利索能及
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专利号: 2021100951261
申请人: 西安石油大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-05-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于随机共振与混沌协同的井下微弱特征信号检测方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1:建立双稳态Duffing系统随机共振模型,如下所示:3

其中,k是阻尼比,‑ax+bx是非线性恢复力,a和b是大于零的实系数,s(t)是特征信号,n(t)为背景噪声信号;

步骤2:对双稳态Duffing系统随机共振模型进行尺度变换;

步骤3:将尺度变换后的姿态测量信号输入双稳态Duffing系统随机共振模型,使系统输出处于混沌至大尺度周期的临界态;

步骤4:将两个双稳态Duffing系统随机共振模型的输出误差作为自适应控制器的输入,并根据两个双稳态Duffing系统随机共振模型方程建立控制目标;

其中,双稳态Duffing系统随机共振模型的输出误差作为自适应控制器的输入包括:对于Duffing主系统,根据公式(1)可建立系统方程:其中,Acosωt是驱动信号, 是待测信号;

对于Duffing受控系统,建立系统方程:将(3)和(2)式相减,可得

其中,e1=x‑xd,e2=y‑yd,xd表示Duffing主系统中的变量x,u=‑Ke1+3xxde1+θ1sin ωt+θ2cos ωt为控制量;

步骤5:构造目标函数,即Lyapunov函数,如下所示:其中,V(e)表示Lyapunov函数,K表示反馈增益,取大于1的常数;

步骤6:根据基于最速梯度下降的自适应控制算法,计算目标函数随系统输出变化的梯度,进而得到关于λ、的两个伪梯度函数,其中,伪梯度函数包括:其中,β是自适应增益,通常取大于零的常数;

步骤7:对伪梯度函数进行迭代计算,直至控制目标收敛,得出系统稳定后的控制量u是钻具弱信号在Lyapunov稳定条件下关于幅值和相位的最优估计。

2.如权利要求1所述的一种基于随机共振与混沌协同的井下微弱特征信号检测方法,其特征在于,所述步骤1中公式(1)的特征信号为 其中f0是测量信号的实际频率值,引入变尺度系数R,且R=100·f0,t’=Rt,此时,微弱特征信号表示为:

3.如权利要求2所述的一种基于随机共振与混沌协同的井下微弱特征信号检测方法,其特征在于,所述步骤2对数值计算的步长进行尺度变换的步骤如下:步骤201:假设采样频率为fs,则数值计算的步长为dt=1/fs;

步骤202:引入变尺度系数R,数值计算步长变为:dt’=Rdt=R/fs         (7);

步骤203:将信号输入双稳态Duffing系统随机共振模型,并令该信号的步长满足式(4),完成对随钻测量信号的频率重构。

4.如权利要求1所述的一种基于随机共振与混沌协同的井下微弱特征信号检测方法,其特征在于,所述步骤4中的控制目标如下:令控制量

u=‑Ke1+3xxge1+θ1sinωt+θ2cosωt        (9)其中,K是反馈增益,Ke1为 的线性近似;θ1、θ2分别作为 和的估计;λ、分别表示待恢复信号的幅值和初相角。