一种非线性双稳态人体运动能量俘获技术

针对传统线性压电悬臂梁频带过窄且难以与人体运动相匹配的问题,考虑人体小腿的运动特点,设计了一种双稳态磁耦合压电悬臂梁应用于人体运动能量俘获,利用运动过程中小腿的摆动及其与地面间的冲击产生的加速度使悬臂梁跨越势阱提高俘能效率。以哈密顿原理及人体运动信号为基础,建立了用于人体运动能量俘获的非线性动力学模型。根据人体腿部运动的振动特征设计了一种便携式非线性振动能量俘获系统,实现了线性、非线性单稳态和双稳态等动力学特征。采用实际腿部振动信号进行的理论模型数值仿真表明:双稳态人体振动俘能技术能够产生大幅度跨越势阱运动并俘获较多的电能。人体不同运动状态的实验结果验证了非线性双稳态人体能量俘获技术的优势以及所建立的机电耦合模型的有效性。当运动速度为8km/h时,双稳态系统的平均功率达到最大值23.2μW。     

非线性单稳态系统中基于内禀振荡的随机共振

通过考察具有内禀振荡的单稳态非线性系统的随机振荡行为,研究了内禀振荡对噪声背景中微弱信号检测性能的影响.结果表明,输出信噪比和系统信噪比增益都表现出随机共振行为;该随机共振现象依赖于系统的选频特性,而系统的选频特性源于内禀振荡.该单稳态非线性系统表现出的这种源于内禀振荡的随机共振,可能为微弱信号检测系统的设计提供新思路.     

结合数字滤波技术的随机共振弱信号检测

应用数值计算研究强噪声背景下弱信号的随机共振检测. 探讨了大频率条件下非线性双稳态系统随机共振的输出信号幅值、 信噪比与随机噪声的关系, 数值计算结果表明, 非线性双稳态系统对大频率噪声具有较大的压制特性, 通过随机共振系统可以检测强噪声背景下的大频率弱信号. 结合数字滤波技术提取了大频率弱信号, 并获得被检测大频率弱信号的特征频率谱线及时域图像.      

多频信号的多尺度随机共振检测方法及应用

基于随机共振的基本原理,采用多尺度随机共振变换的方法用于多频微弱信号的检测,通过调节双稳态随机共振系统参数、噪声强度,将单频微弱信号上产生的随机共振效应扩展到多频信号,实现多频信号的同时检测.结果表明,该方法可从高噪声背景中有效地提取出多频信号,尤其对于多频大参数信号的检测,多尺度随机共振变换有着更好的性能.     

一种基于参数可调随机共振的双模噪声中信号的检测

为了避免因采样频率而引起系统输出发散,文章提出采用模拟电路来仿真参数可调非线性双稳态系统,并实现对双模噪声中信号的检测.首先利用PC提供控制信号,经串行口传输至单片机,单片机经过适当的换算后,再通过I2C总线控制数字电位器,通过改变电位器的抽头位置,能方便地改变其分压系数,从而灵活调节系统参数.当噪声、信号和非线性系统的达到某一协同作用,系统将部分噪声能量转化为信号能量,就会产生最大共振峰,从而将淹没在噪声中的被测信号检测出来.仿真表明,该方法能够有效抑制双模噪声,提取出信噪比较高的有用信号.     

基于非线性系统随机共振的多频弱信号检测

针对实际探测的弱信号常常是多个频率弱信号共存的的情形,进行了利用随机共振检测多频周期性弱信号的研究,以便把利用随机共振的弱信号检测应用于信息处理中微弱信息识别与提取。数值计算结果表明,在适当调节系统参数的情况下,强同频噪声下的多频周期性弱信号经过非线性双稳态系统后,相差不超过一个数量级的几个低于0.5Hz的不同频率的弱信号都可以同时发生随机共振而被检测出来,其信噪比改善十分明显,可以提高30dB以上。该方法在信息识别与信息处理方面具有潜在的应用价值。     

