基于频域分析的高速列车侧风倾覆机理

侧风作用下列车的动态环境以轮轨相互作用为主向,以空气动力作用为主演变,列车的侧风倾覆行为成为威胁列车行车安全性的主要诱因.首先,采用精细化车-轨耦合模型开展列车侧风倾覆的频域特性分析,以明确侧风倾覆响应对列车模型的敏感性;基于考虑模态特性的频域分析框架,推导脉动风及轨道不平顺与列车倾覆动力响应间的传递函数,结合相应参数进行分析,以直观揭示列车的侧风倾覆机理.结果表明:列车倾覆行为受绕车体下心侧滚模态和车体沉浮模态控制影响,其风荷载影响要明显大于轨道不平顺;在轨道不平顺激励下,第一阶模态贡献主要由轨向不平顺引起,第二阶模态贡献主要由高低不平顺引起,在脉动风荷载激励下,其顺风向脉动风分量起主要贡献;车速、风速和风向角的增大都会引起列车动力响应的增大,进而降低列车安全运营时的最大允许风速;失效概率的增大会降低动力响应的极值,进而提高安全运营风速.

复杂电能信号谐波时频域特征分析及其对电能计量影响

为准确分析复杂电能信号谐波时频域特性对电能计量的影响,提出了一种零值搜索-短时傅里叶变换时频域电压、电流信号幅度和相位分析算法,利用信号波形过零特征,自适应调整短窗傅里叶变换的时域窗宽,解决了电网频率波动导致的相位累积效应对相位分析的影响,算法的幅值分析误差为10-3、相位分析误差小于1°;建立了复杂电能信号时频域数据表征模型和4类时频域全局化特征矩阵提取算法,解决了时频域特性表征与提取的问题;以典型非线性动态负荷中频炉为分析案例,分析给出了其4类时频域全局化特征,并建立了畸变波形动态电能测试信号特征模型,通过辅助实验验证了4个时频域全局化特征对电能表动态超差的影响,提出了对国际和国内标准修改的建议。

基于时频域综合分析的无创血糖检测技术研究

无创血糖检测技术是一种间接测量血液中葡萄糖含量的方法,其不损伤人体组织具有安全、快捷、无创的特点,打破了传统血糖检测的局限性,具有重要的研究价值。光电容积脉搏波信号因携带多种生理病理信息,被广泛应用于各种临床研究,也是目前实现无创血糖检测技术的重点关注对象。目前基于光电容积脉搏波信号的无创血糖检测研究,仅考虑了时间域或频率域单独作用时对系统建模的贡献。信号的时域分析虽能描述PPG信号幅值随时间的变化,却无法直观反映PPG信号频率的能量分布,因此单一域的信号分析不能全面表达PPG信号,从而导致信息丢失。采用频域分析方法提取信号频谱时,需要利用信号的全部时域信息,是一种全局的变换,可能会造成特定时间或特定频率段内的信号特性丢失。提出了一种基于光电容积脉搏波(PPG)时频域综合分析的无创血糖检测新方法,采用时域-频域并行法综合考量光电容积脉搏波信号与血糖间的联系。以时域分析为基准,利用聚类分析法在PPG信号时域中提取代表波形,分析波形特征点与血糖相关性,确定波形时域特征参数。在此基础上,利用快速傅里叶变换将脉搏波时域信号转换至频率域,采取主成分分析手段研究频谱信息,确立频域特征量。通过口服葡萄糖耐糖实验(OGTT)对获取的波形信号提取时频域特征参数,以实时检测的有创血糖浓度值作为参考,构建基于BP神经网络的无创血糖检测模型,同时为提升模型精度实现模型最优化,应用遗传算法对模型进行二次修正,最终实现模型测试集平均绝对误差(MAE)为1.13 mmol·L^(-1),均方根误差(RMSE)为1.42 mmol·L^(-1)。Parkers共识网络栅格(Parkers CEG)评估结果显示:在A区与B区的预测结果分别占80.3%、19.7%,实验结果表明该方法具有良好的预测精度,为实现日常血糖无创监测可行性提供了理论基础及可靠性依据。有助于完善糖尿病的检测与监测体系,更好地全面判断病情,及时预防、指导、治疗糖尿病。

