Control method for multi-input multi-output non-Gaussian random vibration test with cross spectra consideration

A control method for Multi-Input Multi-Output(MIMO) non-Gaussian random vibration test with cross spectra consideration is proposed in the paper. The aim of the proposed control method is to replicate the specified references composed of auto spectral densities, cross spectral densities and kurtoses on the test article in the laboratory. It is found that the cross spectral densities will bring intractable coupling problems and induce difficulty for the control of the multioutput kurtoses. Hence, a sequential phase modification method is put forward to solve the coupling problems in multi-input multi-output non-Gaussian random vibration test. To achieve the specified responses, an improved zero memory nonlinear transformation is utilized first to modify the Fourier phases of the signals with sequential phase modification method to obtain one frame reference response signals which satisfy the reference spectra and reference kurtoses. Then, an inverse system method is used in frequency domain to obtain the continuous stationary drive signals. At the same time, the matrix power control algorithm is utilized to control the spectra and kurtoses of the response signals further. At the end of the paper, a simulation example with a cantilever beam and a vibration shaker test are implemented and the results support the proposed method very well.     

Generation of Non-Gaussian Random Vibration Excitation Signal for Reliability Enhancement Test

During environment testing, the time histories of some dynamic environments follow non-Gaussian distribution. It is always assumed that the random vibration simulated follows Gaussian distribution, because the traditional digital random vibration control system can only supply the random vibration excitation signal of Gaussian. Yo simulate the real environment of product, a method is developed in this paper that can generate non-Gaussian random signal with specified power spectrum density （PSD）, skewness and kurtosis by shot noise. In this way, non-Gaussian random vibration can be produced on traditional electrodynamic shaker. It solves the problems of spectral valley and energy shortage in low frequency on omni-axis shaker. At last, the wavelet is used to analyze the non-Gaussian signal     

基于逆系统方法的多输入多输出非高斯驱动信号生成

多输入多输出(MIMO)振动环境试验是振动试验的新方法,该方法比传统的单输入单输出(SISO)方法更真实地模拟了结构在实际工作下的振动环境。传统随机振动试验的频域方法所模拟的是平稳高斯信号,但是实际振动环境往往是超高斯的,且超高斯激励和高斯激励对结构的损害差异很大,因此对MIMO超高斯振动环境试验的研究十分重要。驱动信号的产生是振动环境试验的关键。提出一种基于逆系统的MIMO超高斯驱动信号生成方法。首先,根据给定的响应参考功率谱密度(PSD)和参考峭度值采用相位调节法生成参考响应超高斯伪随机信号;其次,利用逆系统方法生成超高斯伪随机驱动信号;最后,对伪随机驱动信号进行时域随机化处理得到超高斯真随机驱动信号。对一根两输入两输出的悬臂梁模型进行了仿真验证,结果表明,采用本文方法所得到的驱动信号加载在梁上后,其输出响应谱与给定参考谱之间的误差完全满足工程中常用的±3 dB的要求,而且峭度也与给定的参考值十分接近,证实了所提方法的有效性。     

基于阶次小波包的转子加速阶段振动故障研究

针对发动机转子在加速阶段的振动信号为非稳态、且该阶段的振动信号无法直接使用谱分析等技术处理的问题,提出了利用改进的阶次跟踪分析技术对信号进行等角度重采样,将时域非稳态信号转换为角域稳态信号,然后对信号进行小波包分析及能量特征向量提取。结果表明,利用阶次小波包方法可以很好地处理变速振动信号,效果好于直接使用小波包分析非稳态的时域信号,计算后的结果可用于进一步的数据处理。     

减振测试振动台及其控制系统

为验证减振器的隔振效果,设计了一套能提供典型振动条件的单自由度垂直往复运动的电液振动台及其计算机控制系统,通过该系统可以在室内模拟定频振动、扫频振动、随机振动及冲击谱等振动条件,完成所测减振器的机械力学性能或产品耐久性寿命测试等试验。系统控制部分采用上下位工控机结构,分别完成数据采集、实时控制,运行参数监控、数据处理的功能,控制策略采用模糊PID复合控制,控制参数可方便调整,能实现典型的波形再现和功率谱再现。系统运行结果表明,无论是时域还是频域均能达到满意的振动模拟。     

齿轮故障诊断中的单齿分析技术

齿轮故障诊断通常先对振动信号进行时域同步平均降噪处理,进而利用频谱分析或包络分析等方法,得出故障特征信息。本文在此基础上提出了单齿分析技术。它将振动平均信号等距分段(所分段数与被监测齿轮齿数相等),然后对分段信号进行频谱分析等。比较各段信号的异同以揭示故障齿的确切位置。该方法对齿轮的表面局部损伤故障的早期诊断和断齿故障早期诊断十分有效,可以准确地辨别出有故障齿的位置,为齿轮故障诊断提供了一种有效手段。      

