变尺度方法实现大参数信号的随机共振进行分析和评述。     

基于 GSO算法的自适应随机共振轴承故障诊断

摘 要:针对强噪声下轴承故障弱信号较难检测和传统仅靠单参数优化随机共振系统问题,提出一种基于萤火虫优化算法(GSO）的自适应随机共振轴承故障信号检测方法。首先按固定频率压缩比压缩频率;然后以传统随机共振系统输出信噪比作为GSO算法的初始荧光素,利用GSO算法选取随机共振系统的结构参数a,b;最后通过双稳随机共振系统的输出信噪比检测轴承故障弱信号是否增强,通过系统的输出时域图分析信号的周期性,通过功率谱分析轴承故障弱信号的特征频率。仿真验证与试验验证结果分析表明,该方法可检测出轴承故障弱信号,实现弱信号的增强和降噪。     

非线性耦合双稳系统的振动共振与随机共振

单一双稳系统受到弱周期信号和噪声的作用能产生随机共振.而在高、低两种不同频率信号作用下则能产生振动共振,将两个双稳系统经非线性耦合而成为耦合双稳系统,并在低频、高频信号和噪声的作用下研究了耦合双稳系统对低频信号的响应特性,给出了高频信号参数和耦合系数对振动共振和随机共振的影响关系,结果表明通过调节高频信号幅值或耦合系数大小能产生振动共振或随机共振,并构建了耦合双稳系统原理框图,为随机共振的控制及其利用提供了新的理论方法,数值仿真结果与理论分析结论完全吻合.     

采用粒子群算法的自适应变步长随机共振研究

针对传统的自适应随机共振只能实现单参数优化和变步长随机共振计算步长选取困难的缺陷,提出一种基于粒子群优化算法（Particle Swarm Optimization, PSO）的自适应变步长随机共振方法,实现了变步长随机共振最优输出的自适应求解。该方法以双稳系统的输出信噪比作为粒子群算法的适应度函数,通过变步长随机共振系统的结构参数和计算步长的自适应同步选取,能够最优地检测出大参数条件下的微弱信号。仿真数据和工程实际数据的分析表明,该方法简单易行,适用范围广,收敛速度快,能有效的检测出强噪声背景下的高频微弱信号,具有良好的工程应用前景。     

随机共振用于基带信号处理的研究

在对双稳随机共振系统及其数学模型进行简单的介绍后,给出了将该系统应用于实际的基带信号检测应用模型和仿真结果。对将该模型应用于基带信号检测的随机共振物理机制进行了深入的分析,结果表明,在上述基带信号检查中,随机共振是信号,噪声和双稳系统共同作用的结果,三者缺一不可。