瞬態(tài)信號的符號化分析及其工程應(yīng)用.pdf

1、符號時間序列分析是從符號動力學(xué)理論、混沌時間序列分析和信息理論發(fā)展起來的一種分析方法。其實(shí)質(zhì)是對時間序列值符號化。數(shù)據(jù)符號化的基本思想就是在幾個可能值上對時間序列進(jìn)行離散化，把許多可能值的數(shù)據(jù)序列變換為僅有幾個互不相同值的符號序列。這是一個“粗粒化”過程。這一過程能夠捕獲大尺度的特征，從而降低動力學(xué)噪聲和測量噪聲的影響。 隨著人們環(huán)保意識的加強(qiáng)，世界各國排放法規(guī)的要求越來越苛刻。在城市道路行駛中，汽油機(jī)相當(dāng)長的時間工作于起動、加

2、速以及減速等瞬態(tài)工況，燃油供給和空氣供給的速率均在瞬時變化，有害排放物的某些成分，如HC將明顯變化，因此在穩(wěn)態(tài)工況下獲得的排放參數(shù)并不能代表汽油機(jī)的實(shí)際排放水平。國內(nèi)、外的一些研究機(jī)構(gòu)目前正在探尋實(shí)時動態(tài)檢測汽油機(jī)排放的方法，國內(nèi)比國外的起步更晚，因此研究瞬態(tài)過程的排放及其測試技術(shù)具有重要意義。 隨著世界能源危機(jī)和環(huán)境污染問題的日趨嚴(yán)重，車用發(fā)動機(jī)柴油化已成為當(dāng)今汽車行業(yè)不可阻擋的發(fā)展趨勢，與汽油發(fā)動機(jī)相比，柴油機(jī)具有優(yōu)良的燃油

3、經(jīng)濟(jì)性能和改進(jìn)潛力很大的排放性能。與汽油機(jī)相比，柴油機(jī)的顆粒物和氮氧化物排放相對較高，這也是柴油機(jī)技術(shù)一直在致力解決的問題。但柴油機(jī)有許多固有的優(yōu)勢：柴油供應(yīng)充足，加油站等基礎(chǔ)設(shè)施比較完備：柴油機(jī)良好的燃油經(jīng)濟(jì)性，而且技術(shù)開發(fā)所需的費(fèi)用相對較低。無論對轎車還是重型貨車，柴油機(jī)都是一種理想的動力。目前還有一種生物柴油，它與普通柴油非常接近，但產(chǎn)生的二氧化碳排放量更低。 柴油機(jī)工作時，由于燃燒引起的氣缸內(nèi)壓力周期性的變化以及運(yùn)動機(jī)件

4、慣性力的周期性變化，使柴油機(jī)機(jī)體、氣缸蓋以及與它們連接的所有部件產(chǎn)生振動。 通過實(shí)驗(yàn)，本文得到了兩種類型柴油機(jī)在不同工況下的機(jī)身振動加速度信號，它們是典型的瞬態(tài)信號。本文對柴油機(jī)機(jī)身振動數(shù)據(jù)進(jìn)行符號時間序列分析，提取有用的特征參數(shù)。 本論文考慮國內(nèi)大多數(shù)研究機(jī)構(gòu)不具備實(shí)時瞬態(tài)排放測試的儀器設(shè)備這一實(shí)際情況，采用間接測量方法，搭建間接測試系統(tǒng)實(shí)時采集瞬態(tài)過程的排放數(shù)據(jù)，用符號時間序列方法分析瞬態(tài)排放數(shù)據(jù)，提取瞬態(tài)排放的特征

5、，主要的研究內(nèi)容如下： (1)本文引入了符號時間序列的理論，即單峰映射的符號序列、揉序列和允字條件、單峰圖和揉理論，描述了具有混沌吸引子的三維系統(tǒng)是怎樣被簡化為一維單峰圖的；描述了數(shù)據(jù)符號化的基本過程，即符號時間序列分析方法，符號化的兩種方案，符號樹以及符號序列統(tǒng)計量，符號序列編碼，符號序列直方圖，相關(guān)參數(shù)的選擇，符號時間序列流程圖等。 (2)分析汽油機(jī)汽車在城市道路行駛的狀況，確定影響城市大氣質(zhì)量的主要瞬態(tài)工況，描述了

6、國內(nèi)外汽油汽車排放研究現(xiàn)狀，汽油機(jī)瞬態(tài)工況的概念及其分類，汽油機(jī)瞬態(tài)工況的設(shè)定，并討論瞬態(tài)工況下的排放特性。 (3)根據(jù)現(xiàn)行的法規(guī)及本研究課題目前所具備的試驗(yàn)條件制定試驗(yàn)大綱，搭建瞬態(tài)排放間接測試系統(tǒng)，以及具體的實(shí)驗(yàn)方法，即冷起動實(shí)驗(yàn)、熱怠速實(shí)驗(yàn)、加速-滑行組合工況試驗(yàn)，并介紹了測試用主要儀器設(shè)備。 (4)應(yīng)用符號時間序列分析方法，結(jié)合汽油機(jī)瞬態(tài)排放數(shù)據(jù)，用MATLAB編程，得到了富康自由人RPC、北京吉普、吉利等發(fā)動機(jī)

7、在冷起動、熱怠速、加速-滑行組合等工況時CO、HC排放的時間信號及其前向和后向符號序列直方圖，計算出信息熵、歐幾里得范數(shù)等統(tǒng)計量；并對汽油機(jī)瞬態(tài)排放信號進(jìn)行了分析和特征提取。 (5)簡述柴油機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀及特點(diǎn)，描述了柴油機(jī)振動信號特征，以及如何用試驗(yàn)的方法獲得4135G、190A等兩種機(jī)型的柴油機(jī)機(jī)身振動加速度信號的試驗(yàn)。 (6)用符號時間序列方法對兩種類型柴油機(jī)在不同工況下的機(jī)身振動加速度信號進(jìn)行了分析，用MATLAB