基于隨機(jī)共振理論的微弱信號檢測方法研究及應(yīng)用.pdf

1、隨機(jī)共振是微弱有用信號利用噪聲來增強(qiáng)非線性系統(tǒng)輸出的現(xiàn)象。在此采用研究成熟的雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)作為研究對象，主要完成了以下幾項(xiàng)工作：
　　首先，學(xué)習(xí)隨機(jī)共振依據(jù)的絕熱近似理論和線性響應(yīng)理論，分析絕熱近似假設(shè)下隨機(jī)共振只能檢測小信號的原因，并對現(xiàn)存的幾種隨機(jī)共振系統(tǒng)輸出性能指標(biāo)進(jìn)行總結(jié)和說明；針對現(xiàn)有指標(biāo)存在需要先驗(yàn)知識，同時比較復(fù)雜等缺點(diǎn)，提出基于符號序列熵的自適應(yīng)隨機(jī)共振微弱信號檢測方法，詳細(xì)講解了序列劃分的方法和熵值的計算原理，說明此

2、檢測方法的整個流程，并通過仿真實(shí)驗(yàn)和工程實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了它的合理性和有效性；
　　其次，傳統(tǒng)隨機(jī)共振受絕熱理論的限制，不能檢測大參數(shù)信號，于是本文分析了目前幾種常用的隨機(jī)共振任意大頻率信號檢測方法，并采用模擬信號進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，從理論分析到仿真實(shí)驗(yàn)全面說明了幾種方法的檢測機(jī)理，總結(jié)了各自的優(yōu)缺點(diǎn)和實(shí)用性；
　　最后，針對機(jī)械設(shè)備中滾動軸承振動信號的特點(diǎn)，即強(qiáng)背景噪聲、沖擊和調(diào)制特性，傳統(tǒng)的基于線性理論的方法難于檢測，而基于非線性理

3、論的總體經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解能將調(diào)制信號進(jìn)行解調(diào)，而且使其中隱藏的沖擊特征暴露出來。于是本文采用總體經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解結(jié)合隨機(jī)共振來增強(qiáng)特征信號。但是振動信號經(jīng)過總體經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解后，在眾多內(nèi)稟模態(tài)分量中存在虛假模態(tài)，同時傳統(tǒng)自適應(yīng)隨機(jī)共振參數(shù)選擇存在人為主觀性，于是提出了一種基于總體經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解的敏感內(nèi)稟模態(tài)分量變尺度自適應(yīng)隨機(jī)共振多故障檢測方法。利用加權(quán)峭度指標(biāo)作為系統(tǒng)輸出的衡量指標(biāo)，不僅能保持系統(tǒng)輸出信號與原始信號的相似性，而且對沖擊特征敏感，克

4、服了傳統(tǒng)峭度指標(biāo)的漏檢或者誤檢，并將其作為人工魚群算法的食物濃度函數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化。最后，所提方法的有效性和可行性通過采用美國凱斯西儲大學(xué)滾動軸承數(shù)據(jù)中心的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)被驗(yàn)證，并與傳統(tǒng)單參數(shù)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行了對比分析，表明多參數(shù)優(yōu)化自適應(yīng)隨機(jī)共振能取得比單參數(shù)優(yōu)化更好的結(jié)果，不僅最大程度上增強(qiáng)了系統(tǒng)輸出，而且也最大程度地削弱了信號中的噪聲成分。
　　通過搭建雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)的仿真模型，對上述方法和實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了分析，驗(yàn)證了所提方法的合理性和有效性