基于双树复小波和奇异差分谱的齿轮故障诊断研究

针对齿轮故障振动信号的非平稳特性和包含强烈噪声,很难提取故障特征频率的情况,提出了基于双树复小波和奇异差分谱的故障诊断方法。首先将非平稳的故障振动信号通过双树复小波分解为几个不同频段的分量;由于噪声的影响,从各个分量的频谱中难以准确地得到故障频率。然后对包含故障特征的分量构建Hankel矩阵并进行奇异值分解,求奇异值差分谱曲线,确定奇异值个数进行SVD重构降噪,由此实现对故障特征信息的提取。最后再求希尔伯特包络谱,便能准确地得到故障频率。实验结果和工程应用表明,该方法可以有效地提取齿轮的故障特征信息,验证了方法的可行性和有效性。

基于EMD分解和奇异值差分谱理论的轴承故障诊断方法

针对故障轴承振动信号中含有强烈的背景噪声,难以提取故障频率的现实情况,提出了基于经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)和奇异值差分谱的轴承故障诊断方法。首先通过EMD方法将非平稳的原始轴承振动信号分解成若干个平稳的本征模函数(Intrinsic Mode Function,IMF);由于背景噪声的影响,从各个IMF的频谱中难以准确地得到故障频率。对IMF分量构建Hankel矩阵并进行奇异值分解,进一步找到奇异值差分谱,根据奇异值差分谱理论对某个IMF分量进行消噪和重构,然后再求其频谱,便能准确地得到故障频率。实验结果表明,提出的方法能有效地应用于轴承的故障诊断。

多输入多输出线性定常系统稳定裕度的分析与改进

针对多输入多输出(MIMO)控制系统的稳定裕度求解问题,首先分析了现有的回差阵奇异值法这一计算方法,并得到其解决单输入单输出(SISO)系统的稳定裕度结论,在此基础上,提出两种基于系统回差阵的稳定裕度改进方法;一种是在有限条件下利用矩阵的特征值代替奇异值来建立与稳定裕度关系的策略,另一种是利用系统逆回差阵的行列式,通过求其奇异值来计算系统稳定裕度;最后结合工程实例,通过数值仿真验证两种稳定裕度计算方法相比原方法都有不同程度的改进,而且三种方法可以结合起来进行分析,最大化的减小系统稳定裕度结果的保守性.

基于局部优化奇异值分解和K-means聚类的协同过滤算法

为了克服传统协同过滤(CF)推荐方法数据稀疏和可扩展性差的不足,该文提出1种基于局部优化降维和聚类的协同过滤算法。采用局部优化的奇异值分解(SVD)降维技术和K-均值(K-means)聚类技术对用户-项目评分矩阵中的相似用户进行聚类并降低维度。利用近似差分矩阵表示评分矩阵的局部结构,实现局部优化。局部优化的SVD降维技术可以利用更少的迭代次数缓解CF中数据稀疏和算法可扩展性差的问题。K-means聚类技术可以缩小邻居集查找范围,提高推荐速度。将该文算法与基于Pearson相关系数的协同过滤算法、基于SVD的协同过滤算法、基于K-means聚类的协同过滤算法相比较。在MovieLens数据集上的实验结果表明,该算法的平均绝对误差(MAE)较其他算法降低了大约12%,准确性(Precision)提高了7%。

多变量飞控系统的稳定裕度分析

根据系统回差阵最小奇异值及通用相角－幅值裕度估算图，给出了在系统的输入和输出端所有通道的相角和幅值同时变化时系统的稳定裕度，它不仅可作为评价不同控制律鲁棒性优劣的指标之一，也是对古典单通道量测ＭＩＭＯ系统稳定裕度的补充。同时为了克服所得结果的保守性，采用了两种改进方法，并对某型飞机的侧向运动系统进行了稳定裕度的分析、比较。

奇异值分解用于图像置乱程度评价研究

提出了基于奇异值分解的图像置乱程度评价新方法。首先求置乱前后两图像灰度值差的绝对值矩阵;其次计算灰度差绝对值矩阵与其转置矩阵之积并进行奇异值分解;最后根据所得奇异值构造一个离散概率分布并计算其信息熵作为图像置乱程度评价函数。实验结果表明,所提出的评价方法能够较好地刻画图像的置乱程度,反映了加密次数与置乱程度之间的关系,与人的视觉基本相符。而且对于不同的图像,该评价方法能在一定程度上反映所用的置乱变换在各置乱阶段的效果。

基于TSVD和Hilbert变换的相位差测量方法及应用

针对工程应用中的信号缓变特性,提出截断奇异值分解(TSVD)和希尔伯特(Hilbert)变换联合使用的相位差计算方法。首先对离散的含噪一维信号分段并构成汉克尔(Hankel)矩阵,根据TSVD的奇异值依次降序排列的规律,用奇异熵变化量的拐点确定奇异谱阶次,使该阶次内的信号饱和度基本代替原信号。将降噪后的矩阵重构得到降噪后的信号,对降噪后的信号进行Hilbert变换计算两路信号的相位差。仿真分析及实测数据表明:该联合计算方法满足工程应用,且具有一定的通用性。