基于时频域参数分析的直流电弧故障检测装置

针对现有的直流电弧故障检测方法容易受到环境影响,无法实现精准检测,且算法结构复杂,难以部署于实际应用,基于短时傅里叶变换设计一种直流电弧故障检测算法。通过分析电弧电流信号在频域上的幅值变化趋势,将频谱划分为不同的阶段,计算不同阶段频率积分的比值,根据大量实验结果得到判定的阈值从而实现电弧故障检测。最后,选择合适的单片机实现检测算法并进行测试,验证所提算法的有效性。结果表明,所提算法不仅能在多种类型负载并联的情况下及时检测出电弧故障,检测的准确率可达94.4%,而且在面对正常状态电流时的误判率为0,证明其具有较好的稳健性。

超临界碳氢燃料流动不稳定的频域分析与数值模拟

再生冷却通道中的流动失稳是高超声速飞行器发动机热防护技术中的核心问题之一。为研究超临界碳氢燃料在冷却通道中的流动不稳定特性,基于有限体积法及流体物性近似,发展了高效的一维瞬态模拟方法;同时,基于小扰动假设,进一步提出了用于预测稳定行为的频域分析方法。通过相关实验,验证了模型的可靠性。基于时域和频域方法的综合分析,沿内特征曲线讨论了主要失稳类型,重点分析了受密度波及Ledinegg不稳定共同影响的复合不稳定性。随后,进一步分析了工作压力和入口温度对稳定特性的耦合影响,并基于N_(tpc)-N_(spc)空间划分了稳定区域。研究发现,复合不稳定、Ledinegg不稳定以及密度波不稳定,随入口温度升高而相继消失。Ledinegg不稳定及密度波不稳定的稳定边界在N_(tpc)-N_(spc)空间具有高度相似性,而复合不稳定性的区域在较高的压力下略有缩小。

基于频域阻抗网络建模分析的交直流微电网振荡问题研究

交直流微电网在不同类型电力电子变流器的不同带宽控制环节作用下,容易引发系统发生宽频振荡问题。现有的微电网振荡分析主要基于阻抗分析法和特征分析法,然而这两种方法存在一定的局限性。为此,该文研究了基于频域阻抗网络模型的交直流微电网振荡问题建模与分析方法。首先,建立了交直流微电网在频域下的等效阻抗网络模型,并计算节点频域导纳矩阵及回路频域阻抗矩阵。其次,基于频域模式分析法,建立了交直流微电网的节点/回路振荡参与程度指标以及设备和控制参数的灵敏度指标,给出了振荡的交直流传播特性分析方法,便于明晰系统振荡机理与关键影响因素。最后,通过Matlab/Simulink时域仿真及算例分析验证了上述频域阻抗网络建模和振荡稳定性分析方法的有效性。

基于频域分析的PMSM双闭环PI控制器整定方法

以永磁同步电机(PMSM)双闭环调速系统为对象,在对其数学模型进行合理简化的基础上,综合考虑了逆变器开关周期、电流和速度滤波等环节的影响,给出了一种在频域进行PI控制器参数设计的整定方法。通过建立双环的数学模型,得到关于开环频域特征量的解析式,根据电流环在中低频段的特性以及转速环中阻尼系数难以精确测定的问题,分析推导了电流环和转速环PI参数简化设计的方法。利用工程经验将闭环时域指标转化开环频域特征量,并结合各类约束条件合理界定其取值范围,由此得到的PI控制器可以兼顾快速性和稳态跟踪能力。仿真和实物实验验证了整定方法的可行性,该方法确立了双环控制器参数与其对应的开环截止频率和相位裕度的解析式,并明确了开环频域特征量与闭环时域指标的关系,具有较强的工程参考和应用价值。

