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基于惯性传感器的输电塔振动特性分析
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作者 郑泽南 杨金显 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期883-891,共9页
为有效控制输电塔的有害振动需要了解其振动特性,提出一种惯性测量数据矩阵模式的输电塔振动分析方法。将微惯性测量单元(Micro-Inertia-Measurement-Unit,MIMU)安装在输电塔上通过Kalman滤波预处理三轴原始数据,重构权重奇异值分解(Wei... 为有效控制输电塔的有害振动需要了解其振动特性,提出一种惯性测量数据矩阵模式的输电塔振动分析方法。将微惯性测量单元(Micro-Inertia-Measurement-Unit,MIMU)安装在输电塔上通过Kalman滤波预处理三轴原始数据,重构权重奇异值分解(Weighted Singular Value Decomposition,WSVD)后的相干振动分量建立平动/扭动矩阵。提取矩阵序列中的变换矩阵,计算其Frobenius范数度量暂态振动间的变异度来估计幅值与频率。根据幅频参数计算振动耗能,观测输电塔各轴向以及整体的振动情况。最后设计振动台、转台实验验证振动数据处理方法的有效性,并对不同风荷载下的塔线模型与真型风振试验进行特性分析。结果表明输电塔振动以水平方向的平动形式为主,随风向夹角的增大其非线性效应逐渐增强,所提出的数据处理方法能够有效获得振动信息,可为控制有害振动的阻尼器的设计提供参考。 展开更多
关键词 输电塔 微惯性测量单元 平动/扭动矩阵 振动特性分析
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基于重力四元数的陀螺漂移估计与补偿 被引量:7
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作者 杨金显 杨闯 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第8期1187-1192,共6页
为提高钻探中的钻具姿态测量精度,提出一种基于重力四元数的MEMS惯性随钻姿态测量方法。采用MEMS惯性器件构建钻具姿态测量系统,把加速度计数据解算的姿态四元数作为观测四元数,陀螺仪数据解算的姿态四元数作为误差四元数;然后将陀螺仪... 为提高钻探中的钻具姿态测量精度,提出一种基于重力四元数的MEMS惯性随钻姿态测量方法。采用MEMS惯性器件构建钻具姿态测量系统,把加速度计数据解算的姿态四元数作为观测四元数,陀螺仪数据解算的姿态四元数作为误差四元数;然后将陀螺仪漂移融入误差四元数,建立重力四元数估计陀螺仪误差四元数的模型,采用最小二乘法估计陀螺仪三轴漂移,进而补偿陀螺仪姿态四元数;通过补偿后的姿态四元数解算出钻具姿态。最后设计了转台、振动台实验和钻进模拟实验,实验结果表明,姿态四元数补偿后的井斜角和工具面角漂移由平均10°/h减小到约0.2°/h,方位角误差由平均12°/h减小到约0.46°/h,实现了加速度计补偿陀螺的三轴漂移,表明该方法能够有效提高钻具的姿态测量精度。 展开更多
关键词 惯性随钻测量 陀螺漂移估计 重力四元数 姿态解算
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应用分层自适应匹配追踪重构MEMS陀螺信号 被引量:4
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作者 杨金显 杨闯 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第12期3160-3168,共9页
对含噪微机械系统(MEMS)陀螺信号进行小波分解重构时,真实信号对应的小波系数很难选取,故本文提出一种分层自适应匹配追踪算法(LAMP)来解决上述问题。建立了含噪MEMS陀螺信号中信号小波系数稀疏提取架构,将信号小波系数提取问题转化为... 对含噪微机械系统(MEMS)陀螺信号进行小波分解重构时,真实信号对应的小波系数很难选取,故本文提出一种分层自适应匹配追踪算法(LAMP)来解决上述问题。建立了含噪MEMS陀螺信号中信号小波系数稀疏提取架构,将信号小波系数提取问题转化为含噪信号中信号小波系数稀疏性的恢复问题。比较已有稀疏重构算法,采用一种新的LAMP算法,在各种可能的小波系数组合中挑选出分解系数最为稀疏的一组,以此消除信号中的噪声小波系数,进而重构MEMS陀螺信号。实验表明:提出的LAMP算法的稀疏重构效果优于其他迭代贪婪重构算法;基于LAMP的信号稀疏小波重构方法,可以有效去除MEMS陀螺信号的大量噪声;去噪前后,纯MEMS陀螺数据解算的方位角平均累积误差由10.060 2(°)/h减小到5.034 6(°)/h,优于传统小波阈值重构法平均累积误差8.596 8(°)/h,显示了较好的应用效果。 展开更多
