[發(fā)明專利]獲取系統(tǒng)特征函數(shù)和信號(hào)特征值的方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710133370.2
• 申請(qǐng)日: 2007-09-29
• 公開（公告）號(hào): CN101158623A
• 公開（公告）日: 2008-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 岳林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M19/00
• 分類號(hào): G01M19/00;G01R23/167;G06F17/00;G06F17/14
• 代理公司: 南京蘇高專利事務(wù)所
• 代理人: 柏尚春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的一種基于互譜函數(shù)和時(shí)頻濾波在僅有響應(yīng)輸出情況下獲取信號(hào)特征的方法，屬于動(dòng)態(tài)測(cè)試和參數(shù)識(shí)別領(lǐng)域。

背景技術(shù)

僅有輸出信號(hào)的特征提取問題是運(yùn)行情況下機(jī)械系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)測(cè)試和故障診斷技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)。利用環(huán)境激勵(lì)作為試驗(yàn)的振動(dòng)激勵(lì)源進(jìn)行模態(tài)識(shí)別最大優(yōu)點(diǎn)是：(1)省去了研制以及安裝專用激勵(lì)裝置的費(fèi)用和時(shí)間；(2)可同時(shí)激勵(lì)所有操縱面，同時(shí)激出對(duì)稱和反對(duì)稱模態(tài)，省去需要多次進(jìn)行的試驗(yàn)；(3)大大減少試驗(yàn)次數(shù)和周期。

運(yùn)行狀態(tài)下的大型復(fù)雜機(jī)械設(shè)備、高層建筑、橋梁等大型土木工程設(shè)施的動(dòng)態(tài)分析、設(shè)計(jì)性能驗(yàn)證和故障診斷中不便使用激勵(lì)設(shè)備，與其他激勵(lì)(如掃頻和脈沖激勵(lì))相比環(huán)境激勵(lì)強(qiáng)度較弱、信噪比低、使得系統(tǒng)參數(shù)識(shí)別的分散度大大增加，系統(tǒng)的特征提取十分困難受噪聲影響很大。需要采用新的信號(hào)處理和參數(shù)識(shí)別理論以獲得系統(tǒng)特征提取的精度等。綜上所述，研究環(huán)境激勵(lì)下僅有輸出信號(hào)的信號(hào)特征提取方法有著迫切性需求和重大的應(yīng)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容

本方法的目的在于提供一種新的時(shí)頻濾波技術(shù)和頻域識(shí)別技術(shù)相結(jié)合的特征參數(shù)識(shí)別算法，針對(duì)環(huán)境激勵(lì)下僅有輸出信號(hào)強(qiáng)度較弱、信噪比低、使得系統(tǒng)參數(shù)識(shí)別的分散度大大增加的情況，提高系統(tǒng)參數(shù)的識(shí)別精度。發(fā)明其特征在于：解決由于環(huán)境激勵(lì)情況下輸入力不可測(cè)，無法得到頻響函數(shù)(FRF)，因而無法采用傳統(tǒng)EMA頻域識(shí)別方法。首先考慮到互譜密度函數(shù)與頻響函數(shù)有相似的表達(dá)式。提出互譜密度函數(shù)-時(shí)頻空間域分解方法。通過隨機(jī)響應(yīng)數(shù)據(jù)估計(jì)功率互譜密度函數(shù)(CSD)，接著，由CSD代替頻響函數(shù)進(jìn)行基于非正交小波的時(shí)頻濾波，然后采用正交多項(xiàng)式方法估算出結(jié)構(gòu)模態(tài)頻率和阻尼。這種方法簡(jiǎn)單方便，結(jié)果證明不僅可以準(zhǔn)確識(shí)別模態(tài)參數(shù)，還可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別，因而特別適用于在線監(jiān)測(cè)。

由于環(huán)境激勵(lì)情況下輸入力不可測(cè)，無法得到進(jìn)行參數(shù)識(shí)別的頻響函數(shù)(FRF)，因而無法采用傳統(tǒng)EMA頻域識(shí)別方法。在包括橋梁在內(nèi)的環(huán)境激勵(lì)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)運(yùn)行模態(tài)分析應(yīng)用中，存在噪聲模態(tài)的干擾，以及相應(yīng)的結(jié)構(gòu)模態(tài)區(qū)分和精確識(shí)別，James等人于1995年曾提出NexT方法，即在白噪聲環(huán)境激勵(lì)下結(jié)構(gòu)兩點(diǎn)之間響應(yīng)的互相關(guān)函數(shù)和脈沖激勵(lì)下的響應(yīng)函數(shù)有相似的表達(dá)式。后來發(fā)展了基于脈沖響應(yīng)函數(shù)的Morlet小波參數(shù)識(shí)別算法，但是所有時(shí)域模態(tài)識(shí)別方法都對(duì)測(cè)試噪聲、信號(hào)處理泄漏誤差、模態(tài)截?cái)唷⒎蔷€性等因素十分敏感。為了克服時(shí)域識(shí)別的缺點(diǎn)，希望采用頻域參數(shù)的識(shí)別方法來克服噪聲的影響，因此提出互譜功率密度函數(shù)-時(shí)頻空間域分解方法。具體步驟是：

(1).對(duì)不同測(cè)量點(diǎn)輸出信號(hào)進(jìn)行互功率譜密度分析的計(jì)算

根據(jù)信號(hào)處理理論，設(shè)任意兩個(gè)隨機(jī)輸出信號(hào)分別為x(n)，y(n)，T＝N·Δt，T為采樣周期，N為樣本點(diǎn)數(shù)，是自然數(shù)，Δt為采樣間隔。其離散傅立葉變換X(ω)、Y(ω)，則其互功率譜密度定義為

Sxy(ω)=2TE[X(ω)·Y*(ω)]---(1)]]>

建立在傅立葉變化基礎(chǔ)上的互功率譜密度估計(jì)，其基本過程為：首先計(jì)算樣本信號(hào)序列x(n)，y(n)的離散傅立葉變換，然后取x(n)的變換結(jié)果與y(n)的變換結(jié)果的共軛相乘，并除以樣本序列的個(gè)數(shù)N，作為真實(shí)功率譜的一個(gè)估計(jì)，可表示為