基于Kramers逃逸速率的调参随机共振机理

根据Kramers逃逸速率的特性,阐明了随机共振信号的频率被限制在Kramers逃逸速率极限值一半的范围内,这种限制是制约大频率信号产生随机共振的原因.在进一步揭示二次采样随机共振频率尺度变换机理的基础上,证明了二次采样频率尺度可以把任意信号频率映射变换到随机共振频率尺度上的结论.相对于二次采样变换方法,由于双稳系统参数的调节很难使Kramers逃逸速率的一半达到实际信号的大频率,因此系统参数只能在随机共振的小参数频率范围内调节来实现随机共振. 关键词： 双稳随机共振 二次采样频率变换 系统参数调节 Kramers逃逸速率     

双稳调参高频共振机理

针对双稳系统的高频信号响应,探讨了双稳调参的高频共振机理.研究表明,二次采样频率变换并不改变双稳结构直接在原系统结构上在与高频映射对应的低频处实现共振,而双稳系统参数调节是调参改变双稳结构并直接在高频处实现共振.双稳系统参数调节之所以能够实现高频随机共振,是因为同时调节双稳系统两参数可使Kramers逃逸速率不存在极限值,突破了随机共振信号频率必须在小频率范围内的限制. 关键词： 双稳系统 高频共振 二次采样频率变换 系统参数调节     

随机共振控制的频率匹配方法

根据非线性双稳系统在噪声和弱周期信号作用下产生随机共振的随机同步条件，提出了随机共振控制的频率匹配方法.理论分析和数值仿真结果表明，随机共振是可控制的，通过控制输入信号的频率和噪声的统计特性，不仅能拓宽产生随机共振的频率范围，而且能增强共振的强度，从而实现有更多的噪声能量转换为信号能量. 关键词： 随机共振 非线性双稳系统 频率匹配 控制     

级联双稳Duffing系统的随机共振研究

研究了级联双稳Duffing系统的随机共振特性, 证明级联双稳Duffing系统变尺度系数、阻尼比和级数等参数的适当调节, 不仅可实现大参数信号的级联随机共振, 而且可优化单级双稳Duffing系统的随机共振特征, 即参数调节的级联双稳Duffing系统能实现比单级双稳Duffing系统更好的随机共振输出. 此外, 级联双稳Duffing系统对方波信号具有良好的滤波整形作用, 可用于实现含噪方波信号的波形恢复. 关键词： 级联双稳Duffing系统 随机共振 变尺度 参数调节     

二次采样随机共振频谱研究与应用初探

研究了双稳系统随机共振频谱的洛伦兹分布特征，得出在谱分布能量较集中的低频区才能产生可辨识的随机共振谱峰. 探讨了大参数信号双稳系统的二次采样随机共振的频谱特性. 以强噪声中弱信号的检测为实例，阐述了二次采样随机共振技术的具体应用. 关键词： 随机共振 二次采样随机共振 双稳系统 频谱     

分数阶双稳系统中的非周期振动共振

在受二进制非周期信号和周期方波信号激励的分数阶双稳系统中,研究了非周期振动共振问题,用于微弱非周期信号的检测和增强.当非周期信号脉宽较大时,系统为小参数,通过调节周期方波信号的幅值,能够实现非周期振动共振.当非周期信号脉宽较小时,分别通过变尺度法和二次采样法实现了非周期振动共振.使用变尺度法,得到的大参数等价系统能够匹配任意小的非周期信号脉宽,其中变尺度系数是该方法在使用过程中需要选择的关键参数.使用二次采样法,二次采样后得到的非周期信号具有较大的脉宽,能够匹配原先的小参数系统,其中二次采样频率比是该方法使用过程中的关键参数.这两种方法虽然实现非周期振动共振的物理过程不同,但能够达到相同的效果.系统阶数对振动共振产生影响,随着阶数的增大,发生最佳振动共振时所需要的辅助信号幅值变大,同时系统输出的最佳时间序列与输入非周期信号之间的相似性增强.     

基于振动共振的随机共振控制

分析了非线性双稳系统在高、低两种不同频率信号作用下的动力学特性，给出了高频信号参数与双稳系统输出信号的信噪比和功率谱放大率关系的解析表达式，提出了基于振动共振的随机共振控制方法.理论分析和数值仿真结果表明，通过调节高频信号的幅值或频率大小，能有效地控制双稳系统输出信号的信噪比和功率谱放大率.     

线性时滞反馈引起的周期性振动共振分析

研究了高频信号和微弱低频信号同时激励下线性时滞反馈对过阻尼双稳系统和Duffing振子系统中振动共振现象的影响. 解析分析和数值结果都表明, 系统对低频信号的响应幅值增益随时滞参数的变化同时呈现两种不同的周期性关系, 其周期分别为输入的高频信号和低频信号的周期. 数值结果还表明, 对不存在经典振动共振现象的单稳Duffing系统, 通过调节时滞参数也可以引发振动共振现象. 使用时滞反馈不仅可以有效地控制振动共振, 还可以进一步增强系统对微弱低频信号的响应. 关键词： 双稳系统 Duffing 系统 线性时滞反馈 振动共振     

基于近似熵测度的自适应随机共振研究

变步长随机共振算法有效解决了绝热近似大参数条件下的弱信号检测问题.基于信号近似熵测度的自适应随机共振，实现了变步长随机共振最优输出的自适应求解.周期信号的近似熵不受其幅值和相位变化的影响，而只与其频率及信噪比有关.因此，按照原始数据的采样条件，构造待检测频率在预定信噪比下的标准信号，并以其近似熵为基准，通过自动调节非线性系统的结构参数和计算步长，求得系统输出的近似熵距离矩阵.该矩阵中的最小值所对应的即为自适应条件下非线性动力系统的最优参数.     