基于频域分析的DAB变换器最小电流有效值策略

为了解决双有源桥(DAB)变换器在单移相调制(SPS)轻载情况下效率较低的问题,提出了一种频域分析法下以最小电流有效值为目标的调制优化策略。首先,采用频域分析法对DAB进行分析以简化时域法的模态分析过程,建立传输功率和电感电流的谐波数学模型;接着以电流有效值最小为优化目标,利用Karush-Kuhn-Tucker(KKT)条件下的拉格朗日乘子法求解最优移相角;利用全局电感电流有效值最小调制方案与时域分析法下的SPS、双重移相调制(DPS)和三重移相调制(TPS)优化方案进行对比分析。最后,搭建实验平台验证了所提策略实现电感电流有效值最小和提高变换器效率的有效性。

浅谈“测试与传感技术”的教学创新——以信号的频域分析为例

针对机械电子工程专业“测试与传感技术”课程信号频域分析的内容概念抽象、对于学生来说晦涩难懂、对应课程目标达成度不理想的教学现状,课程组采用了重构教学内容、创新教学手段、增加随堂测试和课程思政融入等一系列创新方法,帮助学生理解课程内容、加强学生理论基础,提升学生工程应用能力,提高课程目标达成度。

基于频域分析的名义控制增益估计

针对自抗扰控制器在处理一类欠阻尼对象时未考虑闭环带宽对名义控制增益的影响,提出一种基于频域分析的估计方法来确定名义控制增益。通过模态分解技术,分析了具有两个本征模态的欠阻尼系统的频率响应。针对这类欠阻尼对象,探讨了在相同闭环带宽下确定名义控制增益的指导规则,并研究了不同闭环带宽对同一欠阻尼对象名义控制增益的影响。仿真结果表明,基于频域分析的名义控制增益估计方法能够准确地确定名义控制增益。

自适应增广控制频域分析与飞行试验

本文聚焦运载火箭自适应增广控制频域分析问题。首先,通过对控制器结构的简化,降低其非线性,同时构造单输入单输出环节,便于频域分析;之后,利用描述函数和常微分方程近似解析解的思想,对自适应增广控制进行了频域分析,获得了频域模型;最后,基于可重复使用验证飞行器对自适应增广控制器进行了飞行测试。飞行结果显示频域模型正确且精度较高,能够获得更好的控制效果。

基于频域分析的DAB变换器优化控制策略

为提高双有源桥(DAB)变换器的工作效率,简化DAB变换器的分析过程,此处在频域分析下采用矢量分析方法,提出了一种最小均方根电流的控制策略。相比于时域分析下通过详细的模式分析过程以及复杂的数学优化工具得出的优化控制策略,频域分析方法无需求解开关周期中各时段的状态方程,通过矢量图直观地推导出以电流有效值为优化目标的控制策略。在约束范围内,该策略可以有效降低电流有效值,提高传输效率。最后,通过搭建实验平台,验证了所提优化控制策略的有效性。

利用频域分析技术实现转化炉引风机故障精确诊断

甲醇锅炉引风机为离心式引风机,主要承担甲醇装置锅炉烟气抽离作用。该引风机出现振动逐渐增大现象,维护人员判断为联轴器故障,认为联轴器存在磨损问题,故振动烈度持续增大,最大值达到8.7mm/s以上,对该机完成了联轴器的改造更换工作,由柱销联轴器更换为单膜片联轴器。试机时发现风机振动值下降不明显,水平振动烈度达到7.8mm/s。状态监测专业分析人员现场采集振动频谱,利用频域分析法排查故障原因,精确判断了故障元件,实现精准检修,解决了长期困扰工艺生产的设备难题。

Lambda整定方法的频域分析及工程应用

Lambda是针对自衡对象有效的PID控制器工程整定方法。在频域上针对使用该整定方法的闭环控制系统进行分析,给出了相位裕度和幅值裕度的计算公式,并对λ选择进行了分析。当λ=τ相位裕度和幅值裕度分别达到61.4°和π,这两个参数都非常接近工程推荐的最佳裕度。当被控对象是高阶过程时,可以采用基于响应曲线的控制模型辨识工程方法获得控制模型的等效模型增益、等效时间常数和等效纯滞后时间,然后用Lambda整定公式进行PID整定。仿真结果展示了获得模型的过程和整定方法的有效性。

