Lyapunov特性指数谱的研究及其应用

本文对于已有的运动方程的Lyapunov特性指数谱计算公式 ,从易于数值实现的角度作了简化 ,并通过Henon映射和Lorena方程对Lyapunov特性指数与倍周期分岔的关系作了分析和比较 ,最后通过对受特定参数下系统周期轨道控制时的混沌Lorenz系统的Lyapunov特性指数谱的计算和分析 ,进一步验证了Lyapunov特性指数与倍周期分岔的内在关系。

基于Lyapunov特性指数的航空发动机喘振故障智能诊断

针对现有诊断方法在诊断航空发动机喘振故障时存在精度低、无法准确判断喘振发生时间及喘振故障时的压气机转速等问题,结合Lyapunov特性指数,完成航空发动机运行瞬态模拟与稳态模拟,利用Lyapunov特性指数选取发动机喘振诊断参数,通过最大Lyapunov特性指数求解,实现对航空发动机喘振故障的智能诊断。对比实验证明,该方法的诊断结果与实际情况基本相同,能够准确判断航空发动机是否存在喘振故障。

冲击消振器Lyapunov指数谱及其非线性特性的研究

通过在碰撞约束面引入Poincaré映射,将连续动力系统转化为离散动力系统的方法。讨论了冲击消振器碰撞振动系统的Lyapunov指数谱计算方法,将系统的Lyapunov指数谱图与系统全局分叉图进行分析比较,验证了利用Lyapunov指数谱图分析系统稳定性方法的正确性,同时给出了冲击消振器在选定参数下的非线性特性。

海杂波多普勒谱Hurst指数特性分析及目标检测

针对对海探测雷达面临的海面漂浮小目标检测问题,本文主要研究了海杂波多普勒谱Hurst指数特征的统计特性,并提出了一种基于多普勒谱Hurst指数的目标检测方法。首先,本文基于实测数据,详细分析了时间序列长度(脉冲数)、快速傅里叶变换频率点数、极化方式和海况等级对海杂波多普勒谱分形特性及多普勒谱Hurst指数统计特性的影响;其次,利用6种经典统计分布模型(高斯分布、瑞利分布、韦布尔分布、对数正态分布、K分布和KK分布),验证了海杂波多普勒谱Hurst指数的最佳统计分布模型为对数正态分布,进而引入Log⁃t检测器,提出基于多普勒谱Hurst指数的恒虚警检测方法;最后,使用IPIX数据验证了所提方法的有效性。结果表明,所提方法具有较好的小目标检测性能和稳定性,且在VV极化数据中性能最佳。

Lyapunov特性指数用于混沌判据

针对系统动力学行为相变量上的判别依据问题,将Lyapunov特性指数作为混沌判据,引入微弱信号混沌检测领域。详细阐述了用于微弱谐波信号混沌检测系统的Lyapunov特性指数的计算方法,给出了Lya-punov特性指数与待测微弱谐波信号幅值间的关系曲线以及系统相变前后的Lyapunov特性指数的时间演化曲线。仿真实验证明了该算法的有效性,与Melnikov方法相比,以Lyapunov特性指数作为混沌判据具有计算简单、判别准确的优点。

两自由度碰撞振动系统的Lyapunov指数谱分析

针对一类两自由度碰撞振动系统,取碰撞前瞬时的定相位面为Poincar啨截面,引入局部映射,构造Poincar啨映射并给出其Jacobi矩阵。利用Gram-Schmidt正交化、范数归一化和迭代的方法,得出两自由度碰振系统Lya-punov指数谱的计算方法。利用数值模拟,讨论系统周期吸引子和混沌吸引子的Lyapunov指数谱的收敛序列,序列的收敛性很好.为了验证该计算方法的正确性和有效性,分析当系统参数在大范围内变化时,相应的最大Lyapunov指数的变化规律。

轴流压缩系统的Lyapunov指数谱分析及应用

基于二阶Moore-G retizer模型,通过数值计算并应用混沌理论分析了轴流压缩系统的Lyapunov指数谱。结果表明较大的B参数(喘振)和较小的B参数(失速)时系统的Lyapunov指数谱都为(0,-),为压气机的失速检测提供了判定准则。将研究结果应用到压气机的失速检测,数值计算结果与试验结果一致,并且可在压气机进入深度失速前0.2 s检测到失速起始信号,为解除失速的操作争取了更多的时间,更有利于飞行安全。

