利用傅里叶级数理论的电弧混沌特性分析及实验研究

以高压SF6断路器开断过程中具有短路电弧的气流场数学模型建立为基础,以涡量变量、温度变量为特征量,利用二维傅里叶级数展开,得到高压SF6断路器描述电弧及气体运动的混沌特性方程。通过时间历程图、相图、Lyapunov指数图,证明高压SF6断路器电弧及气体运动系统中存在混沌特性。利用可拆卸灭弧室实验平台,采集电弧开断过程中的电流、电弧电压等数据,运用C-C算法进行数据处理,实验数据表明,当断路器额定电流、吹弧速度达到一定值后,电弧及气体运动系统出现混沌现象,并且随着额定电流、吹弧速度的增加,系统最大Lyapunov指数也增大。     

Lyapunov特性指数用于混沌判据

针对系统动力学行为相变量上的判别依据问题,将Lyapunov特性指数作为混沌判据,引入微弱信号混沌检测领域.详细阐述了用于微弱谐波信号混沌检测系统的Lyapunov特性指数的计算方法,给出了Lyapunov特性指数与待测微弱谐波信号幅值间的关系曲线以及系统相变前后的Lyapunov特性指数的时间演化曲线.仿真实验证明了该算法的有效性,与Melnikov方法相比,以Lyapunov特性指数作为混沌判据具有计算简单、判别准确的优点.     

地面装甲目标声信号的混沌特征提取

针对地面装甲目标辐射的噪声信号的非线性特性,为使智能地雷能够有效地识别目标,利用非线性动力学理论中的混沌原理对目标声信号进行特征提取。通过野外场地实验,采集到2种装甲目标在不同运行速度下的40组样本信号,采用改进C-C法求得信号时间序列的相空间重构参数——时延和嵌入维,再利用Wolf法得到了2种目标声信号的混沌特征量——最大Lyapunov指数。结果显示：同一目标声信号的最大Lyapunov指数相近,且与运动状态相关性不大;不同目标间声信号的最大Lyapunov指数相差较大,辨识度较高。结论证明,最大Lyapunov指数可以作为地面装甲目标识别的有效特征参量。     

采用小波变换的光伏串联电弧故障检测

建立光伏系统电弧故障实验平台,利用光伏模拟器仿真不同天气环境下的光伏阵列,对光伏系统中串联电弧故障信号进行检测和分析.采用小波变换的方法对串联电弧故障信号进行特征频带提取,并利用移动时间窗方法统计信号在小波分解后的高频系数的能量值,用其表征电弧故障信号的杂乱度和混沌度.研究结果表明:该检测方法为快速准确地诊断串联电弧故障提供有效判据.     

三相串联故障电弧检测方法

为进一步研究煤矿井下供配电系统中串联故障电弧的特性及检测方法,采用三相电动机及变频器负载开展了串联故障电弧实验,提出了一种基于单相电流的三相串联故障电弧的检测方法.对单相电流进行中值滤波和一阶差分预处理后,提取一阶差分信号的波峰因子、峭度、分段动态时间弯曲距离和路径长度构建故障电弧特征向量,结合改进的网格搜索优化的支持向量机建立故障电弧识别模型,并测试故障电弧检测准确率,结果表明:该方法通过分析单相电流实现三相电动机及变频器回路中故障电弧的检测,对研制低成本故障电弧断路器具有一定的参考价值.     

基于最大Lyapunov指数的市场出清电价预测

应用相空间重构和最大Lyapunov指数的计算方法对市场出清电价序列特性进行判定.依据最大Lyapunov指数预报模式,构建基于一种新的出清电价预测模型.对某电力市场1999-01-01-1999-08-31的电价进行混沌时间序列判定,采用最大Lyapunov指数预报模型和AR(2)模型进行预测.研究结果表明:采用最大Lyapunov指数预报模型预测所得市场出清电价预测值与实际值的平均绝对误差率为7.234 7％,最大绝对误差率为17.017 5％;采用AR(2)模型预测预测所得市场出清电价预测值与实际值的平均绝对误差率为5.540 8％,最大绝对误差率为11.830 0％;总体上,最大Lyapunov指数预报模型预测结果的精度略比AR(2)模型预测结果的精度低,但绝对误差率大于6％的时点数少于AR(2)的预测数,这表明应用最大Lyapunov指数对出清电价进行预测具有可行性.     

