基于双稳态系统二值图像质量改善算法

针对二值图像处理,为抑制噪声改善图像质量,论文提出一种利用双稳态随机共振系统实现含噪二值图像增强方法。论文首先对图像分别按行和列重采样为一维信号,并将该一维信号输入双稳态系统,通过欧拉法或龙格-库塔法迭代求解双稳态方程的输出序列,得到增强图像对行和列两个方向的偏导数,再结合该偏导数根据截断的二维泰勒公式推导出邻近像素点的值,然后对每个像素计算获得的多个值加权平均得到增强的灰度图像,对灰度图像二值分割即得到最终的复原二值图像。实验结果表明,论文算法能有效从高强度噪声中增强原二值图像,且相对于传统维纳滤波算法峰值信噪比提高了22.36%,相对于对比算法,峰值信噪比平均提高了10.8%。

白噪声激励下势阱深度对双稳态系统发电性能的影响研究

以含附加线性振子的双稳态电磁式振动能量捕获器为研究对象,建立了高斯白噪声激励下考虑势阱深度的双稳态系统无量纲控制方程,将双稳态系统的势阱深度转化为刚度系数比值。借助数值仿真,分析了在不同的噪声强度下刚度系数比值对双稳态系统的发电性能影响,获得了不同噪声强度下的最优刚度系数比值。以不同噪声强度下使双稳态系统产生最大输出功率的势阱深度为目标,连续变化质量比和调频比参数,获得了此时仍可产生大功率输出的最佳参数配置范围。研究结果可为双稳态电磁式振动能量捕获系统的工程实现提供理论基础。

声光双稳态系统的周期驱动混沌

利用外周期信号对处于周期态的声光双稳态系统进行驱动 ,在合适的驱动强度和频率下 ,系统可能从周期态转换为李雅普诺夫指数意义下的混沌态 提出了这一混沌反控制方法 ,针对声光双稳态系统进行了计算模拟 。

声光双稳态系统周期驱动混沌保密通信

通过对声光双稳态系统进行周期驱动 ,调节驱动强度可使系统从周期态转变为混沌态。本文提出利用此混沌系统进行保密通信 ,我们先在系统处于周期态时使接收和发送端的两个声光双稳态系统同步 ,再改变驱动信号强度 ,使两系统同时进入混沌态 ,从而使得两个混沌系统具有相同的初始条件和参数 ,即得到两个同步混沌相同 ,在混沌同步的基础上实现混沌保密通信。

指数可调双稳态系统的参数调节随机共振

在指数可调双稳态系统的基础上,利用参数调节随机共振方法,研究了可调指数变化对二进制脉冲幅值调制(PAM)信号传输系统性能的影响.算例中利用一个系统输出概率分布的近似表达式,给出了系统误码率随可调指数的变化曲线.数值仿真试验结果表明,适当选择指数可以大大提高系统从噪声中分辨出有用信息的能力.理论误码率和仿真试验中实际误比特率的对比结果表明,该近似处理方法是有效的.

基于量子遗传双稳态系统的配电网故障选线方法

针对含分布式电源(DG)的配电网发生单相接地故障的情况,提出一种基于量子遗传双稳态系统的含DG配电网故障选线方法。首先,基于互相关余弦和量子遗传算法,对双稳态系统的势函数参数进行优化,并利用优化双稳态系统提取噪声背景下各线路的暂态零序电流。然后,求取各线路暂态零序电流的归一化能量系数,计算各线路的归一化余弦系数。最后,依据归一化能量系数和余弦系数求取各线路的特征角度,判定特征角度大于90°的线路为故障线路。大量仿真实验结果表明,所提方法不受高斯白噪声强度、故障电阻和故障距离等因素影响,具有可行性、有效性和应用性。