非光滑动力系统Lyapunov指数谱的计算方法

对 n 维非光滑(刚性约束和分段光滑)动力系统引进局部映射，利用 Poincaré映射分析方法得出了非光滑系统 Lyapunov 指数谱的通用计算方法．以一类刚性约束的非线性动力系统为例，给出了 Lyapunov 指数谱随参数大范围变化的规律，并与相应的 Poincaré映射分岔图进行对照，验证了上述通用计算方法的正确性和有效性．

Lyapunov指数混沌特性判定研究

探讨了 L yapunov指数混沌特性判据原理 ,分析了时间序列 L yapunov指数的计算过程 ,通过计算我国上证综合指数收益率时间序列的 L yapunov指数谱系 ,分析了我国资本市场的混沌特性。

基于Lyapunov指数能谱熵的转子—机匣系统故障诊断研究

提出基于Lyapunov指数能谱熵的航空发动机转子—机匣系统状态识别和故障诊断新方法。基于Lyapunov指数谱,提出并定义系统Lyapunov指数能谱熵;在基于实测的航空发动机机匣振动时间序列求解系统不同故障状态的Lya-punov指数谱的基础上,获得系统不同故障状态下的Lyapunov指数能谱熵,并将其应用于航空发动机转子—机匣系统的故障诊断。研究结果表明,航空发动机机匣振动时间序列在不同单一故障状态下具有不同的Lyapunov指数能谱熵,此时可以Lyapunov指数能谱熵作为识别其状态的新特征量。

基于Lyapunov指数谱的航空发动机故障诊断研究

提出了基于Lyapunov指数谱和Lyapunov指数谱熵的航空发动机状态识别和故障诊断新方法。基于实测的某型航空发动机振动时间序列求解了系统不同工作状态和故障状态的Lya-punov指数谱;基于Lyapunov指数谱,对该型航空发动机进行了状态识别和故障诊断;为给出对Lyapunov指数谱及其对状态识别和故障诊断的整体表述,定义了Lyapunov指数谱熵,并基于该谱熵对该型航空发动机进行了状态识别和故障诊断。研究结果表明该型航空发动机振动时间序列在不同状态下具有不同的Lyapunov指数谱及其谱熵,即可以Lyapunov指数谱及其谱熵作为识别其状态的特征量,为航空发动机的故障诊断和状态监控提供了新的可靠的方法。

气固流化床压力波动的Lyapunov指数谱研究

开发了Jacobian算法计算混沌动力系统Lyapunov指数谱的软件，用此软件分析了气固流化床压力波动动力学行为。研究表明，Lyapunov指数谱能很好地反映流化床不同气速下的动力学行为。对流态化系统，首次证实了关联维与Lyapunov指数谱满足Kaplan-Yorke假设，并证明了流化床动力学具有耗散结构性质。

船舶非线性横摇运动分析的Lyapunov特性指数法

将Lyapunov特性指数用于船舶非线性横摇运动稳定性分析,阐述了Lyapunov特性指数的计算方法。将Lyapunov特性指数作为船舶非线性运动混沌态的判据,给出了Lyapunov特性指数与船舶运动状态之间的关系,通过仿真试验验证了该算法的有效性,并进一步采用Lyapunov特性指数精确寻求船舶非线性横摇运动的阈值,分析了船舶非线性横摇运动的全局稳定性。

基于Lyapunov指数谱的转子-机匣系统故障诊断研究

发展了基于Lyapunov指数谱的航空发动机转子-机匣系统故障诊断方法。基于实测的航空发动机机匣振动时间序列求解了系统不同状态的Lyapunov指数谱;基于Lyapunov指数谱,应用最大Lyapunov指数和Lyapunov指数谱图对航空发动机转子-机匣系统进行了故障诊断。研究结果表明:航空发动机机匣振动时间序列在不同状态下具有不同的Lyapunov指数谱,即可以Lyapunov指数谱作为故障诊断的特征量。

