基于分数阶滤波的全息阶比解调谱及齿轮早期故障诊断

为提高变速器齿轮早期故障诊断的准确性和可靠性,提出了一种基于分数阶傅里叶变换(fractional Fourier transform,FRFT)滤波的全息阶比解调谱方法。对变速器变转速过程的水平与垂直测点振动包络信号进行分数阶滤波,分离出调制频率分量,再对分离后信号进行全息阶比谱分析,得到调制分量的全息阶比解调谱,并对齿轮早期点蚀故障进行故障诊断。试验结果表明,基于分数阶滤波的全息阶比解调谱,兼具分数阶滤波分离频率变化分量的特点与全息阶比谱融合多维特征的优势,既能有效分离变转速过程的调制分量,隔离其他分量和噪声干扰,又能有效融合两个方向的关键特征信息,有效诊断出单测点单特征方法难以识别的齿轮早期故障。

一类分数阶滤波器逼近阶次的选择

针对分数阶微积分算子的有理逼近可以取得很好的逼近效果,而逼近阶次的选择对分数阶滤波器的逼近精确度和系统性能有直接的影响的问题,通过合理选择逼近阶次可以使二者之间达到一个最佳综合。在分析Oustaloup算法的基础上,详细研究分数阶滤波器分数阶次与有理逼近阶次之间的关系。通过计算逼近模型与理论模型的幅、相频率特性及其误差来观察逼近阶次n与逼近精确度的关系,并确定最佳逼近阶次。仿真结果与误差分析表明,对于一类分数阶滤波器,当有理逼近阶次大于5时,随着逼近阶次的提高,逼近精确度的改善已经变得很有限。折中考虑逼近精确度与系统性能,可选择5作为最佳逼近阶次。

基于分数阶滤波器的ADPCM预测误差信号处理

ADPCM音频压缩算法在G.721,G.723和G.726等相关数字语音通信协议中得到广泛应用。针对ADPCM中普遍存在的预测误差信号镜频干扰和高频噪声的问题,提出了基于分数阶积分器的误差信号频谱压缩滤波迭代算法和基于分数阶积分器的逆系统信号恢复迭代算法,为进一步提高音频压缩编码品质提供了新的方法,理论分析和仿真结果表明所提出方法的可行性。

基于分数阶滤波器的高泛化性神经网络建模

为了显著提高神经网络建模的泛化性,提出了激活函数是分数阶滤波器的神经网络。分数阶滤波器涵盖了Butterworth和Chebyshev滤波器的性能。滤波器集对样本信号进行频率分解,既提升了信息的致密性,也保证了遍历性,更有助于提高神经网络的泛化性。各滤波器参数由盲动粒子群优化算法寻优。神经网络解算时,既采用了线性回归求解神经网络输出层权重,又在有限频段上用线性传递函数模拟替代分数阶传递函数,这两种措施缩短了解算时间。仿真结果表明,线性系统的泛化性精度可达亿分之几,非线性系统可达万分之几,可以离线应用。

基于分数阶滤波系统的LoRa新型抗干扰SF_(6)密度继电器

随着中国超特高压的迅速发展,SF_(6) 气体密度继电器在各类电压等级设备中广泛应用。由于电网设备所处的电磁环境复杂,现有SF_(6) 气体密度继电器无法将各类信息准确远传,因此研究一种新型抗干扰远传式SF_(6) 气体密度继电器具有重要的意义。介绍了SF_(6) 气体密度继电器的基本原理,并以分数阶滤波系统为基础,提出了一种新型抗干扰SF_(6) 气体密度继电器,并通过现场试验验证了该设备的可靠性。

基于Shanks'信号模型技术的分数阶滤波器设计

本文采用脉冲响应不变法和Shanks'信号模型进行分数阶滤波器的设计。首先选择效果比较好的生成函数,利用采样脉冲的初始值求出其离散的脉冲响应函数,然后基于脉冲响应不变法使用Shanks信号模型方法将分数阶微积分运算转换到IIR型滤波器运算。最后通过对信号的Matlab仿真验证了本算法的有效性和实用性。

SWT及其在分数阶滤波器设计中的应用

为解决受噪声干扰的非平稳信号的滤波问题,最大化地保留有用信号,提出了由Stockwell-Wigener变换(SWT)辅助设计的分数阶滤波器方法。提出了SWT,它是结合了S变换多分辨率和Wigner-Ville分布高清晰度优点的一种新的信号时频方法,并将SWT用于辅助设计分数阶滤波器,从而进一步最小化被滤波截止线包围的含噪信号时频表示面积,提高滤波后的信噪比。理论分析和仿真实验结果表明,该方法有效且可行,可使恢复信号的归一化均方差得到进一步减小。

