一类非线性系统的广义伴随线性方程分析研究

非线性输出频率响应函数是线性系统理论中频率响应函数在非线性系统中的一种推广,越来越多的学者已将其应用在结构损伤检测及故障诊断中.基于Volterra级数理论与由非线性微分方程描述的单输入单输出非线性系统的广义频率响应函数递归计算公式,利用多重积分性质和多维傅里叶变换,将广义频率响应函数映射到了一维频域中,推导出了一类非线性系统的广义伴随线性方程计算公式.研究表明,这类系统的第n阶非线性输出响应是以系统输入激励和前n-1阶非线性输出响应的组合函数作为广义激励作用到系统各阶广义伴随线性方程中的输出响应,最后通过求解一系列线性微分方程可得到这类非线性系统的任意阶非线性输出响应,其结果弥补了伴随线性方程无法求解这类非线性系统的不足.同时,针对广义伴随线性方程的数值计算问题,论文提出了一种耦合计算法,提高了计算非线性输出响应的精度,为非线性输出频率响应函数的计算提供了一种新思路.最后利用广义伴随线性方程与线性算子理论研究了两种典型非线性系统中非线性现象产生的原因,研究结果为非线性系统的分析与设计提供了一种有效途径.

基于状态/参数交替优化估计的齿轮时变啮合刚度辨识方法研究

齿轮副啮合刚度是齿轮传动动力学模型中的重要参数,啮合刚度识别对于齿轮传动系统振动与噪声的分析以及状态监测具有重要意义。由于齿轮传动系统的时变啮合刚度很难用直接测量的方法得到,因此有必要发展基于数据驱动的齿轮时变啮合刚度辨识方法。为了解决该难题,本文提出了一种系统状态和模型参数交替优化方法以辨识齿轮传动系统时变啮合刚度。该方法以齿轮啮合频率为基频构造傅里叶基函数库表征齿轮时变啮合刚度,并进一步提出了一种基于再生核希尔伯特空间的降噪方法来估计系统状态和模型参数。系统状态变量与时变啮合刚度在动力学模型与数据双重约束下进行交替迭代优化,实现对齿轮传动系统时变啮合刚度的辨识。齿轮传动动力学仿真和齿轮传动系统实验结果验证了所提齿轮时变啮合刚度辨识方法的有效性。

用小波时频分析方法研究发电机碰摩故障特征

将小波分析方法中的尺度谱和相位谱引入设备故障 诊断领域,详细介绍了小波尺度谱和相位谱的定义,通过 对仿真数据的分析介绍了尺度谱和相位谱的特性,发现它 们较传统的频谱分析更适用于非线性信号的分析,并总结 了在实际应用小波尺度谱和相位谱时应注意的问题。最后 着重用小波尺度谱和相位谱对碰摩故障的仿真数据和试验 数据进行分析,结果表明小波尺度谱和相位谱在碰摩故障 数据的分析方面具有明显的优势,它能更好地揭示碰摩故 障信号的频率结构,并分析得出碰摩信号一些故障特征。

含摩擦界面复合材料输流管道非线性振动分析

针对含摩擦界面复合材料输流管道流固耦合动力学问题,基于Reissner薄壳理论和对流波动方程建立了纤维增强复合材料管道和流体介质的动力学方程,采用宏观滑移摩擦模型刻画管道摩擦界面上的非线性摩擦力分布,发展轴对称半解析有限元方法来构建含摩擦界面复合材料输流管道非线性动力学模型,研究了流体载荷和摩擦界面等对管道非线性振动响应的影响.结果表明,含摩擦界面复合材料输流管道摩擦界面上点的滞回曲线由两个对称的黏滞区域和两个对称的滑移区域组成,摩擦界面的黏滞-滑移切换导致输流管道振动响应除包含激励频率外,还包含一系列奇次超谐波;随着界面摩擦系数增大,输流管道基频处的轴向振幅减小,法向振幅增大,而3次超谐波处的轴向及法向振幅先增大后减小;随着界面摩擦刚度增大,输流管道基频及3次超谐波处的轴向振幅先减小后增大;来流速度主要影响含摩擦界面输流管道的法向振动,对管道的轴向振动影响很小.

旋转机械故障诊断中的振动信号模型综述

对旋转机械振动信号进行信号处理,能够有效提取特征进行故障诊断。振动信号模型来自旋转机械运动学和动力学机理,以数学形式表达,可以指导信号处理方法的设计。随着故障机理研究和信号处理方法研究的推进,研究人员对信号模型进行了发展,并基于这些信号模型设计了相应的信号处理方法。首先,介绍了一般化的信号模型,包括周期信号模型、循环平稳信号模型、自适应谐波模型、波形函数模型、任意阶谐波模型等,以及对应的信号处理方法;其次,分别介绍定工况和变工况条件下针对轴承和齿轮的典型振动信号模型及对应信号处理方法;最后,对振动信号模型的研究发展进行总结和展望,旨在回顾旋转机械故障诊断所涉及的信号模型,并说明其在信号处理算法设计和故障诊断特征提取中的价值和意义。