二次采样用于随机共振从强噪声中提取弱信号的数值研究

提出了二次采样的随机共振(SR)技术，并利用该技术，实现了绝热近似理论在大参数条件下，从强噪声中提取弱信号的目标.为便于应用，研究了二次采样随机共振方法在弱信号检测中相关参数之间的关联性.数值分析表明，该法在信号分析方面有着潜在的应用价值，有望将来应用于实测信号的数据处理. 关键词： 随机共振 弱信号检测 数值分析 非线性系统     

耦合双稳系统的随机共振控制

两个双稳系统经非线性耦合而成为多稳态系统,该耦合系统与单一双稳系统相比具有较高的理论研究和实际应用价值.解析地分析了耦合系统在含噪弱周期信号作用下的响应特性,给出了耦合系数和双稳系统参数对随机共振的影响,表明耦合系统的随机共振是在带状的双势阱作用下产生的,还构建了反馈耦合控制原理框图.这为在双稳类系统中人为地产生随机共振或使共振效应更加强烈即随机共振的控制及其应用提供了可靠的理论依据.数值仿真结果与理论分析完全符合. 关键词： 耦合双稳系统 随机共振 控制     

Control of stochastic resonance in bistable system by using periodic signal

<正>According to the characteristic structure of double wells in bistable systems,this paper analyses stochastic fluctuations in the single potential well and probability transitions between the two potential wells and proposes a method of controlling stochastic resonance by using a periodic signal.Results of theoretical analysis and numerical simulation show that the phenomenon of stochastic resonance happens when the time scales of the periodic signal and the noise-induced probability transitions between the two potential wells achieve stochastic synchronization.By adding a bistable system with a controllable periodic signal,fluctuations in the single potential well can be effectively controlled,thus affecting the probability transitions between the two potential wells.In this way,an effective control can be achieved which allows one to either enhance or realize stochastic resonance.     

双稳随机共振参数特性的研究

以双稳系统为研究对象，探讨了影响和产生双稳随机共振的参数选择特性.双稳系统参数和二次采样频率参数有着内在的物理联系，它们的改变都会引起势垒、势阱间距和粒子跃迁速率的改变，并使噪声能量相对重新分配，进而影响随机共振效果.根据随机共振的参数选择规律，可通过适当的参数选择来得到最佳的随机共振状态，为后续数据处理奠定基础.     

Stochastic resonance in an asymmetric bistable system driven by multiplicative and additive Gaussian noise and its application in bearing fault detection

The phenomenon of stochastic resonance (SR) in a new asymmetric bistable model is investigated. Firstly, a new asymmetric bistable model with an asymmetric term is proposed based on traditional bistable model and the influence of system parameters on the asymmetric bistable potential function is studied. Secondly, the signal-to-noise ratio (SNR) as the index of evaluating the model are researched. Thirdly, Applying the two-state theory and the adiabatic approximation theory, the analytical expressions of SNR is derived for the asymmetric bistable system driven by a periodic signal, unrelated multiplicative and additive Gaussian noise. Finally, the asymmetric bistable stochastic resonance (ABSR) is applied to the bearing fault detection and compared with classical bistable stochastic resonance (CBSR) and classical tri-stable stochastic resonance (CTSR). The numerical computations results show that:(1) the curve of SNR as a function of the additive Gaussian noise and multiplicative Gaussian noise first increased and then decreased with the different influence of the parameters a, b, r and A; This demonstrates that the phenomenon of SR can be induced by system parameters; (2) by parameter compensation method, the ABSR performs better in bearing fault detection than the CBSR and CTSR with merits of higher output SNR, better anti-noise and frequency response capability.     

线性调频信号激励过阻尼双稳系统的随机共振现象研究

线性调频信号是工程中常见的一种信号, 由于其为非周期信号, 无法以频域信噪比作为衡量其是否产生随机共振的测量手段, 故鲜有文献研究以线性调频信号为激励信号的随机共振现象. 本文利用线性调频信号在最优分数阶Fourier变换域上的能量聚集性, 首次提出以最优分数阶Fourier变换域上定义的信噪比作为测量手段, 研究了线性调频信号叠加高斯白噪声激励过阻尼双稳系统的随机共振现象, 且发现了以线性调频信号为激励信号时产生的新现象, 即随着信号频率的增大, 随机共振将逐渐减弱, 并给出了合理的解释.仿真的结果与理论分析一致, 验证了本文所提出方法的有效性. 关键词： 线性调频信号 分数阶Fourier变换 随机共振