新型分数阶滤波抗干扰SF_(6)密度继电器的研究与实现

本文介绍了SF_(6)密度继电器的发展现状及基本原理,根据500kV变电站现场实际情况提出了远传式SF_(6)密度继电器存在的问题。以分数阶滤波系统为基础,提出了一种新型抗干扰SF_(6)气体密度继电器,并通过现场试验验证了该设备的可靠性。

基于干扰重构和分数阶滤波的频谱弥散干扰抑制

频谱弥散(Smeared Spectrum,SMSP)干扰是一种针对脉冲压缩雷达的密集假目标干扰,兼具压制和欺骗干扰效果。为了有效抑制SMSP干扰,根据SMSP干扰参数与雷达发射信号参数的关系,提出了基于干扰重构对消和分数阶滤波的干扰抑制方法。首先利用分数阶傅里叶变换对SMSP干扰调频率进行精估计得到SMSP干扰子脉冲个数和脉宽,然后构造特殊匹配滤波器估计SMSP干扰的时延,接着采用匹配傅里叶变换估计SMSP干扰的幅度和初始相位,最后在参数估计的基础上重构SMSP干扰并对消。仿真结果表明,干扰重构对消达到29 dB以上信干比增益,在此基础上分数阶滤波能进一步提高信干噪比增益。

基于分数阶噪声滤波器的特高频局部放电检测抗噪声分析

内置式特高频局部放电检测中存在通信与电磁叠加产生的高频复合噪声,对局部放电信号产生干扰及掩盖,无法获取精准的局部放电波形。因此,结合分数阶噪声滤波器的特点和滤波原理,提出基于分数阶噪声滤波器的内置式特高频局部放电检测噪声控制方法,并通过有限元仿真和试验验证了该方法的有效性、稳定性与可靠性。

分数阶线性相位滤波器的设计与实现

文中讨论了一种基于内点算法的分数阶线性相位滤波器的设计方法。从分数阶全极点低通滤波器传递函数的一般形式出发,推导了(1+α)阶和(2+β)阶线性相位滤波器传递函数的合理结构,进而对分数阶滤波器的相频特性优化问题进行建模和求解,得出了一种具有线性相位特性的分数阶滤波器,并对滤波器进行了稳定性分析和频域分析。结果表明所分析的滤波器均稳定并且有良好的相频特性,此外相比于整数阶滤波器,分数阶滤波器群延时的步阶更为精细。基于分数阶电容还设计了(1+α)阶和(2+β)阶滤波器的有源电路,其中分数阶电容用Foster-I型RC网络进行近似。最后对(1+α)阶和(2+β)阶滤波器有源电路进行了实测,测试结果与电路理论上的幅相频率特性之间的误差在可接受范围内。

分数阶傅里叶滤波在欺骗干扰中的应用研究

分数阶傅里叶变换较之于传统傅里叶变换能更有效地将线性调频信号与噪声分离.但分数阶傅里叶域频谱能量的聚集性受信号占空比及调频带宽两方面影响,当占空比较小并且调频带宽很宽时,往往难以得到尖锐的谱峰.本文提出短时滑窗方式的分数阶傅里叶滤波方法,分析了时频域截断对其频谱的影响,在此基础上提供一种低信噪比情况下线性调频信号的检测准则,进而详细论述分数阶傅里叶域滤波的流程.仿真结果表明,运用这种准流水方式的滤波方法处理盲信号,信噪比可提高10dB以上,而有用信号的能量损失却极小.在雷达的欺骗干扰领域应用此方法可提高干扰性能.

分数阶IIR和FIR滤波器及其逆系统的研究

分数阶滤波器(FrF)是传统整数阶滤波器的推广,在控制和信号处理等领域有广泛的应用前景。本文对离散时间FrF的一般表达形式进行了讨论;研究了基于Taylor级数展开的分数阶递归和非递归型IIR滤波器及其逆系统的结构和频率特性;分析了多项式近似情况下,递归和非递归型FIR FrF的频率特性与滤波器参数的关系;研究了非递归型FIR逆FrF系统及滤波器参数对频率特性的影响。