心磁和心电信号的混沌时间序列分析

计算了一组心磁和心电检测信号的关联维数和最大李亚普诺夫(Lyapunov)指数.心磁和心电信号的关联维数分别在2.28±0.27和1.12±0.13范围内,最大Lyapunov指数分别在0.68±0.12和0.32±0.04范围内.对其它4组数据中心测点的计算结果也说明心磁和心电信号具有混沌特性.此外,结果显示心磁边缘测点的混沌吸引子与中心部分有明显差别,可用于分析信号的有效检测范围.     

基于功率谱密度与随机配置网络的低压串联电弧故障检测

低压串联电弧电流为非平稳信号,故障特征区分度低且具有随机性,给电弧故障特征提取和准确检测带来困难,提出了基于功率谱密度与随机配置网络的低压串联电弧故障检测方法。首先,搭建了串联电弧故障发生平台,采集不同负载类型的电流数据,构建数据集。其次,采用功率谱密度对电流信号执行随机信号分析,实现对电流信号的定量化频域特征描述,增强故障电流与正常电流特征的区分度。然后,采用随机配置网络构建串联电弧故障检测模型,将功率谱密度特征用于随机配置网络的自适应训练学习,提升网络训练效率和模型故障检测能力。在本文构建的电流数据集上,串联电弧故障检测的平均准确率达到96.156 7%,证明了方法的有效性。     

低能电弧放电瞬间的特性分析

对本质安全电感电路，最小建电弧电压能反映电路的建弧特性，电流变化率能反映电路的电感特性。本文仅针对这两个电气量，对四种电弧放电模型进行了分析与比较。得到电弧放电瞬间每一模型下的电流变化率和电弧电压。分析指出，放电电流抛物线模型不宜描述电弧放电瞬间的变化特性。     

位置可控的含指数项鲁棒混沌系统

提出一个具有2个参数的含指数项混沌系统,进行了对称性、耗散性以及平衡点稳定性等基本特性的理论分析,并利用相轨图、Lyapunov指数谱和分岔图等动力学工具进行了仿真研究.结果表明,系统对其中1个参数能保持恒定Lyapunov指数谱鲁棒混沌状态,在理论论证的基础上,位置平移控制特性得以揭示,而对另一个参数,除个别窗口外均保持鲁棒混沌状态.最后,基于四阶Runge-Kutta算法完成离散化后,采用微控制器对系统进行实验验证并获得与仿真结果一致的实验结果.     

基于Lyapunov指数-相轨迹的发电机组故障诊断

以混沌理论为基础,根据非线性动力学系统的运动特性,对汽轮发电机组转子故障进行了分析阐述·通过对所测发电机组转子在3种不同工作状态下的时间序列进行的最大Lyapunov指数计算,并结合对这3种状态相轨迹图进行的分析和研究,发现发电机转子在不同工作状态下其时间序列的Lyapunov指数具有明显差异·因此,基于Lyapunov指数的实质,提出了发电机组故障诊断的"Lyapunov指数-相轨迹"法·该研究也为其他复杂机械的故障诊断和预测开辟了有效途径·     

利用弧声信号的电弧预警保护系统设计

基于开关柜电压在电弧故障时电压变化率在零区时最大的规律,研制一种弧声信号的电弧预警保护系统.根据电弧发生燃弧现象之前会有比较明显的弧声信号的情况,用相应的声音传感器将电弧声音从复杂的背景噪声中提取出来,经过信号调理电路和计算机软件系统的运算,设定合适的幅值阈值,实现对故障电弧的报警.实验结果表明,设计的电弧预警保护系统效果良好.     

基于Lyapunov指数的电阻点焊声音混沌时间序列识别

以混沌理论为基础,对电阻点焊声音信号进行了分析与研究,通过计算8种不同焊接规范下时间序列的最大Lyapunov指数,发现点焊声音信号中的Lyapunov指数均大于0,揭示了声音信号中存在混沌现象,该研究为点焊质量的判断和预测开辟了有效的途径.此外,采用经典欧式几何方法描述声音信号误差较大,提出了用曲线盒维数作为特征值来量化具有混沌特性的点焊声音信息,结果表明,盒维数能反映点焊质量微小变化,可提高质量检验的准确性.     