小波多重分形及其在振动信号分析中应用的研究

不同于许多基于FFT的信号分析方法,多重分形谱分析的是信号的几何结构特征。以前,多重分形谱的计算方法都有其固有的缺点,使多重分形谱的应用受到限制。而小波局部极大模方法因其简单性和有效性,近来在多重分形谱计算方面受到了广泛的关注。较系统地阐述了多重分形的概念和多重分形谱的小波局部极大模计算方法,讨论了多重分形谱在故障诊断领域的应用途径,并用多重分形谱对不平衡、油膜涡动、联轴器不对中和碰摩等旋转机械的4种典型故障的振动信号进行了事例研究。研究结果表明,多重分形谱能够很好的反映振动信号的几何结构特征,为机械设备故障诊断提供了又一种有效的方法。

小波尺度谱在振动信号分析中的应用研究

尺度谱受Ｈｅｉｓｅｎｂｅｒｇ测不准原理的极限制约，在小尺度（高频段）的频域集中性不是很好，另外还会有干扰项的影响。这些给对尺度谱的分析带来了一定的影响。尺度谱再分配方法可在一定程度上提高尺度谱的集中性，并削弱干扰项，使尺度谱容易理解。用尺度谱和重分配的尺度谱对旋转机械的两种典型故障：转子径向碰摩、联轴节不对中的试验数据和一机组的实测数据进行了分析，和频谱分析进行了比较。结果表明尺度谱不仅能够显示振动信号的时频特征，而且能够很好的表现信号中一些能量相对较小的分量，利于提取早期故障特征。

新的基于小波变换的振动信号消噪方法

噪声消除是小波变换最成功的应用之一,其基本思想是将信号的小波变换系数与给定的门限比较,保留比门限大的系数,而将其他的置零,然后进行小波重构。这种小波变换消噪方法很可能将信号中一些有用的小能量分量当成噪声消除。根据旋转机械振动信号的循环平稳性特征,提出了一种新的基于小波变换的振动信号消噪方法,并用数字试验信号和碰摩试验振动信号对新消噪方法和Matlab提供的小波消噪方法的性能进行了比较测试。结果表明,在振动信号消噪方面,新方法相比传统的小波消噪方法有更好的性能,能够有效地抑制信号中处于各频段的噪声分量。

小波局部极大模方法在轴心轨迹辨识中的应用研究

提出了一种新的基于小波局部极大模的轴心轨迹辨识方法。该方法通过对轴心轨迹的θ-s曲线进行连续小波变换,提取小波局部极大模线,计算每条局部极大模线对应的Lipschitz指数α。最后用α为正的局部极大模线的条数、正α的平均值、α为负的局部极大模线的条数和负α的平均值等4个量作为轴心轨迹特征,并以这些特征量作为BP网络的输入进行分类识别。采用径向碰摩、联轴器不对中、油膜涡动和转子不平衡等4种故障的试验数据对该方法进行检验。结果表明,该方法有特征量少、神经网络的训练速度快和系统识别正确率高的优点。

一类非线性隔振器振动传递特性分析

非线性输出频率响应函数是由Volterra级数发展而来的一个新概念.对一类具有反对称阻尼特性的隔振器,通过该概念推导出了振动传递性与系统非线性参数之间的显式解析关系;进而系统地研究了非线性阻尼参数对隔振器的力传递性能和位移传递性能的影响.研究结果表明,虽然非线性隔振器在受正弦信号激励下会出现高次倍频分量,但对于其传递性能的评估仍可简单地通过系统输入和输出信号的基频分量之间的关系来衡量;另外,反对称非线性阻尼能够有效地抑制隔振器在共振区的力传递性和位移传递性,而在非共振区则基本无抑制效果.研究结果对于具有反对称阻尼特性的隔振器的分析与设计具有重要意义.

自适应数字滤波算法应用于旋转机械运行状态辨识的研究

用自适应数字滤波算法研究了一类运行环境复杂、没有明确评 价标准的旋转机械的异常运行状态的在线辨识问题。讨论了自适应数字滤波算法和辨识原理 ，并给出了应用实例。结果表明，该方法可以把正常状态和异常状态明确地区分开来。该方 法计算量小，容易实现在线实时辨识。

小波熵及其在状态趋势分析中的应用

研究了离散小波变换的若干特性 ,以及用信息熵来反映信号统计分布特征的方法 ,引进了多尺度下小波熵和相对小波熵的概念 ,并且以此为参量对系统状态进行趋势分析 ,从而突出系统信号中短暂的异常信号 ,达到及早发现可能故障的目的。最后通过数值实验和应用实例说明 :分析这两个参数的变化情况 ,可以反映系统的状态趋势 ,提高维修的针对性 ,降低设备维修的代价 。

