变尺度双稳动力系统特征提取机制与关键设备状态监测的研究

关键重点设备运行状态的监测辨识与早期隐含故障的预报诊断一直是实际生产过程中的关注问题，课题在前期变尺度随机共振的研究基础上，进一步深入展开变尺度双稳动力系统的特征提取和故障诊断的理论方法与应用技术的研究。课题首先提出非线性动力系统的信息检测与信号处理方法，以非自治的一维和二维非线性双稳动力系统为研究对象，探索系统在临界点处的变尺度动力学行为性质及普适规律，以及系统的调参随机共振与混沌之间的关联性和内在规律性，分析数值计算过程确定性方程与随机方程的使用原则，研究随机共振快速实现的各参数之间的关联与协同机制，以及多频复杂信号与非周期信号的变尺度双稳动力系统的共振恢复原理，实现不同类型微弱特征信息的检测与工况辨识和故障诊断的处理方法，为揭示非线性动力系统微弱特征信息检测的自然规律，并充实和完善关键重点设备的状态监测与故障诊断理论及应用技术增添新的内容。

研究了基于非线性动力系统的微弱特征提取的机理，完善了重大关键设备的状态监测与故障诊断理论及应用技术。主要创新点：①揭示了一维变尺度非自治双稳连续动力系统的调参高频共振机理，从理论上阐述了双稳系统参数和变尺度频率参数调节的高频随机共振关系。②阐明了二维变尺度非自治双稳连续动力系统的混沌与随机共振之间的动力学关联性及其微弱特征信号的检测机理，可以仅利用一组确定的参数条件，对任意频率、任意相位的微弱特征信号进行检测。③给出了变尺度双稳动力系统方程EM算法和RK算法的数值结果，在数值求解双稳方程时，采用4阶RK算法要比EM算法具有更高的精度。④揭示了二维变尺度双稳动力系统各参数之间的关联性，揭示了大参数条件下二维Duffing系统随机共振检测特征信号的机理。⑤提出了变尺度双稳动力系统信号的共振恢复方法，并根据原始信号中是否含有脉冲提出了两类信号的恢复方法。⑥提出了基于非均匀周期采样的随机共振特征提取方法，可简化各参数调节过程，并可在采样频率低于信号频率50倍时获得特征信号。⑦阐述了基于奇异值分解的随机共振微弱信息检测原理，可实现从强噪声背景中检测极微弱的特征信号。⑧提出了设定迭代初值的脉冲信号检测方法，建立了双稳系统处理微弱冲击信号的模型。⑨将变尺度双稳动力系统的状态监测与微弱故障识别的技术，应用于山西太原煤炭汽化公司焦化厂的冷凝鼓风机运行状态、某空军部队歼击-7飞机运行状态等工程现场的实测监测中。