调制信号对光学双稳态系统输出信噪比的影响

为了探讨调制信号对光学双稳态系统输出信噪比的影响,采用线性化近似方法计算得到了受周期性信号调制的光学双稳态系统的光强关联函数和输出信噪比;分析了输出信噪比随调制信号振幅、调制信号频率变化时,泵噪声强度、调制信号频率、量子噪声强度、调制信号振幅对输出信噪比的影响。研究表明,增大泵噪声强度和调制信号频率,减小量子噪声强度,均能够增加系统输出信噪比。

基于随机共振模型的并行双稳态系统设计

研究了多频信号的随机共振,提出了多频信号的分步检测思想,并应用这一思想设计了并行多通道双稳态系统。系统首先将实测采集的数据,经过二次采样器进行大频率到低频的变换;然后将低频信号数据送入双稳态系统进行随机共振处理;最后按照二次采样的频率变换比,恢复实测数据的采集尺度,得到噪声背景下弱信号的特征频率。

泊松白噪声激励下双稳态能量采集系统的动力学复杂性

运用统计复杂度刻画了泊松白噪声与周期信号共同作用下双稳态能量采集系统的动力学复杂性。考虑到泊松白噪声的复杂统计特性,首先,运用Bandt-Pompt算法构造了双稳态能量采集系统响应的驻留时间间隔,基于此得到了系统的统计复杂度与标准Shannon熵;其次,采用数值方法计算了该系统的均方电压和有效输出功率;最后,详细地分析了泊松白噪声、耦合系数、阻尼系数、周期信号等参数对系统动力学复杂性与能量采集效率的影响。结果表明,统计复杂度曲线与标准Shannon熵曲线的非单调演化趋势表明系统产生了随机共振现象,选取合适的系统参数能够促进随机共振行为,此时系统的动力学复杂性达到最大化。此外,均方电压与有效输出功率随着参数的变化趋势与统计复杂度曲线的演化行为相一致,且随机共振行为发生时,此时系统的能量采集效率最高。

基于统计复杂度下双稳态能量采集系统的随机共振分析

针对高斯白噪声和周期信号共同作用下双稳态能量采集系统,运用统计复杂度方法度量了系统的随机共振行为和采能效率。首先,借助数值方法计算了系统的统计复杂度和有效输出功率;其次,深入探究了噪声强度、耦合系数等参数对系统随机共振现象与采能效率的影响;最后,从信息论的角度阐释了随机共振与系统采能效率之间的作用规律。结果表明,统计复杂度曲线的非单调演化趋势意味着系统产生了随机共振现象;选取合适的噪声强度、耦合系数及阻尼系数等能够增强系统的随机共振行为。此外,均方电压和有效输出功率曲线与统计复杂度曲线具有相同的演化规律,即当系统产生随机共振行为时,采能效率达到最大化。

基于统计复杂度下随机双稳态能量采集系统的随机共振

针对泊松白噪声和周期信号共同作用下双稳态能量采集系统,运用统计复杂度方法度量了系统的随机共振行为和采能效率。首先,通过数值方法计算了系统的统计复杂度和有效输出功率;其次,深入研究噪声、系统以及信号等参数对系统随机共振现象与采能效率的影响;最后,从信息论的角度解析了随机共振与系统采能效率之间的关系。结果显示,统计复杂度曲线的非单调演化趋势意味着系统产生了随机共振现象;选取合适的噪声强度、耦合系数及阻尼系数等能够增强系统的随机共振行为。此外,均方电压和有效输出功率曲线与统计复杂度曲线具有相同的演化规律,即当系统产生随机共振行为时,采能效率达到最大化。

