基于IGA的Volterra核辨識(shí)及機(jī)械振動(dòng)信號(hào)消噪方法研究.pdf

1、機(jī)械振動(dòng)噪聲的普遍存在對(duì)準(zhǔn)確進(jìn)行機(jī)械故障診斷造成了很大的干擾。為了提高故障診斷的準(zhǔn)確性，必須得到有效的振動(dòng)信號(hào)，對(duì)于振動(dòng)信號(hào)中含有的噪聲信號(hào)進(jìn)行濾除。為了達(dá)到這一目的，很多研究者對(duì)如何讓消除原始信號(hào)中的噪聲信號(hào)進(jìn)行了大量的研究，然而這些研究都是針對(duì)某一種噪聲進(jìn)行濾除，不能對(duì)含有多種噪聲信號(hào)的原始信號(hào)進(jìn)行恢復(fù)。因此針對(duì)這一現(xiàn)象，本文提出使用基于改進(jìn)遺傳算法的Volterra濾波器對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行噪聲濾除處理。本研究基于IGA的Volterr

2、a核參數(shù)辨識(shí)及機(jī)械振動(dòng)信號(hào)的消噪法，并進(jìn)行了基于Matlab軟件的仿真實(shí)驗(yàn)的研究和論證。本研究主要內(nèi)容包括：
　?、胚x擇合適的群智能算法并對(duì)其進(jìn)行算法改進(jìn)。通過對(duì)幾種常用算法性能的比較和分析，最終確定使用遺傳算法。遺傳算法是模擬自然界生物進(jìn)化過程的一種概率性尋優(yōu)算法，它可以快速地解決復(fù)雜的非線性問題，這是傳統(tǒng)的尋優(yōu)方法無法企及的。然而傳統(tǒng)的遺傳算法也有不可避免的缺點(diǎn)，如容易陷入局部最優(yōu)難以自拔，給定的遺傳算子不能滿足有些高精度的辨

3、識(shí)要求。所以本文提出使用以下策略對(duì)遺傳算法進(jìn)行改進(jìn)：基于對(duì)立學(xué)習(xí)機(jī)制的種群初始化；根據(jù)種群的多樣性程度自適應(yīng)的改變遺傳算子；采用雙種群進(jìn)行尋優(yōu)，種群一采用遺傳算法，種群二采用粒子群算法；使用精英保留策略。使用改進(jìn)策略得到改進(jìn)的遺傳算法（IGA）,并用經(jīng)典函數(shù)Rosenbrock和Sphere進(jìn)行算法的性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果顯示，本文提出的IGA具有較好的尋優(yōu)性能和尋優(yōu)穩(wěn)定性。
　　⑵使用IGA對(duì)Volterra核參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)研究。首先

4、對(duì)Volterra級(jí)數(shù)模型進(jìn)行分析，并在此基礎(chǔ)上給出待辨識(shí)Volterra級(jí)數(shù)模型；然后用IGA對(duì)Volterra級(jí)數(shù)的核參數(shù)進(jìn)行了辨識(shí)，并將辨識(shí)結(jié)果與遺傳算法辨識(shí)結(jié)果和粒子群算法辨識(shí)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析研究。通過仿真實(shí)驗(yàn)，可以得出本文提出的改進(jìn)的遺傳算法比傳統(tǒng)的遺傳算法和粒子群算法有更好的辨識(shí)效果和較快的辨識(shí)效率。
　?、怯肰olterra濾波器對(duì)采集到的機(jī)械振動(dòng)信號(hào)的噪聲進(jìn)行消噪處理。為了檢驗(yàn)該方法在實(shí)際工程應(yīng)用中的實(shí)用性，使用

5、仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證。該部分主要由兩個(gè)仿真實(shí)驗(yàn)構(gòu)成，仿真實(shí)驗(yàn)1對(duì)含噪聲信號(hào)的正弦波進(jìn)行濾波，在仿真實(shí)驗(yàn)中分別用Volterra濾波器、Weiner濾波器、中值濾波器和均值濾波器對(duì)其進(jìn)行濾波，結(jié)果顯示Volterra濾波器具有比傳統(tǒng)濾波器更好的濾波性能；同時(shí)用基于GA的Volterra濾波器對(duì)噪聲信號(hào)進(jìn)行濾波，將結(jié)果與基于IGA的Volterra濾波器進(jìn)行比較，得出IGA對(duì)Volterra濾波器有較好的濾波性能。仿真實(shí)驗(yàn)2模擬了機(jī)械振動(dòng)信

6、號(hào)，并在該振動(dòng)信號(hào)中添加了高斯噪聲和脈沖噪聲，用相同的方法對(duì)其進(jìn)行消噪處理。分析比較結(jié)果得出，本文提出的方法具有更加優(yōu)良的濾波效果，并且具有穩(wěn)定性好、收斂速度快等優(yōu)點(diǎn)，具有一定的實(shí)用性。
　?、缺疚奶岢龅幕贗GA的Volterra濾波器對(duì)于機(jī)械振動(dòng)信號(hào)噪聲消除是非常有效的?；贗GA的Volterra濾波器的基本濾波過程是：先使用優(yōu)化算法對(duì)Volterra濾波器的核參數(shù)進(jìn)行尋優(yōu)操作,然后將含有噪聲信號(hào)的機(jī)械振動(dòng)信號(hào)輸入Volte