基于MED和LMD的自动倾斜器轴承广义Shannon熵谱分析

针对轴承信号微弱故障特征易被强背景噪声淹没的问题,提出采用最小熵反褶积,通过逆滤波器最优化设计,对目标信号进行降噪处理,其峭度值提高了约3.8倍,增强了信号的微弱故障特征;针对非平稳非线性信号频率成分复杂难以解调的问题,提出采用局部均值分解(LMD)和峭度-相关系数筛选准则,其可对非平稳非线性信号进行自适应分解和最优重构,提高了信号的信噪比;针对信号耦合调制及边频突出的问题,通过引入广义Shannon熵进行包络谱带内降噪处理,信号一阶故障特征调制频率与故障特征频率的幅度比降低了24%~43%。通过实验室信号及某型直升机自动倾斜器轴承故障诊断地面试验的分析结果验证了该方法的合理性和可行性。      

Computer generation of correlated non-Gaussian radar clutter

We develop computer simulation procedures which enable us to generate any correlated non-Gaussian radar clutter that can be modeled as a spherically invariant random process (SIRP). In most cases, when the clutter is a correlated non-Gaussian random process, performance of the optimal radar signal processor cannot be evaluated analytically. Therefore, in order to evaluate such processors, there is a need for efficient computer simulation of the clutter. We present two canonical simulation procedures for the generation of correlated non-Gaussian clutter. A new approach for the goodness-of-fit test is proposed in order to assess the performance of the simulation procedure     

飞机起落架滑行载荷识别

 在飞机滑行方向跑道路面不平度为平稳随机函数的假设下,采用滑行过程分段等速化、起落架动态特性分段线性化方法,把原非线性非平稳随机振动问题,简化为分段线性平稳随机振动问题。在频域中采用频响函数描述飞机动态特性,计及全机刚体平动和俯仰模态及结构前ｎ阶弹性模态,给出了从飞机重心处加速度观测值识别起落架接地点载荷自谱密度函数的方法。起落架当量线性参数采用迭代求解。算例表明,本方法和程序可行。     

随机噪声载荷作用下薄壳结构的随机振动实验研究

为研究薄壁壳结构在随机噪声激励下的随机振动响应特征,本文设计了一套针对薄壁壳在内部随机噪声作用下的振动问题进行研究的实验方案,同时对噪声载荷和薄壳振动加速度响应进行测量,并对实验结果进行初步的定性分析,了解噪声载荷在频率域上的分布特征和薄壁壳在内部随机噪声作用下的振动响应特征,获得在噪声激励的频率范围内能激起薄壳该频率范围内所有模态共振等结论,为薄壳结构在内部噪声作用下随机振动响应的计算方法的研究提供依据。      

高速数据采集和分析系统研究

为了在地面实验中监测航空发动机的振动情况和进行故障诊断, 研制了高速数据采集系统、信号处理系统以及基于模糊聚类方法上的故障诊断系统。在数据采集系统中采用并行A/D结构以提高采集速度;研制高性能的数字倍频电路以准确实现整周期采样。利用软、硬件结合的方法对测试结果进行补偿, 提高了相位精度。用标准信号和现场试验信号进行考核, 结果表明该系统能很好满足测量要求。      

飞机发动机混沌振动信号盲分离检测方法

发动机混沌振动信号携带着丰富的状态信息,依据混沌振动信号进行状态监测及故障诊断是一种很有前途的技术手段,但由于混沌信号具有伪随机特性及在低频段具有宽频谱等特点,使得传统的方法很难将其从振动信号中分离。在提取混沌振动信号方面,使用快速独立分量分析（Fast ICA）盲分离方法分离出飞机发动机振动信号中的混沌信号。利用功率谱和Lyapunov指数（LE）方法进行了判定,根据计算结果对发动机状态做出判断,验证了盲分离方法分离混沌振动信号的有效。盲分离检测混沌振动信号的方法不仅使依据混沌信号判断飞机发动机状态成为可能,也为利用混沌信号进行状态预测和控制提供了一种方法。     

1000kV特高压钢管构架雷暴冲击风致振动响应研究

1000kV钢管构架属于风敏感结构,风与结构的相互作用十分复杂,风荷载常常是设计的主要控制荷载。本文以某一特高压钢管构架为工程背景,详细研究了冲击风风场的数值模拟方法,应用Wood竖直风剖面方程与Holmes经验模型模拟平均风场,以及使用稳态高斯随机过程模拟冲击风脉动风场,使得模拟的风场与实际的雷暴冲击风较为一致。利用精确的有限元模型,获得了结构的自振动力特性,在时域内得到了构架风致振动响应时程。研究了结构位移平均值、位移均方根值和加速度均方根值的分布特点,同时计算比较了不同风场时构架典型节点的风振系数。通过研究,揭示了1000kV钢管构架的风致振动特性,结果可作为构架结构抗风设计的参考。     

信号周期分段处理法诊断单级传动齿轮副故障

为了诊断单级传动齿轮副故障,本文提出信号周期分段处理的方法。首先同步整周期采集振动信号,然后对采集的振动信号做时域平均,进行降噪和凸显故障脉冲的处理。利用周期分段处理法,将振动平均信号等距分段,分别对各段信号进行频谱分析。比较各段信号的时域波形和频谱的异同,可以准确诊断出单级传动齿轮副中同步齿轮故障位置,且还能诊断出非同步齿轮故障位置。数字仿真试验以及模拟故障实验结果都证实了信号周期分段处理法诊断齿轮故障的可行性和有效性;它为诊断单级传动齿轮副故障提供一种有效手段。      