基于固定垒高的双稳态系统参数调节方法

针对双稳态随机共振系统参数选取困难的问题,基于四阶龙格塔库算法,提出了一种以固定垒高为约束条件的系统参数调节方法。首先,根据输出信噪比公式,得到固定垒高ΔV下系统参数a,b的约束条件。然后,在约束条件下快速搜索a值,使微弱信号产生的频谱幅度峰值再次增大,从而得到与输入信号匹配的最大输出信噪比。仿真结果表明,在高频微弱信号检测中,该方法可以有效抑制低频分量干扰,信噪比较没有设定约束条件的参数调节方法平均提高了3.50dB。     

双稳态系统中结构参数对系统性能的影响

针对微弱信号检测问题,介绍了随机共振的原理并系统地分析了双稳系统阈值与系统结构参数的关系。得出系统中结构参数对随机共振现象发生起决定性作用的结论。同时深入阐述非线性系统势垒对随机共振效应的影响,即势垒越高,产生协同效应要求信号和噪声的能量越大。反之,则越小。基于以上结论,通过自适应地调节结构参数使系统达到随机共振,将能够适应更大的频率范围变化,提高随机共振方法检测效果。     

RLC电路非线性现象产生机制的研究

由普通钨丝灯泡、变压器线圈和电容组成的非线性 RLC串联铁磁谐振电路 ,可以演示非线性系统常见的单稳态、双稳态、状态的自动跳变 (闪灭 )等各种现象 .这类现象的发生是由于两种非线性元件 (铁芯线圈、灯丝 )与线性电容器联合作用的结果 .具有热惯性的灯丝起着控制的作用 ,铁芯线圈与线性电容所构成的铁磁谐振电路起着执行作用 .本文将对这种非线性现象的产生机制作深入的分析和研究     

带有HGO的非线性鲁棒控制器及其参数整定

为克服分散鲁棒控制器设计中输出量各阶导数可测要求的限制,设计了带有高增益观测器的非线性鲁棒控制器.该方法不依赖于对象模型,通过积分环节对系统不可测部分和扰动进行估测,并予以补偿,提高系统的性能鲁棒性和动态性能;减少了控制器的可调参数,提高了实用性.选取典型的单变量非线性系统,基于Monte-Carlo随机试验,采用时间乘误差绝对值积分(ITAE)值作为性能指标,研究控制器参数对系统性能影响,并总结出该控制器的参数整定规则.     

水电站计算机监控系统单神经元自适应PID功率调节的研究

水力发电机组是一个复杂的非线性控制对象,为保证水电站发电机组功率调节具有快速、稳定的控制特性及良好的鲁棒性,本文提出在水电站计算机监控系统有功功率调节中采用单神经元自适应PID功率调节方式.PID控制的关键问题是PID参数的整定,单神经元自适应PID控制器由于其权值可以在线调整,具有较强的自学习和自适应能力,仿真结果表明改进的单神经元PID控制器比传统的控制器拥有更好的稳定性、动态性能和鲁棒性.     

KPCA在凿岩台车控制系统传感器故障诊断中的应用

传感器状态对于凿岩台车的作业有着极其重要的影响,对其展开故障诊断十分必要.核主成分分析(KPCA)方法通过集成算子与非线性核函数计算高维特征空间的主元成分,有效捕捉过程变量中的非线性关系,将其用于传感器4种常见故障的诊断,先用Q统计量进行故障监测,再用T2贡献量百分比变化来识别故障.仿真和实际应用结果表明:KPCA方法具有很好的故障监测与诊断能力.     

基于FPGA的非线性节点探测系统

为了实现对非线性节点元件的探测,根据非线性半导体PN结的再辐射特性,利用FPGA对信号高速处理的能力,判别是否产生二次谐波信号,来设计并完成基于FPGA的非线性节点探测系统。测试结果表明:该FPGA系统性能完全能满足非线性节点探测中信号处理实时性要求。该研究对非线性节点探测系统的设计具有一定的参考价值。     

一类多变量传感器故障容错PID控制器的设计与应用

针对一类多变量非线性系统的传感器故障,提出了一种新型的基于神经网络模型的故障容错PID控制方法.该方法应用加权移动平均残差技术对传感器故障进行检测,并利用神经网络建模技术在线重构故障传感器信号,重组PID控制器反馈回路,实现容错PID控制.通过在三水箱过程设立多种不同类型的传感器故障,进行仿真研究.仿真研究结果表明,所提出的故障检测与容错控制策略具有很强的鲁棒性和容错能力.     