双不确定参数作用下双稳态能量采集系统的随机响应分析

非线性多稳态能量采集系统模型复杂、结构参数较多,由于测量、加工、装配过程中不可避免的存在误差,这些结构参数都存在一定的不确定性.而关键参数的微小变化都可能对系统输出电压产生显著影响,特别当多不确定参数同时存在时,可能会对系统能量采集性能产生更加复杂的影响.因此,研究多不确定参数作用下非线性能量采集系统的随机行为十分必要.本文针对具有双不确定参数的双稳态能量采集系统,首先,利用Routh-Hurwitz定理分析了确定性双稳态系统平衡点的稳定性及其静态分岔特性;继而,借助正交多项式逼近法,将具有两个相互独立的不确定机电耦合系数的随机双稳态系统转化为等价确定性扩阶系统,使系统的随机响应问题转换为等价系统的响应问题;之后,从全局和局部两个角度出发,通过等价系统与确定性系统吸引子、吸引域、相轨、均方电压以及能量转化率的对比,揭示了不确定参数对系统动力学行为和发电性能的影响.结果表明,在一些敏感的参数区间内,两机电耦合系数的不确定性均会导致系统运动状态发生变化,且不确定参数强度越大,系统会越早通过倍周期分岔级联进入混沌状态;此外,在两机电耦合系数的不确定性作用下,系统均方电压均会出现一定程度的降低;且与电方程中机电耦合系数相比,机械方程中机电耦合系数对系统的影响更显著,当两不确定参数共同作用时,系统的能量采集性能变化更显著.

带碰撞双稳态压电俘能系统的俘能特性研究

双稳态俘能系统的运动常常会陷入单个势能阱中,导致俘能效率降低.为了解决这个问题,本文提出了一类带碰撞的磁斥力双稳态压电振动能量采集系统.建立了该碰撞双稳态系统的机电耦合方程,分析了碰撞对双稳态系统动力学特性的影响.研究了确定性激励和低强度随机激励下碰撞对系统响应特性和俘能效率的影响.结果表明:简谐激励下,碰撞能够使得原双稳态系统的单阱小幅周期运动转变为双阱间的大幅运动,从而有效地提高输出功率.得到了低强度随机激励下,不同碰撞间隙对系统动力响应特性和输出功率的影响规律.对一个给定的随机激励,存在一个最优的碰撞间隙,此时碰撞能够将原双稳态系统单阱内的随机运动转化为频繁的双阱跳跃,出现大幅值运动,从而大幅提高了系统的俘能效率.

双稳态系统中随机共振和相干共振的相关性

研究了加性噪声和乘性噪声共同驱动的双稳态系统中的随机共振和相干共振现象.针对加性噪声和乘性噪声之间不存在关联性和存在关联性两种情形,引入一种适当的能同时表征随机共振和相干共振的指标,应用一阶欧拉方法,通过数值模拟对系统的随机共振和相干共振现象进行研究.结果表明在弱噪声驱动下,随着加性噪声强度的增加,当系统出现相干共振时,如果给系统外加一个弱周期驱动力,几乎在同一时刻,系统也出现了随机共振现象;但随着乘性噪声强度的增加,仅当加性噪声和乘性噪声之间相关时,此结论成立.并且系统参数对相干共振和随机共振的影响是一致的.

势阱深度对双稳态电磁发电系统发电性能的影响研究

电磁式振动能量捕获技术从单稳态系统发展到多稳态系统,拓宽了响应频带,增大了输出电压,能够获得较好的发电性能.以附加线性振子的双稳态电磁式振动能量捕获器为研究对象,主要研究了势阱深度对双稳态系统发电性能的影响,并基于最优发电性能下的势阱深度,研究了双稳态系统结构参数中质量比与调频比对系统发电性能的影响.通过数值仿真结果说明,在外部激励频率为低频时:势阱深度较大时,双稳态系统的振子只能在一个阱内发生小幅振动运动;当势阱深度小到一定程度时,双稳态系统的振子跨过势垒在两个阱间内发生大幅混沌运动或周期运动,其优于小幅振动运动时的平均输出功率.通过数值模拟,得到双稳态系统具有较高的发电性能下的最优质量比、调频比以及阻尼比参数.

电光双稳态系统的混沌控制与同步

根据长延时状态下电光双稳系统的特点,提出了实现其混沌控制与同步的具体方案.数值模拟的结果表明:适当选取驱动强度及驱动系统的状态,不仅可以实现对响应系统不同周期状态的稳定控制,还可以实现驱动系统与响应系统间的广义混沌同步.以最大李雅普诺夫指数为标准,给出了实现混沌同步的参数范围.