基于一阶PPF的垂尾振动分数阶控制

针对传统正位置反馈（PPF）与一阶PPF控制器控制效果与鲁棒性不足,难以适用于结构动力学特性存在摄动的问题,提出一种新的基于分数阶微积分理论和一阶PPF的分数阶（FOPPF¹）控制器,增加了一阶PPF控制器的可设计空间。综合考虑随机响应的频域特性与整体波动强弱,构造了控制器优化设计的目标函数。以粘有宏纤维压电复合材料（MFC）压电片的垂尾模型为被控对象,设计了相应的FOPPF¹控制器。该控制器在控制目标频段内的相频特性变化平缓,可有效实现控制相位补偿,且闭环极点对参数摄动不敏感,使得控制器的鲁棒性强。通过试验研究了FOPPF¹控制器对于自由振动与窄带随机振动的抑制性能。相比一阶PPF控制器,对标称垂尾模型,FOPPF¹控制器在自由振动抑制试验中的等效阻尼系数提高了约50%。当给垂尾模型的一阶弯曲固有频率引入一定量的离线摄动或在线摄动后,窄带随机振动控制试验的结果表明,FOPPF¹控制器的鲁棒性、控制效果及控制能耗率明显优于经典的一阶PPF控制器,因此对垂尾结构的振动主动控制具有良好应用潜力。     

某型航空发动机整机振动分析

针对某型航空涡扇发动机整机振动过大现象进行测量并应用Matlab语言对该发动机振动信号进行了详细的时域、频域、三维谱阵分析.根据发动机转子各故障的典型特征,认为某型发动机振动异常的主要是因为高、低压转子不平衡和转动件与静止件碰摩造成的.所得出的结论对航空发动机故障诊断有一定的参考价值.     

Unintentional modulation evaluation in time domain and frequency domain

With the development of wireless communication technology, the electromagnetic environment has become more and more complex. Conventional signal identification methods are difficult to accurately identify illegal devices. However, electromagnetic signals have an unavoidable device-specific characteristic unintentionally generated by a transmitter, appearing in the form of an Un Intentional Modulation(UIM), namely Radio Frequency Fingerprint(RFF). RFFs can be used to uniquely identify an emitter ...     

裂纹转子非线性振动特征的谐波小波与分形识别

通过对谐波小波的分析研究,指出了谐波小波对振动信号局部频段分析的优良特性。采用谐波小波对裂纹转子的非线性振动信号在低频段进行了分析。理论分析与实验结果表明:对实际裂纹转子信号,经谐波小波的频段分析后,能够得到通常难以由理论分析与实验结果获得的非整数倍周期分叉的非线性特征频谱。计算了裂纹转子的分形维数,发现裂纹转子的振动信号比理论结果要复杂、可以用多重分形作为判断实际转子是否有裂纹的一个特征。提出了用谐波小波变换后的奇异谱来识别裂纹转子非整数倍周期分叉的非线性特征频谱的方法,并对实际转子信号进行分析,得到了明显的非整数倍周期分叉的奇异谱。      

大型双曲冷却塔表面脉动风压随机特性——非高斯特性研究

为了系统研究大型双曲冷却塔表面脉动风压分布特性,进行单个冷却塔刚体模型风洞动态同步测压试验,对冷却塔表面脉动风压的非高斯统计特性进行了系统的研究。根据测点风压时程及其概率密度分布曲线,对具有非高斯分布特性的局部区域作出判断,从风压信号的时空间相关性入手,结合中心极限定理讨论了局部区域呈现非高斯特性的原因;并基于测点风压信号概率密度曲线的斜度及峰态值对典型断面的测点风压进行非高斯特性描述,给出了划分非高斯区域的标准,并由测点环向相关性对冷却塔壳体表面进行了分区,初步探讨了不同区域的脉动风压形成机理,加深了对冷却塔结构表面风压分布特性的认识,为进一步探讨冷却塔结构表面风压极值奠定了理论基础。     

A New Sampling Procedure for the Synthesis of Linear Transversal Filters

In linear transversal filters for signal processing, the impulse response of the filter is syntheszed in a sampled form by means of a tapped delay line with weighted and summed taps. The synthesis procedure consists of sampling the specified impulse response at appropriate intervals and using the sample values as the tap weights. A nonuniform sampling procedure for the synthesis of the impulse response is introduced, which can produce results more conveniently than the classical Shannon sampling procedure because of the simplicity of the transversal filter implementation. According to the new procedure, in the time domain the samples are taken at points where the instantaneous phase of the impulse response is a multiple of ir radians. The spectral distribution which ensues in the frequency domain consists of a series of spectra all having the same fractional bandwidth. The transversal filters synthesized by this sampling criterion are referred to as phase-sampled impulse response (PSIR) filters. An important application of PSI R filters is to the generation and matched filtering of a large class of AM and FM waveforms.