提升小波在暂态电能质量扰动检测与定位中的应用

针对电力系统暂态扰动信号具有非平稳、突发性的特点,分析了提升小波适合检测暂态扰动信号突变点的特性,提出了应用提升db4小波变换对暂态电能质量扰动信号进行检测与定位的方法。在Matlab仿真环境下运用该方法对电压骤升、电压骤降、电压中断、频率偏差、瞬态振荡、瞬时脉冲等多种暂态电能质量扰动信号进行检测与定位,仿真结果表明,该方法误差可达到毫秒级,可以实现对扰动信号起止时刻更为精确的定位。     

基于Mallat算法的谷物流量信号小波去噪方法

针对联合收获机在复杂噪声背景作业过程中难以获取可靠的谷物流量信息的难题,提出了利用小波变换(wavelet transform,WT)对谷物流量传感器输出信号去噪处理方法。根据流量原始信号和噪声的频谱特性确定小波函数和分解尺度,将采集的流量原始信号通过Mallat算法进行小波分解,滤除高频噪声分量重构流量有效信号,由单片机AD通道对流量有效信号进行标定,标定试验后的传感器在不同谷物流量下累积质量最大相对误差为1.68%。利用北斗定位模块进行差分定位提高定位精度,测产装置信息由8051F单片机存储用以绘制农田作业产量图,将设计的测产系统安装在联合收获机上进行模拟水稻作业试验,试验结果表明:对流量传感器输出信号进行小波分解后,谷物流量测量相对误差最大为6.18%,平均相对误差为5.37%。通过对流量传感器输出原始信息进行小波变换,对比小波去噪前后信号的频谱曲线,验证了基于Mallat算法的流量信号去噪和流量有效信息重构方法的可行性和准确性,该研究可为研究农业机械复杂作业环境下原始信息去噪与有效信息重构提供参考。     

基于层内和层间相关性的小波图像去噪

小波图像去噪已经成为图像去噪的主要方法之一。利用小波变换在去除噪声时,可提取并保存对视觉起主要作用的边缘信息,传统的小波去噪方法大致有小波阈值收缩去噪算法、小波模极大值去噪算法。由于小波系数间存在很大的相关性,本文提出了一种基于层内和层间相关性的小波去噪方法,利用图像细节信息在不同尺度及同一尺度上的相关性进行滤波,达到对低信噪比的图像去噪的目的。在实验中,将本文去噪的结果与Donoho的硬阈值作了比较,结果显示本文方法能获得较好的去噪效果。     

基于双树复小波包变换能量泄漏特性分析的齿轮故障诊断

为有效利用双树复小波包变换提取齿轮故障特征信息,提出基于双树复小波包能量泄漏特性分析的故障诊断方法。首先根据高斯白噪声频率充满整个频带的特性,通过双树复小波包变换对高斯白噪声进行分解,利用频带能量泄漏的定量分析方法,验证了双树复小波包变换具有较低的频带能量泄漏特性;其次利用双树复小波包变换逐层分解信号,对每层分解所得分量求其FFT谱的峭度,得到基于双树复小波包变换的谱峭度图,根据图中峭度最大的原则,可以自动准确的选择信号分解最佳层数和最佳分量;最后将基于双树复小波包变换的谱峭度图的故障诊断方法应用于实际工程中,对齿轮故障振动信号进行分析,选择最佳分解层数和分量后利用希尔伯特包络解调,有效准确地提取了故障特征信息,验证了方法的可行性和有效性。该研究可为旋转机械设备中齿轮箱故障诊断的故障特征提取提供参考。     

基于经验模态分解和形态学的风电并网电压故障检测

针对风电场并网点电压故障引起的风机大规模脱网问题,提出了基于柔性形态算子和经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)去噪技术的电网电压故障检测方法。首先,利用EMD对采样信号进行时频自适应预处理,从而确定噪声主导模态;然后,通过柔性形态学变换加阈值输出,有效放大信号奇异点,避免了因电网电压信号周期性变化和噪声引起的背景梯度对检测结果的影响,实现故障定位检测。通过对不同噪声强度的电压暂降故障信号进行检测对比分析发现,随着信号信噪比下降,标准形态学方法的检测误差进一步增大,当信噪比达到25db时,甚至出现了误检现象,而柔性形态EMD检测方法仍然可以有效检测故障扰动的起止时间,表明该方法与标准形态学和小波阈值方法相比,在简化运算过程的同时可以获得更高的检测精度。最后,对某风电场并网点故障电压的分析结果与实测数据的一致性,验证了该方法可以有效检测电网电压的瞬态故障信息,从而为风电场无功补偿装置的投切控制提供了依据。     