关键词 MEMS陀螺 信号重构 小波变换 分层自适应匹配追踪(LAMP)算法
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随钻测量用MEMS陀螺信号稀疏提取 被引量:2
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作者 杨金显 杨闯 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第11期1677-1683,共7页
针对随钻测量用MEMS陀螺检测信号特性,提出采用稀疏表示的方法进行信号提取。首先从检测的陀螺调制信号构成角度,分析其信号稀疏特性;然后分析检测信号特性,构造与之最相似的过完备词典;比较已有稀疏重构算法优劣性,提出一种改进的稀疏... 针对随钻测量用MEMS陀螺检测信号特性,提出采用稀疏表示的方法进行信号提取。首先从检测的陀螺调制信号构成角度,分析其信号稀疏特性;然后分析检测信号特性,构造与之最相似的过完备词典;比较已有稀疏重构算法优劣性,提出一种改进的稀疏度自适应匹配追踪算法对陀螺调制信号进行稀疏提取,进而解调真实陀螺信号;最后采用提出的改进SAMP算法于新构造的过完备字典中进行陀螺信号稀疏提取实验,并与小波阈值提取法进行实验对比,实验结果表明:采用新构造的字典和改进的SAMP算法,可以有效提取MEMS陀螺真实信号,提取效果优于传统小波阈值法。 展开更多
关键词 随钻测量 MEMS陀螺 稀疏提取 小波变换
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基于LMD-SNN的随钻异常振动识别 被引量:3
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作者 杨金显 王小康 仝小森 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第8期1102-1108,共7页
针对旋转钻井过程中对钻头异常振动(横向振动、纵向振动、扭转振动)信号识别准确率低,效率差,导致钻具损坏甚至井眼报废的问题,提出一种基于局部均值分解(local mean decomposition, LMD)和脉冲神经网络的异常振动识别方法。首先,采用... 针对旋转钻井过程中对钻头异常振动(横向振动、纵向振动、扭转振动)信号识别准确率低,效率差,导致钻具损坏甚至井眼报废的问题,提出一种基于局部均值分解(local mean decomposition, LMD)和脉冲神经网络的异常振动识别方法。首先,采用局部均值分解将微机电系统(Micro Electro Mechanical System, MEMS)加速度计信号分解为具有振动特征的PF分量;然后,从分解的乘积函数(Product function, PF)分量中提取随钻异常振动特征,并将提取到的加速度计振动特征编码为脉冲;其次,使用改进的学习规则训练脉冲神经网络对随钻异常振动进行识别。设计模拟实钻实验和仿真,训练后的脉冲神经网络可以对随钻振动的识别度达到99.39%,显示了该方法在实际应用中的巨大潜力。 展开更多
关键词 LMD 随钻测量 加速度计 振动识别 脉冲神经网络
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MEMS陀螺仪的稀疏冗余去噪 被引量:2
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作者 杨金显 韩玉鑫 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第3期385-390,共6页