基于Prandtl-Ishlinskii模型的超磁致伸缩驱动器实时磁滞补偿控制

针对超磁致伸缩驱动器(GMA)存在复杂的磁滞非线性易降低系统性能,导致系统不稳定的问题,建立了可以精确描述磁滞现象的模型并提出了合适的驱动控制方法。首先,基于Prandtl-Ishlinskii(PI)模型对GMA磁滞建模,并采用最小均方法(LMS)进行模型参数辨识,模型预测误差为0.037 9μm。接着,通过对PI模型解析求逆进行实时补偿控制,从而有效减小磁滞误差,补偿控制误差为0.309μm。实验结果证明,PI模型可以精确描述GMA磁滞现象,且具有计算简单,磁滞跟踪能力强的优点。基于该模型的实时磁滞补偿控制方法可以有效减小磁滞误差,提高GMA实时驱动定位控制精度,是实现GMA精密驱动控制的一种有效方法。

基于参数化时频分析的非线性振动系统参数辨识

利用多项式调频小波变换对一类非线性系统的输出响应的瞬时特性进行了提取,结合FREEVIB和FORCEVIB方法中瞬态模态参数的算法,得到了能直观反应系统非线性特性的骨架线和阻尼系数曲线,并且通过拟合辨识出的系统平均化的非线性弹性力/阻尼力,对非线性振动系统的具体参数进行了识别和估计.通过数值仿真验算方法有效,而且具有精度高、抗噪能力强等优点.

直接型模糊自适应滑模控制在智能减振结构中的应用

在智能减振结构中,需要控制器有很好的鲁棒性,以保证在结构参数发生变化的情况下仍可以获得理想的控制结果。简单模糊逻辑控制在系统结构参数变化比较大的情况下,其鲁棒性能比较差。引入滑模控制的思想,把基本控制量分为等效控制量和开关控制量,并同时用两个模糊逻辑进行近似逼近,自适应率的设计保证了系统的稳定性,从而建立了直接型模糊自适应滑模控制。通过和简单模糊控制的控制结果比较,验证了直接型模糊自适应滑模控制在智能减振系统中的有效性。

一类非线性系统的随机振动频率响应分析研究

Volterra级数是研究非线性系统的一种重要数学工具,它可看作线性系统理论中的卷积运算在非线性系统分析中的推广.基于Volterra级数,给出了受高斯白噪声激励下的非线性系统输出功率谱的计算公式.公式表明,该系统输出功率谱可用激励强度的多项式函数来表示,其结果为研究激励强度对非线性系统输出功率谱的影响提供了有效途径.

超磁致伸缩驱动器自适应精密驱动控制研究

超磁致伸缩驱动器(GMA)虽然具有很多优点,但是超磁致伸缩材料(GMM)在磁化过程中存在磁滞非线性,磁滞误差可达20%,要解决这一问题,必须对GMA采用精确有效的方法实现建模,并用于GMA驱动位移精密控制。研究中采用LMS算法对研制的GMA进行自适应系统模型辨识,用不同频率的正弦信号和方波信号作为输入,辨识模型都能精确逼近GMA输出信号,辨识精度高达0.069μm;最后采用Fx-LMS算法对GMA进行驱动位移控制实验,通过在线辨识有效减小磁滞误差,提高控制精度。

基于NARMAX模型和NOFRF结构损伤检测的实验研究

非线性输出频率响应函数是由Volterra级数发展而来的频域概念,可方便在频域对非线性系统进行分析,它是频率的一维函数.本文主要介绍了利用NARMAX模型以及NOFRF对结构进行损伤检测的方法,并利用实验研究证实了该损伤检测方法的可行性.另外,由于系统非线性特性可用来做结构损伤检测,且具有对系统状态比较敏感的优点,而基于NOFRF的损伤检测方法是利用非线性方法来分析系统的状态,该方法提取出的特征属于非线性特征,所以该损伤检测方法可以用来做结构损伤检测,且具有对系统状态比较敏感的优点.

基于遗传算法的模糊振动主动控制器的参数编码设计和约束处理

在采用模糊控制的压电材料智能结构中,利用遗传算法对模糊控制隶属函数进行优化时,遗传编码的设计将影响优化结果,从振动主动控制要求出发,设计了振幅输入模糊集的隶属函数参数编码,并对模糊子集约束条件进行处理。结果表明新的编码方式可以产生适合振动主动控制的隶属函数,且设计的约束修补算法简单有效。

核反应堆堆芯吊篮压紧弹簧松弛特性

核反应堆中堆芯吊篮的稳定性是反应堆正常运行的保障和前提.压紧弹簧作为堆芯吊篮的约束与支撑直接影响堆芯吊篮的振动特性.在高温、辐射等恶劣工况下,压紧弹簧力学性能会发生如应力松弛的退化,影响堆芯吊篮振动以及反应堆运行安全,因此需要对堆芯吊篮压紧弹簧松弛特性展开研究.首先,建立堆芯吊篮及压紧弹簧在内的装配体有限元模型,利用湿模态法分析并获得压紧弹簧松弛情况下的堆芯吊篮梁式模态振动频率的变化.然后,开展堆芯吊篮压紧弹簧松弛试验,试验结果验证了模型的有效性.进一步利用仿真模型生成更多压紧弹簧松弛影响下的堆芯吊篮梁式模态频率数据,结合试验数据建立堆芯吊篮压紧弹簧松弛程度识别的数学模型,为反应堆堆芯吊篮压紧弹簧松弛劣化监测奠定了技术基础.