基于反射光谱预处理的苹果叶片叶绿素含量预测

以苹果叶片叶绿素含量为研究对象,定量研究了光谱数据预处理方法对光谱特征提取及叶绿素含量预测模型的影响。首先,比较了苹果叶片原始反射率光谱、小波包去噪反射率光谱、反射率一阶差分光谱、先小波包去噪后一阶差分光谱、先一阶差分后小波包去噪光谱这5种光谱的波段间相关系数以及光谱与叶绿素含量间的相关系数,建立了叶绿素含量预测逐步回归模型并对建模结果进行了比较分析。结果表明单纯3层sym8小波包去噪可使光谱曲线平滑,但不会明显提高模型精度;一阶差分虽然放大了局部噪声,但是消除了基线漂移影响,可提高模型精度;先差分后小波包去噪比先小波包去噪后差分具有更高的峰值信号噪声比,更低的均方误差与最大误差,建模结果也显示出同样的结果。因此,先差分后小波包去噪算法可认为是一种有效的苹果叶片叶绿素含量预测光谱预处理方法。利用这一方法建立了苹果叶片叶绿素含量预测模型,获得了较高的预测精度。该研究可用于对苹果树营养状态的评价并指导按需施肥。     

基于杂交小波变换的农产品图像去噪算法

针对现有图像去噪方法去噪效果不明显、易丢失细节特征等缺陷,提出了一种基于杂交小波变换的农产品图像去噪算法。该方法综合了小波去噪能较好保留图像细节特征和Wiener滤波器可得到最优解的优势,分别以经小波变换、Wiener滤波处理后的图像作为杂交小波变换初始种群的父本和母本,并以最大类间方差作为适应度函数来评价个体的优劣,通过杂交和变异操作实现基因重组,提取出小波变换与Wiener滤波在图像去噪中的优势基因;经过有限次的杂交代数最终得到兼有父本和母本优势的子代图像。试验中用红枣和小麦图像对算法进行测试,去噪后红枣和小麦的图像峰值信噪比（PSNR）分别为178.44和183.24,好于邻域平均法（176.76和175.16）、中值滤波法（174.79和173.13）、维纳滤波（172.75和173.48）和高斯滤波（167.50和165.60）等常规去噪方法,并且在视觉效果上同时兼有噪声低和边缘清晰等优点,表明该方法用于农产品图像去噪是有效的、可行的。     

含风机噪声的蛋鸡声音信号去噪方法比较

蛋鸡声音可用来评价蛋鸡本身的福利状况,然而蛋鸡舍中往往存在着低频风机噪声干扰蛋鸡声音信号的时频特征。为了优化含风机噪声的蛋鸡声音信号,以海兰褐蛋鸡为例,利用数字化声音采集平台,采集了不同的蛋鸡叫声和风机噪声。采用LabVIEW软件,分析了蛋鸡声音和风机噪声的时频特征,同时比较了滤波器和小波去噪方法在去除风机噪声方面的应用效果。结果表明,蛋鸡产蛋期间的声音频率范围为400~2 500 Hz,而风机噪声的频率在600 Hz以内。在信噪比为-20~10 dB蛋鸡声音环境中,无限脉冲响应滤波器滤波后的均方根误差要比有限脉冲响应滤波器滤波后的均方根误差小,说明无限脉冲响应滤波器具有更好的滤波效果,与其他小波阈值去噪方法相比,以史坦无偏似然估计为阈值的小波去噪方法在去噪后的均方根误差最小,表明这种方法的去噪效果更好。该研究可为蛋鸡舍中风机噪声环境下的蛋鸡声音识别提供参考。     

基于小波变换的稻米爆腰检测技术研究

稻谷裂纹(俗称爆腰)是导致大米在加工过程中破碎的重要原因，爆腰的检测对裂纹的研究和控制有重要意义。本文提出了一种新的爆腰检测方法。它利用小波变换在图像边缘提取和去噪中的优越性，通过对二进尺度下图像小波变换局部极大值的检测，提取边缘特征，去除噪声，对糙米爆腰图像中的裂纹进行了有效识别。从而实现爆腰率的自动检测，准确率达到92%以上。与传统的检测算子相比，取得了更为良好的效果。     