过阻尼非线性系统抑制大频率噪声机理及其弱信号检测研究

文章应用四阶Runge-Kutta算法对非线性Langevin方程进行分析,研究过阻尼非线性双稳态系统抑制噪声效应机理和大频率弱信号通过非线性双稳态系统的输出特性.数值计算结果表明,在选择适当系统参数的条件下,过阻尼非线性双稳态系统对伴随大频率弱信号的噪声具有强烈的抑制作用,使得输出信号的信噪比明显提高.将该系统用于强噪声背景下的弱信号检测,达到了识别大频率弱信号的目的,具有较高的应用价值.

基于优化双稳态去噪的小电流接地系统故障选线方法

小电流接地系统发生单相接地故障时,强噪声会造成暂态零序电流故障特征信息难以提取和故障情况随机等问题。为此,提出了一种基于优化双稳态去噪的故障选线方法。首先,在分析噪声对暂态零序电流（TZSC）影响的基础上,将遗传算法和双稳态系统应用到暂态零序电流的去噪中;然后,依据暂态零序电流的峰值将故障情况分为3种模式：强故障模式、中等故障模式与弱故障模式,并获取3类优化双稳态系统;接着,利用这3类优化双稳态系统分别对各线路的暂态零序电流进行去噪,并根据电流峰值最大原则确定暂态特征零序电流（TCZC）;最后,由暂态特征零序电流确定各线路的极性参数,并依据极性参数和极性标准差来建立故障选线判据。仿真结果表明：所提选线方法不受过渡电阻、故障初相角和故障距离等因素影响;同时,在信噪比为-1dB的强高斯白噪声背景下,该方法也能有效滤除噪声;在非母线故障时,该方法能使极性标准差〉0.01,且故障线路的极性参数都小于健全线路;在母线故障时,该方法能使极性标准差〈0.01。研究结果验证了所提故障选线方法的有效性。

双稳态压电能量获取系统的分岔混沌阈值

建立了双稳态压电能量获取系统动力学模型并且分析了系统的同宿分岔和混沌等非线性动力学行为.根据受压梁的双稳态特性,提出了等效双稳态压电能量获取系统的数学模型.基于Melnikov理论,获得了谐波激励作用下的能量获取系统关于同宿分岔的定性研究方法.通过优化系统参数,得到了发生同宿分岔的阈值曲线.数值结果显示系统在临界阈值处由单阱运动演变为双阱运动,验证了理论分析的有效性.结果表明Melnikov方法可为能量获取系统的参数设计提供有效的理论依据.

一种弹性支撑双稳态压电能量俘获系统的动力学仿真分析

为了揭示双稳态能量俘获系统的复杂动力学行为及现象,针对弹性支撑下具有双稳态的压电悬臂梁能量俘获系统的动力学行为进行研究。首先基于能引发双稳态现象的磁力模型,利用牛顿第二定律以及基尔霍夫第一定律建立了基础作简谐运动时系统的数学模型。其次根据无量纲化后的控制方程,利用罗斯-霍尔维茨判据分析了平衡点的静态分岔。最后,利用Matlab数值仿真得出压电悬臂梁位移以及输出电压随系统参数和激励参数的变化规律和分岔图。结果表明,系统的幅频特性呈现为硬特性,但压电悬臂梁的振幅随质量比及刚度比的变化却呈软特性,即在某些参数范围内,系统的简谐周期响应发生分岔并导致混沌运动,系统的运动既可以发生在零平衡点附近,也可以发生在非零平衡点附近,甚至是在不同的平衡点之间作大幅跃迁。因此,相同参数下,系统具有双稳态时比单稳态时具有更丰富的运动形式,可明显提高系统的电压输出和响应频带。研究结果可为工程实际中如何优化振动能量采集器提供理论依据。