同步脉搏心电信号的混沌特性分析

对同步脉搏信号和心电信号进行处理,获取脉搏信号和心电信号的间期序列PR及RR,采用替代数据法和Lyapunov指数判断HRV和PRV的混沌特性.结果表明,具有混沌特性的同步脉搏信号和心电信号的零假设检验显著性水平大于1.96,Lyapunov指数大于0,混沌特性一致.在心电信号不可得或不方便得到时,可利用PR代替RR对...     

参数驱动实现两个非耦合神经元完全同步与相位同步

讨论了利用外部混沌信号或神经元膜电压实现两个初始条件不同的非耦合Hindmarsh-Rose(HR)神经元的同步问题：利用外部混沌信号调制两个相同的非耦合HR神经元的某些参数，当刺激强度达到某一阈值时最大条件Lyapunov指数(LCLE)变负，两个系统可实现完全同步；利用混沌信号调制两个存在参数差的非耦合HR神经元的输入电流，当刺激强度达到某一阈值时两个系统的最大条件Lyapunov指数都变负，两个HR神经元将实现相位同步．此项研究从实验的角度为实现非耦合神经元同步提供了可行的方法，为今后研究更加复杂的神经元系统打下了一定的理论基础．     

污秽闪络放电机理的研究

从电击穿和电弧热物理两个方面对闪络机理进行了探讨，通过计算和采用先进的实验技术得到弧足和污层中的电场强度、电弧发展的最大速度以及电孤的临界闪络温度等重要的电气和热物理参数。提出了临界闪络条件的物理意义是由于污闪电弧的温度达到或接近了某种元素的全电离温度，电弧中带电粒子浓度急剧增加，在外施电压的作用下，带电粒子的扩散和迁移导致了最后的闪络。     

水平管中气固两相流的混沌特征分析

对水平管密相气力输送系统的混沌动力学行为进行了分析,对煤粉浓度信号时间序列的最大Lyapunov指数和关联维数进行了计算。结果表明,系统的最大Lyapunov指数均大于零,这充分说明煤粉在水平管中的密相气力输送存在混沌特征。从密相移动床流区到沉积层流区,混沌吸引子由大变小,关联维数从1．5359减小到1．0764。说明从密相移动床流区到沉积层流区,流体系统运动的混沌程度逐渐减弱。     

整流电源空载电压对等离子电弧特性的影响

在本文的实验及理论研究中，发现空载电压对电弧特性有影响。空载电压对直流电弧中等离 子流的总压有相当大的影响，从而影响电弧的吹力。并且，空载电压还影响向转移阳极的传热 量。本文的实验及理论分析表明，空载电压影响电弧特性的主要原因，是不同的空载电压会使直 流电弧具有不同的电流交流分量。实验中使用了三相全波硅整流焊接电源。当前这种电源在理论 研究及工业实践中广为采用，因此所得结论具有较为普遍的意义。     

利用电磁辐射信号的串并联电弧故障检测

针对电弧故障检测过程中的漏判问题,提出一种新的检测方法.通过电容耦合方式获取电弧故障产生的电磁辐射信号,采用对数放大器压缩其动态范围以增加小幅值电弧故障辐射信号的增益,经电平比较器将放大器输出转换为电平脉冲,最终根据电平脉冲宽度的特性实现电弧故障的检测.样机研制和测试结果表明:该方法对串联和并联电弧故障都具有较为理想的检测精度,适应于串、并联电弧的检测.     

电弧炉主电路硬件仿真试验系统设计

该系统的设计目的是提供一个在现场试验前检验针对电弧炉电极调节系统所提出的控制算法的一个试验平台.该系统以单片机为核心,由检测的电流波形相位和控制信号大小产生模拟信号,模拟信号经功率放大设备放大后接入仿真变压器.试验结果表明,仿真电弧电压幅值可调,对外呈现纯阻性,与实际电弧典型波形相一致.试验系统与实际系统有相同的平均功率因数.仿真电弧的电流与控制信号符合实际系统的对应关系.在模拟电弧炉电弧电气特性上探索出了一种可行的、简单的方法,能够模拟出和实际电弧炉主电路相一致的外特性,能够满足电弧炉电弧控制试验的需要.