Contourlet变换为农产品图像去噪的有效方法

农产品图像去噪是农业图像处理中最基本、最重要的工作之一。现有小波去噪方法存在各向同性的缺陷,从而限制了其去噪的效果。针对这一问题,提出了一种基于Contourlet变换的农产品图像去噪算法,该方法充分利用了Contourlet变换具有的多分辨率、各向异性和稀疏性的优点。算法首先对含噪农产品图像进行塔形方向滤波器组(pyramidal directional filter bank,PDFB)分解,然后通过多尺度萎缩阈值进行高频子带去噪,保留信号系数并抑制噪声系数,最后通过Contourlet反变换得到去噪后的图像,实现农产品图像的去噪。为了验证Contourlet变换的去噪效果,分别采用小波去噪、中值滤波、均值滤波、高斯滤波和维纳滤波对常见农产品图像进行了对比试验。试验结果表明,基于Contourlet变换的图像去噪方法应用于农产品图像去噪具有信噪比高、视觉效果好等优点,将Contourlet变换用于农产品图像去噪是有效的、可行的。     

基于剪切波和全变分的农田遥感图像去噪去伪影方法

农田遥感图像在采集过程中会受到噪声影响,为得到准确的农田遥感图像数据,应对获取的农田遥感图像进行去噪预处理。农田遥感图像中的纹理承载了重要信息,在图像降噪的同时保持或增强图像纹理具有重要意义。由于纹理和噪声一样,在频域表现为高频信号,以分解和重构算法为基础的常见滤波(含小波变换)方法在降噪的同时,也会造成纹理清晰度的下降。该文结合农田遥感图像纹理呈现出来的直线特性,将剪切波(Shearlet)和变分理论相结合,提出了一种新的遥感农田图像保纹理降噪方法。该方法首先对较大的遥感图像分块进行shearlet变换,在降噪的同时识别不同图块图像的纹理含量;对细小纹理含量较少的平滑区域,采用保边降噪变分模型去除shearlet变换带来的人工伪影。为避免子图块边界带来的边界效应,该文基于中心仿射变换理论提出了一种新的图像延拓方法,有效提高了图像降噪的效果。试验结果表明,该文算法去噪后的峰值信噪比(peak signal to noise ratio,PSNR)平均值比全变分模型去噪算法大1 d B,该文算法去噪后的PSNR平均比曲线波去噪算法大2 d B。同基于Symmlet小波的Shearlet算法相比,该文算法处理后农田遥感图像中伪影减少,在高斯噪声标准偏差σ为10、20和30 d B时,峰值信噪比PSNR分别提高了13.99%、9.69%和7.75%。     

车削刀具磨损声发射信号的云特征分析

针对刀具磨损状态监测和磨损量预测研究中特征提取这一关键技术,该文提出了基于云理论的信号特征提取方法。首先,采用小波包分析对声发射信号进行信号分解和重构,滤除噪声对提取特征参数的影响;其次根据重构信号的统计分布特性,利用逆向云算法提取信号敏感频带的期望值、熵及超熵云特征参数,定量分析刀具在不同切削条件下3种云特征参数随磨损量增大所呈现的变化规律;最后,通过散点图分析3种特征参数表征刀具磨损声发射信号的有效性。结果表明:刀具磨损声发射信号具有明显的云特性,3种云特征参数与刀具磨损状态具有明显的对应关系,可作为刀具磨损状态监测、磨损量预测的特征参数;云理论在刀具磨损监测领域的应用,扩大了知识的表示范围。     

基于经验小波变换的复杂强噪声背景下弱故障检测方法

针对复杂强噪声背景下的非平稳振动信号的弱故障和复合故障检测的难题,引入经验小波变换(empirical wavelet transform,EWT)以提高故障确诊率,并提出一种基于EWT的复杂强噪声背景下弱故障的检测方法。EWT能够通过完全自适应小波基提取信号的固有模式,与经典小波变换一样具有完备的理论基础。通过对含有复杂强噪声的仿真信号和实际信号进行EWT分析,并对比经验模态分解,验证了基于EWT的复杂强噪声背景下弱故障检测的可行性和有效性。该研究可为复杂工况下机械设备的弱故障和复合故障检测以及故障特征提取提供参考。     