基于分数阶巴特沃斯滤波器的1000kV特高压远传式SF_(6)密度继电器

由于1000kV特高压设备所处电磁环境复杂,采用现有技术的远传式SF_(6)密度继电器抗干扰能力差,无法将设备信息准确远传,严重影响特高压设备在线监测。为解决这一问题,利用分数阶巴特沃斯滤波器设计了一种新型抗干扰远传式SF_(6)密度继电器。通过500kV及1000kV两类组合电器在三种情况下抗干扰试验、极端特殊情况下的电磁干扰试验,表明采用分数阶巴特沃斯滤波器的远传式SF_(6)密度继电器具有良好的最大抑制倍数,验证了本文方法的有效性、全面性。

一种分数阶巴特沃斯滤波器的有源电路设计

本文将分数阶的低通滤波器的传递函数通式近似设计为Butterworth滤波器,在确定阶数与截止频率之后计算得到传递函数的系数.继而,本文通过该传递函数设计电路,进行仿真并电路实现.本文设计的电路在任意阶数下都只需要修改小部分元件便可得到预计截止频率,具有很强的灵活性.

分数阶低通滤波器的优化设计研究

分数阶滤波器由于具备连续步进的阻带衰减速率和更大的设计自由度而受到国内外学者的广泛关注.本文提出两种符合指标要求的分数阶低通滤波器的优化设计方法,即采用Matlab优化工具箱中的Fminimax和Fgoalattain两种多目标优化函数来分别设计符合指标要求的两种不同形式传递函数的分数阶低通滤波器,通过比较通带偏差、阻带偏差以及群时延等参数,总结这两种方法所优化设计的滤波器各自的特点.给出设计实例,对其进行稳定性分析和电路仿真,并搭建电路证明了所提设计方法的有效性.

(1+α)阶线性相位滤波器的优化设计

针对分数阶Bessel滤波器的线性相位特性较差,该文提出了一种分数阶线性相位滤波器的优化设计方法。通过对一般形式的分数阶低通滤波器传递函数进行分析,提出一种合理的分数阶低通滤波器传递函数结构,并对分数阶低通滤波器相频特性优化问题进行建模和求解,得出一种具有线性相位特性的分数阶低通滤波器。经过分析可知,文中设计分数阶滤波器皆稳定,并且与整数阶滤波器相比分数阶滤波器可以通过调整阶数对通带的群延时和相位延时进行精细的调整。文中基于分数阶电容设计了1.7阶线性相位低通滤波器的有源电路,由于目前没有商用分数阶电容的生产,因此该电路中的分数阶电容用RC网络进行模拟。电路测试结果表明,1.7阶低通滤波器有源电路的频率响应与滤波器理论上频率响应之间的误差在可接受范围内。

二维分数阶卡尔曼滤波及其在图像处理中的应用

该文研究了二维分数阶卡尔曼滤波及其在图像增强与滤波中的应用问题。首先基于分数微积分的定义,建立了二维线性离散系统的分数阶差分状态空间模型。然后,提出了一种可应用于图像信息处理的二维分数阶卡尔曼滤波算法,并通过实验验证了该文提出算法的有效性。仿真结果证明,该算法增强了图像中的细节特征,同时消弱了图像中的背景噪声。

分数阶差分滤波器及边缘检测

为了减少边缘检测中的噪声影响,设计了一种分数阶差分滤波器,给出了该滤波器的原理,分析了此类滤波器的幅频特性。该滤波器的系数可通过调节它的阶次来改变,在合适的阶次范围内,该滤波器具有一定的平滑功能。同时,它还克服了直接用分数阶微分检测边缘时,有边缘漂移的问题。最后,我们将其应用于边缘检测,结果表明,在无噪声情况下,其检测结果和其它方法一样好,在有噪声情况下,该滤波器具有一定的噪声免疫力。

基于分数阶联合卡尔曼滤波的磷酸铁锂电池简化阻抗谱模型参数在线估计

电池特性建模及模型参数在线估计是电动汽车电池管理系统的关键技术,以磷酸铁锂电池这一非线性系统为研究对象,以包含分数阶元件的简化电池电化学阻抗谱模型为基础,建立了该模型的状态转移方程和系统观测方程,运用分数阶联合卡尔曼滤波器(FJKF)对该模型的扩散极化电压和模型参数进行了在线估计。试验结果表明,该模型能较好地表征磷酸铁锂电池的动态特性,分数阶联合卡尔曼滤波算法在参数估计过程中能够保持很好的精度,同时该方法对多种测试工况都有较好的适用性,算法估计得到的模型参数值具有较好的稳定性。