基于局部均值分解和奇异值差分谱的滚动轴承故障诊断研究

为了从复杂的轴承振动信号中提取微弱的故障信息,提出了一种基于局部均值分解(local mean decomposition,LMD)和奇异值差分谱的轴承故障诊断方法。首先通过LMD将非平稳的原始轴承故障信号分解为若干个PF(product function)分量,由于背景噪声的影响,难以从PF分量准确得到故障频率,对PF分量进行Hankel矩阵重构和奇异值分解,相应的得到奇异值差分谱,根据奇异值差分谱理论对某个PF分量进行消噪和重构,然后再求重构后PF分量的包络谱,便能准确地得到故障频率。仿真分析和滚动轴承内圈故障实例很好地验证了提出的改进方法的有效性。

由回差阵奇异值求稳定裕度的退化算法

本文研宄使用回差阵奇异值求多输入多输出(MIMO)线性定常系统稳定裕度的方法.首先对此方法进行退化分析,得到求解单输入单输出(SISO)线性定常系统稳定裕度的算法步骤.在此基础上,讨论退化所得算法与传统稳定裕度的关系;进一步地,详细分析此退化算法相比传统稳定裕度的优势,进而指出当系统的增益和相位同时变化时,系统Nyquist曲线g(jω)到临界点(-1,j0)的最短距离min|1+g(jω)|可作为一种更加合理的稳定裕度指标.最后,通过对实例进行数值仿真,说明本文所提退化算法可以克服传统稳定裕度局限性,同时与传统稳定裕度结合得到比较完整的SISO线性系统稳定裕度衡量体系.

基于天线驱动组件的多体卫星MIMO控制及稳定裕度应用研究

针对两输入两输出的多体卫星控制系统,采用工程中的天线驱动组件为天线转动提供驱动力矩,在天线小角度机动条件下,对此线性模型采用多变量频域设计法中的序列回差设计技术,设计卫星本体俯仰姿态和天线转动的多输入多输出(MIMO)控制器,利用Nyquist稳定判据证明系统的稳定性.在此基础上分别利用回差阵奇异值法和逆回差阵奇异值法计算MIMO控制系统的稳定裕度,将两种方法所得结果相结合以减小稳定裕度计算的保守性,最后通过数值仿真验证了控制算法和控制系统稳定裕度结果的有效性.

试飞确定电传飞控系统稳定裕度

根据飞控系统稳定裕度的要求，给出了几种求取稳定裕度的方法，尤其是提出的基于返回误差阵奇异值的稳定裕度判定方法，可解决多通道多回路复杂交联系统的稳定裕度评价问题。并就各种方法的基本环节——频率扫描确定开环／闭环系统频率响应的具体方法，通过ＢＷ－１变稳机人工手动扫频和试验信号发生器不同位置扫频激励试飞进行了验证，结果是正确的，从而确保了各种测取稳定裕度方法的有效可行。

一种基于奇异值分析的多变量系统设计方法

本文研究一种基于奇异值分析的多变量系统设计方法—LQG/LTR方法。文中介绍了所研制的实现该方法的计算机辅助设计软件包,并通过具体算例验证了该软件包的有效性。最后,对LQG/LTR 方法的局限性提出了一种改进方案。

多体卫星MIMO控制及稳定裕度研究

针对两输入两输出的多体卫星系统模型,采用并矢展开设计法这一多变量频域设计技术,实现卫星本体俯仰姿态和附件指向的多输入多输出(MIMO)控制,利用Nyquist稳定判据证明系统的稳定性;在此基础上讨论卫星本体姿态控制与附件指向控制带宽的关系,然后利用回差阵奇异值法计算MIMO控制系统的稳定裕度,并分析稳定裕度计算结果的保守性,数值仿真验证了算法的有效性以及稳定裕度分析结果的正确性。

灵巧机电作动器系统的协调控制策略研究及设计

为提高灵巧机电作动器(Electromechanical actuator,EMA)系统的频率响应和抗干扰特性,并针对多作动器同步工作时的力纷争问题,提出并设计了基于双闭环负载前馈控制的多输入多输出(Multi input multi output,MIMO)位置差交叉耦合的协调控制策略。该策略利用回差矩阵奇异值法设计满足系统稳定裕度要求的参数范围,并采用灵敏度函数和H_(∞)范数理论在所得的参数稳定域内设计并确定最优解,使多作动器系统兼具优异的同步性、稳定性和抗干扰性。同时,建立了集成一体化灵巧机电作动器系统的数学模型,根据点‑点控制要求,确定并设计了双环控制和负载前馈补偿的控制器,以提高单作动器的频响和抗干扰能力。最后,搭建了270 V高压灵巧机电作动器系统实验平台,进行了频率响应、负载前馈补偿、协调控制实验,验证了位置差交叉耦合控制策略的正确性和参数设计的合理性,使系统达到带宽6 Hz、最大输出力20000 N、同步误差≤0.1 mm的伺服控制指标,有效解决了力纷争问题。