刀具磨损声发射信号的混沌特性分析

金属切削是一个非线性系统,刀具磨损产生的声发射信号具有混沌特征。该文采用混沌理论对刀具不同磨损程度的声发射信号进行非线性特性分析。首先采用经验模态分解与小波阈值结合(empirical mode decomposition and wavelet,EMD-Wavelet)的法对信号去噪,消除噪声对吸引子结构以及特征参数的影响。其次利用互信息法和Cao方法分别求时延和嵌入维,对去噪后的信号进行相空间重构。最后绘制吸引子相图,并求解特征参数关联维。结果表明,看似无序杂乱的非线性声发射信号有着内在的有序状态。吸引子结构随着刀具磨损状态的改变呈现一定变化规律,关联维数与刀具磨损状态有一定的对应关系。这些特性对于刀具磨损状态识别有一定的参考意义。     

拖拉机驱动轮滑转率估算法与验证

拖拉机作业环境恶劣,测量信号容易受到噪声干扰,其滑转率的计算过程对于输入信号的相对误差有极强的放大作用,因而造成其滑转率难以精确测量。该文提出带噪声观测器的变结构并行自适应数据融合算法,对轮速传感器、角加速传感器、车身加速度计和全球定位系统的信号进行融合,在不需要先验误差统计规律的前提下实现了对拖拉机驱动轮滑转率的在线精确估计。仿真测试结果证明:采用信息融合方法求得的驱动轮滑转率信号几乎与理论值曲线重合且鲁棒性好,平均误差为中值滤波的1/10左右,为卡尔曼滤波的1/5;算法的噪声观测器能够实时估算测量信号的白噪声方差,求得的稳态平均方差与已知精确先验误差的卡尔曼数据融合算法无明显差异;在从动轮速度信号受到有色随机噪声干扰的特殊工况下,算法的信息融合机制能够补偿大部分由有色噪声干扰造成的误差。实测试验证明:在拖拉机稳定工作工况,在线求得的测量信号噪声方差均值在5%的范围内波动,采用数据融合算法求得的驱动轮滑转率误差均值为0.012,误差绝对值最大值为0.027,与离线拟合得到的参考值非常接近。该研究为拖拉机实现精确控制提供了参考,其在线测量信号方差统计方法为拖拉机总线网络的传感器信息共享提供了技术基础。     

基于变分法和剪切波耦合算法的蝗虫切片保纹理图像降噪

保纹理降噪在农业领域图像处理中具有非常重要的作用。现有降噪方法由于无法正确识别纹理和噪声导致降噪效果不理想。针对该问题,该文提出多尺度插值小波框架下的变分法和剪切波变换耦合降噪方法,其中变分法可以识别图像中的主要目标物轮廓,但把纹理识别为噪声;而剪切波变换可识别图像中的纹理细节,但也容易把噪声当作纹理。耦合方法首先对图像进行错切变换,实现图像中纹理区域的降噪,然后通过变分法消除剪切波变换中误将噪声作为纹理重构出现的人工伪影。耦合方法结合了2种方法的优点,使图像降噪效果得到提高。最后以蝗虫切片图像的降噪为例进行数值验证,相对于变分法,峰值信噪比PSNR提高了6.37%;相对于剪切波,PSNR提高了5.90%,数值结果表明了该方法的有效性。     

穴盘苗自动取苗机构的自适应模糊PID定位控制

针对目前穴盘苗移栽机控制系统定位精度不高、可靠性差、控制性能不稳定、智能化程度低等问题,该文对全自动大田移栽机中的顶苗杆式穴盘苗自动取苗机构的定位控制进行研究。经过理论计算和分析,提出采用自适应Fuzzy-PID控制算法来实现苗盘的步进输送定位控制。设计了自适应Fuzzy-PID控制器,进行了Matlab建模仿真分析以及系统调试试验。结果表明,自适应Fuzzy-PID控制下的响应时间为0.192 s,扰动超调量约为扰动信号幅值的0.88%, PID控制下的响应时间为0.359 s,扰动超调量约为扰动信号幅值的10%,且自适应Fuzzy-PID控制下的最大相对定位误差为0.27%,小于允许值1.25%。采用自适应Fuzzy-PID控制算法能够提高系统的定位精度以及改善系统的抗干扰性和作业稳定性,满足苗盘输送的定位精度要求。研究结果可为该取苗机构整个控制系统的研制提供参考和依据,也可为其他取苗移栽控制系统克服多重非线性因素影响适应于大田移栽作业环境提供一种新的解决途径。