为了提高随钻测量过程中MEMS陀螺仪的测量精度,抑制振动信号等对陀螺仪漂移造成测量精度的影响,采用经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)和压缩感知(compressed sensing,CS)的算法进行降噪。首先对MEMS陀螺信号进行EMD分解... 为了提高随钻测量过程中MEMS陀螺仪的测量精度,抑制振动信号等对陀螺仪漂移造成测量精度的影响,采用经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)和压缩感知(compressed sensing,CS)的算法进行降噪。首先对MEMS陀螺信号进行EMD分解,利用连续均方误差(CMSE)计算两个连续重构陀螺仪信号的欧式距离,以此将分解得到的模态函数(IMFs)以高、低频的形式分离,剔除高频噪声模态的影响;构建冗余字典,使低频IMFs分量在该字典上稀疏表示,利用贝叶斯理论对优化剩余IMFs分量重构;同时,在该字典上添加一列误差补偿项,通过贝叶斯估计求得。最后将处理后的剩余IMFs分量和补偿项叠加重构。去噪前后,MEMS陀螺仪数据解算的方位角累积误差由11.8562°减小到0.4725°。仿真实验分析可知,该算法可有效去除陀螺仪信号中的噪声。 展开更多
关键词 随钻测量 陀螺仪去噪 连续均方误差 稀疏冗余 贝叶斯估计
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振动下惯性随钻测量的方位漂移闭环补偿 被引量:2
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作者 杨金显 仝小森 +2 位作者 赵淳 王小康 赵龙飞 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第12期1644-1650,共7页
为解决振动下惯性随钻测量(Measurement While Drilling,MWD)方位角失真的问题,提出一种方位漂移在线闭环补偿方法。考虑陀螺仪随时间漂移而加速度计长时测量稳定,利用多传感器分布式信息融合,获得微惯性测量单元(Micro Inertial Measur... 为解决振动下惯性随钻测量(Measurement While Drilling,MWD)方位角失真的问题,提出一种方位漂移在线闭环补偿方法。考虑陀螺仪随时间漂移而加速度计长时测量稳定,利用多传感器分布式信息融合,获得微惯性测量单元(Micro Inertial Measurement Unit,MIMU)测量加速度和重力加速度在钻具坐标系下的向量误差,建立存在振动的方位陀螺漂移PI控制模型,设计一种基于函数逼近理论的新型神经网络结构,通过优化权值直接确定法(Optimized Weights Direct Determination,OWDD)快速确定网络权值,将神经网络辨识信息反馈给PI控制器,实现对方位陀螺漂移的自适应控制,实时跟踪误差趋向并补偿。最后设计实验,振动台实验中方位角误差由10.15°/h减小到0.21°/h,实际钻井实验中方位角误差由10.53°/h减小到0.3°/h。结果表明振动下方位角测量精度明显提高。 展开更多
关键词 随钻测量 陀螺漂移补偿 神经网络 OWDD PI控制
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基于等效旋转调制的地磁提取 被引量:1
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作者 杨金显 王亚平 王蒙蒙 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2021年第11期103-107,共5页
在随钻测量中,地磁矢量是解算方位角的关键信息,但地磁测量时,容易受到磁干扰的影响,为进一步提高方位角测量精度,提出了基于等效旋转调制的地磁提取算法。首先概述了地磁向量的误差模型;根据随钻测量环境特征设计了旋转随钻测量系统方... 在随钻测量中,地磁矢量是解算方位角的关键信息,但地磁测量时,容易受到磁干扰的影响,为进一步提高方位角测量精度,提出了基于等效旋转调制的地磁提取算法。首先概述了地磁向量的误差模型;根据随钻测量环境特征设计了旋转随钻测量系统方案;并根据多测点的统计信息设计了统计卡尔曼滤波器对地磁参数进行估计。最后通过自主研发的磁惯性测量模块进行模拟物理实验和旋转钻进实验。实验表明:基于等效旋转调制的地磁提取算法能够将方位角的绝对误差从椭球拟合的4.88°,降低至0.45°。 展开更多
关键词 随钻测量 等效旋转调制 统计卡尔曼滤波 地磁提取 方位角
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