两栖车辆非线性横摇运动的Lyapunov特性指数分析

为了确定两栖车辆在规则波浪激励下的非线性横摇运动形式,根据Lyapunov特性指数(LCE)的定义,采用QR分解法计算两栖车辆横摇运动的LCE,再根据计算出的LCE判断两栖车辆的运动形式.以两栖车辆为例,计算了当波浪频率与横摇固有频率的频率比为1时横摇运动为周期性的运动,当频率比为1.25时横摇运动为混沌运动,并通过数值仿真进行了验证.以频率比为控制变量,计算了当波浪扰动力矩一定时,两栖车辆在不同频率波浪激励下进入混沌运动的阈值.计算结果表明:利用LCE方法可以简单、准确地判断非线性横摇运动类型.

采用LS-SVM计算时间序列的Lyapunov指数谱

为了计算未知系统的Lyapunov指数谱,首先,对一维观测数据序列进行相空间重构,然后,利用最小二乘支持向量机(LS-SVM)逼近重构系统的动力学方程,再通过雅克比矩阵计算Lyapunov指数谱。采用提出的方法计算Henon映射的Lyapunov指数谱,可以得到精确的计算结果且需要的序列步长小于1000。计算了实测不同状态的交通流时间序列的Lyapunov指数谱。结果表明:在拥挤状态下,有多个Lyapunov指数大于零,说明系统是超混沌的;在同步状态下,有一个或多个Lyapunov指数大于零,说明系统是混沌的或超混沌的;在堵塞状态下,Lyapunov指数全小于零,说明系统不是混沌的。

动态心电图中R波峰序列的Lyapunov指数谱

本文介绍了计算机Lyapunov指数谱的方法 ,利用MIT BIH心电数据库 ,计算了其中正常心律、起搏心律、室早搏心律和束支传导阻滞心律四组共 2 4例心电图数据中R波峰序列的Lyapunov指数谱 ,提出了收敛发散比的定义 ,并以此来衡量系统整体特性。研究结果表明 ,正常心律和异常心律以及异常心律之间 ,R波峰序列的Lyapunov指数谱和收敛发散比有差异 ,这显示了不同状态下 ,心脏R波峰序列具有不同动力学特征。为进一步结合其他分析方法全面研究心脏活动状态的特征提供理论基础 ,对将来在临床上应用于早期诊断心脏疾病具有重要意义。

一个恒定Lyapunov指数谱鲁棒混沌系统及其微控制器实现

在基本Sprott-B混沌系统数学模型的基础上,引入一个控制参数进行系统改造,构建出一个恒定Lyapunov指数谱鲁棒混沌系统。通过相轨图、Lyapunov指数谱和分岔图等动力学工具对系统进行了仿真分析。研究结果表明,系统对唯一的控制参数保持恒定的Lyapunov指数谱,从而工作于鲁棒混沌状态,理论分析则揭示出控制参数对于系统的混沌振荡具有线性或非线性调幅作用。此外,在以改进的Euler算法进行离散化后,采用微控制器MSP430F249进行了实验验证,证明了系统的可实现性。

一种改进的Lyapunov指数谱算法及应用研究

提出了改进的Darbyshire-Broomhead(D-B)Lyapunov指数谱算法,通过互信息函数确定嵌入延迟,利用伪近邻法(False Nearest Neighbors,FNN)确定最佳嵌入维,从而确定了Lyapunov指数的个数,克服了原算法排除可疑指数过程中容易引起过多或过少的指数的缺点,然后再根据简化D-B理论计算出整个序列的Lyapunov指数。分别对含有噪声和不含有噪声的Lorenz时间序列仿真对比验证了该算法的有效性及稳定性。最后利用该算法对输油管道压力时间序列进行了Lyapunov指数的计算并分析出该时间序列具有混沌特征。

恒Lyapunov指数谱混沌系统的自适应同步

为了进一步推动恒Lyapunov指数谱混沌系统的工程应用,基于Lyapunov稳定性原理研究了该系统的自适应同步方法,设计了自适应同步控制器和参数自适应律.自适应同步控制方法简单,建立时间不到20 s,参数d与b的辨识性能好,数值仿真证明了该方法的有效性与可行性.