PID参数整定方法的时域及频域分析

PID的控制性能取决于其参数整定。PID的整定方法众多,不同被控对象采用不同的整定方法,其控制效果有较大的差距。目前,研究缺乏对PID参数整定方法选择的指导,为此,通过5种范例,从时域及频域分析对比PID整定方法的特性,为PID参数整定方法的选择提供参考。结果表明,若想获得快速的响应,可选择Ziegler-Nichols(ZN)调参法;若想获得温和的响应曲线,可选择NCC调参法。

地震资料时频域分析方法及高分辨率处理技术研究

针对地震资料时频域分析问题,本次研究首先对常见的时频域分析方法进行探讨,在此基础上,开展地震资料高分辨率处理技术研究,为推动地质勘探领域的进一步发展奠定基础。研究表明:时频域分析方法能够揭示地震信号在时间和频率上的变化规律,通过分析地震波的传播路径和速度等信息,有助于更深入地理解地下的地质结构、岩性分布以及构造特征,常见的时频域分析方法包括傅里叶变换方法、短时傅里叶变换方法、小波变换方法、S变换方法以及希尔伯特变换方法等,常见的高分辨率处理技术包括反褶积算法原理、基于希尔伯特-黄变换算法的动态反褶积算法,在对地震资料进行处理的过程中,通过对时频域分析方法和高分辨率处理技术进行合理的选择,有利于全面提高地震资料的处理效果。

基于蒙特卡罗方法和频域分析的暂态电压稳定性分析方法

研究基于蒙特卡罗方法和频域分析的暂态电压稳定性分析方法。通过仿真建模IEEE 39节点标准系统,在16号节点设置3次持续0.1 s的接地短路故障,验证所提方法的有效性。实验结果表明,该方法能够准确捕捉系统在故障后的电压波动范围,展示出较高的分析精度和稳定性,能够为大规模电力系统的暂态电压稳定性提供科学的评估手段。

基于时频域分析的LSTM电力系统报警方法研究

为克服传统语音分析方法的局限性,文章采用基于时频域分析的长短时记忆网络模型,提出基于时频域分析的长短时记忆(Long Short-Term Memory,LSTM)电力系统报警方法。同时,在UrbanSound8K数据集上开展实验验证该方法的有效性。结果表明,该方法的准确性、精确度、召回率和F1分数等较高,表现出在正常和异常声音分类任务上的平衡性和稳定性。

新型海上风机浮式平台运动的频域分析

以5,MW风机为模型,概念性地设计了一种新型海上风机浮式平台.基于三维势流理论和Morison经验公式,利用HydroD软件计算了浮式平台的水动力系数;根据悬链线理论,编程计算了系泊系统提供的回复刚度;考虑风机与平台、系泊系统与平台之间的耦合以及黏性阻尼的影响,在频域范围内编程计算了风机系统的运动响应,得到新型浮式平台的幅频响应曲线,并在此基础上研究了波浪入射角、水深等因素对浮式平台运动的影响.结果显示,在波浪角为0°时运动响应最大,且浮式平台更适用于较大水深.

大跨越输电塔线体系风振响应频域分析及风振控制

以规划中的世界第一高塔——舟山大跨越输电塔为工程背景,在以往工作的基础上,针对塔线耦合体系背景响应与共振响应各自的特征,进一步研究了塔线体系风振响应的频域简化分析方法。通过与单塔风振响应的比较,明确了塔线耦合作用对两种响应分量所造成的不同影响。与时域方法计算结果的对比表明,采用频域分析法,不仅可以获得准确的风振响应,同时提高了求解的计算效率。以简化分析法为基础,选取粘弹性阻尼器为被动耗能装置,采用多目标优化的混合遗传算法计算得到了塔线体系的风振控制方案,并通过理论计算与气弹模型风洞试验对该方案的风振控制效果进行了验证。