Vondrak滤波法用于结构振动与GPS多路径信号的分离

根据Vondrak滤波法在信号的截断频带上具有较高信号分辨率的特点，将Vondrak带通滤波法应用于全球定位系统（GPS）结构变形监测中以分离结构振动和多路径效应的影响。对GPS实际观测资料进行分析，结果表明：采用该方法不仅能从坐标序列中成功提取结构振动信息，也能正确分离载波相位双差观测值的残差序列中的结构振动和多路径效应影响，因而在提高GPS定位精度上具有较大的应用潜力。     

非平稳噪声环境下LFMCW信号恒虚警检测算法研究

为了提高电子侦查系统中对非平稳噪声环境下线性调频连续波信号的实时检测能力,提出了一种对信号进行分段检测的低复杂度算法.根据假定最大调频斜率设定窗函数宽度,将截获信号均匀分割为多个序列,在每个时间序列内建立短时谐波模型,并采用多个正交窗函数对信号进行加权离散傅里叶变换.在此基础上,推导出符合F分布的检测模型.该模型与噪声功率无关,因此检测前无需统计噪声功率,可对非平稳噪声环境下的信号进行恒虚警率检测.仿真分析了影响该算法性能的参数,通过与单窗口检测算法对比,验证了该算法在非平稳噪声环境下优良的检测性能.      

基于模糊-PID的飞机平尾舵机伺服系统动态仿真

以飞机平尾舵机伺服控制系统为研究对象,基于控制理论建立了系统的数学模型,针对被控对象非线性和时变性的特点,应用模糊控制理论,提出了模糊-PID控制策略,设计了模糊-PID控制器,并将其与常规PID控制、P控制进行比较论证,在单位阶跃信号的作用下,运用simulink对系统模型进行仿真,结果表明：模糊-PID控制与常规PID控制、P控制相比,具有实时性好、响应速度快和抗干扰能力强等特点,具有模糊控制和PID控制的双重优点,具有很好的动态特性,提高了系统的综合性能,获得了良好的控制效果,较好地满足了系统的控制要求。     

Data based model free hysteresis identification for a nonlinear structure

In the last two decades, the damage detection for civil engineering structures has been widely treated as a modal analysis problem and most of the currently available vibration-based system identification approaches are based on modal parameters, namely the natural frequencies, mode shapes and damping ratios, and/or their derivations, which are suitable for linear systems. Nonlinearity is generic in engineering structures. For example, the initiation and development of cracks in civil engineering structures as typical structural damages are nonlinear process. One of the major challenges in damage detection, early warning and damage prognosis is to obtain reasonably accurate identification of nonlinear performance such as hysteresis which is the direct indicator of damage initiation and development under dynamic excitations. In this study, a general data-based identification approach for hysteretic performance in form of nonlinear restoring force using structural dynamic responses and complete and incomplete excitation measurement time series was proposed and validated with a 4-story frame structure equipped with smart devices of magneto-rheological (MR) damper to simulate nonlinear performance. Firstly, as an optimization method, the least-squares technique was employed to identify the system matrices of an equivalent linear system of the nonlinear structure model basing on the excitation force and the corresponding vibration measurements with impact test when complete and incomplete excitations; and secondly, the nonlinear restoring force of the structure was identified and compared with the test measurements finally. Results show that the proposed data-based approach is capable of identifying the nonlinear behavior of engineering structures and can be employed to evaluate the damage initiation and development of different structure under dynamic loads.     

电子线路系统的非线性校正探讨

在线性电子线路系统中,由于器件的非线性、工作点设置偏差或信号大小等因素影响,致使系统的输入与输出呈现非线性,从而影响到系统的测量结果和控制精度.文中分析了线性电子线路系统非线性产生的原因,并提出了软件校正方法.