基于隨機共振理論的微弱信號檢測方法研究及應用.pdf

1、隨機共振是微弱有用信號利用噪聲來增強非線性系統(tǒng)輸出的現(xiàn)象。在此采用研究成熟的雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)作為研究對象，主要完成了以下幾項工作：
　　首先，學習隨機共振依據(jù)的絕熱近似理論和線性響應理論，分析絕熱近似假設下隨機共振只能檢測小信號的原因，并對現(xiàn)存的幾種隨機共振系統(tǒng)輸出性能指標進行總結和說明；針對現(xiàn)有指標存在需要先驗知識，同時比較復雜等缺點，提出基于符號序列熵的自適應隨機共振微弱信號檢測方法，詳細講解了序列劃分的方法和熵值的計算原理，說明此

2、檢測方法的整個流程，并通過仿真實驗和工程實驗驗證了它的合理性和有效性；
　　其次，傳統(tǒng)隨機共振受絕熱理論的限制，不能檢測大參數(shù)信號，于是本文分析了目前幾種常用的隨機共振任意大頻率信號檢測方法，并采用模擬信號進行了仿真實驗，從理論分析到仿真實驗全面說明了幾種方法的檢測機理，總結了各自的優(yōu)缺點和實用性；
　　最后，針對機械設備中滾動軸承振動信號的特點，即強背景噪聲、沖擊和調(diào)制特性，傳統(tǒng)的基于線性理論的方法難于檢測，而基于非線性理

3、論的總體經(jīng)驗模態(tài)分解能將調(diào)制信號進行解調(diào)，而且使其中隱藏的沖擊特征暴露出來。于是本文采用總體經(jīng)驗模態(tài)分解結合隨機共振來增強特征信號。但是振動信號經(jīng)過總體經(jīng)驗模態(tài)分解后，在眾多內(nèi)稟模態(tài)分量中存在虛假模態(tài)，同時傳統(tǒng)自適應隨機共振參數(shù)選擇存在人為主觀性，于是提出了一種基于總體經(jīng)驗模態(tài)分解的敏感內(nèi)稟模態(tài)分量變尺度自適應隨機共振多故障檢測方法。利用加權峭度指標作為系統(tǒng)輸出的衡量指標，不僅能保持系統(tǒng)輸出信號與原始信號的相似性，而且對沖擊特征敏感，克

4、服了傳統(tǒng)峭度指標的漏檢或者誤檢，并將其作為人工魚群算法的食物濃度函數(shù)進行系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化。最后，所提方法的有效性和可行性通過采用美國凱斯西儲大學滾動軸承數(shù)據(jù)中心的實驗數(shù)據(jù)被驗證，并與傳統(tǒng)單參數(shù)優(yōu)化結果進行了對比分析，表明多參數(shù)優(yōu)化自適應隨機共振能取得比單參數(shù)優(yōu)化更好的結果，不僅最大程度上增強了系統(tǒng)輸出，而且也最大程度地削弱了信號中的噪聲成分。
　　通過搭建雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)的仿真模型，對上述方法和實驗進行了分析，驗證了所提方法的合理性和有效性