[发明专利]一种基于类方波前馈控制随机共振的涡街频率检测方法

权利要求书

1.一种基于类方波前馈控制随机共振的涡街频率检测方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

(1)利用涡街信号采集装置获得原始涡街信号；

(2)并通过尺度变化将原始信号转化为小频率信号；

(3)将步骤2获得的小频率信号输入前馈控制模块，得到类方波信号，并将类方波信号作为前馈控制信号；

所述步骤(3)具体为：根据信号的周期特性，将经过尺度变化后得到的小频率信号输入前馈控制模块，得到类方波信号；所述前馈控制模块处理过程如下：首先，对尺度变化后得到的小频率信号进行信号强度地检测，确定信号幅值为C；同时对小频率信号进行零均值化处理；之后再将均值化处理后的小频率信号进行二值化处理，设定阈值为0；当信号的取值大于等于0时，就赋值等于C，当信号取值小于0时就赋值为-C；从而得到一个主频与尺度变化后的小频率信号特征压缩频率一致、幅值为C的类方波信号，并将类方波信号作为前馈控制信号；

(4)将步骤2得到的小频率信号与步骤3得到的前馈控制信号共同输入到耦合双稳系统中，以信噪比为衡量指标，利用遗传算法寻找耦合双稳系统的最优参数c和r，得到最优势函数的耦合双稳系统；

(5)将步骤2得到的小频率信号与步骤3得到的前馈控制信号共同输入到最优势函数的耦合双稳系统中，再经过尺度还原实现涡街信号的检测。

2.根据权利要求1所述的基于类方波前馈控制随机共振的涡街频率检测方法，其特征是，所述步骤(2)具体为：取频率压缩比为R,原始涡街信号的实际采样频率为f_s，通过频率压缩比R，定义采样压缩频率为f_sr＝f_s/R，采样压缩频率计算步长为h＝1/f_sr，故原始涡街信号的每一个频率都被线性的压缩了R倍，从而将原始信号转化为小频率信号，并且满足绝热近似理论中的小参数条件。

3.根据权利要求1所述的基于类方波前馈控制随机共振的涡街频率检测方法，其特征是，所述步骤(4)具体为：

两个双稳系统经过非线性耦合的方式构成耦合双稳系统，其耦合方程如下：

其中一个双稳系统为(ax-bx³)，x为频率特征信号，a、b为系统参数，该系统被固定；另一个双稳系统为(cy-y³)，y为可控系统的输入信号，系统参数c可调节，耦合系数r可调节；s(t)为外界作用到双稳系统中的微弱周期信号，ξ(t)为随机噪声，t为时间；为达到最佳随机共振效果，对可调参数c和r进行优化，以信噪比为衡量指标，信噪比越大，说明信号通过随机共振得到增强的效果越好；由于方波具有谐波性和收敛性这两大特点，将步骤3得到的类方波信号作为前馈控制信号与步骤2得到的小频率信号共同输入耦合双稳系统中，达到增强随机共振效应的目的；再利用遗传算法搜索耦合双稳系统的最优参数c和r，将最优参数c和r代回到耦合双稳系统中，得到最优势函数的耦合双稳系统。

4.根据权利要求1所述的基于类方波前馈控制随机共振的涡街频率检测方法，其特征是，所述步骤(5)具体为：将步骤2得到的小频率信号与步骤3得到的前馈控制信号共同输入到最优势函数的耦合双稳系统中，再将得到的输出信号通过尺度还原，最终得到原始涡街信号的特征信号频率，从而完成了涡街信号的检测。