飞行控制系统鲁棒性分析

简要叙述了特征结构配置及奇异振动法，介绍了用系统回差矩阵奇异值计算各回路幅值裕量、相位裕量的稳定变化范围。最后以某飞机纵向小扰动运动为例，设计了直接力控制律，分析了两种设计方法所设计的控制系统鲁棒性，展示了上述方法的应用。

一种新的差分奇异值比谱及其在轮对轴承故障诊断中的应用

因滚动体和保持架的随机滑动,轴承故障信号多为伪循环平稳信号。针对这种情况,提出了应用周期截断矩阵的奇异值分解的轮对轴承故障诊断方法。研究了轴承故障伪循环平稳信号的奇异值分布,结合奇异值能量差分和奇异值比,提出了一种新的能量差分奇异值比谱作为周期截断矩阵的嵌入维度计算方法;利用能量差分奇异值比谱计算嵌入维度并利用轮对轴承振动信号构造周期截断矩阵,对矩阵进行奇异值分解,并提出利用差分能量谱确定奇异值有效秩阶次并重构矩阵从而分离出周期信号;对该信号做包络分析以实现轮对轴承的故障诊断。应用轮对实验台的复合故障轴承振动数据对该方法进行验证,结果表明,所提方法能够有效提取轴承外圈、滚动体及保持架的特征频率的基频及其倍频,与传统应用Hankel矩阵进行奇异值分解降噪方法相比,该方法抗干扰能力显著,能够分离同频带的不同故障周期信号,且得到的包络谱谱线清晰,谐波丰富,使故障诊断的可靠性得到了显著提高。

基于EEMD分解和奇异值差分谱理论的轴承故障诊断研究

提出一种基于总体平均经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition,EEMD)和奇异值差分谱的轴承故障诊断方法。首先将非平稳的原始轴承振动信号通过EEMD方法分解成若干个平稳的本征模函数(intrinsic modefunction,IMF);由于背景噪声的影响,从各个IMF的频谱中难以准确地得到故障频率。对IMF分量构建Hankel矩阵,并进行奇异值分解,进一步找到奇异值差分谱,根据奇异值差分谱理论对某IMF分量进行消噪和重构,然后再求其频谱,便能准确地得到故障频率。实验结果表明,所提出的方法能有效地应用于轴承的故障诊断。

消振电力作动器用位置环解耦控制策略

消振电力作动器采用四台电机各自独立驱动四个偏心质量块的形式实现减振,传统的并行控制策略会因为在系统输出端存在强耦合而导致控制效果不佳。针对以上问题,首先建立了作动器输出力的数学模型,提出了消振电力作动器用位置环解耦控制策略,并将广义频率法和主导极点法相结合应用于控制系统的参数设计上。然后,分析了系统的动态性能,并通过回差矩阵奇异值法等稳定裕度量测方法计算出了解耦控制系统的稳定裕度,结果表明本文所设计的系统具有良好的动态特性和鲁棒性。最后,研制出了原理样机,实验验证了控制策略的有效性和参数设计的合理性。

基于SVD分解的二维空间数据融合方法

建立地球全空间数据库需要研究空间数据融合的方法和智能技术.本文以布格重力异常数据的融合为例,介绍一种基于奇异值分解的二维空间数据融合方法.此方法在原理上可以实现融合后的数据集误差模不大于融合前的子数据集的最小误差模,相较于传统的融合处理方法原理更加先进.在算法中应用了权重矩阵,可使融合之后数据区域与原始数据的边界上梯度变化较小;运用有限差分法计算重力水平梯度,检验数据融合边界的效果.理论模型和实际数据试验表明,此方法可以保证数据隐含的重要属性完整保存,具有计算过程简单、适用范围广、融合效果好等特点,可以应用于位场等地球物理数据融合,也可以用于遥感和其他地理信息的数据融合.

高超声速飞行器横航向MIMO系统控制及稳定裕度评估

以超燃冲压发动机为动力的飞行器存在严重的横航向耦合特性,同时具有多维非线性约束,如动压、空气流量、侧滑角范围等限制。飞行控制系统一方面需对横航向机动需求与发动机稳定工作需求进行平衡,一方面需控制飞行器滚转和偏航通道的协调变化。针对两输入两输出的高超声速飞行器横航向系统模型,设计基于极点配置的姿态渐进跟踪耦合控制器实现对滚转机动指令的跟踪,采用副翼方向舵交联控制策略抑制滚转机动过程中的侧滑角,并通过仿真验证了控制算法的有效性;在此基础上,采用闭环系统回差阵奇异值分析方法评估了MIMO控制系统的稳定裕度,仿真验证了稳定裕度评估的合理性并分析了稳定裕度计算结果的保守性。